ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2024 года по МПК C23F13/02 

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к устройствам для катодной защиты, которые могут быть использованы для электрохимической защиты железобетонных конструкций от коррозии. Специфика защиты железобетонных конструкций методом компенсации блуждающих токов предполагает необходимость смещения потенциала как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения его значения током изменяемого направления.

Известны устройства защиты железобетонных конструкций, предназначенные для поддержания параметров защитного потенциала:

Известна станция катодной защиты с устройством для поддержания защитных потенциалов, которое состоит из дополнительного преобразователя, положительная клемма которого соединена с анодным заземлителем, коммутатора, один из входов которого соединен с отрицательной клеммой основного преобразователя, а второй - с отрицательной клеммой дополнительного преобразователя, причем выход коммутатора соединен с защищаемым сооружением, датчика сетевого напряжения, вход которого соединен с питающей сетью, а выход с коммутатором, аккумуляторной батареи, соединенной с дополнительным преобразователем, зарядного устройства, вход которого соединен с питающей сетью, а выход с аккумуляторной батареей, дополнительного устройства регулирования, соединенного с дополнительным преобразователем, запоминающего устройства, вход записи которого соединен с электродом сравнения, а выход считывания с дополнительным устройством регулирования. Устройство призвано обеспечить поддержание защитного потенциала в автоматическом режиме и непрерывную защищенность подземных сооружений во времени при аварийном исчезновении электропитания, (патент РФ на ПМ №102008, МПК C23F 13/02).

Недостатком данного устройства является то, что отсутствует возможность управлять потенциалом путем создания анодного тока прямого либо обратного направления.

Известна установка для импульсной катодной защиты, которая содержит электронный блок, анодный заземлитель и электрод сравнения. Электронный блок содержит источник постоянного тока, импульсный усилитель, накопитель энергии, формирователь импульсов. Накопитель энергии соединен с импульсным усилителем.

Последний соединен с формирователем импульсов, с анодным заземлителем и защищаемым сооружением. Электрод сравнения соединен с формирователем импульсов. Электронный блок имеет преобразователь уровня постоянного напряжения, который подключен к накопителю энергии, источнику постоянного тока, формирователю импульсов. Источник постоянного тока соединен с формирователем импульсов, подключенным к защищаемому сооружению. Установка призвана обеспечить повышение точности поддержания поляризационного потенциала на всем протяжении защищаемого участка, (патент РФ на ПМ №114054, МПК C23F 13/02).

Недостатком данного устройства является то, что отсутствует возможность управлять потенциалом путем создания анодного тока прямого либо обратного направления.

Известно устройство для катодной защиты металлических и/или металлосодержащих подземных сооружений от коррозии, которое снабжено автоматическим входным выключателем, блоком формирования управляющих импульсов, переключателем режима, инвертором, источником опорного напряжения, блоком контроля и защиты, вспомогательным электродом, расположенным вблизи защищаемого подземного объекта и подсоединенного к блоку выделения контролируемого потенциала, который соединен с блоком формирования управляющих импульсов, устройство также имеет электрод сравнения, блок сравнения, который соединен с переключателем режима защиты, блок контроля и защиты соединен с источником опорного напряжения и с автоматическим входным выключателем и/или с входами фазосдвигающего блока, при этом электрод сравнения и вспомогательный электрод расположены между защищаемым подземным сооружением и анодным заземлителем. (патент РФ на ИЗ №2051989, МПК C23F 13/02, C23F 13/22).

Недостатком данного устройства является то, что отсутствует возможность управлять потенциалом путем создания анодного тока прямого либо обратного направления.

Известен преобразователь для катодной защиты, содержащий: корпус со стенками, дном, крышей и передней дверью, а также технологическими отверстиями для подвода внешних кабелей; по крайней мере, один модуль преобразования напряжения, блок измерения, соединительную панель, блок индикации, включающий набор индикаторов для отображения текущего значения выходного напряжения, выходного тока, защитного потенциала и счетчик времени наработки для отображения суммарного времени наработки объекта, блок телемеханики, закрепленный на боковой стенке корпуса, блок электрооборудования, включающий сетевую колодку, счетчик электроэнергии, автомат защиты сети и сервисную розетку. При этом блок измерения и соединительная панель закреплены в корпусе посредством кронштейна на его лицевой стороне, модуль преобразования напряжения соединен с блоком измерения, с соединительной панелью и выходом автомата защиты сети, а соединительная панель подключена к выводу блока измерения, который подключен к блоку индикации, а также к блоку телемеханики. Кроме того, корпус снабжен дополнительной боковой дверью, боковая стенка корпуса со стороны боковой двери имеет изогнутую вовнутрь корпуса часть, образующую отсек для размещения блока телемеханики, снабженный защитной панелью, а индикаторы блока индикации выполнены цифровыми, при этом блок индикации расположен на кронштейне над блоком измерения, блок измерения выполнен с возможностью преобразования измеряемых параметров в сигнал управления цифровыми индикаторами, блок электрооборудования закреплен со стороны внутренней поверхности боковой стенки, а в боковой стенке корпуса выполнено окно в месте размещения табло счетчика электроэнергии и, по крайней мере, одно технологическое отверстие для подвода кабелей. Устройство призвано, в частности, обеспечить повышение точности контроля параметров, (патент РФ на ИЗ №2350690 МПК C23F 13/02).

Недостатком данного устройства является то, что отсутствует возможность управлять потенциалом путем создания анодного тока прямого либо обратного направления

Наиболее близким к заявляемому решению является преобразователь для катодной защиты железобетонных конструкций, содержащий корпус, в котором расположены: по крайней мере, один модуль преобразователя напряжения, соединительная панель, блок измерения, блок индикации, включающий набор индикаторов для отображения текущего значения выходного напряжения, выходного тока и защитного потенциала; а также блок телемеханики; при этом модуль преобразования напряжения соединен с блоком измерения и с соединительной панелью; соединительная панель подключена к выводу блока измерения; блок измерения подключен к блоку индикации и блоку телемеханики; индикаторы блока индикации выполнены цифровыми; блок измерения выполнен с возможностью преобразования измеряемых параметров в сигнал управления цифровыми индикаторами; при этом согласно заявляемому решению, в корпусе преобразователя дополнительно расположены блок коммутации, обеспечивающий возможность изменения направления выходного тока; съемный корпус блока управления, внутри которого размещены съемные блок измерения, блок индикации, блок телемеханики; блок измерения выполнен со встроенным программным обеспечением с возможностью выполнения функции счетчика времени наработки и распределения информации по каналам связи; соединительная панель подключена к блоку коммутации. Блок телемеханики выполнен в виде модуля, встроенного в корпус блока управления и соединен с блоком измерения посредством разъемного соединения, обеспечивающего обмен информацией по цифровому последовательному каналу. Блок телемеханики выполнен внешним со стандартным портом, (патент РФ на ПМ №126006, МПК C23F 13/02).

Однако в данном преобразователе отсутствует возможность контролировать параметры различных удаленных друг от друга участков сооружения.

Техническая проблема, на решение которой направлено решение, заключается в усовершенствовании конструкции преобразователя, обеспечивающей расширение функциональных возможностей.

Технический результат заключается в создании устройства, обеспечивающего поддержание электрохимического потенциала во всех контролируемых точках сооружения с помощью пропускания защитного анодного тока как прямого, так и обратного направления, в областях значений защитного потенциала от -5 до +5 вольт.

Поставленная задача решается тем, что в преобразователе катодной защиты для железобетонных конструкций, содержащем корпус, в котором расположены: по крайней мере, один модуль преобразователя напряжения, соединительная панель, блок измерения, блок индикации, включающий набор индикаторов для отображения текущего значения выходного напряжения, выходного тока и защитных потенциалов; а также блок телемеханики. Модуль преобразования напряжения соединен с блоком измерения и с соединительной панелью; соединительная панель подключена к входу блока измерения; блок измерения подключен к блоку индикации и блоку телемеханики; индикаторы блока индикации выполнены цифровыми; блок измерения выполнен с возможностью преобразования измеряемых параметров в сигнал управления цифровыми индикаторами; в корпусе преобразователя дополнительно расположены блок коммутации, выполненный по мостовой схеме, обеспечивающий возможность автоматического изменения направления выходного тока с целью смещения защитного потенциала сооружения как в область более положительных значений, так и в область более отрицательных значений; съемный корпус блока управления, внутри которого размещены съемные блок измерения, блок индикации, блок телемеханики, блок измерения выполнен со встроенным программным обеспечением с возможностью выполнения функции счетчика времени наработки и распределения информации по каналам связи; которые включают до 32 параллельных канала измерения защитного потенциала сооружения, соединительная панель подключена к блоку коммутации.

Блок телемеханики выполнен в виде модуля, встроенного в корпус блока управления и соединен с блоком измерения посредством разъемного соединения, обеспечивающего обмен информацией по цифровому последовательному каналу.

Блок телемеханики выполнен внешним со стандартным портом.

Блок управления содержит источник резервного питания (аккумуляторная батарея).

Заявляемое решение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена схема преобразователя, на Фиг. 2 - схема блока коммутации. Позициями на чертежах обозначены:

1 - корпус преобразователя,

2 - модуль преобразователя напряжения,

3 - соединительная панель,

4 - блок коммутации,

5 - блок измерения

6 - блок индикации

7 - блок телемеханики

8 - корпус блока управления.

Заявляемый преобразователь для катодной защиты представляет собой внешний корпус 1 со встроенными кабельными вводами, внутри которого, помимо счетчика электроэнергии, автомата защиты сети, сервисной розетки, автоматического выключателя сервисной розетки, узлов защиты от атмосферных перенапряжений (на чертеже не показаны), размещены: по крайней мере, один модуль преобразования напряжения 2, соединительная панель 3 и блок коммутации 4, а также внутренний корпус блока управления 8.

Внешний корпус 1 преобразователя.

На внутренних стенках внешнего корпуса 1 преобразователя катодной защиты выполнены электрические разъемы с направляющими для обеспечения связи с узлами, размещенными в корпусе блока управления 8. Наличие электрических разъемов в качестве центрирующих элементов обеспечивает легкость соединения-разъединения и надежный электрический контакт между узлами корпуса блока управления 8. Для размещения модулей преобразования напряжения 2 во внешнем корпусе 1 преобразователя установлены направляющие, закрепленные на опорной раме. В днище корпуса 1 преобразователя встроены кабельные вводы для кабеля анода, кабеля защищаемого сооружения, электрической сети и блока телемеханики.

Модуль преобразования напряжения 2 снабжен верхней и передней панелями. На передней панели расположены индикатор наличия питания, держатели предохранителей 220 В, сетевой выключатель, цифровой индикатор выходного тока, потенциометр ограничения тока, силовые выводы «+» и «-» для соединения с другими модулями преобразования напряжения (если они есть) и блоком коммутации 4. На верхней панели расположены разъем для подключения кабеля питания сети, разъем для подключения кабеля управления от блока управления 8, болты с соответствующей маркировкой для выбора максимального значения выходного напряжения.

Устройство может содержать от одного до четырех модулей преобразования напряжения 2, которые могут быть выполнены в 2-х исполнениях по мощности: 1 кВт и 1,25 кВт. При этом модули преобразования напряжения могут быть установлены в любом сочетании по мощности.

Блок коммутации 4 объединен с соединительной панелью 3, на которой расположены датчик общего тока в виде шунта, зажимы для соединения с выводом (+) и выводом (-) (силовых) модулей преобразования напряжения 2, зажимы для подключения внешних кабелей от анодного заземлителя и железобетонного сооружения, светодиоды «+» и «-» для указания направления выходного тока станции. Блок коммутации 4 может быть выполнен на основе, как мощных полевых транзисторов, включенных по схеме «полного моста», так, например, и на основе электромагнитного реле. Блок коммутации содержит четыре коммутирующих элемента К1…К4 (в качестве которых могут быть использованы транзисторы или контакты реле), включенные по мостовой схеме. (Фиг. 2).

За счет наличия блока коммутации 4 обеспечена возможность изменения направления тока. Это - в сочетании с возможностью изменения силы тока с помощью модуля преобразования напряжения 2 - позволяет заявляемому устройству поддерживать защитный потенциал как в положительных, так и отрицательных областях значений, в частности, в диапазоне от -5 до +5 вольт. Данный диапазон покрывает требования ГОСТ ИСО 9.602-2005 «Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии», где максимальное абсолютное значение защитного потенциала допускается 3,5 вольт. Корпус блока управления 8.

Корпус блока управления 8 выполнен в виде конструктивно законченного съемного изделия с возможностью независимой отстыковки любого из входящих в него узлов, с разъемами для подключения к другим узлам преобразователя для катодной защиты. Внутри корпуса блока управления 8 расположены: блок измерения электрических параметров 5, блок индикации 6, блок телемеханики 7. а также плата управления, трансформатор питания, аккумулятор, (на чертеже не показаны).

Блок измерения 5. Корпус блока управления 8 выполнен с электрическими разъемами для крепления блока измерения 5. За счет такого вида крепления блок измерения 5 выполнен в виде съемного модуля, что обеспечивает возможность регулярной его поверки. Блок измерения 5, благодаря встроенному программному обеспечению, выполнен с возможностью выполнения функции счетчика времени наработки. Блок измерения выполнен с защитным кожухом, оснащенным конструктивными элементами для его опломбирования. Блок измерения 5 снабжен также клеммной колодкой для подключения кабеля от датчиков выходного тока и выходного напряжения преобразователя и от датчиков потенциала, а также индикаторами обрыва в цепи и индикаторами режимов стабилизации суммарного и поляризационного потенциалов. Блок измерения 5 выполнен с возможностью преобразования измеряемых параметров в сигнал управления модулями преобразования напряжения, в виде цифрового сигнала управления выходным током модуля преобразования напряжения. Это позволяет с большей точностью управлять режимом работы каждого модуля преобразования напряжения.

Блок индикации 6.

Блок индикации 6 выполнен в виде съемного модуля, с возможностью отражения показателей счетчика времени наработки (СВН). Блок индикации 6 снабжен набором индикаторов, дисплеем для отображения текущих параметров и уставок преобразователя, переключателем режима работы - тока, потенциалов суммарного и поляризационного, кнопками «Пороги СВН» для просмотра и установки порогов включения СВН, «Уставки» для просмотра действующих уставок, энкодером для изменения уставок и порогов СВН. Индикаторы блока индикации выполнены цифровыми.

Блок телемеханики 7.

Блок телемеханики 7 снабжен сотовым модемом, контроллером связи модема с платой управления, управляемым нагревателем, разъемом для подключения антенны, держателем для SIM-карты, а также переключателем для переключения с внешней телемеханики на встроенную в корпусе блока управления 8.

Система соединения элементов устройства.

Модуль преобразования напряжения 2 соединен с блоком измерения 5 посредством разъемов в корпусе блока управления 8 и кабелей, и с соединительной панелью 3. Выходы (+ и -) модулей преобразования напряжения 2 соединены между собой и подключены через панель соединительную 3 и блок коммутации 4 к защищаемому сооружения и анодному заземлителю.

Соединительная панель 3 подключена к выводу блока измерения 5.

Блок измерения 5 подключен к блоку индикации 6 и блоку телемеханики 7.

Блок телемеханики 7 соединен с блоком измерения 5 посредством разъемного соединения, обеспечивающего обмен информацией по цифровому последовательному каналу. Блок индикации 6 также соединен с блоком измерения 5 посредством разъемного соединения, обеспечивающего обмен информацией по цифровому последовательному каналу.

Заявляемое устройство выполнено с возможностью работы как в ручном, так и в дистанционном режимах.

В ручном режиме управление работой модулей преобразования напряжения 2 обеспечено блоками измерения 5 и блоком индикации 6, на котором расположены элементы управления.

Встроенный в блок измерения программный компонент обеспечивает возможность дистанционного режима. В дистанционном режиме управление работой модулей преобразования напряжения 2 обеспечена блоком измерения 5 и блоком телемеханики 7, технические средства которого (контроллер, модем, антенна) могут быть встроены в корпус блока управления 8, или же могут быть выполнены в качестве внешнего устройства, для которого предусмотрена клеммная колодка для подключения через стандартный интерфейс, расположенный на нижней стороне корпуса блока управления.

Устройство работает следующим образом.

Блок измерения производит измерение защитного потенциала сооружения в контрольных точках общим количеством до 32, и в зависимости от заданной уставки потенциала формирует цифровой управляющий сигнал для управления выходным током каждого модуля преобразователя напряжения. Также блок измерения формирует сигнал управления на блок коммутации для выбора направления выходного тока. Величина сигнала управления, и следовательно, выходной ток преобразователя зависит от разности между измеренным значением потенциала и уставкой потенциала.

При необходимости протекания прямого выходного тока блок измерения дает команду на замыкание ключей К1 и К4, ключи К2 и К3 при этом разомкнуты. При необходимости протекания обратного тока блок измерения дает команду на замыкание ключей К2 и К3 ключи К1 и К4 при этом разомкнуты.

Если величина уставки имеет более отрицательное значение, чем текущее измеренное значение потенциала, блок измерения переключает блок коммутации на протекание прямого тока (от анода к катоду). Если величина уставки имеет более положительное значение, чем текущее измеренное значение потенциала, блок измерения переключает блок коммутации на протекание обратного тока (от катода к аноду). Таким образом, автоматическое регулирование защитного потенциала осуществляется в реальном времени.

Заданная уставка и режим работы при ручном управлении вводятся с панели блока индикации, а в режиме телемеханики с пульта диспетчера.

Таким образом, состав и взаимное расположение элементов преобразователя катодной защиты обеспечивает возможность изменять не только силу, но и направление тока и за счет этого поддерживать потенциал, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения значений. Заявителю не известен аналог преобразователя катодной защиты, способного без привлечения дополнительных устройств поддерживать потенциал и в положительных и в отрицательных областях значений.

Изобретение относится к области электрохимии, а именно к устройствам для катодной защиты, которые могут быть использованы для электрохимической защиты железобетонных конструкций от коррозии. Преобразователь содержит корпус, в котором расположены по крайней мере один модуль преобразователя напряжения, соединительная панель, блок измерения, блок индикации, включающий набор индикаторов для отображения текущего значения выходного напряжения, выходного тока и защитного потенциала, а также блок телемеханики, при этом модуль преобразования напряжения соединен с блоком измерения и с соединительной панелью, соединительная панель подключена к входу блока измерения, блок измерения подключен к блоку индикации и блоку телемеханики, индикаторы блока индикации выполнены цифровыми, блок измерения выполнен с возможностью преобразования измеряемых параметров в сигнал управления модулями преобразования напряжения, в корпусе преобразователя дополнительно расположены блок коммутации, выполненный по мостовой схеме, обеспечивающий возможность автоматического изменения направления выходного тока для смещения защитного потенциала сооружения как в область более положительных значений, так и в область более отрицательных значений, съемный корпус блока управления, внутри которого размещены съемные блок измерения, блок индикации, блок телемеханики, блок измерения выполнен со встроенным программным обеспечением с возможностью выполнения функции счетчика времени наработки и распределения информации по каналам связи, соединительная панель подключена к блоку коммутации, причем блок измерения выполнен с возможностью преобразования измеряемых параметров в сигнал управления модулями преобразования напряжения, при этом каналы связи включают до 32 параллельных каналов измерения защитного потенциала сооружения. Технический результат: создание устройства, обеспечивающего поддержание электрохимического потенциала во всех контролируемых точках сооружения. 3 з.п. ф-лы, 1 пр., 2 ил.

1. Преобразователь для катодной защиты железобетонных конструкций, содержащий корпус, в котором расположены по крайней мере один модуль преобразователя напряжения, соединительная панель, блок измерения, блок индикации, включающий набор индикаторов для отображения текущего значения выходного напряжения, выходного тока и защитного потенциала, а также блок телемеханики, при этом модуль преобразования напряжения соединен с блоком измерения и с соединительной панелью, соединительная панель подключена к входу блока измерения, блок измерения подключен к блоку индикации и блоку телемеханики, индикаторы блока индикации выполнены цифровыми, блок измерения выполнен с возможностью преобразования измеряемых параметров в сигнал управления модулями преобразования напряжения, в корпусе преобразователя дополнительно расположены блок коммутации, выполненный по мостовой схеме, обеспечивающий возможность автоматического изменения направления выходного тока для смещения защитного потенциала сооружения как в область более положительных значений, так и в область более отрицательных значений, съемный корпус блока управления, внутри которого размещены съемные блок измерения, блок индикации, блок телемеханики, блок измерения выполнен со встроенным программным обеспечением с возможностью выполнения функции счетчика времени наработки и распределения информации по каналам связи, соединительная панель подключена к блоку коммутации, отличающийся тем, что блок измерения выполнен с возможностью преобразования измеряемых параметров в сигнал управления модулями преобразования напряжения, при этом каналы связи включают до 32 параллельных канала измерения защитного потенциала сооружения.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок телемеханики выполнен в виде модуля, встроенного в корпус блока управления, и соединен с блоком измерения посредством разъемного соединения, обеспечивающего обмен информацией по цифровому последовательному каналу.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок телемеханики выполнен внешним со стандартным портом.

4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что содержит источник резервного питания в блоке управления.