Установка катодной защиты

Классификация по МПК: C23F

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2063479
Дата публикации: 
Среда, Июль 10, 1996


Изобретение относится к оборудованию для защиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при реализации автоматической катодной защиты для трубопроводов различного назначения. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия установки катодной защиты путем сохранения номинальной мощности в широком диапазоне регулируемого напряжения. Установка содержит источник постоянного тока, анодный выход которого соединен с анодным заземлением, последовательно соединенные источник опорного напряжения, блок сравнения и генератор-модулятор, при этом входы блока сравнения соединены соответственно с подземным сооружением и электродом сравнения, а выход генератора-модулятора соединен с управляющим входом регулировочного элемента, другой вход которого соединен с катодным выходом источника постоянного тока. Установка содержит также дроссель, датчик тока, вентильный блок, датчик выходного напряжения, блок вычисления мощности, блок ограничения мощности, блок установки номинальной мощности. Выход регулировочного элемента через дроссель и датчик тока подсоединен к подземному сооружению, а через вентильный блок он связан с анодным выходом источника постоянного тока. Датчик выходного напряжения включен между анодным заземлением и подземным сооружением, выходы датчика напряжения и датчика тока подсоединены к входам блока вычисления мощности, выход которого подсоединен к первому входу блока ограничения мощности, к второму входу которого подключен выход блока уставки номинальной мощности. Выход блока ограничения мощности подключен к входу источника опорного напряжения. 1 ил.


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к оборудованию для защиты подземных сооружений от коррозии и может быть использовано при реализации автоматической катодной защиты для трубопроводов различного назначения.

Известна установка катодной защиты (см. патент РФ N 1429591, кл. C 23 F 13/02. Бюлл. N 18, 1994, с. 216). Данная установка содержит станцию катодной защиты, анодный выход которой соединен с анодным заземлением, катодный выход подключен к подземному сооружению, а управляющий вход соединен с выходом блока измерения поляризационного потенциала, первый вход которого подключен к электроду сравнения, второй вход подключен к первому датчику потенциала, а третий вход подключен к выходу задающего генератора, другой выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, один вход которого соединен с подземным сооружением, другой вход подключен к первому датчику потенциала, второй блок сравнения, выход которого подключен к соответствующему входу коммутатора. Установка содержит также второй датчик потенциала, два датчика тока и согласующий блок, при этом датчики потенциала связаны с входами коммутатора через соответствующие датчики тока, выход одного из которых через согласующий блок подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу другого датчика тока.

Коэффициент полезного действия и коэффициент мощности указанного устройства снижается с возрастанием углов регулирования, а наличие в устройстве уставки по току не позволяет получить на выходе уставки номинальную мощность при пониженном выходном напряжении.

Наиболее близким по технической сущности решением к заявляемому изобретению является автоматическая станция катодной защиты типа СКСА-1200 (см. в книге Никитенко Е. Я. "Автоматизация и телеконтроль электрохимической защиты магистральных газопроводов". М. "Недра". 1976, с. 101 102, рис. 40), которое и принимается за ближайший аналог.

Станция содержит источник постоянного тока, состоящий из силового трансформатора и выпрямителя, анодный выход источника тока соединен с анодным заземлением, катодный выход соединен с подземным сооружением. Кроме того, станция содержит последовательно соединенные источник опорного напряжения, блок сравнения, модулятор, электронный усилитель, фазочувствительный демодулятор, выход которого подключен к магнитному усилителю, включенному в первичную обмотку силового трансформатора. При этом входы блока сравнения соединены с электродом сравнения и подземным сооружением.

Это устройство более простое по структурной схеме, но обладает следующими недостатками: коэффициент полезного действия и коэффициент мощности указанного устройства снижаются при возрастании углов регулирования за счет увеличения потерь электроэнергии и искажения формы напряжения в сети переменного тока. Кроме того, указанное устройство имеет защиту по ограничению выходного тока.

Это не позволяет использовать соответствующую выходную мощность преобразователя. Например, при максимальном выходном напряжении преобразователя 50 В и токе 60 А, выходная мощность 3 кВт, однако при низших сопротивлениях анодного заземления выходное напряжение преобразователя может составлять 10 В, в этом случае максимальная используемая мощность преобразователя для обеспечения защиты составит только 0,6 кВт.

Изобретение решает задачу повышения коэффициента полезного действия установки катодной защиты путем сохранения номинальной мощности в широком диапазоне регулируемого напряжения.

Поставленная задача решается тем, что в установку катодной защиты, содержащую источник постоянного тока, анодный выход которого соединен с анодным заземлением, блок управления, состоящий из последовательно соединенных источника опорного напряжения, блока сравнения и генератора-модулятора, причем входы блока сравнения соединены соответственно с подземным сооружением и электродом сравнения, а выход генератора-модулятора соединен с управляющим входом регулировочного элемента, введены дроссель, датчик тока, вентильный блок, датчик выходного напряжения, блок вычисления мощности, блок ограничения мощности, блок уставки номинальной мощности, при этом катодный выход источника постоянного тока через регулировочный элемент, дроссель и датчик тока подсоединен к подземному сооружению, выход регулировочного элемента через вентильный блок подключен к анодному выходу источника постоянного тока, датчик напряжения включен между анодным заземлением и подземным сооружением, при этом выходы датчика тока и датчика напряжения подключены к входам блока вычисления мощности, выход которого подключен к входу блока ограничения мощности, выход которого подключен к входу блока ограничения мощности, второй вход которого соединен с выходом блока уставки номинальной мощности, а выход подключен к входу источника опорного напряжения.

Использование приема регулирования скважности управляющих импульсов, поступающих с выхода генератора-модулятора на управляющий вход регулировочного элемента, позволяет обеспечить необходимую величину тока, протекающего в цепи катодной защиты. Введение в схему установки дросселя и вентильного блока позволяет сохранить протекание тока в цепи подземное сооружение анодное заземление в моменты выключения регулировочного элемента. Введение блока вычисления мощности, на входы которого поступают данные с датчика тока и датчика напряжения, позволяет через блок установления автоматически воздействовать через регулировочный элемент и дроссель на ток, протекающий по подземному сооружению. Введение блока ограничения мощности и блока уставки номинальной мощности позволяет полностью использовать соответствующую выходную мощность преобразователя при одновременной защите установки от перегрузок.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Установка катодной защиты содержит источник постоянного тока 1, анодный выход которого соединен с анодным заземлением 2, блок управления 3, состоящий из последовательно соединенных источника опорного напряжения 4, блока сравнения 5 и генератора-модулятора 6, при этом входы блока сравнения 5 соединены соответственно с подземным сооружением 7 и электродом сравнения 8, а выход генератора-модулятора 6 соединен с управляющим входом регулировочного элемента 9, другой вход которого соединен с катодным выходом источника постоянного тока 1. Выход регулировочного элемента 9 через дроссель 10 и датчик тока 11 подсоединен к подземному сооружению 7, а через вентильный блок 12 он связан с анодным выходом источника постоянного тока 1. Датчик выходного напряжения 13 включен между анодным заземлением 2 и подземным сооружением 7, выходы датчика 13 и датчика тока 11 подсоединены к входам блока вычисления мощности 14, выход которого подсоединен к первому входу блока ограничения мощности 15, к второму входу которого подключен выход блока уставки номинальной мощности 16. Выход блока ограничения мощности 15 подключен к входу источника опорного напряжения 4. Источник постоянного тока 1 выполнен из последовательно соединенных разделительного трансформатора 17, диодного выпрямителя 18 и сглаживающего фильтра 19, состоящего из конденсаторной батареи. Регулировочный элемент 9 представляет собой ключевой элемент на запираемом тиристоре или мощном транзисторе.

Работа установки катодной защиты происходит следующим образом: питающая сеть подключается к входу разделительного трансформатора 17, выходное напряжение которого поступает на вход диодного выпрямителя 18. Выпрямленное напряжение подается на вход сглаживающего фильтра 19. Под действием постоянного напряжения по цепи регулировочный элемент 9 дроссель 10 датчик тока 11 подземное сооружение 7 анодное заземление 2 потечет защитный ток, который будет создавать на подземном сооружении 7 поляризационный потенциал, величина которого зависит от величины защитного тока. Значение потенциала между электродом сравнения 8 и подземным сооружением 7 поступает на соответствующие входы блока сравнения 5, на другой вход которого подается сравнивающее напряжение от источника опорного напряжения 4. В блоке сравнения 5 эти данные сравниваются и в зависимости от результатов блок формирует на своем выходе напряжение постоянного тока, которое поступает на вход генератора-модулятора 6. На выходе генератора-модулятора 6 формируются импульсы управления с частотой несколько килогерц и регулируемой скважностью, зависящей от величины постоянного напряжения, поступающего на его вход. Эти импульсы подаются на управляющий вход регулировочного элемента 9. Когда на входе регулировочного элемента 9 присутствует постоянный положительный импульс, ток протекает по цепи: источник тока 1 регулировочный элемент 9 - дроссель 10, датчик тока 11 подземное сооружение 7, при отсутствие на входе регулировочного элемента 9 положительного импульса ключ закрыт и ток протекает в прямом направлении по цепи: подземное сооружение 7 датчик тока 11 - дроссель 10 вентильный блок 10 вентильный блок 12 анодное заземление 2, т. е. по цепи подземное сооружение анодное заземление протекает постоянный ток.

Таким образом, величина защитного тока зависит от скважности импульсов, поступающих с блока управления 3 на вход регулировочного элемента 9. При этом одновременно от датчика выходного напряжения 13 и датчика выходного тока 11 сигналы поступают на блок вычисления мощности 14 и на его выходе вырабатывается сигнал, пропорциональный мощности, отдаваемой установкой катодной защиты для поляризации подземного сооружения 7. Этот сигнал подается на вход блока ограничения мощности 115, на второй блок которого поступает напряжение от блока уставки номинальной мощности 16. В блоке ограничения мощности 15 эти сигналы сравниваются и в случае превышения номинальной мощности вырабатывается сигнал, который поступает на вход источника опорного напряжения 4, уменьшая его выходное значение и тем самым уменьшая скважность выходного импульса блока управления 3, что ограничивает время открытия регулировочного элемента 9 и тем самым устраняется перегрузка по мощности установки катодной защиты во всем диапазоне регулируемого напряжения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка катодной защиты, содержащая источник постоянного тока, анодный выход которого соединен с анодным заземлением, блок управления, состоящий из последовательно соединенных источника опорного напряжения, блока сравнения и генератора-модулятора, при этом входы блока сравнения соединены соответственно с подземным сооружением и электродом сравнения, а выход генератора-модулятора соединен с управляющим входом регулировочного элемента, отличающаяся тем, что в нее введены дроссель, датчик тока, вентильный блок, датчик выходного напряжения, блок вычисления мощности, блок ограничения мощности, блок уставки номинальной мощности, при этом катодный выход источника постоянного тока через регулировочный элемент, дроссель и датчик тока подсоединен к подземному сооружению, выход регулировочного элемента через вентильный блок подключен к анодному выходу источника постоянного тока, датчик напряжения включен между анодным заземлением и подземным сооружением, при этом выходы датчика тока и датчика напряжения подключены к входам блока вычисления мощности, выход которого подключен к входу блока ограничения мощности, второй вход которого соединен с выходом блока уставки номинальной мощности, а выход подключен к входу источника опорного напряжения.