189835. lajstromszámú szabadalom • Osztott anódos kapcsolási elrendezés közműhálózatok katódos védelmére
1 189.835 2 A találmány tárgya osztott andódos kapcsolási elrendezés közműhálózat védelmére olymódon, hogy egyenáramú áramforrás negatív pólusát közvetlenül a közműhálózatra, pozitív pólusát szabályozható ellenállásokon, majd elosztókábelen keresztül a közműhálózat szintje alá süllyesztett, a közműhálózat teljes hossza mentén elosztott anódelemekhez kapcsoljuk. A találmány szerinti megoldás -alkalmazási területe elsősorban városok és települések acél (fém) közműhálózatainak katódos korrózióvédelmére terjed ki. A katódos védelmet évtizedek óta alkalmazzák talajba fektetett acélszerkezetek, pl. csővezetékek megóvására (Lukács Zoltán: Anódok vizsgálata. Intézeti Íelentés 1978). A módszer szerint a védendő acélszerkezetet egyenáramforrás negatív pólusához kapcsolják, a pozitív pólushoz pedig egy pusztulásra ítélt elsőfajú vezetőt (anódot) kapcsolnak. Anódként kezdetben acélhulladékot, selejt gépal katrészeket vagy elhasznált vasúti sínszálakat alka maztak, melyek hátránya az volt, hogy bonyolul alakjuk miatt szétterjedési ellenállásuk nem volt szá mítható. Később acélcsövekből hegesztett konstrukciókat használtak, melyeket fésű-szerűen képeztek ki. Ilyen anódokat még napjainkban is gyakran alkalmaznak. Az acélcső darabokból álló anódelemeket kábellel kötötték össze, majd a kábelköteget egyetlen kábelben egyesítették és azt kapcsolták az áramforráshoz. Az egy - vagy több elemből álló anódot a csővezeték fektetési mélységében, a csőtől 50-300 m távolságban helyezték el. Az ilyen anód kiterjedése (20-80 m) szempontjából a védett csőszakaszhoz (20—60 km) képest “Pontszerűdnek tekinthető. Tatum által alkalmazott anódtípus a "mélyanód", amelyet 80-200 m mélységű függőleges furatban helyeztek el a védett csőtől a fenti, vagy annál nagyobb távolságra (Tatum, J.F. ; Impressed Current Anodes Installed and Backfilled at Depth of 350 feet. Corrosion, 14. 9871958/). Az anód segítségével talajba vezetett áramot olymódon szabály ózzák, hogy a védett szerkezet elekt-. ródpotenciálja rézszulfát elektr ódhoz viszonyítva — 850 mV vagy ennél kisebb, de 1200 mV-nél kisebb ne legyen - 850 mV felett a szerkezet részlegesen védett, míg — 1200 mV-nél kisebb potenciák<3 "túlvédelmet” eredményez, ami a szerkezet anyagának és bevonatának szempontjából káros hidrogén fejlődéssel jár. A fenti határok között tartva a szerkezet potenciálját, ennek korróziója gyakorlatilag megszűnik. Az ismertetett anódelrendezések hátránya, hogy az anód és a védett szerkezet közötti térben levő, és a védelembe be nem vont fémszerkezetekre a védőáram, "kóboréram"-nak minősül, amely az utóbbiakon súlyos korróziót okozhat. Pontszerűnek minősülő távoli anódok. közműhálózatok védelmére történő alkalmazásának további súlyos hátránya, hogy a működés során a védett acélszerkezetek az egyenletes potenciáleloszlás nem biztosítható. A táppont környezetében "túlvédelem" létesül, más szakaszok pedig védetlenül maradnak. Ez részben az anód geometriai elrendezésének, részben pedig a védett szerkezet környezetében lévő fémszerkezetek árnyékoló hatásának tulajdonítható, ezért a fenti rendszereket közművekkel zsúfolt környezetben nem alkalmazzák. Az említett hátrányok megszüntetését célzó törekvések, melyeket az alábbiakban ismertetünk, részmegoldásoknak tekinthetők. Egy amerikai leírás (Rhodes, G.I.: Two knusua] Installations of Cathodic Protection of Pipe Lines. Proceedings of the American Pteroleum Institute, 17 21-32 11947/)és az 1 962 692 sz. amerikai szabadalmi leírás szerint az anódokat a csővel párhuzamosan, attól 3-6 m távolságra kell elhelyezni. Az Egyesült Államokban lényegében még ma is ezt a módszert alkalmazzák (Tefankjian, D.A.: Application of Cathodic Protection. Mat. Prot. Performance 11 11. 50 /1972/). Egy hazai módszer szerint (Kriván L.-Tóth L.: közművesített területen talajba fektetett csővezeték katódos védelme. Korróziós Figyelő XVI. 4. 147 /1976/) a csőhálózat védelmére a "pontszerű" távoli anódokat sűrűbben helyezik el. Ezek a módszerek azért kifogásolhatók, mert a védett szerkezet közelében, illetve az anód és a katód közötti térben levő szerkezetek veszélyeztetését nem küszöbölik ki, csak a potenciáleloszlást teszik egyenletesebbé. Az anódok javasolt elhelyezési távolsága városi környezetben gyakran nem biztosítható. A találmány célja olyan katódos védelem kialakítása, amely közművekkel sűrűn beépített területen ellenőrizhető, szabályozható módon, a védeni nem kívánt közművek veszélyeztetésének kizárásával a védelembe bevont egész szakaszon egyenletesen, megbízható módon nyújt védelmet. Ezt a védelmet olyan módon érjük el, hogy a mindenkori közműhálózat sűrűségétől függő módon a védeni kívánt közműhálózat teljes hossza mentén egymást<3 bizonyos távolságokra a közműhálózat szintje alá süllyesztett anódelemeket helyezünk el. Az anódelemek számát az adott közmű hossza és az anódelemek egymástól való távolsága szabja meg. Találmányunkhoz az a felismerés vezetett el, hogy ha az anódokat a védendő szerkezethez közel helyezzük el, akkor kevés az elektromos térben lévő idegen szerkezet, és ha egyidejűleg a védelmet a csővezeték szintje alá süllyesztett anódokkal valósítjuk meg, akkor az idegen szerkezetnek az elektromos térben való előfordulása szinte teljesen kizárt. Az anódoknak a védendő szerkezethez közel történő elhelyezése csökkenti tó elektromos tér szóródását, ugyanakkor jelentősen csökkenti a védelem villamos teljesítmény szükségletét. A találmány szerinti kapcsolási rendezést az 1. ábrával ismertetjük. Az 1 áramforrás negatív pólusa 7 kábellel közvetlenül a 2 közműhálózat védendő vezetékéhez kapcsolódik. Az 1 áramforrás pozitív pólusához és a 4 anódkábelen keresztül csatlakoznak a 3 anódelemek. A további szabályozható ellenállás vagy elektronikus 8 szabályozó elem egy — vagy több 3 an ódelemhez csatlakozik. A 3 anódelemek közötti Ll, L2, L3 távolságok a védőáram-sűrűség függvényében változhatnak. A? anódélemek számát, elosztását és elhelyezési mélységüket a védett cső mentén a csőhossz a csőátmérő és a talajagresszívítás, valamint a védőbevonat minősége szabja meg. Rövidebb csőszakaszok védelmét egy áramforrás hosszabb szakaszát több áramforrás biztosítja. Az 1 áramforrás bekapcsolásakor a védendő szerkezet katódosan polarizálódik. A polarizáció mértéke a rendszerre kapcsolt feszültség növelésével növelhető mindaddig, míg a szerkezet teljes hossza mentén a szerkezet elektródpotenciáíja eléri a kívánt értéket. Inhomogén talajviszonyok, vagy a szerkezet men-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
