ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ГРУППЫ ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
INTELLIGENT DEVICE FOR CATHODIC PROTECTION AGAINST CORROSION OF A GROUP OF UNDERGROUND METAL STRUCTURES

Изобретение относится к технике защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений и может быть использовано для защиты газопроводов, нефтепроводов и других подземных металлических сооружений.
Известна система катодной защиты двух и более сооружений, которая содержит трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого подсоединена к анодному заземлителю, два кремниевых вентиля, два регулируемых сопротивления, причем минусовая клемма выпрямителя подсоединена к общей точке соединенных между собой катодов кремниевых вентилей, аноды которых подсоединены к каждому из защищаемых сооружений через регулируемые балластные сопротивления (Пат. RU №2151218, C23F 13/02, 2003 г.).
Недостатком известного устройства является низкая эффективность катодной защиты при воздействии внешних электрических полей.
Известно устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, состоящее из основного и дополнительных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, кремниевые вентили в цепи защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, датчики разности потенциалов дополнительных защищаемых сооружений, силовые ключи и фильтры основного и дополнительных защищаемого сооружения (Пат. RU №2394943, C23F 13/02, 2010 г.),
Недостатком известного устройства является низкая эффективность катодной защиты, отсутствие адаптивности к воздействию внешних электрических полей.
Известно адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, состоящее из основного и дополнительных металлических сооружений и содержащее трансформатор, выпрямитель, плюсовая клемма которого через фильтр выпрямленного напряжения подсоединена к анодному заземлителью, последовательно соединенные силовые ключи, вентили и фильтры основного и N дополнительных защищаемых сооружений, усилители, интеграторы, широтно-импульсные модуляторы и блоки управления силовыми ключами основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик разности потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчик величины защитного потенциала основного защищаемого сооружения, задатчик потенциала основного защищаемого сооружения, блок сравнения основного защищаемого сооружения (Пат. RU №2440442, C23F 13/02, 2012 г.).
Недостатком известного аналога является низкая эффективность катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений при их пролегании в зоне движения рельсового электротранспорта.
Наиболее близким к изобретению является адаптивное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, соединений через фильтр выпрямленного напряжения с анодными заземлителями основного и N дополнительных металлических сооружений, последовательно соединенные силовые ключи, вентили и фильтры основного и N дополнительных защищаемых сооружений, усилители, интеграторы, широтно-импульсные модуляторы и блоки управления силовыми ключами основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчики разности потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчики величины защитного потенциала основного и N дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала основного защищаемого сооружения, блоки сравнения основного и N дополнительных защищаемых сооружений, корректоры задатчиков основного и N дополнительных защищаемых сооружений, масштабирующие усилители основного и N дополнительных защищаемых сооружений (Пат. RU №2491373, C23F 13/02, 2013 г.).
Недостатком известного прототипа является низкая эффективность катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений при их пролегании в зоне движения рельсового электротранспорта.
Задачей изобретения является повышение эффективности катодной защиты от коррозии посредством фиксации движения рельсового электротранспорта в защищаемой зоне и запоминания характера изменений электрических полей от проходящего рельсового электротранспорта и коррекции значений защитных токов в сторону увеличения для надежной защиты подземных металлических сооружений во время движения рельсового электротранспорта в зоне их пролегания
Поставленная задача достигается тем, что в интеллектуальное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, содержащее трансформатор, выпрямитель, соединенный через фильтр выпрямленного напряжения с анодными заземлителями основного и N дополнительных металлических сооружений, последовательно соединенные силовые ключи, вентили и фильтры основного и N дополнительных защищаемых сооружений, усилители, интеграторы, широтно-импульсные модуляторы и блоки управления силовыми ключами основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчики разности потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчики величины защитного потенциала основного и N дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала основного защищаемого сооружения, блоки сравнения основного и N дополнительных защищаемых сооружений, корректоры задатчиков основного и N дополнительных защищаемых сооружений, масштабирующие усилители основного и N дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала основного защищаемого сооружения соединен с первыми входами корректоров задатчиков основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчики разности потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений через соответствующие масштабирующие усилители соединены со вторыми входами корректоров задатчиков основного и N дополнительных защищаемых сооружений соответственно, первые входы блоков сравнения основного и N дополнительных защищаемых сооружений соединены с выходами корректоров задатчиков основного и N дополнительных защищаемых сооружений, выходы блоков сравнения соединены с усилителями основного и N дополнительных защищаемых сооружений, дополнительно введены первый и второй датчики вхождения и первый и второй датчики покидания зоны защиты основного и N дополнительных защищаемых сооружений электротранспортом, первый и второй блоки радиопередачи, блок радиоприема, первый и второй триггеры, первый и второй задатчики коррекции защитного потенциала, первый и второй ключи коррекции, сумматор задатчика, первые и вторые ключи основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первые и вторые блоки памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первые и вторые корректирующие регистры прохождения электротранспорта в зоне основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первые и вторые корректирующие усилители основного и N дополнительных защищаемых сооружений, сумматоры коррекции основного и N дополнительных защищаемых сооружений, корректоры потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, причем первый и второй блоки радиопередачи соединены с блоком радиоприема по радиоканалу, первый датчик вхождения электротранспорта в зону защищаемых сооружений через первый блок радиопередачи и блок радиоприема по радиоканалу соединен с входом установки в единицу «1» первого триггера, второй датчик покидания электротранспортом зоны защищаемых сооружений через второй блок радиопередачи и блок радиоприема по радиоканалу соединен с входом сброса в «0» первого триггера, второй датчик вхождения электротранспорта в зону защищаемых сооружений через второй блок радиопередачи и блок радиоприема по радиоканалу соединен с входом установки в единицу «1» второго триггера, первый датчик покидания электротранспортом зоны защищаемых сооружений через первый блок радиопередачи и блок радиоприема по радиоканалу соединен с входом сброса в «0» второго триггера, выход первого триггера соединен с управляющими входами первых ключей основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первых корректирующих регистров основного и N дополнительных защищаемых сооружений и первого ключа коррекции, выход второго триггера соединен с управляющими входами вторых ключей основного и N дополнительных защищаемых сооружений, вторых корректирующих регистров основного и N дополнительных защищаемых сооружений и второго ключа коррекции, выходы первого и второго задатчиков коррекции защитного потенциала через первый и второй ключи коррекции и сумматор задатчика соединены с корректирующим входом задатчика потенциала основного защищаемого сооружения, датчики величины защитного потенциала основного и N дополнительных защищаемых сооружений соединены с первыми входами корректоров потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений и информационными входами первых и вторых ключей основного и N дополнительных защищаемых сооружений, выходы первых ключей через первые блоки памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первые корректирующие регистры прохождения электротранспорта в зоне основного и N дополнительных защищаемых сооружений и первые корректирующие усилители соединены с первыми входами сумматоров коррекции основного и N дополнительных защищаемых сооружений, выходы вторых ключей через вторые блоки памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, вторые корректирующие регистры прохождения электротранспорта в зоне основного и N дополнительных защищаемых сооружений и вторые корректирующие усилители соединены с вторыми входами сумматоров коррекции основного и N дополнительных защищаемых сооружений, выходы сумматоров коррекции соединены с вторыми входами корректоров потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, выходы корректоров потенциалов соединены со вторыми входами блоков сравнения основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
На фигуре представлена схема интеллектуального устройства катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений.
Устройство содержит трансформатор 1, выпрямитель 2, соединений через фильтр 3 выпрямленного напряжения с анодными заземлителями 4 основного и N дополнительных металлических сооружений, последовательно соединенные силовые ключи 5, вентили 6 и фильтры 7 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, усилители 8, интеграторы 9, широтно-импульсные модуляторы 10 и блоки управления 11 силовыми ключами основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчики разности потенциалов 12 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчики величины защитного потенциала 13 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала 14 основного защищаемого сооружения, блоки сравнения 15 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, корректоры задатчиков 16 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, масштабирующие усилители 17 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, задатчик потенциала 14 основного защищаемого сооружения соединен с первыми входами корректоров задатчиков 16 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, датчики разности потенциалов 12 основного и N дополнительных защищаемых сооружений через соответствующие масштабирующие усилители 17 соединены со вторыми входами корректоров задатчиков 16 основного и N дополнительных защищаемых сооружений соответственно, первые входы блоков сравнения 15 основного и N дополнительных защищаемых сооружений соединены с выходами корректоров задатчиков 16 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, выходы блока сравнения основного и N блоков сравнения дополнительных защищаемых сооружений соединены с усилителями основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первый 18 и второй 19 датчики вхождения и первый 20 и второй 21 датчики покидания зоны защиты основного и N дополнительных защищаемых сооружений электротранспортом, первый 22 и второй 23 блоки радиопередачи, блок радиоприема 24, первый 25 и второй 26 триггеры, первый 27 и второй 28 задатчики коррекции защитного потенциала, первый 29 и второй 30 ключи коррекции, сумматор 31 задатчика, первые 32 и вторые 33 ключи основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первые 34 и вторые 35 блоки памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первые 36 и вторые 37 корректирующие регистры прохождения электротранспорта в зоне основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первые 38 и вторые 39 корректирующие усилители основного и N дополнительных защищаемых сооружений, сумматоры коррекции 40 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, корректоры потенциалов 41 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Первый 22 и второй 23 блоки радиопередачи соединены с блоком радиоприема 24 по радиоканалу.
Первый 18 датчик вхождения электротранспорта в зону защищаемых сооружений через первый 22 блок радиопередачи и блок радиоприема 24 по радиоканалу соединен с входом установки в единицу «1» первого 25 триггера, второй 21 датчик покидания электротранспортом зоны защищаемых сооружений через второй 23 блок радиопередачи и блок радиоприема 24 по радиоканалу соединен с входом сброса в «0» первого 25 триггера.
Второй 19 датчик вхождения электротранспорта в зону защищаемых сооружений через второй 23 блок радиопередачи и блок радиоприема 24 по радиоканалу соединен с входом установки в единицу «1» второго 26 триггера, первый 20 датчик покидания электротранспортом зоны защищаемых сооружений через первый 22 блок радиопередачи и блок радиоприема 24 по радиоканалу соединен с входом сброса в «0» второго 26 триггера.
Выход первого 25 триггера соединен с управляющими входами первых 32 ключей основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первых 36 корректирующих регистров основного и N дополнительных защищаемых сооружений и первого 29 ключа коррекции.
Выход второго 26 триггера соединен с управляющими входами вторых 33 ключей основного и N дополнительных защищаемых сооружений, вторых 37 корректирующих регистров основного и N дополнительных защищаемых сооружений и второго 30 ключа коррекции.
Выходы первого 27 и второго 28 задатчиков коррекции защитного потенциала через первый 29 и второй 30 ключи коррекции и сумматор 31 задатчика соединены с корректирующим входом задатчика потенциала 14 основного защищаемого сооружения.
Датчики величины защитного потенциала 13 основного и N дополнительных защищаемых сооружений соединены с первыми входами корректоров потенциалов 41 основного и N дополнительных защищаемых сооружений и информационными входами первых 32 и вторых 33 ключей основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Выходы первых 32 ключей через первые 34 блоки памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, первые 36 корректирующие регистры прохождения электротранспорта в зоне основного и N дополнительных защищаемых сооружений и первые 38 корректирующие усилители соединены с первыми входами сумматоров коррекции 40 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Выходы вторых 33 ключей через вторые 35 блоки памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений, вторые 37 корректирующие регистры прохождения электротранспорта в зоне основного и N дополнительных защищаемых сооружений и вторые 38 корректирующие усилители соединены с вторыми входами сумматоров коррекции 40 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Выходы сумматоров коррекции 40 основного и N дополнительных защищаемых сооружений соединены с вторыми входами корректоров потенциалов 41 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Выходы корректоров потенциалов 41 основного и N дополнительных защищаемых сооружений соединены со вторыми входами блоков сравнения 15 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Устройство работает следующим образом.
Величины защитного потенциала измеряется непосредственно в зоне пролегания объектов защиты основного (О ЗС) и N дополнительных защищаемых сооружений (ЗС 1, ЗС N,) посредством датчиков величины защитного потенциала 13.
Этим обеспечивается контроль величин защитных потенциалов непосредственно в зоне пролегания объектов защиты основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Значения разностей потенциалов между подземными металлическими сооружениями измеряются датчиками разности потенциалов 12 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Уровень защитного потенциала устанавливается посредством задатчика потенциала 14 основного защищаемого сооружения,
Корректор задатчика 16 основного и N дополнительных защищаемых сооружений обеспечивает коррекцию требуемых защитных потенциалов.
В установившемся режиме величины защитных потенциалов основного защищаемого сооружения установлены с учетом компенсации взаимного влияния основного и дополнительных защищаемых сооружений. На выходах блоков сравнения 15 основного и N защищаемых сооружений напряжение равно нулю. Величины протекающих защитных токов основного и дополнительных защищаемых сооружений определяются уровнями напряжений на интеграторах 9, которые через широтно-импульсные модуляторы 10 и блоки управления 11 управляют силовыми ключами 5 основного и N дополнительных защищаемых сооружений. Этим поддерживается текущее значение защитных токов.
Въезд рельсового электротранспорта зону пролегания группы защищаемых металлических подземных сооружений фиксируется первым 18 или вторым 19 датчиком вхождения в зону защиты основного и N дополнительных защищаемых сооружений в зависимости направления движения электротранспорта.
При одновременном въезде рельсового электротранспорта зону пролегания группы защищаемых металлических подземных сооружений с двух сторон, въезд фиксируется как первым 18, так и вторым 19 датчиком вхождения в зону защиты металлических сооружений.
Первый 18 и второй 19 датчики вхождения в зону защиты через первый 22 и второй 23 блоки радиопередачи, блок радиоприема 24 переводят первый 25 и второй 26 триггеры в состояние «1», причем если въезд рельсового электротранспорта был с одной стороны, то срабатывает один из триггеров, если с двух сторон, то срабатывают оба триггера.
Первый 25 и второй 26 триггер формируют на выходе сигнал «1», который открывает первый 29 и второй 30 ключи коррекции. При этом величины напряжений с первого 27 и второго 28 задатчиков коррекции защитного потенциала суммируются не сумматоре 31 задатчика. Этот сигнал коррекции подается на задатчик потенциала 14 основного защищаемого сооружения.
В результате производится коррекция задатчика потенциала 14 основного защищаемого сооружения. Значения уровней коррекции первого 27 и второго 28 задатчиков коррекции защитного потенциала устанавливаются в зависимости от степени изменения электрических полей от прохождения рельсового электротранспорта. При нахождении одной единицы электротранспорта в зоне пролегания металлических сооружений, коррекция производится на величину уровня первого 27 или второго 28 задатчиков коррекции защитного потенциала, при въезде двух единиц электротранспортам с двух сторон, уровни первого 27 и второго 28 задатчиков коррекции суммируются, и величина сигнала на выходе задатчика потенциала 14 увеличивается.
Это обеспечивает повышение эффективности катодной защиты от коррозии посредством фиксации факта движения рельсового электротранспорта в защищаемой зоне и коррекции защитного потенциала в сторону увеличения при движении рельсового электротранспорта в зоне пролегания металлических сооружений.
Сигнал «1» от первого 25 и второго 26 триггеров также поступает на первые 32 и вторые 33 ключи основного и N дополнительных защищаемых сооружений, которые открывают запись величин защитных потенциалов непосредственно в зоне пролегания объектов защиты основного (О ЗС) и N дополнительных защищаемых сооружений (ЗС 1, ЗС N,) от датчиков величины защитного потенциала 13 в первые 34 и вторые 35 блоки памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
В результате в первых 34 блоках памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений записывается трек изменения текущих значений защитных потенциалов при движении рельсового электротранспорта, фиксируемого первым 18 датчиком вхождения рельсового электротранспорта.
Аналогично во вторых 35 блоках памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений записывается трек изменения текущих значений защитных потенциалов при движении рельсового электротранспорта, фиксируемого вторым 19 датчиком вхождения рельсового электротранспорта с другой стороны.
Сохраненные в предыдущих периодах движения электротранспорта значения из первых 34 и вторых 35 блоков памяти значений защитных потенциалов основного и N дополнительных защищаемых сооружений при вхождении очередного электротранспорта переписываются в первые 36 и вторые 37 корректирующие регистры прохождения электротранспорта в зоне основного и N дополнительных защищаемых сооружений. Эти значения через первые 38 и вторые 39 корректирующие усилители основного и N дополнительных защищаемых сооружений передаются на сумматоры коррекции 40, и затем на второй вход корректоров потенциалов 41 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
В результате производится запись треков изменения защитного потенциала под действием рельсового электротранспорта, которые используются для коррекции защитных токов устройства во времени за период прохождения единицы электротранспорта.
Это обеспечивает повышение эффективности катодной защиты от коррозии посредством запоминания характера изменений электрических полей от проходящего рельсового электротранспорта и коррекции значений защитных токов для надежной защиты подземных металлических сооружений во время движения рельсового электротранспорта в зоне их пролегания.
После прохождения рельсовым электротранспортом зоны пролегания группы защищаемых металлических подземных сооружений, срабатывают первый 20 и второй 21 датчики покидания зоны защиты основного и N дополнительных защищаемых сооружений электротранспортом, которые через первый 22 и второй 23 блоки радиопередачи и блок радиоприема 24 сбрасывают первый 25 и второй 26 триггеры в состояние «0» и устройство переходит в режим защиты при отсутствии электротранспорта.
Дополнительно величины защитного потенциала с датчиков величин защитного потенциала 13 поступают на датчики разностей потенциалов 12 основного и N дополнительных защищаемых сооружений и через масштабирующие усилители 17 подаются на вторые входы корректоров задатчиков 16 основного и дополнительных защищаемых сооружений, на первые входы которых подается напряжение от задатчика потенциала 14 основного защищаемого сооружения, в результате чего происходит коррекция установленных потенциалов для каждого защищаемого сооружения.
Значения установленных потенциалов для каждого защищаемого сооружения сравниваются на блоке сравнения 15 основного и дополнительных защищаемых сооружений со значениями, поступающими с выходов корректоров задатчиков 16 и корректоров потенциалов 41 основного и N дополнительных защищаемых сооружений, что обеспечивает коррекцию требуемых защитных потенциалов. На выходе усилителей 8 появляется корректирующее напряжение, которое переводит интеграторы 9 на другой уровень, в результате чего широтно-импульсные модуляторы 10 через блоки управления 11 изменяют режим работы силовых ключей 5 основного и N дополнительных защищаемых сооружений.
Таким образом, интеллектуальное устройство катодной защиты от коррозии группы подземных металлических сооружений, обеспечивает повышение эффективности катодной защиты от коррозии посредством фиксации движения рельсового электротранспорта в защищаемой зоне и запоминания характера изменений электрических полей от проходящего рельсового электротранспорта и коррекции значений защитных токов в сторону увеличения для надежной защиты подземных металлических сооружений во время движения рельсового электротранспорта в зоне их пролегания.