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 трубопроводов различного назначения, металлических резервуаров, а также в качестве источника тока в различных областях техники.
Известны установки для катодной защиты от коррозии подземных металлических сооружений, среди которых:
Устройство для защиты подземных металлических сооружений от коррозии блуждающими токами (заявка RU на полезную модель №2010110653), содержащее протектор, подключенный к защищаемому сооружению через последовательно соединенные: амперметр, диод, переменный резистор, нормально замкнутые контакты реле, обмотка управления которого соединена с выходом блока управления, вольтметр, включенный между протектором и защищаемым сооружением.
Автоматическое дренажное устройство для защиты от коррозии подземных металлических сооружений (патент RU на полезную модель №92661), содержащее: объединенные в преобразовательный модуль: блок поляризации, блок преобразования и стабилизации энергии блуждающих токов, блок регулирования тока, блок задания и сравнения защитного потенциала; неполяризующийся электрод сравнения, подключенный к преобразовательному модулю, дренажный кабель для подсоединения к источнику блуждающих токов и дренажный кабель для подсоединения к защищаемому сооружению, измерительный кабель для подключения к защищаемому сооружению и измерительный кабель для подсоединения к неполяризующемуся электроду сравнения, блок подключения к источнику блуждающих токов.
К общим недостаткам приведенных выше известных технических решений следует отнести:
- отсутствие контроля интенсивности наводороживания металла сооружения как одного из признаков его излишней катодной поляризации (перезащиты);
- отсутствие защиты сооружения от его избыточной катодной поляризации при воздействии на него блуждающих токов отрицательной полярности;
- отсутствие автоматического управления выходной мощностью устройства катодной защиты по результатам контроля интенсивности наводороживания металла сооружения.
Известен «Способ и устройство для катодной защиты от коррозии подземных трубопроводов» (патент EP 0529372 B1 на способ и устройство), заключающийся в том, что переменное напряжение, индуцированное в трубопроводе от постороннего источника, например железнодорожной контактной сети, компенсируется защитным переменным напряжением, совпадающим по частоте и форме с индуцированным напряжением помехи, но находящимся с ней в противофазе. Данное защитное напряжение суммируется с постоянным напряжением катодной станции и вырабатывается с помощью функционального генератора, управляемого декодером, который соединен с трубопроводом для измерения электрического тока, индуцированного в трубопроводе сигналом помехи. Для предотвращения перезащиты трубопровода во время действия отрицательной полуволны наведенного напряжения помехи защитное напряжение имеет несимметричную форму, так как предназначено для компенсации прежде всего положительной полуволны наведенного в трубопроводе переменного напряжения помехи.
К недостаткам известного технического решения, описанного в патенте EP 0529372 B1, следует отнести:
- отсутствие контроля интенсивности наводороживания металла сооружения как одного из признаков его излишней катодной поляризации (перезащиты);
- отсутствие автоматического управления выходной мощностью устройства катодной защиты по результатам контроля интенсивности наводороживания металла сооружения;
- низкая эффективность способа компенсации помехи в реальных условиях, обусловленная тем, что сигнал, формируемый функциональным генератором для компенсации помехи, является воспроизведением этой помехи за предыдущий период времени, а это предполагает высокую степень периодичности и повторяемости всех параметров сигнала помехи, в том числе амплитуды, формы, частоты, фазы, что в реальных условиях маловероятно.
- данный способ не применим для компенсации помехи в виде одиночного нерегулярного сигнала неизвестной формы, амплитуды, длительности и полярности;
- реализация данного способа требует применения, кроме устройства катодной защиты, дополнительного сложного оборудования в виде технических средств формирования напряжения компенсации помехи, что усложняет обслуживание катодной станции в целом, снижает надежность ее работы.
Известны установки для катодной защиты от коррозии подземных металлических сооружений, среди которых:
Автоматическая станция катодной защиты металлических сооружений от коррозии (патент RU на изобретение №2456375), содержащая вентильные разрядники, защитный автомат, силовой блок, шунт, первый и второй датчики защитного потенциала, первый и второй блоки сравнения, инвертор, первый и второй аналоговые ключи, сумматор, масштабирующий усилитель, задатчики максимальной и минимальной величины защитного потенциала, первый и второй компараторы, генератор, первый и второй элементы «И», реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, задатчик тока, ограничитель тока, датчик сетевого напряжения, датчик напряжения на силовом блоке, датчик тока, датчик защитного напряжения, датчик открытия дверей, модем сотовой связи с набором информационных входов.
Модульная установка для катодной защиты протяженных металлических сооружений (патент RU на изобретение №2436870), содержащая набор из N идентичных модулей преобразования, одноименные входы и выходы которых связаны между собой, анодный заземлитель, электрод сравнения, датчик потенциала, датчик выходного напряжения, тестовый генератор, регулятор частоты тестового сигнала, регулятор амплитуды переменной составляющей тестового сигнала, регулятор значения постоянной составляющей тестового сигнала, тестовый блок сравнения. При этом модуль преобразования содержит источник питания, усилитель мощности, датчик тока, блок управления, содержащий модулятор, первый источник опорного напряжения, первый блок сравнения, второй источник опорного напряжения, второй блок сравнения, накопитель, коммутатор, переключатель, шина управления режимом модульной установки.
К общим недостаткам приведенных выше известных технических решений следует отнести:
- отсутствие контроля интенсивности наводороживания металла сооружения как одного из признаков его излишней катодной поляризации (перезащиты);
- отсутствие защиты сооружения от его избыточной катодной поляризации при воздействии на него блуждающих токов отрицательной полярности путем анодной поляризации сооружения;
- отсутствие автоматического управления выходной мощностью устройства катодной защиты по результатам контроля интенсивности наводороживания металла сооружения.
Известен преобразователь для катодной защиты железобетонных конструкций (патент RU на полезную модель №126006), содержащий корпус, внутри которого размещены: по крайней мере, один модуль преобразования напряжения, соединительная панель и блок коммутации, а также внутренний корпус блока управления, внутри которого расположены: блок измерения электрических параметров, блок индикации, блок телемеханики.
К недостаткам известного технического решения следует отнести:
- отсутствие контроля интенсивности наводораживания металла сооружения как одного из признаков его излишней катодной поляризации (перезащиты);
- отсутствие автоматического управления выходной мощностью устройства катодной защиты по результатам контроля интенсивности наводороживания металла сооружения;
- диапазон возможных значений «Уставки потенциала» не соответствует нормированному для объектов нефтегазового комплекса диапазону. В соответствии с ГОСТ ИСО 9.602-2005 значение «Уставки потенциала» должно быть в пределах от -0,9 В до -3,5 В. В описании патента RU на полезную модель №126006 заявлен диапазон значений «Уставки потенциала» от +5,0 В до -5,0 В. Однако задание «Уставки потенциала» в диапазоне значений от +5,0 В до -0,9 В приведет к активной коррозии сооружения и его разрушению. А задание «Уставки потенциала» в диапазоне значений от -3,5 В до -5,0 В приведет к интенсивному наводороживанию металла сооружения и разрушению его защитного покрытия. Сведений об автоматическом ограничении «Уставки потенциала» по результатам контроля интенсивности наводороживания металла сооружения на безопасном уровне в описании патента RU на полезную модель №126006 не приведено;
- необходимость сложной реализации с индивидуальным питанием и гальванической развязкой измерительных цепей ключевых контролируемых параметров (потенциала, выходного тока, выходного напряжения), обусловленная тем, что при коммутации выходных цепей мостовым коммутатором изменяется потенциал «точки отсчета» измерительной цепи каждого из указанных параметров;
- сложность реализации коммутатора, управление работой которого также требует гальванической развязки.
Известна система катодной защиты магистральных трубопроводов (патент RU на полезную модель №2202001), содержащая: поляризуемый трубопровод 1, установки катодной защиты 2 и 3, пункты приема и регистрации информации 4, источник (источники) сетевого электроснабжения 5, причем каждая установка катодной защиты 2 и 3 содержит катодную станцию (преобразователь) 6, глубинное анодное заземление 7, блок измерения и обработки информации 8, датчик поляризационного потенциала 9, датчик скорости коррозии 10, датчик наводораживания 11, блок приема и передачи 12, электрод сравнения 13, блок логики, телеизмерения и телерегулирования 14, блок коммутации и измерения параметров защиты 15, блок фазовой регулировки 16, блок импульсной модуляции 17 и избирательный фильтр 18, шину 19.
К недостаткам известного технического решения следует отнести:
Отсутствие защиты сооружения от его избыточной катодной поляризации при воздействии на него блуждающих токов отрицательной полярности путем анодной поляризации сооружения;
Наиболее близким аналогом является устройство того же назначения, что и заявляемое изобретение: «Модульная установка для катодной защиты» (патент RU на изобретение №2293139), включающая набор идентичных модулей преобразования, одноименные входы и выходы которых связаны между собой, анодный заземлитель, электрод сравнения, датчик потенциала, при этом каждый модуль преобразования содержит источник питания, усилитель мощности, питающие входы которого подключены к выходам источника питания, датчик тока, один из выводов которого соединен с защищаемым сооружением, блок управления, содержащий модулятор, выход которого подключен к входу управления усилителя мощности, первый блок сравнения, подключенный своим выходом к входу модулятора, первый источник опорного напряжения, подключенный своим выходом к первому входу первого блока сравнения, второй блок сравнения, второй источник опорного напряжения, подключенный своим выходом к первому входу второго блока сравнения, накопитель энергии, первый вывод которого соединен со вторым входом второго блока сравнения и с электродом сравнения, коммутатор, выход которого подключен к третьему входу второго блока сравнения и ко второму выводу накопителя энергии, при этом первый и второй входы коммутатора соединены соответственно с датчиком потенциала и с защищаемым сооружением.
К недостаткам наиболее близкого аналога следует отнести:
- отсутствие контроля интенсивности наводороживания металла сооружения как одного из признаков его излишней катодной поляризации (перезащиты);
- отсутствие возможности обеспечить анодную поляризацию сооружения для компенсации его избыточной катодной поляризации при воздействии на него постороннего источника блуждающих токов,
Задача, на решение которой направлено предложенное техническое решение, заключается в повышении качества защиты от почвенной коррозии сооружения, находящегося в зоне активного действия блуждающих токов.
Технический результат, отвечающий сформулированной выше задаче, выражается в существенном снижении опасности перезащиты сооружения в зоне действия блуждающих токов за счет:
- контроля интенсивности наводороживания металла сооружения;
- автоматического управления «Уставкой потенциала» и «Уставкой тока» по результатам контроля интенсивности наводороживания;
- анодной поляризации сооружения для компенсации его избыточной катодной поляризации при воздействии на него постороннего источника блуждающих токов;
- автоматического управления переключением с катодной поляризации сооружения на анодную поляризацию и обратно по результатам контроля интенсивности наводороживания.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в модульную установку для катодной защиты, содержащую: набор идентичных модулей преобразования, одноименные входы и выходы которых связаны между собой; анодный заземлитель; электрод сравнения; датчик потенциала, при этом каждый модуль преобразования содержит: источник питания; усилитель мощности, питающие входы которого подключены к выходам источника питания; датчик тока, один из выводов которого соединен с защищаемым сооружением; блок управления, содержащий: модулятор, выход которого подключен к входу управления усилителя мощности; первый блок сравнения, подключенный своим выходом к входу модулятора; первый источник опорного напряжения, подключенный своим выходом к первому входу первого блока сравнения; второй блок сравнения; второй источник опорного напряжения, подключенный своим выходом к первому входу второго блока сравнения; накопитель энергии, первый вывод которого соединен со вторым входом второго блока сравнения и с электродом сравнения; коммутатор, выход которого подключен к третьему входу второго блока сравнения и ко второму выводу накопителя энергии, а первый и второй входы коммутатора соединены соответственно с датчиком потенциала и с защищаемым сооружением, согласно полезной модели в модульную установку для катодной защиты введен датчик наводороживания, а в каждый модуль преобразования введен переключатель выходных цепей, выход которого соединен с анодным заземлителем, усилитель мощности имеет выход нулевого потенциала, подключенный ко второму выводу датчика тока, при этом положительный выход усилителя мощности подключен к первому входу переключателя выходных цепей, отрицательный выход усилителя мощности подключен ко второму входу переключателя выходных цепей, а в блок управления каждого модуля преобразования введены: компаратор; третий источник опорного напряжения, соединенный своим выходом с первым входом компаратора; первый переключатель измерительных цепей; второй переключатель измерительных цепей; первый и второй инверторы; третий блок сравнения; четвертый источник опорного напряжения, подключенный своим выходом к первому входу третьего блока сравнения; вход управления первого источника опорного напряжения, подключенный к первому выходу третьего блока сравнения; вход управления второго источника опорного напряжения, подключенный ко второму выходу третьего блока сравнения, соединенного вторым и третьим входами соответственно с первым и вторым выходами датчика наводороживания, а третьим своим выходом соединен с входом блокировки компаратора, второй вход которого соединен: с выходом второго блока сравнения; с первым входом первого переключателя измерительных цепей; с входом первого инвертора, выход которого подключен ко второму входу первого переключателя измерительных цепей, выход которого связан со вторым входом первого блока сравнения, выход же компаратора соединен с управляющими входами: переключателя выходных цепей; первого переключателя измерительных цепей; второго переключателя измерительных цепей, первый вход которого соединен с выходом датчика тока и входом второго инвертора, подключенного своим выходом к второму входу второго переключателя измерительных цепей, выход которого соединен с третьим входом первого блока сравнения.
Причинно-следственная связь между техническим результатом и дополнительно введенными в модульную установку для катодной защиты существенными признаками заключается в том, что: введение таких существенных признаков, как: датчик наводороживания, третий блок сравнения, четвертый источник опорного напряжения, обеспечивает контроль интенсивности наводороживания металла сооружения; введение таких существенных признаков, как: вход управления первого источника опорного напряжения, подключенный к первому выходу третьего блока сравнения, и вход управления второго источника опорного напряжения, подключенный ко второму выходу третьего блока сравнения, обеспечивает автоматическое управление «Уставкой потенциала» и «Уставкой тока» по результатам контроля интенсивности наводороживания, что исключает возможность установить завышенное для данного сооружения значение «Уставки потенциала» или «Уставки тока», способное вызвать перезащиту сооружения; введение таких существенных признаков, как: компаратор, третий источник опорного напряжения, переключатель выходных цепей, первый переключатель измерительных цепей, второй переключатель измерительных цепей, первый и второй инверторы, обеспечивают автоматическое изменение полярности выходного напряжения модуля преобразования, позволяющее компенсировать избыточную катодную поляризацию сооружения, при воздействии на сооружение постороннего источника блуждающих токов; при этом вход блокировки компаратора, подключенный к третьему выходу третьего блока сравнения, разрешает компаратору переключение полярности выходного напряжения модуля преобразования не при каждом превышении фактического значения потенциала над заданным значением, а только при условии, что это превышение выходит за нормированные пределы. Выполнение данного условия возможно только при анализе сигнала с датчика наводороживания, что подтверждает необходимость связи третьего выхода третьего блока сравнения с входом блокировки компаратора.
Таким образом, исключение любого из вновь введенных существенных признаков не позволит достичь указанного выше технического результата.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, не позволил обнаружить на дату подачи заявки средства того же назначения, совокупность существенных признаков которого полностью идентична совокупности существенных признаков заявляемого изобретения. Из этого сделан вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию НОВИЗНА.
На чертеже приведена функциональная схема модульной установки для катодной защиты.
Позициями на чертеже обозначены:
1 - модуль преобразования;
2 - анодный заземлитель;
3 - электрод сравнения;
4 - датчик потенциала;
5 - датчик наводороживания
6 - источник питания;
7 - усилитель мощности;
8 - датчик тока;
9 - переключатель выходных цепей;
10 - блок управления;
11 - модулятор;
12 - первый блок сравнения;
13 - первый источник опорного напряжения;
14 - второй блок сравнения;
15 - второй источник опорного напряжения;
16 - накопитель энергии;
17 - коммутатор:
18 - компаратор;
19 - третий источник опорного напряжения;
20 - первый переключатель измерительных цепей;
21 - второй переключатель измерительных цепей;
22 - первый инвертор;
23 - второй инвертор;
24 - третий блок сравнения;
25 - четвертый источник опорного напряжения.
Модульная установка для катодной защиты содержит: набор идентичных модулей преобразования (1-N), одноименные входы и выходы которых связаны между собой; анодное заземление (2); электрод сравнения (3); датчик потенциала (4); датчик наводороживания (5).
Модуль преобразования (1) содержит: источник питания (6); усилитель мощности (7), питающие входы которого подключены к выходам источника питания (6); датчик тока (8), подключенный своим первым выводом к защищаемому сооружению; переключатель выходных цепей (9), выход которого соединен с анодным заземлителем (2), первый вход соединен с положительным выходом усилителя мощности (7), второй вход соединен с отрицательным выходом усилителя мощности (7), выход нулевого потенциала которого подключен ко второму выводу датчика тока (8); блок управления (10), содержащий: модулятор (11), выход которого подключен к входу управления усилителя мощности (7); первый блок сравнения (12), подключенный своим выходом к входу модулятора (11); первый источник опорного напряжения (13), подключенный своим выходом к первому входу первого блока сравнения (12); второй блок сравнения (14); второй источник опорного напряжения (15), подключенный своим выходом к первому входу второго блока сравнения (14); накопитель энергии (16), первый вывод которого соединен со вторым входом второго блока сравнения (14) и с электродом сравнения (3); коммутатор (17), выход которого подключен к третьему входу второго блока сравнения (14) и ко второму выводу накопителя энергии (16), при этом первый и второй входы коммутатора (17) соединены соответственно с датчиком потенциала (4) и с защищаемым сооружением; компаратор (18); третий источник опорного напряжения (19), соединенный своим выходом с первым входом компаратора (18); первый переключатель измерительных цепей (20); второй переключатель измерительных цепей (21); первый инвертор (22); второй инвертор (23); третий блок сравнения (24); четвертый источник опорного напряжения (25), подключенный своим выходом к первому входу третьего блока сравнения (24); введен вход управления первого источника опорного напряжения (13), подключенный к первому выходу третьего блока сравнения (24); введен вход управления второго источника опорного напряжения (15), подключенный ко второму выходу третьего блока сравнения (24), соединенного вторым и третьим входами соответственно с первым и вторым выходами датчика наводороживания (5), а третьим своим выходом соединен с входом блокировки компаратора (18), второй вход которого соединен: с выходом второго блока сравнения (14); с первым входом первого переключателя измерительных цепей (20); с входом первого инвертора (22), выход которого подключен ко второму входу первого переключателя измерительных цепей (20), выход которого связан со вторым входом первого блока сравнения (12), выход же компаратора (18) соединен с управляющими входами: переключателя выходных цепей (9); первого переключателя измерительных цепей (20); второго переключателя измерительных цепей (21), первый вход которого соединен с выходом датчика тока (8) и входом второго инвертора (23), подключенного своим выходом к второму входу второго переключателя измерительных цепей (21), выход которого соединен с третьим входом первого блока сравнения (20).
При реализации модульной установки для катодной защиты могут быть использованы следующие электронные компоненты.
Источник питания (6) может быть выполнен в виде помехоподавляющего фильтра CF22101C-PA, выпрямителя сетевого напряжения на базе диодного моста типа KBPC-3510, сглаживающего фильтра на базе набора конденсаторов типа B43505-A5337-M 330 мкФ×450 В, типа К73-17-0,47 мк Ф×630 В, типа К73-17-0,022 мкФ×400 В, Усилитель мощности (7) может быть выполнен по схеме мостового высокочастотного преобразователя напряжения, при этом вторичная обмотка высокочастотного трансформатора имеет вывод средней точки с нулевым потенциалом, относительно которого на положительном и отрицательном выходах усилителя мощности формируются напряжения, равные по значению, но имеющие противоположную полярность. Силовой высокочастотный трансформатор усилителя мощности (7) может быть выполнен с использованием ферритовых колец M2000HM1 К45×28×12. Ключевые элементы могут быть реализованы на полевых транзисторах типа IRFP22N50A. Высокочастотный выпрямитель может быть выполнен на диодах STTH6002C. Сглаживающий фильтр может быть выполнен на базе LC-фильтра с использованием кольца К44×28×10,3 из материала МП140 и конденсаторов CD263 470 мкФ×200 В. В качестве датчика тока (8) может быть использован набор резисторов WSL2816R0100FEH, 2816 0.01 Ом 1% 2 Вт и усилитель на микросхеме OP177A. Переключатель выходных цепей (9) может быть выполнен на полевых транзисторах IRFP260, 2N7330. Функциональные узлы блока управления (10) могут быть выполнены на следующих компонентах: модулятор (11) может быть построен на базе двухтактного ШИМ-контроллера UCC3895; первый и второй измерительные переключатели (20) и (21) могут быть построены на базе аналогового коммутатора MAX4624, конфигурация 1×SPDT (один из двух); коммутатор (17) может быть построен на базе аналогового коммутатора MAX4590, конфигурация 2×SPST, микропроцессора Atmega l68, интерфейса MAX485; накопитель (16) может быть построен на базе конденсатора типа К10-43 В; инверторы (22) и (23) могут быть построены на микросхемах OP177A; первый, второй и третий блоки сравнения (12), (14), (24) могут быть построены на микросхемах OP177A, LT311A; компаратор (18) может быть построен на микросхеме LT311A; первый, второй, третий и четвертый источники опорного напряжения (13), (15), (19) и (25) могут быть выполнены на базе прецизионных стабилитронов (КС483Д) и операционных усилителей ОР177А; в качестве электрода сравнения (3) может быть использован медно-сульфатный электрод сравнения типа ЭНЕС-1, укомплектованный датчиком потенциала; в качестве датчика наводороживания может быть использован ДН-1; в качестве анодного заземлителя может быть применен оксидный железо-титановый анодный заземлитель типа ОЖТ3-1.
Описание работы модульной установки
Предварительные пояснения
Электрохимическая защита от коррозии подземного металлического трубопровода путем смещения природного потенциала металла трубопровода в направлении отрицательных значений имеет свои ограничения. В частности, при определенном отрицательном значении потенциала сооружения относительно потенциала медно-сульфатного электрода сравнения активизируется процесс наводороживания металлической стенки сооружения, что приводит к появлению стресс-коррозионных трещин в защитном покрытии сооружения. В связи с этим в нормативных документах, в частности ГОСТ ИСО 9.602-2005, раздел 7, жестко нормируется диапазон предельных значений потенциала металла сооружения, которые должны быть обеспечены техническими средствами электрохимической защиты. В том числе для стали, суммарный потенциал относительно медно-сульфатного электрода сравнения для трубопроводов с мастичным и ленточным покрытием должен поддерживаться в пределах от -0,9 В до -2,5 В, а для трубопроводов с покрытием из экструдированного полиэтилена должен поддерживаться в пределах от -0,9 В до -3,5 В. В этих же границах должно быть обеспечено задание конкретных значений «Уставки» потенциала сооружения, которое должно поддерживаться системой управления катодной станции. Иными словами, техническими средствами катодной станции должна быть исключена возможность задания «Уставки» потенциала за пределами указанного выше диапазона. Однако в зоне действия блуждающих токов от электрофицированного транспорта, а также в зоне действия переменных токов, индуцированных высоковольтными линиями электропередач, в дополнение к смещению потенциала сооружения, обусловленного током катодной станции, наблюдается дополнительное смещение потенциала сооружения как в положительную, так и в отрицательную сторону за счет наведенных в нем блуждающих токов. При этом, если положительное смещение потенциала сооружения за счет блуждающих токов компенсируется отрицательным смещением, создаваемым током катодной станции, то отрицательное смещение потенциала сооружения блуждающими токами не может быть скомпенсировано установкой для катодной защиты. Максимум, на что способна катодная станция, если фактическое значение потенциала сооружения становится отрицательнее значения, заданного «Уставкой», - это уменьшить до нуля мощность, подаваемую на защищаемое сооружение, то есть отключиться от сооружения.
Исходя из этого возможность формирования на выходе катодной станции неспецифичного для нее положительного напряжения, подаваемого на сооружение при превышении по абсолютной величине отрицательного смещения потенциала сооружения по отношению к заданному «Уставкой», позволит существенно снизить опасность перезащиты сооружения с образованием наводороживания металла сооружения.
Описание работы модульной установки для катодной защиты
Описание работы приведено на примере работы одного из модулей преобразования (1), подключенного к сооружению, анодному заземлителю (2), медно-сульфатному электроду сравнения (3), датчику потенциала (4), датчику наводороживания (5).
Модуль преобразования (1) представляет собой управляемый источник тока. Постоянное напряжение, формируемое на выводах источника питания (6), преобразуется в усилителе мощности (7) в высокочастотное импульсное напряжение с постоянной амплитудой и регулируемой скважностью. Из данного напряжения посредством выпрямления и сглаживания пульсаций формируется относительно средней точки выходной обмотки высокочастотного силового трансформатора два постоянных напряжения противоположной полярности, одно из которых формируется на положительном выходе усилителя мощности (7), а второе - на отрицательном выходе усилителя мощности (7). Вывод нулевого потенциала усилителя мощности (7) является выводом средней точки входящего в него высокочастотного силового трансформатора. Переключатель выходных цепей (9) обеспечивает подключение к анодному заземлителю (2) либо положительного, либо отрицательного выходного напряжения усилителя мощности (7). Датчик тока (8) состоит из шунта, включенного в разрыв нулевого провода модуля преобразования (1), и усилителя сигнала, снимаемого с шунта. Цепь, соединяющая вывод нулевого потенциала усилителя мощности (7), датчик тока (8) и защищаемое сооружение, не подлежит коммутации и остается неразрывной на протяжении всей работы модуля преобразования (1). Данное условие является обязательным для обеспечения необходимой точности измерения защитного потенциала, а также для корректной работы всех измерительных цепей модуля преобразования (1). Значение как положительного, так и отрицательного выходного напряжения усилителя мощности (7) зависит от скважности импульсного высокочастотного напряжения. В свою очередь, скважность импульсного высокочастотного напряжения регулируется модулятором (11) в пропорции от поступающего на его вход с выхода первого блока сравнения (12) сигнала рассогласования между фактическим значением выходного тока модуля преобразования (1), формируемого датчиком тока (8), и заданным значением «Уставки тока», формируемым первым источником опорного напряжения (13). При этом сигнал с выхода датчика тока (8) поступает на третий вход первого блока сравнения (12) через второй измерительный переключатель (21). Таким образом, выходное напряжение модуля преобразования (1) регулируется выходным напряжением источника опорного напряжения (13).
Описанная выше часть преобразователя (1) является общей для его работы в любом из режимов, основными их которых являются: стабилизация тока и стабилизация потенциала.
В режиме стабилизации тока осуществляется сравнение фактического значения тока, измеренного датчиком тока (8), и значения тока, заданного первым источником опорного напряжения (13). Сигнал рассогласования, формируемый первым блоком сравнения (12), изменяет посредством модулятора (11) скважность импульсного высокочастотного напряжения, формируемого в усилителе (7), выходное постоянное напряжение которого также изменяется, обеспечивая поддержание выходного тока модуля преобразования (1) на заданном уровне. В тоже время, если сигнал с датчика наводороживания (5) превысит пороговый уровень, формируемый четвертым источником опорного напряжения (25), то третий блок сравнения (24) изменит уровень «Уставки тока», формируемый первым источником опорного напряжения (13), что приведет к уменьшению выходного тока модуля преобразования (1) и снизит опасность наводороживания металла сооружения и разрушение его защитного покрытия. Иными словами, датчик наводороживания (5) не позволит задать «Уставку тока», которая может привести к перезащите сооружения.
В режиме стабилизации потенциала с помощью электрода сравнения (3), датчика потенциала (4), коммутатора (17), накопителя (16) и второго блока сравнения (14) осуществляется сравнение фактического значения потенциала и значения «Уставки потенциала», заданного вторым источником опорного напряжения (15). Сигнал рассогласования, формируемый вторым блоком сравнения (14), поступает на второй вход первого блока сравнения (12), выходной сигнал которого изменяет с помощью модулятора (11) скважность импульсного высокочастотного напряжения, формируемого в усилителе (7), выходное постоянное напряжение которого также изменяется, обеспечивая поддержание фактического значения потенциала сооружения на уровне, заданном вторым источником опорного напряжения (15). В данном режиме сигнал рассогласования, формируемый вторым блоком сравнения (14), фактически является для первого блока сравнения (12) «Уставкой тока». Процесс измерения потенциала заключается в следующем: с помощью коммутатора (17) осуществляется последовательное периодическое подключение датчика потенциала (4) то к защищаемому сооружению, то к накопителю (15), на котором формируется потенциал, близкий к потенциалу защищаемого сооружения. Обработка данного сигнала, сравнение его с заданным значением «Уставки потенциала» и формирование сигнала рассогласования осуществляются вторым блоком сравнения (14). При этом компаратор (18) контролирует полярность сигнала с выхода второго блока сравнения (14), сравнивая данный сигнал с выходным сигналом третьего источника опорного напряжения (19). Если фактическое значение потенциала является более положительным по сравнению с «Уставкой потенциала», то сигнал рассогласования на выходе второго блока сравнения (14) имеет положительную полярность и компаратор (18) устанавливает: переключатель выходных цепей (9) в положение, при котором на анодный заземлитель подается положительное напряжение; второй переключатель измерительных цепей (21) в положение, при котором сигнал с датчика тока (8) поступает на третий вход первого блока сравнения (12) без инверсии; первый переключатель измерительных цепей (20) в положение, при котором сигнал с выхода второго блока сравнения (14) поступает на второй вход первого блока сравнения (12) без инверсии. Такое положение переключателей (9), (20), (21) обеспечивает режим модуля преобразования (1), который является штатным для работы любой катодной станции. Если же фактическое значение потенциала в результате воздействия на сооружение блуждающих токов примет более отрицательное по сравнению с «Уставкой потенциала» значение, то сигнал рассогласования на выходе второго блока сравнения (14) изменит полярность на отрицательную и компаратор (18) установит: переключатель выходных цепей (9) в положение, при котором на анодный заземлитель подается отрицательное напряжение; второй переключатель измерительных цепей (21) в положение, при котором сигнал с датчика тока (8) поступает на третий вход первого блока сравнения (12) инвертированным; первый переключатель измерительных цепей (20) в положение, при котором сигнал с выхода второго блока сравнения (14) поступает на второй вход первого блока сравнения (12) инвертированным. Такое положение переключателей (9), (20), (21) обеспечивает анодную поляризацию сооружения, то есть режим модуля преобразования (1), который не предусмотрен в работе типовой катодной станции, предназначенной только для катодной поляризации сооружения. Однако описанная выше работа компаратора (18) возможна, если с него снят сигнал блокировки, поступающий с третьего выхода третьего блока сравнения (24), который анализирует значение сигнала с датчика наводороживания (5). При опасности перезащиты сооружения сигнал блокировки с компаратора (18) снимается и преобразователь (1) имеет возможность обеспечить анодную поляризацию сооружения на время воздействия на сооружение наведенной блуждающими токами избыточной катодной поляризации сооружения. Иными словами, если суммарное значение «Уставки потенциала» и отрицательного смещения наведенного потенциала превысит допустимое нормами значение, то преобразователь (1) сформирует положительную анодную поляризацию сооружения, а если не превысит, то переключение полярности выходного напряжения преобразователя (1), подаваемого на сооружение, не произойдет. В результате такого технического решения исключается неоправданное формирование преобразователем (1) анодной поляризации сооружения, что существенно повышает стабильность процесса защиты сооружения.
Именно введение в заявляемую модульную установку для катодной защиты возможности контролировать интенсивность наводороживания металлической стенки сооружения и обеспечить анодную поляризацию сооружения для компенсации его избыточной катодной поляризации на время воздействия на сооружение постороннего источника блуждающих токов отрицательной полярности, существенно снижает опасность перезащиты сооружения и разрушения вследствие этого его защитного покрытия. Кроме того, введение возможности автоматического управления «Уставкой потенциала» и «Уставкой тока» по результатам контроля интенсивности наводороживания металла сооружения исключает возможность установить завышенное для данного сооружения значение «Уставки потенциала» и «Уставки тока», которое может привести к возникновению наводороживания металла сооружения и последующее разрушение его защитного покрытия. А блокировка неоправданного формирования преобразователем (1) анодной поляризации сооружения, когда суммарное, от катодной станции и от наведенного тока, отрицательное смещение потенциала сооружения существенно меньше предельно допустимого, существенно повышает стабильность и качество защиты сооружения в зоне действия блуждающих токов.
Вышеизложенные сведения показывают, что при использовании заявляемой полезной модели выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявляемую полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в системах электрохимической защиты подземных металлических сооружений от коррозии;
- средство, воплощающее заявляемую полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата, а именно: существенное снижение опасности перезащиты сооружения в зоне действия блуждающих токов.
Для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью средств, описанных в заявке, следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.