DD157108A1

DD157108A1 - Schaltungsanordnung zur steuerung von schutzerdungen bei einem kathodischen schutzsystem

Info

Publication number: DD157108A1
Application number: DD22717081A
Authority: DD
Inventors: Horvath Marton; Akos Kiss
Original assignee: Nehezvegyipari Kutato Intezet
Priority date: 1980-01-25
Filing date: 1981-01-23
Publication date: 1982-10-13
Also published as: SU1130168A3; YU16481A; HU184768B; PL229370A1; RO80913A; DE3101487A1; PL136214B1; SE8100408L; CS226728B2

Abstract

Der Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Schutzerdungen, die innerhalb eines katodischen Schutzsystems zwischen der Schutzerdung und der zu schuetzenden Anlage angeordnet ist.Die Steuervorrichtung (2) enthaelt einerseits einen Halbleiter, zweckmaessig eine Diode (D tief 1) oder einen mit einem Zuendstromkreis versehenen Thyristor und andererseits einen mit einem Zuendstromkreis versehenen Thyristor (T), wobei diese beiden Halbleiter in Antiparallelschaltung angeordnet sind. Statt dieser Elemente kann auch ein Triac verwendet werden.

Description

H 350 57

Schaltungsanordnung zur Steuerung von Schutzerdungen bei einem katodischen Schutzsystem

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Schutzerdungen bei einem katodischen Schutzsystem, die eine störungsfreie Punktion der Schutzerdung bei zwischen der katodisch geschützten Konstruktion und dem Boden eventuell auftretenden hohen Spannungswerten (ζ·Β. bei einem Kurzschluß) bewirkt.

Die Erfindung kann beim Korrosionsschutz von unterirdischen Rohrleitungen oder Anlagen usw. Anwendung finden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Der katodische Schutz stellt bekanntlich ein elektroche- . misches Korrosionsschutzverfahren dar, bei dem der Schutz einer Metallkonstruktion durch eine katodische Polarisation realisiert wird. Die zu dem katodischen Schutz erforderliche elektrische Energie kann von einer äußeren Stromquelle geliefert oder aus der beim Auflösen der Anode.frei-, gewordenen Energie gewonnen werden. Dementsprechend unterscheidet .man zwischen einem katodischen Schutz mit äußerer Stromquelle und einem katodischen Schutz mit innerer Stromquelle. Bei einem.katodisehen Schutz mit äußerer Stromquelle wird der Schutzstrom mit Hilfe eines Gleichrichters erzeugt, dessen negativer Pol mit der zu schützenden Metallkonstruktion und dessen positiver Pol zweckmäßig mit der im Elektrolyten (im Boden) angeordneten Anode verbunden wird. Die Anode oder das Anodensystem wird derart angeordnet, daß die zur Polyrisation erforderliche Stromdichte auf der Oberfläche der zu schützenden Metallkonstruktion möglichst optimal verteilt ist. Dasselbe gilt für die Anode eines katodischen Schutzes mit innerer' Stromquelle, "wobei die Anode aus einem Metall oder einer Metallegierung hergestellt v/ird, die mit der zu schützenden Metallkonstruktion ein galvanisches Element bildet und so den erforderlichen Schutzstrom liefert.

Ein Teil der mit einem Korrosionsschutz der obigen Art versehenen Metallkonstruktionen muß aus Gründen des Brand», Berührungs- und/oder Blitzschutzes mit einer Schutzsrd^ung versehen werden.· Als Beispiel hierfür seien unterirdische, zur Speicherung von feuergefährlichen Plüssigkeiten dienende Behälter und die äußeren Schutzpanzer von' zur Energieübertragung dienenden Hochspannungskabeln genannt. Um diese Metallkonstruktion gegen Korrosion schützen zu können, v/erden sie mit einem Belag versehen. Der katodische Schutz stellt eine Ergänzung zum Korrosionsschutz dar und erhöht

dabei wesentlich die Lebensdauer der Vorrichtungen« Der elektrische Widerstand des Belages stellt einen bedeutenden Widerstand innerhalb des Stromkreises dar«-Im allgemeinen weist die Schutzerdung eine große Oberfläche auf, sie v/ird in Form einer Metallkons-truktion mit guter elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet (Stange, Hetz oder Rahmen), deren Ausbreitungswiderstand in entsprechenden Normen (z.B„ ungarische Normen (MSz 172/1, MSz 274) als niedriger Wert festgelegt, ist» Wird nun auch die Schutzerdung in den Stromkreis des katodischen Schutzes eingeschaltet, nimmt diese infolge des geringen Widerstandes den größten Teil des Schutzstromes auf und vermindert dadurch die Wirtschaftlichkeit des katodischen Schutzes. Bei einem katodischen Schutz mit einer inneren Stromquelle, v/o keine elektrische Energiereserve zur Verfügung steht, wird dadurch sehr leicht eine ausreichende Polarisation der zu schützenden Metallkonstruktion verhindert.

Aus den genannten Gründen muß bei einem katodischen Schutz die Schutzerdung derart von der zu schützenden Metallkonstruktion getrennt sein, daß nicht nur die Schutzfunktion gesichert ist, sondern auch vom Standpunkt des katodischen Schutzstromes aus gesehen die Schutzerdung einen Widerstand hat, der den des Belanges der Metallkonstruktion bedeutend übersteigt.

Eine derartige lösung γ/urde von V.T. Morgan vorgeschlagen (Polarisationszelle zur Erdung von katodisch geschützten Kabelsystemen, Corrosion Science 5/1965.S. 225-237). Morgan,· hatte eine Polarisationszelle zur Erdung von katodisch geschützten Kabelsystemen entwickelt, bei der die in eine KOH-Lösung eingetauchten Mi-Elektroden gegenüber dem Gleichstrom einen hohen Widerstand haben, gleichzeitig aber den bei einem Kurzschluß abzuleitenden Wechselstrom mit einem niedrigen Widerstand passieren lassen.

227 17

Feinet' schlägt zu diesem Zweck eine Ni-Cd-Zelle vor ("Der Einfluß von KurzSchlußströmen auf das Stahlschutzrohr eines mit katodischem Schutz versehenen, unter Gasdruck stehender Kabels" Blektrizitätswirtschaft 7£, 19, 1976, Seiten 600-603). .

Der gemeinsame Nachteil dieser Systeme besteht darin, daß sie auch gegenüber dem Gleichstrom eines Blitzschlages oder einer elektrostatischen Aufladung einen hohen Widerstand aufweisen. Nach einem WechselstromkurzSchluß muß der Elektrolyt von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden.

ITerina ("Gleichzeitiger Schutz von mit schlauchartigem Isolierbelag versehenen Kabeln gegenüber Korrosion, Blitzschlag und einem äußeren elektromagnetischen Feld" Korrozija Zastsita % 1975.S. 13-17), Munjic ("Der Einfluß> des Stromkreises der elektrischen Sicherheitserdung bei dem Korrosionsschutz eines kraftübertragenden Kabels" - Korrozija i-Zastsita 1_, 1973, S. 24-26) und Dubrovskij ("Schemen des Korrosionsschutzes von Kabeln" - Elektrotseskije Stancil 4/1969 S. 6O-61) schlagen die Verwendung von aus Dioden bestehenden Ventilen vor, die parallel und einander entgegengesetzt geschaltet sowohl den Gleichstrom als auch den Wechselstrom abzuleiten vermögen. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß der Widerstand gegenüber dem katodischen Schutzstrom nur solange einen hohen Wert aufweist, bis eine Spannung von maximal 0,6 V in der Durchlaßrichtung entsteht. Wenn die Spannung den obenerwähnten Wert übertrifft, werden die Ventile leitend und sind nicht imstande, die gesetzte Aufgabe zu erfüllen, da sie auch den katodischen Schutzstrom ableiten.

Ziel der Erfindung:

Ziel der Erfindung ist es, eine Lösung zu entwickeln, die die Funktion des katodischen Schutzes nicht stört, aber bei einem Kurzschluß, bei statischer Aufladung usw. sofort eine einwandfreie Erdung sicherstellt.

— 5 —

Darlegung dee Wesens Jer^Erfindung:.· ' - '

Die Erfindung beruht auf folgender Erkenntnis: Wenn zwischen der Schutzerdung und der zu schützenden Metallkonstruktion eine mit elektronischen Elementen ergänzte, auch einen Thyristor enthaltende Anordnung eingebaut wird, steuert sich das System bei der erfinxumgsgemäßen Schaltungsanordnung aufgrund der Einwirkung der zwischen der Schutzerdung und der zu schützenden Metallkonstruktion entstehenden Spannung selbst, wobei die Spannung in einem .weiten Bereich auf den Wert, bei dem der Widerstand auf ein. Minimum reduziert wird, eingestellt werden kann. Bei Wechselstrom wird die Aufgabe durch antiparallel geschaltete Einheiten erfüllt, auch können Triacs verwendet werden.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnungj mit der ein sog» "Potentialtunnel" gebildet wird. Innerhalb dieses Potentialtunnels kann der katodische Schutz ungestört in Betrieb gehalten werden, wohingegen jeder Spannungswert, der außerhalb desselben liegt, in den Kurzschluß gelangt« Da zwischen der zu schützenden Anlage und der Erdung auch bei einem Wechselstrom eine vollwertige Leitungsverbindung sicherzustellen ist, kann auch ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar verwendet werden. Steht kein katodischer Schutz mit Wechselstrom zur Verfügung, so besteht'nur der Wunsch nach einem regelbaren Spannungsschwellenwert für den negativen Polarität. In diesem Pail wird der eine Thyristor durch eine Diode ersetzt. ,

Ausführunssbei spiel: ^: '-\ . ·

IBIlIlH BIIII ΙΙΊΪΙί- Il Uli 1Ι1ΙΊ ΙΙΙΙΙίΙΙ f iaillimiMMl"!!! ^jfc»! I IW *<ΊΙ BIWIHI '- .'

Die Erfindung wird anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels nachfolgend näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

-⁶- 227170 6

Pig. 1: eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,

Pig. 2: die Abhängigkeit zwischen KurζSchlußspannung und Zeit bei einem Schadhaftwerden eines katodisch geschützten gepanzerten Hochspannungs-. erdkabels bei einer mit automatischer Trennvorrichtung versehenen Erdung.

Gemäß Fig. 1 ist die Trennvorrichtung 2 zwischen der katodischen geschützten Konstruktion 1 und der vorschriftsmäßig ausgeführten Schutzerdung 3 angeordnet. Die Trennvorrichtung 2 enthält eine Diode D. und einen Thyristor T, die antiparallel geschaltet sind. Anstelle der Diode D₁ kann a.uch ein mit einem Zünstrorakreis versehener Thyristor vorgesehen v/erden. Auch können beide Halbleiterelemente durch ein Triac geeigneter Leistung ersetzt werden.

Die Ausgänge liegen an der antiparallelen Schaltung.

Die Zündung des Thyristors T wird durch eine Diode D^ und einen Widerstand R sichergestellt. Die Höhe des Potentialtunnels kann durch Änderung des Wertes des Widerstandes R geregelt werden.

Die Höhe des Potentialtunnels bewegt sich im Bereich sehen 2 bis 3 V und max. 20 V.· Im allgemeinen sind 2 bis 3V erforderlich. Auch die Zündspannung des Thyristors beträgt 2 bis 3 V.

Pur die Wahl der Halbleiter ist der Wert des zu erwartenden maximalen KurζSchlußstromes maßgebend. Infolge der antiparallelen Schaltung kann die Sperrspannung keineswegs den kritischen Wert erreichen, da die Durchlaßspannung des einen Halbleiters der Sperrspannung des anderen Halbleiters nicht gleich ist. ^:

- 7

In Pig. 2 ist die Abhängigkeit zwischen Kurzschlußspannung und Zeit bei einem Schadhaftwerden eines katodisch geschützten .„gepanzerten Hochspannungskabels bei einer mit einer Automatischen Trennvorrichtung versehenen Erdung dargestellt„ Die Kurve 4 stellt die.gefährliche Kurzschlußspannung dar, während, die Kurve 5 die wirksame katodische Spannung bei einem Schutz mit einer äußeren Stromquelle darstellt. Bei der im Kurzschlußfair einwandfrei wirkenden Erdung entsteht die Spannung 6, wobei die Linie 7 die Höhe des eingestellten Potentialtunnels bezeichnet.

In·Fig.'2 ist die in der Berührungsschutznorm vorgeschriebene Schwellenspannung mit der Positionnummer 8 bezeichnet. Die oben beschriebenen Kurven begrenzen die folgenden Felder:

I. das Leitungsfeld der Diode D₁

II. das Leitungsfeld des Thyristors T

III«, das Feld des katodischen Schutzes

IV. das Feld der Restspannung der Halbleiter

Ve das Inhibitionsspannungsband

Die wichtigsten Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:

Die zwischen der Schutzerdung und der zu schützenden An lage eingeschaltete Konstruktion mit einer einfachen Schaltungsanordnung erzeugt beim Erreichen eines voreingestellten Schwellenwertes der Spannung einen Kurzschluß, wodurch ein weiterer Spannungsanstieg verhindert und der gefährliche Strom abgeleitet wird«

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt für den katodischen Schutzstrom zwischen der Schutzerdung und der zu-schützenden Anlage einen hohen Widerstand dar. In der Schaltungs-

227170 6

anordnung kann die Höhe des Potentialtunnels entsprechend dem jeweils erforderlichen katodischen Schutz eingestellt werden.

Die Vorrichtung ist betriebssicher und erfordert, abgesehen von der üblichen Schutzerdungskontrolle weder Wertung noch Aufsicht,

Claims

1.. Schaltungsanordnung zur Steuerung von Schutzerdungen, die innerhalb eines katodischen Schutzsystems zwischen der Schutzerdung und der zu schützenden Anlage angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß in der Steuer- ^j': vorrichtung (2) ein Halbleiter, zweckmäßig eine Diode (D.) oder ein mit einem Zündstromkreis versehener Thyristor und ein mit einem Zündstromkreis versehener Thyristor (T) in Antiparallelschaltung vorgesehen sind, oder statt dieser Bauelemente ein Triac vorhanden ist, und daß die Steuervorrichtung (2) zwischen der Schutzerdung (3) und d.er zu schützenden Anlage (1) angeordnet ist«

2. Schaltungsanordnung nach Punkt i, gekennzeichnet dadurch, daß in der Schaltungsanordnung die Diode (D₁) mit dem Thyristor (T), der mit einem aus einer Diode (Dp) und einem Widerstand (R) gebildeten Zündstromkreis versehen ist, antiparallel geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Schaltungsanordnung ein mit einem Zündstromkreis versehenes Thyristorpaar vorgesehen ist.

4e Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekenn.zeich.net dadurch daß in der Schaltungsanordnung ein Triac vorgesehen ist«

ι S-. ' :' '