Устройство защиты катодной станции магистрального трубопровода Советский патент 1992 года по МПК H02H9/04 H02H7/12 

Изобретение относится к строительству магистральных трубопроводов и может быть использовано для защиты его катодных станций от грозовых перенапряжений.

Известно устройство защиты катодной станции, содержащее узлы защиты входной и выходной цепей станции, каждый из которых имеет ограничитель напряжения.

Надежность такого устройства недостаточно высока, так как из-за низкого быстродействия разрядников и включения ограничителей напряжения (варисторов) параллельно входным и выходным цепям происходит выход из строя катодной станции при воздействии значительных по величине импульсов тока грозового происхождения.

Наиболее близким к предложенному является устройство для грозозащиты катодной станции, выполненное в виде полууправляемого статического преобразователя, содержащее ограничитель напряжения, включенный на выходе катодной станции.

Недостатком его является низкая надежность, так как при ударе молнии отрицательной полярности в линию, соединяющую анодное заземление с анодным выводом катодной станции при открытых преобразовательных элементах катодной станции (что возможно в 50% случаев удара молнии в анодное заземление) происходит выход из строя преобразовательных элементов катодной станции, так как падение напряжения на этих элементах в открытом состоянии мало и воздействие тока молнии, протекающего через них, не может быть ослаблено известными ограничителями напряжений, имеющими высокую пропускную способность.

Целью изобретения является повышение надежности.

Цель достигается тем, что в устройство защиты катодной станции магистрального трубопровода, содержащее катодную станцию, выполненную в виде полууправляемого статического преобразователя с двумя управляемыми и двумя неуправляемыми вентилями, блок управления, ограничитель перенапряжения, включенный на выходе катодной станции, дополнительно введены грозоотметчик, блок формирования отключающего сигнала, в котором при появлении на входе сигнала заданной интенсивности, на выходе появляется сигнал заданной длительности, управляемый коммутатор, имеющий два входа, один из которых - управляющий, один выход, сигнал на котором исчезает при появлении сигнала на уп- равляющем входе, вход коммутатора подключен к выходу блока управления, выход - к управляющим входам управляемых вентилей статического преобразователя, а управляющий вход - к выходу блока форми- рования отключающего сигнала, вход которого подключен к выходу грозоотметчика.

Кроме того, грозоотметчик содержит последовательно соединенные датчик акустических сигналов, полосдвой фильтр, ком- паратор, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход которого является выходом грозоотметчика; грозоотметчик содержит последо- вательно соединенные датчик электромагнитных волн, полосовой фильтр, компаратор, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход которого является выходом грозоотметчика; полосовой фильтр грозоот- метчика выполнен с регулируемой полосой i пропускания; блок формирования отключающего сигнала выполнен в виде реле време- ни, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом блока.

С целью повышения помехозащищенности блок формирования отключающего сигнала содержит одновибратор, выход которого соединен со входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен со входом одновибратора, а выход - через реле времени - образует выход блока; последовательно соединенные одновибратор, интегратор, компаратор, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а в

интеграторе параллельно интегрирующей емкости включен разрядный резистор; последовательно соединенные интегратор, компаратор, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а в интеграторе параллельно интегрирующей емкости включен разрядный резистор.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройств; на фиг. 2 - возможное исполнение грозоотметчика с датчиком акустических сигналов; на фиг. 3 - вариант выполнения блока формирования отключающего сигнала в виде реле времени; на фиг. 4 - вариант выполнения блока формирования отключающего сигнала на цифровых элементах; на фиг.5 - вариант выполнения блока формирования отключающего сигнала на аналоговых элементах; на фиг. 6 - временные диаграммы работы устройства, где индексы при U и I относятся к напряжению и токам на выходах соответствующих элементов схемы.

Устройство содержит катодную станцию 1, выполненную в виде полууправляемого статического преобразователя 2 с двумя управляемыми и двумя неуправляемыми вентилями. Для управления вентилями катодная станция имеет блок управления 3. Ограничитель напряжения 4 включен на выходе катодной станции 1. Выход грозоотметчика 5 подключен ко входу блока 6 формирования отключающего сигнала. Выход блока 6 соединен с управляющим входом управляемого коммутатора 7, Вход коммутатора 7 подключен к выходу блока управления 3. Выход коммутатора 7 соединен с управляющими входами управляемых вентилей преобразователя 2.

Грозоотметчик 5 может быть выполнен (фиг. 2) в виде датчика акустических сигналов 8, выход которого связан с входом полосового пропускающего фильтра 9, выход которого соединен с первым входом компаратора 10, на второй вход которого подается опорное напряжение Uoni, а его выход служит выходом грозоотметчика. Вместо датчика акустических сигналов 8 в грозоотметчике может быть использован датчик электромагнитных волн.

Блок 6 может быть выполнен, например, в виде реле времени 11, вход и выход которого являются входом и выходом блока 6 соответственно (фиг. 3).

Для повышения помехозащищенности блок 6 может быть выполнен в виде одно- вибратора 12, вход которого связан со счетным входом счетчика 13 и является входом блока 6, выход одновибратора 12 соединен с входом сброса счетчика 13, выход которого соединен с входом реле времени 11 (фиг. 4).

При выполнении блока 6 на аналоговых элементах он может быть выполнен в виде одновибратора 14, выход которого соединен со входом интегратора 15, выход которого соединен с одним входом компаратора 16, на другой вход которого подается опорное напряжение U0n2, а выход является выходом блока 6 (фиг. 5).

Устройство работает следующим образом.

При приближении грозы на выходе грозоотметчика 5 появляются сигналы, соответствующие ударам молнии в заданном районе (Us, ti, t2, фиг. 6). Блок 6, пример реализации которого изображен на фиг. 3, вырабатывает сигналы (1)б, фиг. 6), которые подаются на коммутатор 7 и запрещают подачу отпирающих сигналов на управляющие входы управляемых вентилей преобразователя 2 на время гзад, определяемое блоком 6. При ударе молнии в линию анодного заземления (ts, фиг. 6) управляемые вентили преобразователя 2 находятся в закрытом состоянии и ток молнии протекает через ограничитель напряжения 4 (U4, сплошная линия на фиг. 6). Ток через управляемые вентили в этом случае практически отсутствует (сплошная линия 12, фиг. 6).

Для сравнения на фиг. 6 пунктиром показаны напряжение на ограничителе напряжения 4 - Щ и ток через вентили преобразователя 2-12 при ударе молнии отрицательной полярности в линию анодного заземления в том случае, если управляемые ключи в момент удара молнии находятся в открытом состоянии. Видно, что ограничитель напряжения 1 не может выполнять защитные функции, так как напряжение на ключах в этом случае значительно меньше остаточного напряжения UOCT на ограничителе напряжения 4. Причем 1зад выбирается не меньшим максимальной длительности паузы между ударами молнии при грозовой деятельности в районе установки станции катодной защиты. Практическая величина Х3ад выбирается равной 1-2 мин.

Блок 6, пример реализации которого представлен на фиг 4, служит для защиты устройства от случайных помех. При поступлении сигнала на вход блока 6 происходит срабатывание одновибратора 12. В том случае, если за время работы одновибратора 12 сигналы на его вход больше не поступают, отсутствует и сигнал на выходе счетчика 13. Если на вход блока б поступают сигналы с достаточной частотой (N раз за время работы одновибратора), на выходе счетчика 13 появляются сигналы, включающие реле времени 11, в результате чего преобразователь 2 временно прекращает свою работу.

При выполнении блока б, как показано на фиг. 5, также достигается высокая помехозащищенность устройства, так как срабатывание компаратора 16 возможно только при поступлении на вход интегратора 15 импульсов с одновибратора 14с достаточной частотой. Отключение блока 6 в этом случае обеспечивается за счет включения резистора параллельно интегрирующей ем- 0 кости интегратора 15.

Формула изобретения

1.Устройство защиты катодной станции магистрального трубопровода, содержащее катодную станцию, выполненную в

5 виде полууправляемого статического преобразователя с двумя управляемыми и двумя неуправляемыми вентилями, блок управления, ограничитель перенапряжения, включенный на выходе катодной станции, от л и0 чающееся тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно введены грозоотметчик, блок формирования отключающего сигнала, в котором при появлении на входе сигнала заданной интенсивности, на

5 выходе появляется сигнал заданной длительности, управляемой коммутатор, имеющий два входа, один из которых - управляющий, один выход, сигнал на котором исчезает при появлении сигнала на уп0 равляющем входе, вход коммутатора подключен к выходу блока управления, выход - к управляющим входам управляемых вентилей статического преобразователя, а управляющий вход- к выходу блока форми5 рования отключающего сигнала, вход которого покдлючен к выходу грозоотметчика.

2.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что грозоотметчик содержит последовательно соединенные датчик акустических

0 сигналов, полосовой фильтр, компаратор, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, выход которого является выходом грозоотметчика.

3.Устройство по п. 1,отличающее- 5 с я тем, что грозоотметчик содержит последовательно соединенные датчик электромагнитных волн, полосовой фильтр, компаратор, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, вы0 ход которого является выходом грозоотметчика.

4.Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что полосовой фильтр грозоотметчика выполнен с регулируемой полосой пропу5 екания.

5.Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что блок формирования отключающего сигнала выполнен в виде реле времени, вход и выход которого являются соответственно входом и выходом блока.

6. Устройство по пп. 1 -4, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, блок формирования отключающего сигнала содержит одновибратор, выход которого соединен со входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен со входом одновибратора, а выход через реле времени образует выход блока.

Т.Устройство попп. 1-4, от л ича ющее- с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, блок формирования отключающего сигнала содержит последовательно соединенные одновибратор, интегратор,

0

компаратор, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а в интеграторе параллельно интегрирующей емкости включен разрядный резистор.

8. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, блок формирования отключающего сигнала содержит последовательно соединенные интегратор, компаратор, ко второму входу которого подключен источник опорного напряжения, а в интеграторе параллельно интегрирующей емкости включен разрядный резистор.

Использование: в строительстве магистральных трубопроводов для защиты его ка- тодных станций от грозовых перенапряжений. Цель - повышение надежности. Сущность изобретения: на управляющие входы управляемых вентилей преобразователя 2 катодной станции 1 подают сигналы с управляемого коммутатора 7, на который воздействует блок управления 3 Грозоотметчик 5 через блок формирования отключающего сигнала 6 воздействует на блок 3. При появлении на выходе грозоотметчика, улавливающего акустические или электромагнитные сигналы при приближении грозы, появляется сигнал заданной интенсивности, на выходе блока 6 появляется сигнал заданной длительности, который отключает управляемые вентили преобразователя 2 во время грозы. Ток молнии протекает через ограничитель напряжения 4. 7 з.п. ф-лы, 6 ил. i О i ic

Фиг1

t

Jur

Фиг.З

15

tf

CD иГ. У

ir

/О

Uw

Фиг. 5