184768. lajstromszámú szabadalom • Katódos védelmi rendszer vezérelt védőföldelése
1 184 768 2 • A találmány tárgya vezérlőberendezéssel ellátott védőföldelés, amely biztosítja a katódosan védett szerkezet és a talaj között az esetleg fellépő nagy feszültségértékek (pl. rövidzárlat esetén a védöföldelés zavartalan működését. A találmány a földbefektetett csővezetékek, berendezések, stb., korrózió elleni védelménél alkalmazható. A katódos védelem elektrokémiai korrózióvédelmi eljárás, amelyben a fémszerkezet védettségét immunis állapotot biztosító katódos polarizálással valósítják meg. A katódos védelemhez szükséges villamos energia külső áramforrásból, vagy a védőanód oldódásakor felszabaduló energiából biztosítható. Ennek megfelelően megkülönböztethető külső áramforrású katódos védelem és belső áramforrású katódos védelem. Külső áramforrású katódos védelem esetében a védőáramot egyenirányítóval biztosítják, amelynek negatív pólusát a védendő fémszerkezetre, pozitív pólusát az elektrolitba (talajba) célszerűen elhelyezett anódhoz kapcsolják. Az anód vagy anódrendszer elhelyezése olyan, hogy a védendő fémszerkezet felületén a polarizációhoz szükséges áramsürűség eloszlása a lehető legkedvezőbb legyen. Ez vonatkozik a belső áramforrású katódos védelem védőanódjára is, ahol a védöanód anyaga olyan fém vagy fémötvözet, amely a védendő fémszerkezettel galvánelemet alkotva biztosítja a szükséges védőáramot. Vannak olyan, korróziónak kitett fémszerkezetek, amelyek tűzrendészeti, érintésvédelmi és villámvédelmi szempontokból védőföldeléssel rendelkeznek. Ilyen fémszerkezet például a talajba fektetett, tűzveszélyes folyadék tárolására szolgáló tartály és a nagyfeszültségű energiaátviteli kábelek külső védőpáncélja. Az ilyen fémszerkezeteket a korrózió elleni védelem céljából bevonattal látják el. A korrózió elleni védelmet jól egészíti ki, a berendezések élettartamát jelentősen megnöveli a katódos vedelem. Az áramkörben jelentős ellenállást jelent a bevonat elekUomcs ellenállása. A védőföl - delés vagy röviden föld rendszerint nagy felületű, jó elektromos vezetőképességü féjpszerkezet (rúd, háló, keret), amelynek szétterjedési ellenállását az ide vonatkozó szabványok (MSZ 172/1, MSZ 274) alacsony értékűnek írják elő. Ha a védőföidelést is bekapcsoljuk a katódos védelem áramkörébe, kis ellenállása miatt a védőáram nagy részét felveszi és a katódos védelem gazdaságosságát lerontja, Belső áramforrású katódos védelem esetében, ahol nincs tartalék villamos energia, akadályozza a védendő fémszerkezet megfelelő mértékű polarizációját. Az eddigiekből következik, hogy katódos védelem esetén a védőföldelést úgy kell leválasztani a védendő fémszerkezetről, hogy védő funkcióját el tudja látni, de a katódos védőáram szempontjából a fémszerkezet bevonatánál lényegesen nagyobb ellenállású legyen. Ilyen megoldást javasolt V. T. Morgan (Polarizációs cella katódosan védett kábelrendszerek földeléséhez. Corrosion Science 5. 1965. 225-237. oldal). Katódosan védett kábelrendszer földeléséhez polarizációs cellát készített, amelyben KOH oldatba merülő Ni elektródok egyenárammal szemben nagy ellenállást jelentenek, ugyanakkor a rövidzárlatkor levezetendő váltóáramot kis ellenállással engedik át. Feinst (Zárlati áramok hatása a katódos védelemmel ellátott gáznyomású kábel acél védőcsövére. Elektrizitätwirtschaft 75. 19. 1976. 600-603.), ugyanerre a célra Ni-Cd cellát javasolt. A rendszerek közös hibája, hogy villámcsapás vagy elektrosztatikus feltöltődés egyenáramával szemben is nagy ellenállást jelentenek és váltóáramú rövidzárlat után az elektrolitot cserélni kell. Verina (Tömlőszerü szigetelő bevonattal ellátott kábelek egyidejű védelme korrózió, villámcsapás és külső elektromágneses mező hatása ellen. Korrozija i Zascsita 9. 1975. 13-17.). Munvic (Villamos biztonsági földelés áramkörének hatása erőátviteli kábel korrózióvédelménél. Korrozija i Zascsita 1. 1973. 24-26.) és Dubrovszkij (Kábelek korrózióvédelmének sémái. Elektricseszkije Sztancii 4. 1969. 60-61.) diódákból álló szelepet javasol, amelyek párhuzamosan és egymással szemben kapcsolva mind az egyenáram, mind a váltóáram levezetésére aíkalmasak. Ennek a megoldásnak hátránya, hogy a katódos védőárammal szemben addig nagy az ellenállás, amíg a diódákon 0,6 V nyitóirányú feszültség nem keletkezik. Ennél nagyobb feszültség esetében a szelepek vezetőkké válnak és nem töltik be szerepüket, mert a katódos védőáramot is vezetik. A katódos védőáram hatására a védőföldelés és a védendő szerkezet között, az anódok helyzetétől és a védőáram nagyságától függően a diódák nyitófeszültségénél nagyobb feszültség is felléphet és a szelepek átengedik a védőáram egy részét. A probléma megoldására olyan berendezés felel meg, amely a katódos védelem működését lehetővé teszi, de zárlat, statikus feltöltődés, stb. esetén azonnal, jó vezető tulajdonságokkal (kis ellenállással) létrejön a földelés. Lényeges, hogy kevés és nem mozgó alkatrész alkossa a berendezést, hogy a megoldás olcsó és az alkatrészek megbízhatóan hosszú élet tart amúak legyenek. Szükségesnek tartjuk, hogy a védőföldelést, vezérlő berendezés küszöbfeszültsége széles tartományában folyamatosan szabályozható legyen. A gyakorlatban különböző feszültség- és áramkorlátozó berendezéseket más-más feladatokra széles körben használnak. A legegyszerűbb megoldás az olvadó, vagy a bimetalios biztosíték. Ezek az adott értéknél nagyobb áram átfolyása esetén megszakítják az áramkört. Bonyolultabb feszültségkorlátozó kapcsolást szabadalmaztatott McLellan (3 980 931. sz. USA szabadalmi leírás). Ez egy túlfeszültség elleni védőberendezés, amely az áramforrás és a terhelés közé kapcsolva a szerkezeti elemek által megszabott feszültség fölé nem engedi nőni a kimenőfeszüitséget. A berendezés váltóáramú forrás esetén alkalmazható, túlfeszültség fellépésekor a kimenő feszültséget a megadott értékre szabályozza. A szabályozó elem tranzisztor, amit diódás érzékelő vezérel. Everhart találmánya (3 979 644. sz. USA szabadalmi leírás) központi televíziós antenna és rádiófrekvenciás elosztó hálózat erősítőjének túlfeszültség ellen védett egyenfeszültségű tápforrására vonatkozik. Részben fázishasítással, részben Zener diódákkal vezérelt, egymást kapcsoló triakok segítségével korlátozza a Graetz kapcsolású egyenb 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
