УСТАНОВКА КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ Российский патент 1997 года по МПК C23F13/04 

Изобретение относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано в средствах защиты протяженных трубопроводов различного назначения, а также в качестве источника тока в различных областях техники.

Известно устройство для катодной защиты параллельных подземных трубопроводов, работа которого осуществляется по принципу катодной поляризации трубопроводов посредством генерирования постоянного тока между каждым трубопроводом и его анодным заземлением с помощью индивидуальных выпрямителей [1]
Недостатками данного аналога являются узкие функциональные возможности и отсутствие регулировки качественных показателей защиты.

Известно устройство для защиты от коррозии металлических оболочек и муфт силовых кабелей, содержащее поляризующую цепь для соединения оболочки и кожуха муфты с диодом и ключевым элементом, а также электрод сравнения, в котором с целью поддержания оптимальных защитных потенциалов устройство снабжено токоограничивающим резистором, а ключевой элемент выполнен в виде соединенных транзисторов противоположных типов проводимостей, переменного и токоограничивающего резисторов и подключен параллельно диоду, причем первый токоограничивающий резистор включен между электродом сравнения и диодом [2]
Недостатком данного аналога является низкая надежность, обусловленная тем, что надежность всей структурной схемы зависит от надежности любого из входящих в нее элементов.

Известна установка катодной защиты, содержащая станцию катодной защиты, анодный выход которой соединен с анодным заземлением, катодный выход подключен к защищаемому сооружению, а управляющий вход станции соединен с выходом блока управления, входы которого соединены с выходами схемы регистрации поляризационного потенциала, включающей электрод сравнения, датчики тока и потенциала, задающий генератор и согласующий блок (патент РФ N 1429591, кл. C 23 F 13/02, 1987 г.).

Известно устройство катодной защиты, содержащее параллельно включенные станции катодной защиты, их анодные выходы соединены с анодными заземлениями через датчики тока, к которым подключены первые управляющие входы блоков выравнивания, находящиеся в каждой станции, вторые входы блоков выравнивания соединены с электродом сравнения. Катодные выходы станций подключены к защищаемому сооружению [3]
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.

Недостатками прототипа и ближайших аналогов, не позволяющими достичь поставленной нами цели, являются:
низкая живучесть устройства, обусловленная тем, что выход из строя любого (даже самого незначительного) элемента может привести к отказу одной станции и снижению мощности всего устройства пропорционально количеству входящих в него станций. При этом ситуация может сложиться так, что большинство элементов останутся работоспособными. В прототипе необходимо предпринять дополнительные меры, чтобы при неблагоприятном стечении обстоятельств выход из строя одной станции не привел к отказу всего устройства;
принятая схема обратной связи не обладает достаточным быстродействием, поэтому не дает возможности обеспечения на защищаемом объекте напряжения и тока высокого качества;
наличие в прототипе массивных силовых трансформатора и емкостного накопителя (батареи конденсаторов для снижения пульсаций напряжения) не позволяют получить хорошие массо-габаритные показатели устройства.

Задачей изобретения является повышение живучести, качества выходных характеристик и снижение массо-габаритные показателей устройства.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанных выше технических результатов.

Согласно изобретению в установке катодной защиты, состоящей из параллельно включенных станций катодной защиты, содержащих блоки выравнивания, подключенные к электроду сравнения и к датчикам тока в анодных цепях станций, катодные цепи которых подключены к защищаемому сооружению, станция катодной защиты выполнена в виде по меньшей мере одного канала, который состоит из двух цепочек, содержащих последовательно соединенные блоки входных выпрямителей, блоки входных емкостных накопителей, блоки преобразователей, кроме того, каждый канал состоит из суммирующего трансформатора, блока выходного выпрямителя и блока выходного емкостного накопителя, причем выходы блоков преобразователей соединены с первичными обмотками суммирующего трансформатора, а его вторичные обмотки соединены со входами блоков выходных выпрямителей, кроме того, каналы снабжены средствами для обеспечения поперечных гальванических связей между выходами одноименных блоков как внутри, так и между каналами, в виде сборных шин, причем шины, соединяющие выходы выходных емкостных накопителей, подключены к выходным зажимам станции, которая содержит также блок управления, один вход которого соединен с электродом сравнения, остальные входы соединены с измерительными обмотками суммирующих трансформаторов в каждом канале, а выходы блока управления подключены к управляющим входам преобразователей всех каналов.

Новым в структуре станции катодной защиты является введение поперечных электрических связей и двухконтурной обратной связи.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо условия его использования, а именно:
сборные шины на входе входных выпрямителей подключены к внешнему источнику энергии через блок защиты от аварийных токов;
преобразователи могут быть выполнены с повышенной частотой преобразования.

Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственные технические результаты, которые могут быть получены при реализации заявленной совокупности признаков, заключается в следующем:
в отличие от прототипа наличие поперечных электрических связей (сборных шин) в структурной схеме станции существенно повышает ее живучесть (способность сохранять работоспособность после аварии), т.к. при отказе практически любого элемента авария локализуется в пределах одного блока, причем станция теряет лишь малую часть мощности.

реализация в станции катодной защиты двухконтурной обратной связи обеспечивает быстродействующую стабилизацию выходного тока при существенных изменениях питающей сети (первый контур) и изменениях сопротивления грунта вблизи подземного сооружения (второй контур).

Данные технические результаты не являются следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких как выпрямитель, накопитель, суммирующие трансформаторы, сборные шины, а является свойством только всей заявленной в первом пункте формулы совокупности признаков, в т.ч. таких полностью новых признаков, как структурные связи между элементами, двухконтурная обратная связь через блок управления и др.

Получение технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств:
существенное повышение живучести станции катодной защиты и снижение вероятности снятия защитных потенциалов с подземного сооружения;
повышение качества защиты, выражающегося в обеспечении точной установки требуемого тока.

Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень".

На чертеже представлена структурная схема предлагаемой установки.

Установка включает в себя станцию катодной защиты 1, электрод сравнения 2 и защищаемый объект 3. Станция выполнена в виде по меньшей мере одного канала 4, который состоит из двух цепочек 5, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок входного сетевого выпрямителя 6, блок входного емкостного накопителя (фильтрующие конденсаторы) 7, блок высокочастотного преобразователей 8. Кроме того, каждый канал 4 содержит суммирующий силовой трансформатор 9, блок выходного выпрямителя 10 и блок выходного емкостного накопителя 11. Выходы блоков преобразователей 8 двух цепочек 5 соединены с первичными обмотками суммирующего трансформатора 9, а его вторичная обмотка соединена с входом блока выходного выпрямителя 10. Каналы 4 снабжены средствами для обеспечения поперечных электрических связей между выходами одноименных блоков как внутри, так и между каналами, в виде сборных шин 12, 13, 14, 15, 16. Все блоки присоединяются к сборным шинам 12, 13, 14, 15, 16 через предохранители. Сборные шины 12 на входе входных выпрямителей 6 запитываются от внешнего источника энергии через блок защиты от аварийных токов 17. Шины 16, соединяющие выходы выходных емкостных накопителей 11, подключены к выходным зажимам станции, а через них к защищаемому объекту 3. В состав станции катодной защиты 1 входит общий для всех каналов блок управления 18, обеспечивающий двухконтурную обратную связь тем, что один его вход соединен с электродом сравнения 2, остальные входы соединены с измерительными обмотками суммирующих трансформаторов 9 в каждом канале 4, а выходы блока управления 18 подключены к управляющим входам преобразователей 8 всех каналов 4.

Установка катодной защиты работает следующим образом. Напряжение от внешней питающей сети, через блок защиты 17 подается на сборные шины 12. Входные выпрямители 6 преобразуют его и через сборные шины 13 выпрямленное напряжение поступает на входные емкостные накопители 7, с них энергия через сборные шины 14 поступает на преобразователи 8, которые преобразуют ее в высокочастотные колебания, поступающие на первичные обмотки суммирующего трансформатора 9. Со вторичных обмоток трансформатора 9 высокочастотные колебания подаются на выходные выпрямители 10. Через сборные шины 15 выпрямленное напряжение поступает на выходные емкостные накопители 11, соединенные сборными шинами 16 с защищаемым объектом 3. Блок управления 18 сравнивает сигналы обратной связи с измерительных обмоток суммирующего трансформатора 9 и электрода сравнения 2 с заданными сигналами установок и выдает команды, управляющие работой преобразователей 8.

Предлагаемое техническое решение обладает следующими полезными свойствами:
при отказе любого силового элемента авария с помощью предохранителей локализуется в пределах одного блока. При этом сборные шины 12, 13, 14, 15, 16 перераспределяют образовавшейся дефицит на другие одноименные блоки и станция 1 теряет лишь малую часть мощности. Потери мощности станции катодной защиты 1 будут тем меньше, чем больше в ней каналов 4.

в схеме заявленной станции катодной защиты применена двухтурная обратная связь. Первый контур стабилизирует ток на выходе суммирующих трансформаторов 9 (обратная связь с измерительных обмоток трансформатора 9) при колебаниях внешней питающей сети. Этот контур регулирования без задержек реагирует на колебания питающей сети и компенсирует низкочастотные пульсации промышленной частоты в выходном токе станции 1, что позволяет существенно уменьшить массогабаритные показатели выходных емкостей накопителей 11. Второй контур стабилизирует величину выходного тока станции катодной защиты (обратная связь с электрода сравнения 2) при изменении параметров грунта.

преобразователи 8 могут быть выполнены с частотой преобразования в несколько десятков кГц, что также позволит существенно уменьшить массогабаритные показатели суммирующих трансформаторов 9 и выходных емкостных накопителей 11.

Возможность промышленного применения заявляемого технического решения подтверждается успешными испытаниями опытного образца заявленного устройства, выполненного на базе выпускаемых промышленностью элементов.

Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
высокую живучесть установки катодной защиты и, следовательно, надежную электрическую защиту сооружений,
высокое качество выходных параметров станции катодной защиты,
снижение массо-габаритных показателей станции катодной защиты.

Изобретение относится к средствам электрохимической защиты подземных сооружений. Установка включает в себя станцию катодной зашиты, содержащую ряд идентичных каналов, содержащих входные выпрямители, входные емкостные накопители, преобразователи, суммирующий трансформатор, а также выходной выпрямитель и выходной емкостной накопитель. Станция снабжена сборными шинами, обеспечивающими поперечные гальванические связи. На вход блока управления поданы сигналы с измерительных обмоток трансформаторов и от электрода сравнения. Блок управления управляет работой преобразователей. Этим обеспечивается повышение надежности работы установки и качества защиты. 2 з.п. ф-лы,1 ил.

1. Установка катодной защиты, содержащая электрод сравнения и параллельно включенные станции катодной защиты, каждая из которых содержит блок управления, причем электрод сравнения соединен с блоками управления, отличающаяся тем, что каждая станция катодной защиты выполнена в виде по меньшей мере одного канала, который состоит из двух цепочек, содержащих последовательно соединенные блоки входных выпрямителей, блоки входных емкостных накопителей, блоки преобразователя, кроме того, каждый канал состоит из суммирующего трансформатора, блока выходного выпрямителя, блока выходного емкостного накопителя и измерительного трансформатора, причем выходы блоков преобразователей соединены с первичными обмотками суммирующего трансформатора, а его вторичные обмотки соединены через измерительный трансформатор и блок выходного выпрямителя с блоком выходного емкостного накопителя, кроме того, каналы снабжены средствами для обеспечения поперечных гальванических связей между выходами одноименных блоков как внутри, так и между каналами, в виде сборных шин, причем шины, соединяющие выходы выходных емкостных накопителей, подсоединены к выходным зажимам станции, входы блока управления соединены с измерительными трансформаторами в каждом канале, а выходы блока управления подсоединены к управляющим входам преобразователей всех каналов. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что сборные шины на входе входных выпрямителей соединены с внешним источником энергии через блок защиты от аварийных токов. 3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что преобразователи выполнены с повышенной частотой преобразования.