МОДУЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

Полезная модель относится к оборудованию для электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии и может быть использовано в средствах защиты протяженных металлических сооружений различного назначения, в том числе трубопроводов.
Известна установка катодной защиты, содержащая модуль преобразования, анодный заземлитель, электрод сравнения, при этом модуль преобразования содержит источник питания, усилитель мощности, положительный выход которого соединен с анодным заземлителем, а выводы питания подключены к выходам источника питания. Устройство содержит также датчик тока, включенный в разрыв цепи, соединяющей отрицательный выход усилителя мощности и защищаемое сооружение, датчик выходного напряжения, включенный между анодным заземлителем и защищаемым сооружением, блок управления, содержащий модулятор, выход которого подключен к входу усилителя мощности, первый и второй источники опорного напряжения, первый блок сравнения, соединенный с датчиком тока, с датчиком выходного напряжения, и с первым источником опорного напряжения, второй блок сравнения, соединенный с модулятором, с выходом первого блока сравнения, с электродом сравнения, и с сооружением (патент РФ №9510333102, МПК: С23F 13/04).
Недостатком известного устройства является то, что использование его в качестве генератора тестового сигнала, при обследовании состояния трубопровода, ограничено формированием на его выходе тестового сигнала в виде постоянного напряжения заданного значения. В то время как для эффективного обследования трубопровода необходим тестовый сигнал сложной формы, содержащий как постоянную, так и переменную составляющие, причем частота переменной составляющей может принимать значения от 0.05 до 600 Гц.
Известны также установки для катодной защиты, оснащенные встроенным прерывателем выходного тока (установка "Парсек ИПЕ-1,2" производства НПАО "ПАРСЕК", опубликовано www.OOO-PARSEK.RU, установка «ПНКЗ-ППЧ-М10» производства Концерна "ЭНЕРГОМЕРА", опубликовано www.energomera.ru).
Однако наличие прерывателя в составе установки лишь частично решает поставленную задачу, так как использование его в качестве генератора тестового сигнала, при обследовании состояния трубопровода, ограничено формированием на его выходе тестового сигнала в виде переменного напряжения низкой частоты (от 0,06 Гц до 0,2 Гц). При этом обследование при тестовом сигнале в виде постоянного напряжения и обследование при тестовом сигнале в виде переменного напряжения разделены во времени, что увеличивает время на обследование.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является модульная установка для катодной защиты, содержащая набор идентичных модулей преобразования, одноименные входы и выходы которых связаны между собой, анодный заземлитель, электрод сравнения, датчик потенциала, при этом модуль преобразования содержит источник питания, усилитель мощности, положительный выход которого подключен к анодному заземлителю, а питающие входы подключены к выходам источника питания, датчик тока, первый вывод которого подключен к отрицательному выходу усилителя мощности, а второй вывод соединен с защищаемым сооружением, блок управления, содержащий модулятор, выход которого подключен к входу управления усилителя мощности, первый источник опорного напряжения, первый блок сравнения, первый вход которого связан с выходом первого источника опорного напряжения, второй источник опорного напряжения, второй блок сравнения, выход которого связан с входом модулятора, первый вход подключен к выходу второго источника опорного напряжения, второй вход подключен к выходу датчика тока, а третий вход соединен с выходом первого блока сравнения, накопитель, первый вывод которого связан с вторым входом первого блока сравнения и с электродом сравнения, коммутатор, выход которого связан с третьим входом первого блока сравнения и с вторым выводом накопителя, а первый и второй входы связаны соответственно с защищаемым сооружением и с датчиком потенциала (патент на изобретение РФ №2293139, МПК: C3F 13/04).
Недостатком известного устройства также является то, что использование его в качестве генератора тестового сигнала, при обследовании состояния трубопровода, ограничено формированием на его выходе тестового сигнала в виде постоянного тока заданного значения.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании установки для катодной защиты протяженных металлических сооружений, обеспечивающей при работе в режиме тестового генератора формирование сигнала, повышающего эффективность диагностики состояния сооружения.
Технический результат, отвечающий сформулированной выше задаче, заключается в повышении достоверности информации об объекте, получаемой в процессе обследования трубопровода, за счет формировании тестового сигнала сложной формы в широком диапазоне частот при одновременном снижении затрат на проведение обследования.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, представляющее собой модульную установку для катодной защиты, содержащую набор идентичных модулей преобразования, одноименные входы и выходы которых связаны между собой, анодный заземлитель, электрод сравнения, датчик потенциала, каждый модуль преобразования в которой содержит источник питания, усилитель мощности, положительный выход которого подключен к анодному заземлителю, а питающие входы подключены к выходам источника питания, датчик тока, первый вывод которого подключен к отрицательному выходу усилителя мощности, а второй вывод соединен с защищаемым сооружением, блок управления, содержащий модулятор, выход которого подключен к входу управления усилителя мощности, первый источник опорного напряжения, первый блок сравнения, первый вход которого связан с выходом первого источника опорного напряжения, второй источник опорного напряжения, второй блок сравнения, выход которого связан с входом модулятора, первый вход подключен к выходу второго источника опорного напряжения, второй вход подключен к выходу датчика тока, накопитель, первый вывод которого связан с вторым входом первого блока сравнения и с электродом сравнения, коммутатор, выход которого связан с третьим входом первого блока сравнения и с вторым выводом накопителя, а первый и второй входы связаны соответственно с защищаемым сооружением и с датчиком потенциала, дополнительно введены датчик выходного напряжения модульной установки, тестовый генератор, регулятор частоты тестового сигнала, регулятор амплитуды переменной составляющей тестового сигнала, регулятор значения постоянной составляющей тестового сигнала, а в каждый модуль преобразования дополнительно введен переключатель, при этом датчик выходного напряжения модульной установки подключен своими выводами к защищаемому сооружению и к анодному заземлителю, а регулятор частоты тестового сигнала, регулятор амплитуды переменной составляющей тестового сигнала, регулятор значения постоянной составляющей тестового сигнала, подключены своими выходами соответственно к первому, второму и третьему входам тестового генератора, выход которого связан с первым входом тестового блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу датчика выходного напряжения модульной установки, причем первый вход переключателя в составе каждого модуля преобразования связан с выходом первого блока сравнения, его выход соединен с третьим входом второго блока сравнения, второй вход объединен с одноименными входами переключателей остальных модулей преобразования, и подключен к выходу тестового блока сравнения, а вход управления соединен с шиной управления режимом модульной установки.
Введение новых конструктивных элементов в состав установки катодной защиты обеспечило формирование тестового сигнала с заданными параметрами. В результате этого появилась возможность при проведении диагностики состояния трубопровода использовать катодную станцию в качестве генератора тестовых сигналов сложной формы с возможностью изменения частоты тестового сигнала от 0,05 Гц до 700 Гц, что позволило расширить номенклатуру приемников тестового сигнала, применяемых при обследовании трубопровода.
При этом сокращается время обследования, так как за один проход совмещаются замеры, выполняемые для постоянной и для переменной составляющей тестового сигнала.
По сравнению с применением прерывателя выходного тока катодной станции для формирования тестового сигнала, применение предлагаемого технического решения повышает качество обследования. Это обусловлено возможностью формирования тестового сигнала сложной формы, содержащего как постоянную, так и переменную составляющие тестового сигнала, параметры которого (частота, амплитуда и значение постоянной составляющей) могут устанавливаться по усмотрению исследователя.
При этом
- в диапазоне частот от 0,05 Гц до 100 Гц значение постоянной составляющей может устанавливаться от 2 до 48 В, а амплитуда переменной составляющей - от 1 до 48 В,
- в диапазоне частот от 0,05 Гц до 400 Гц значение постоянной составляющей может устанавливаться от 5 до 48 В, а амплитуда переменной составляющей - от 1 до 30 В,
- в диапазоне частот от 0,05 Гц до 700 Гц значение постоянной составляющей может устанавливаться от 10 до 48 В, а амплитуда переменной составляющей - от 1 до 20 В.
Диапазон частот, на которых работает большинство технических средств диагностики, в том числе импортного производства, составляет от долей герц до 630 герц. Кроме того, следует учитывать, что режим прерывания тока нагрузки, применяемый для получений тестового сигнала переменного напряжения, не является «комфортным» для катодной станции и уменьшает ее ресурс.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема модульной установки.
Позициями на чертеже обозначены: 1 - модуль преобразования, 2 - анодный заземлитель, 3 - электрод сравнения, 4 - датчик потенциала, 5 - датчик выходного напряжения, 6 - тестовый генератор, 7 - регулятор частоты тестового сигнала, 8 - регулятор амплитуды переменной составляющей тестового сигнала, 9 - регулятор значения постоянной составляющей тестового сигнала, 10 - тестовый блок сравнения, 11 - источник питании, 12 - усилитель мощности, 13 - датчик тока, 14 - блок управления, 15 - модулятор, 16 - первый источник опорного напряжения, 17 - первый блок сравнения, 18 - второй источник опорного напряжения, 19 - второй блок сравнения, 20 - накопитель, 21 - коммутатор, 22 - переключатель, 23 - шина управления.
Модульная установка для катодной защиты содержит набор из N идентичных модулей преобразования 1, одноименные входы и выходы которых связаны между собой, анодный заземлитель 2, электрод сравнения 3, датчик потенциала 4, датчик выходного напряжения 5, тестовый генератор 6, регулятор частоты тестового сигнала 7, регулятор амплитуды переменной составляющей тестового сигнала 8, регулятор значения постоянной составляющей тестового сигнала 9, тестовый блок сравнения 10.
Модуль преобразования 1 содержит источник питания 11, усилитель мощности 12, положительный выход которого подключен к анодному заземлителю 2, а питающие входы подключены к выходам источника питания 11, датчик тока 13, первый вывод которого подключен к отрицательному выходу усилителя мощности 12, а второй вывод соединен с защищаемым сооружением, блок управления 14, содержащий модулятор 15, выход которого подключен к входу усилителя мощности 12, первый источник опорного напряжения 16, первый блок сравнения 17, первый вход которого связан с выходом первого источника опорного напряжения 16, второй источник опорного напряжения 18, второй блок сравнения 19, выход которого связан с входом модулятора 15, первый вход подключен к выходу второго источника опорного напряжения 18, второй вход подключен к выходу датчика тока 13, накопитель 20, первый вывод которого связан с вторым входом первого блока сравнения 17 и с электродом сравнения 3, коммутатор 21, первый и второй входы которого связаны соответственно с защищаемым сооружением и с датчиком потенциала 4, а выход подключен к третьему входу первого блока сравнения 17 и второму выводу накопителя 20, переключатель 22, выход которого соединен с третьим входом второго блока сравнения 19, первый коммутируемый вход соединен с выходом первого блока сравнения 17, а второй коммутируемый вход соединен с выходом тестового блока сравнения 10, к которому подключены вторые коммутируемые входы переключателей 22 всех остальных модулей преобразования, при этом управляющие входы переключателей 22 всех модулей преобразования соединены между собой и подключены к шине управления 23 режимом модульной установки.
Работа модульной установки, обеспечивающая реализацию функции катодной защиты, представлена в описании изобретения по патенту РФ №2293139, МПК: C3F 13/04). При этом принцип работы модуля преобразования в режиме защиты сооружения заключается в следующем.
Постоянное напряжение, формируемое на выводах источника питания 11, преобразуется в высокочастотный периодический импульсный сигнал. Амплитуда данного сигнала равна максимальному значению, необходимому для защиты сооружения, а коэффициент заполнения является функцией сигнала, получаемого в результате сравнения фактического значения поддерживаемого параметра (тока или потенциала) со значением, достаточным для эффективной защиты сооружения. Указанный импульсный сигнал преобразуется с помощью фильтра в постоянное напряжение, уровень которого пропорционален коэффициенту заполнения импульсного сигнала. В результате этого постоянное напряжение на входе усилителя мощности 12 преобразуется в регулируемое постоянное напряжение на его выходе. Усилитель мощности 12 выполнен по мостовой схеме, в диагональ которой включена первичная обмотка высокочастотного силового трансформатора. Вторичная обмотка данного трансформатора подключена к упомянутому выше сглаживающему фильтру. Импульсы управления ключами усилителя мощности 12 формируются модулятором 15. На вход модулятора 15 поступает сигнал с выхода второго блока сравнения 19. Данный блок сравнивает сигнал, поступающий с выхода датчика тока 13, с сигналом, поступающим с выхода первого блока сравнения 17, и изменяет посредством модулятора 15 параметры выходного сигнала усилителя мощности 12 таким образом, чтобы фактическое значение потенциала, поступающее на второй и третий входы первого блока сравнения 17, было равно значению, поступающему с выхода первого источника опорного напряжения 16.
Для формирования поляризационного потенциала используется накопитель 20 и коммутатор 21. Внутренний генератор импульсов коммутатора 21 обеспечивает периодическое подключение датчика потенциала 4 к защищаемому сооружению и перенос накопленного на нем потенциала на накопитель 21. Кроме этого, второй блок сравнения 19 анализирует сигнал с выхода второго источника опорного напряжения 18. Это позволяет обеспечить защиту сооружения при обрыве в цепи электрода сравнения 3 или в цепи датчика потенциала 4, когда сигнал с выхода первого блока сравнения 11 отсутствует. В этом случае блок управления 14 переходит на стабилизацию выходного тока модуля преобразования 1 относительно заданного на выходе второго источника опорного напряжения 18.
Принцип работы модуля преобразования в режиме формирования тестового сигнала заключается в следующем.
Для работы модульной установки в режиме формирования тестового сигнала на шину управления режимом необходимо подать высокий уровень управляющего сигнала. Это приведет к срабатыванию переключателя 22 в каждом модуле преобразования, и к третьему входу второго блока сравнения 19 будет подключен выход тестового блока сравнения 10. Ручками управления регуляторов частоты 7, амплитуды 8 и значения постоянной составляющей 9 тестового сигнала устанавливают параметры тестового сигнала, формируемого на выходе модульной установки. Тестовый блок сравнения 10 сравнивает заданное значение тестового сигнала с выходным сигналом датчика выходного напряжения 5 и поддерживает выходной сигнал модульной установки, идентичный сигналу с выхода тестового генератора 6.
На фиг.1 представлен один из вариантов реализации полезной модели, в которой использованы следующие функциональные элементы.
Источник питания 11 выполнен в виде диодного моста типа КВРС-1006 и набора конденсаторов типа К50-35 220 мкФ × 450 В. Усилитель мощности 12 выполнен по схеме мостового высокочастотного преобразователя напряжения. Ключевые элементы реализованы на полевых транзисторах типа IRFP22N50A. Силовой трансформатор выполнен на ферритовых кольцах М2000НМ1 К45×28×12. Высокочастотный выпрямитель построен на диодах типа BYV72. Дроссель сглаживающего фильтра выполнен на кольце К44×28×10,3 из материала МП140 и конденсаторе типа К50-35 100 мкФ × 160 В. В качестве датчика тока 13 использован шунт типа 75ШСММ3-30А. Блок управления 14 реализован на следующих элементах. Модулятор 15 построен на специализированном контроллере для управления импульсными источниками питания типа UC3825. Первый и второй источники опорного напряжения 16 и 18 построены на прецизионном стабилизаторе типа Д818 и переменном резисторе типа СП4-1. Первый и второй блоки сравнения 17 и 19 выполнены на операционных усилителях типа ОР177. В качестве накопителя 20 применен термостабильный конденсатор типа К71-7. Коммутатор 21 выполнен на базе аналогового коммутатора PVG612 и PIC-процессора типа PIC 18F675, переключатель 22 реализован на микросхеме TRR-1C-05. В качестве анодного заземлителя 2 применен оксидный железо-титановый анодный заземлитель типа ОЖТЗ-1. В качестве электрода сравнения 3 и датчика потенциала 4 использован медносульфатный электрод сравнения типа ЭНЕС-1, укомплектованный датчиком потенциала. Тестовый генератор 6 построен на PIC-процессоре типа PIC 18F675, регуляторы параметров тестового сигнала 7, 8, 9 выполнены на прецизионном стабилизаторе типа Д818 и переменном резисторе типа СП4-1. Тестовый блок сравнения 10 выполнен на усилителе типа ОР177.
Вышеизложенные сведения показывают, что при использовании заявляемой полезной модели выполнена следующая совокупность условий. Средство, воплощающее заявляемое решение при его осуществлении, предназначено для использования в системах электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии. Средство, воплощающее заявляемое решение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата. Только благодаря заявленному сочетанию функциональных элементов, соединенных между собой определенным образом, была достигнута возможность работы установки для катодной защиты в качестве тестового генератора сигналов, необходимых для обследования трубопровода предназначенными для этого техническими средствами.