Файл: Баясанов, Д. Б. Автоматизированные системы управления трубопроводными объектами коммунального хозяйства.pdf

катодной защиты газопроводов в последнее время большое

внимание уделяют устройству автоматических совмещенных

катодных установок, принцип работы которых заключается в регулировании потенциалов точки отсоса, осуществляемом путем изменения токов в земле вокруг дополнительного за-

землителя. Весьма эффективным здесь является способ ре­ гулирования потенциалов в точке отсоса, которые создаются

основным рабочим током катодной станции путем изменения

Рис. 11. Принципиальная схема автоматизированной совмещенной катодной станции

тока вспомогательной установки небольшой мощности, предназначенной для питания катодного заземлителя. Принципиальная схема такой автоматической станции представлена на рис. 11.

Легко осуществить автоматическое регулирование по­

тенциала в точке отсоса. Предположим, что в трубах про­

текают токи электрохимической защиты и блуждающие. Если даже потенциал, создаваемый электрохимической за­ щитой, постоянный, то все равно в точке отсоса за счет ко­

лебания блуждающих токов потенциал непрерывно изме­

няется. На основании этого можно создать систему «регули­

рование — стабилизация» электродного потенциала, ха­

рактеризующего процесс защиты подземного сооружения.

Система «регулирование — стабилизация» этого потенциала

49

осуществляется за счет определенного изменения тока катод­ ного заземления (см. рис. 11). Такая автоматическая катод­ ная станция представляет собой совмещенную установку

согласного действия с общим катодным заземлителем.

Рабочую катодную станцию 1 рассчитывают на большой

ток при относительно небольшом напряжении. Анодный за-

землитель / имеет высокую проводимость и способен про­ пускать большой ток. Это заземление необходимо уклады­ вать на значительном расстоянии от защищаемого соору­

жения в почву, которая обладает сравнительно высокой

электропроводностью.

Вторую катодную станцию 2 рассчитывают на малый ток

и присоединяют к катодному заземлителю II, обладающе­

му высоким переходным сопротивлением. Катодный зазем-

литель можно укладывать в почве с высоким сопротивлением

на небольшом расстоянии от защищаемой трубы. Непо­ средственно рядом с трубой располагают стальной электрод

сравнения. Между ними и трубой необходимо установить

устройство сравнения 3, снабженное соответствующим уси­

лителем 4.

Задаваемый потенциал устанавливают равным необхо­ димому защитному потенциалу в точке отсоса при отсутст­ вии блуждающих токов. Принцип действия установки за ­

ключается в следующем. При изменении потенциала защи­

щаемого трубопровода под действием блуждающего тока

как в сторону более положительных значений, так и в сто­ рону более отрицательных значений наблюдается разбалансирование регулятора, что вызывает протекание через него уравнительного тока, знак которого будет зависеть от на­ правления смещения потенциалов. Этот ток небаланса уси­

ливается усилителем 4 и подается на регулирующий орган,

который изменяет положение регулятора 5, включенного в цепь питания катодной станции 2.

При достаточной чувствительности и малой инерцион­ ности такая схема полностью стабилизирует потенциал в точке отсоса. При этом максимально допустимые пределы отклонения потенциала в точке отсоса не превышают 0,1 В заданного уровня. Смещение потенциалов трубопровода

относительно электродов сравнения в сторону положитель­

ных значений сопровождается уменьшением тока катодной станции 2, а смещение в сторону отрицательных значений — увеличением тока той же станции. При этом рабочий ток

катодной станции 2 должен быть в пределах половины ее

номинального тока.

50

Выше указывалось, что для нормальной работы таких

станций катодной защиты необходимо поддерживать по­

стоянную разность потенциалов между защищаемым трубо­ проводом и электродом сравнения. Для этого необходимо

непрерывно регулировать ток катодной станции, которая

должна представлять собой автоматически регулируемый

выпрямитель.

Существуют две принципиально различные группы регу­

лирования для этого случая. К первой относятся все спосо­

бы регулирования на стороне напряжения питания, подво­ димого к выпрямителю. Эти способы можно назвать регули­ рованием на стороне переменного тока. В выпрямителях используют неуправляемые вентили: газотроны, экситро­ ны без управляющих сеток, полупроводниковые диоды и т. п. Вторую группу составляют выпрямители с управляе­ мыми вентилями: тиратроны, игнитроны, экситроны с уп­ равляющими сетками, транзисторы и т. п. В этих выпря­

мителях регулирование осуществляют изменением режима

работы управляющего электрода. Все относящиеся сюда

способы регулирования можно назвать параметрическими,

так как они основаны на изменении параметров вентилей

(к примеру, изменение потенциала ионизации). Выпрямите­

ли с параметрическим регулированием обладают определен­

ными преимуществами по сравнению с выпрямителями, ре­

гулируемыми на стороне переменного тока. Они обеспечи­

вают:

1)более высокий коэффициент полезного действия;

2)возможность получения весьма широкого диапазона

изменения быстродействия системы регулирования;

3)сравнительно небольшие габариты установки и ее стоимость.

В связи с тем, что принципиально и тот и другой способы регулирования могут быть использованы в рассматривае­ мой установке, представляют интерес различные варианты

устройств регулирования. Сущность всех способов регули­

рования на стороне переменного тока заключается в том, что напряжение, питающее трансформатор выпрямителя, плавно или скачкообразно изменяется при помощи одного

из следующих элементов:

1) автотрансформатора со скользящим контактом или

скороткозамкнутой подвижной обмоткой;

2)индукционного потенциал-регулятора;

3)дросселя насыщения (магнитного усилителя),

51

Определенный интерес представляет дроссель насыщения.

Он является регулируемым индуктивным сопротивлением,

которое включается последовательно в цепь нагрузки. Магнитопровод Ш-образной формы имеет две системы обмоток: переменного и постоянного тока. Обмотки переменного тока

включены так, что их магнитодвижущие силы складываются. Обмотка постоянного тока, являющаяся подмагничивающей,

питается от усилителя постоянного тока. С увеличением

подмагничивания уменьшается эффективная магнитная про­

ницаемость сердечника и, следовательно, индуктивность

дросселя насыщения. Последнее обстоятельство и увеличи­

вает ток в подключенной нагрузке.

Электромеханическое устройство, предназначенное для

в действие реверсивным двигателем, включенным в цепь питания через контакты реле (через магнитные пускатели).

При этом положение якоря электромагнитного реле зависит

от сигнального напряжения. При номинальном значении

этого напряжения контакты реле не замкнуты и серводви­

гатель находится в неподвижном состоянии. При отклоне­

нии сигнального напряжения от номинала реле срабаты­

вает и замыкает свои верхние или нижние блок-контакты

в зависимости от знака отклонения. При этом в работу вклю­

чается серводвигатель, который приводит в действие фазо­ регулятор и соответственно выпрямительное устройство. В результате этого ток на выходе выпрямителя будет ме­ няться до тех пор, пока связанное с этим изменение сигналь­ ного напряжения в системе не станет равным номиналу. Эта система регулирования с отрицательной обратной связью обеспечивает более строгое выполнение операций, осуществляющих поддержание заданного режима работы установки.

Перспективными здесь яляются схемы параметрического регулирования, которые применительно к рассматривае­ мым условиям должны обладать способностью открывать вентили в строго заданный момент.

Схемы параметрического регулирования можно подраз­ делить на две группы. Первая группа — сеточная, пред­

назначенная для тиратронов и экситронов с управляющи­

ми сетками, вторая — с пусковым электродом — для игни­

тронов. Схемы сеточного управления в свою очередь мож­

но разделить на схемы с амплитудным и фазовым управле­ нием. Например, при схеме амплитудного управления на

52

сетку тиратрона подается напряжение смещения Е с, кото­ рое можно регулировать при помощи специального потен­

циометра. Тиратрон открывается при определенном соот­

ношении между напряжениями на аноде и на сетке Е с.

Существуют определенные пусковые характеристики (об­

ласти) вентиля и соответствующие им напряжения на ано­

де. Каждому значению напряжения на сетке соответствует

определенный интервал напряжений на аноде, при котором

тиратрон-может открываться. Каждому конкретному режи­

му работы последнего соответствует своя пусковая харак­

теристика.

При схеме фазового регулирования на сетку вентиля

подается фиксированное смещение Рс.0, запирающее вен­

тиль при любом возможном мгновенном значении напряже­

ния на аноде, и переменное напряжение, фазу которого можно регулировать по отношению к анодному напряже­

нию. Переменное напряжение обычно снимается со вторич­

ной обмотки сеточного трансформатора, первичная обмотка

которого питается от фазорегулятора.

На рис. 12 приведена схема регулирования выходного

тока в автоматизированной установке совмещенной катодной

станции, состоящей из следующих элементов: питающего

выпрямителя, балансного усилителя постоянного тока,

электромагнитных реле и двухфазного электродвигателя. При нормальном состоянии трубопровода разность по­ тенциалов, снимаемая на установке с сооружения и электро­ да сравнения, недостаточна по уровню для срабатывания реле Р х или Р 2. Это достигается специальной настройкой электромагнитных элементов. Реле включены на выходе усилителя постоянного тока. В схеме они являются элемен­ тами, управляющими работой электропривода, вращающе­

го в свою очередь фазорегулирующее устройство. При от­

клонении разности потенциалов, контролируемой в системе, от нормы появляется определенный ток разбаланса. Он по­

дается на вход усилителя постоянного тока. При этом сра­

батывает одно из реле (Рх или Р 2) в зависимости от знака

изменения контролируемой разности потенциалов. В цепи этих реле включены выпрямляющие вентили В х и В г, обес­

печивающие правильную работу каждого из этих элементов.

В соответствии со знаком разбаланса в системе, зависящим от исходных величин, подается питание на одну из обмоток

двухфазного реверсивного электродвигателя, который начи­

нает вращаться в требуемом направлении. При этом повора­ чивается и фазорегулятор, что влечет изменение потенциа­

53