«Элкон» — электрохимическая защита от коррозии
Новые станции катодной защиты "Элкон", созданные на основе высокочастотного резонансного преобразователя, станут надежным средством защиты от коррозии тепловых труб и других строительных металлоконструкций.
Известно, как быстро разрушаются металлоконструкции, находящиеся в земле. Особенно интенсивным коррозионным процессам подвержены самые различные трубы (тепловые, газовые, нефтяные, водопроводные…). Так, скорость коррозии на наружной поверхности металла подтопленных, заиленных или занесенных грунтом труб составляет до 1 мм в год.
Эта скорость многократно возрастает на участках, подверженных воздействию так называемых блуждающих токов, генерируемых подземными и наземными коммуникациями (высоковольтные кабели, рельсовый наземный и подземный транспорт). Причем радиус действия этих токов может быть весьма велик — порой до нескольких километров (в зависимости от мощности источника наведения).
Специалисты назовут еще немало неконтролируемых факторов появления блуждающих токов: большое количество хаотически расположенных торговых точек, киосков, гаражей, использующих электроэнергию с отступлением от норм и правил, межподъездные кабельные перемычки, хищение электроэнергии при обходе счетчика, необоснованное заземление нулевого провода.
Коррозионные процессы под воздействием полей блуждающих токов развиваются очень быстро. Через трещины в изоляции металлоконструкций проникает влага. Возникает контакт металла с грунтом. Образующаяся гальваническая пара металл-грунт способствует выносу ионов металла и интенсивному разрушению конструкций.
В результате такого воздействия скорость коррозии заглубленных в землю металлоконструкций резко возрастает и на отдельных участках может достигать 5 мм/год.
Общепринятым и единственным способом защиты подземных сооружений в этих случаях является электрохимическая защита с использованием СКЗ — станций катодной защиты. СКЗ, снабженные расходным элементом — анодом, создающим защитный потенциал, способны эффективно противостоять процессам гальванической коррозии металлоконструкций.
В результате создания встречного (компенсирующего) противотока в цепи электрохимической защиты ток выноса металла (а значит, и скорость коррозии) может быть снижен в десятки раз (до 0,05-0,1 мм/год), что позволяет значительно увеличить ресурс работы металлоконструкций.
В настоящее время СКЗ оправданно считаются наиболее надежным средством антикоррозионной защиты самых различных заглубленных в землю металлоконструкций, эксплуатирующихся в условиях города, промышленных зон, на трассах подземных и наземных коммуникаций.
Вместе с тем широко используемые в настоящее время традиционные (трансформаторные, тиристорно-трансформаторные) СКЗ имеют ряд недостатков. Изготовленные с учетом всех возможных аварийных ситуаций, они, как правило, имеют большой вес и габариты. Многослойное выполнение обмоток трансформаторов затрудняет отвод тепла при работе таких станций, что делает весьма проблематичным использование их в условиях повышенной температуры окружающей среды (и особенно в регионах с жарким климатом).
Существенным недостатком станций такого типа является также отсутствие возможности автоматического поддержания тока или защитного потенциала. Это осложняет эксплуатацию СКЗ, требуя проведения регулярной проверки и настройки режима катодной защиты объекта.
И еще: энергопотери, сопутствующие процессам энергопреобразования при работе традиционных СКЗ, довольно велики. Достаточно сказать, что трансформаторные и тиристорно-трансформаторные станции имеют КПД не выше 0,65-0,70. А это значит, что энергопотери в виде бесполезного рассеивания тепла и излучений при работе станции весьма ощутимы и достигают 30%. Поэтому понятен интерес, которым сегодня встречают новые разработки, появляющиеся в области катодной защиты.
Недавно в результате совместного сотрудничества учеными и инженерами фирмы СП "Элкон" и НПК "Вектор" (Москва) разработаны и освоены в серийном производстве новые станции катодной защиты "Элкон". Бестрансформаторные высокочастотные СКЗ "Элкон" разработаны с учетом последних достижений в области силовой электроники и используют современные высоконадежные электронные компоненты. В конструктивном отношении СКЗ "Элкон", представляя типоряд станций различной мощности от 0,6 до 5000 кВт, основана на новых технических решениях, использующих метод высокочастотного преобразования параметров электроэнергии, что позволило существенно улучшить рабочие характеристики станции — снизить энергопотери и повысить надежность.
Надо сказать, что перед разработчиками стояла непростая задача — создать высоконадежный инвертор, максимально эффективно выполняющий преобразование энергии переменного тока частотой 50 Гц в энергию переменного тока частотой 20.000 Гц и больше.
И они успешно справились с ней. Разработан современный резонансный инвертор, в котором до минимального уровня снижены энергопотери при переключении силовых транзисторов.
Новый резонансный инвертор, рассказывает ведущий инженер НПК "Вектор" Леонид Сыса, имеет много положительных качеств.
В отличие от обычных трансформаторных СКЗ он не боится короткого замыкания нагрузки, стабильно работает в режиме холостого хода. Используемые в инверторе современные транзисторы типа IGBT в отличие от обычных биполярных транзисторов устойчивы к перегрузкам и требуют минимум мощности в режиме включения и выключения. Для управления транзисторами использованы специальные микросхемы, которые могут одновременно выполнять контрольные и защитные функции.
Применение таких интегральных схем в свою очередь позволило уменьшить количество элементов и резко повысить надежность инвертора. В результате инвертор СКЗ "Элкон" получился простым, надежным и обладающим высокими рабочими характеристиками.
Сегодня на предприятии освоен выпуск целого типоряда станций — от небольшой станции "Элкон-600" до самой мощной "Элкон-5000" (с выходной мощностью 5000 Вт). Для всех модификаций принят единый модульный подход построения. В конструктивном отношении станция представляет собой кожух или шкаф, в котором размещены все функциональные узлы: электронная часть, коммутационная панель, счетчик электрической энергии. Электронный блок включает в себя только конструктивно законченные узлы.
Такой подход позволяет комплектовать нужный вариант в единый модуль СКЗ с минимальными затратами, обеспечивает высокую ремонтопригодность станции. Сам модуль СКЗ представляет собой мощное дюралевое основание, на котором смонтированы все его узлы. При этом основание выполняет также функции задней стенки защитного кожуха и радиатора для отвода тепла, что обеспечивает хорошие условия для охлаждения модуля СКЗ. На коммутационной панели модуля расположены входные и выходные клеммы, блоки противогрозовой защиты, индикаторы тока и напряжения, розетка 220 В.
Благодаря принятой модульной структуре ремонт СКЗ (если он потребуется) несложен и заключается в простой замене неисправного модуля исправным.
Непосредственный же ремонт отказавшего модуля может осуществляться в заводских или лабораторных условиях с использованием необходимой аппаратуры и проведением контрольного тестирования.
Все станции марки "Элкон" могут работать как в полевых условиях, так и в закрытом помещении при температуре окружающего воздуха от -45°С до +60°С.
Станции отличает небольшой (от 16 до 36 кг) вес, низкий уровень пульсации (не более 1%) и высокий КПД (до 95%) при коэффициенте мощности до 0,93. Благодаря этому новинка весьма экономична в эксплуатации.
Достаточно сказать, что энергопотери при использовании СКЗ "Элкон" в 2,5-3 раза ниже, чем у лучших традиционных (трансформаторных) станций, и позволяют экономить до 8000 кВт/ч в год при одинаковых условиях эксплуатации. Новая станция хорошо адаптирована к разнообразным условиям эксплуатации самых различных металлоконструкций, в частности, тепловых сетей.
Базовая комплектация СКЗ всех модификаций гарантированно обеспечивает автоматическое поддержание заданного тока нагрузки и потенциала на защищаемом объекте при колебаниях сетевого напряжения в широком диапазоне 170-250 вольт, а также позволяет вести учет времени наличия заданного потенциала на объекте.
СКЗ "Элкон" имеет надежную защиту от перегрузок и коротких замыканий в цепи нагрузки. Во время грозы срабатывает система аварийного прерывания тока нагрузки и защиты сети от перенапряжения. Предусмотрен также автоматический выход станции на рабочий режим после полного исчезновения и последующего появления напряжения в питающей сети.
Станция отвечает всем требованиям госгортехнадзора по безопасной промышленной эксплуатации на опасных производственных объектах.
В настоящее время новинка прошла весь комплекс рабочих и приемных испытаний, сертифицирована и рекомендована к использованию в качестве высоконадежного и эффективного средства электрохимической защиты объектов, находящихся под комплексным воздействием как почвенной коррозии, так и блуждающих токов. Здесь в первую очередь речь идет, конечно, о защите различных подземных трубопроводов (труб тепловых сетей, нефте- и газопроводов, систем водоснабжения и других городских коммуникаций).
Сфера же практического применения СКЗ "Элкон" гораздо шире. Это антикоррозионная защита фундаментов зданий промышленного и гражданского назначения, защита различных металлоконструкций (мостов, платформ, виадуков, мачт контактной сети) в зоне железных дорог и другого рельсового транспорта, защита антенных сооружений, высоковольтных линий электропередач, кабелей различного назначения.
Новые СКЗ найдут применение также при защите от коррозии корпусов кораблей, морских буровых платформ, портовых сооружений и дамб. Станции "Элкон" надежно защитят от блуждающих токов сооружения из металлоконструкций нефте- и газохранилищ, буровых вышек и скважин, газгольдеров, накопительных и перекачивающих станций…
И еще об одной новинке. Разработчиками НПК "Вектор" и "Элкон" на базе того же высокочастотного транзисторного инвертора, примененного в станциях катодной защиты "Элкон", создан ряд легких, компактных и весьма мощных сварочных аппаратов, которые могут быть использованы для различных ремонтно-механических работ, в том числе для ремонта защищаемых сооружений.
Сварочные аппараты этой серии не боятся режимов перегрузок и перегрева, у них отсутствует эффект залипания сварочного электрода. Отечественные новинки уже с успехом применяются на практике.
Впервые СКЗ "Элкон" были использованы на объектах АО "Молдовагаз". Уже несколько лет новые станции успешно работают на различных объектах Туркмении, Украины, Латвии, в системе "Мосгаза" и "Мосэнерго" в Москве, а также в других регионах России и странах СНГ.
Отзывы о практическом использовании новой станции положительные.
Алексей ЛАБУНСКИЙ
Известно, как быстро разрушаются металлоконструкции, находящиеся в земле. Особенно интенсивным коррозионным процессам подвержены самые различные трубы (тепловые, газовые, нефтяные, водопроводные…). Так, скорость коррозии на наружной поверхности металла подтопленных, заиленных или занесенных грунтом труб составляет до 1 мм в год.
Эта скорость многократно возрастает на участках, подверженных воздействию так называемых блуждающих токов, генерируемых подземными и наземными коммуникациями (высоковольтные кабели, рельсовый наземный и подземный транспорт). Причем радиус действия этих токов может быть весьма велик — порой до нескольких километров (в зависимости от мощности источника наведения).
Специалисты назовут еще немало неконтролируемых факторов появления блуждающих токов: большое количество хаотически расположенных торговых точек, киосков, гаражей, использующих электроэнергию с отступлением от норм и правил, межподъездные кабельные перемычки, хищение электроэнергии при обходе счетчика, необоснованное заземление нулевого провода.
Коррозионные процессы под воздействием полей блуждающих токов развиваются очень быстро. Через трещины в изоляции металлоконструкций проникает влага. Возникает контакт металла с грунтом. Образующаяся гальваническая пара металл-грунт способствует выносу ионов металла и интенсивному разрушению конструкций.
В результате такого воздействия скорость коррозии заглубленных в землю металлоконструкций резко возрастает и на отдельных участках может достигать 5 мм/год.
Общепринятым и единственным способом защиты подземных сооружений в этих случаях является электрохимическая защита с использованием СКЗ — станций катодной защиты. СКЗ, снабженные расходным элементом — анодом, создающим защитный потенциал, способны эффективно противостоять процессам гальванической коррозии металлоконструкций.
В результате создания встречного (компенсирующего) противотока в цепи электрохимической защиты ток выноса металла (а значит, и скорость коррозии) может быть снижен в десятки раз (до 0,05-0,1 мм/год), что позволяет значительно увеличить ресурс работы металлоконструкций.
В настоящее время СКЗ оправданно считаются наиболее надежным средством антикоррозионной защиты самых различных заглубленных в землю металлоконструкций, эксплуатирующихся в условиях города, промышленных зон, на трассах подземных и наземных коммуникаций.
Вместе с тем широко используемые в настоящее время традиционные (трансформаторные, тиристорно-трансформаторные) СКЗ имеют ряд недостатков. Изготовленные с учетом всех возможных аварийных ситуаций, они, как правило, имеют большой вес и габариты. Многослойное выполнение обмоток трансформаторов затрудняет отвод тепла при работе таких станций, что делает весьма проблематичным использование их в условиях повышенной температуры окружающей среды (и особенно в регионах с жарким климатом).
Существенным недостатком станций такого типа является также отсутствие возможности автоматического поддержания тока или защитного потенциала. Это осложняет эксплуатацию СКЗ, требуя проведения регулярной проверки и настройки режима катодной защиты объекта.
И еще: энергопотери, сопутствующие процессам энергопреобразования при работе традиционных СКЗ, довольно велики. Достаточно сказать, что трансформаторные и тиристорно-трансформаторные станции имеют КПД не выше 0,65-0,70. А это значит, что энергопотери в виде бесполезного рассеивания тепла и излучений при работе станции весьма ощутимы и достигают 30%. Поэтому понятен интерес, которым сегодня встречают новые разработки, появляющиеся в области катодной защиты.
Недавно в результате совместного сотрудничества учеными и инженерами фирмы СП "Элкон" и НПК "Вектор" (Москва) разработаны и освоены в серийном производстве новые станции катодной защиты "Элкон". Бестрансформаторные высокочастотные СКЗ "Элкон" разработаны с учетом последних достижений в области силовой электроники и используют современные высоконадежные электронные компоненты. В конструктивном отношении СКЗ "Элкон", представляя типоряд станций различной мощности от 0,6 до 5000 кВт, основана на новых технических решениях, использующих метод высокочастотного преобразования параметров электроэнергии, что позволило существенно улучшить рабочие характеристики станции — снизить энергопотери и повысить надежность.
Надо сказать, что перед разработчиками стояла непростая задача — создать высоконадежный инвертор, максимально эффективно выполняющий преобразование энергии переменного тока частотой 50 Гц в энергию переменного тока частотой 20.000 Гц и больше.
И они успешно справились с ней. Разработан современный резонансный инвертор, в котором до минимального уровня снижены энергопотери при переключении силовых транзисторов.
Новый резонансный инвертор, рассказывает ведущий инженер НПК "Вектор" Леонид Сыса, имеет много положительных качеств.
В отличие от обычных трансформаторных СКЗ он не боится короткого замыкания нагрузки, стабильно работает в режиме холостого хода. Используемые в инверторе современные транзисторы типа IGBT в отличие от обычных биполярных транзисторов устойчивы к перегрузкам и требуют минимум мощности в режиме включения и выключения. Для управления транзисторами использованы специальные микросхемы, которые могут одновременно выполнять контрольные и защитные функции.
Применение таких интегральных схем в свою очередь позволило уменьшить количество элементов и резко повысить надежность инвертора. В результате инвертор СКЗ "Элкон" получился простым, надежным и обладающим высокими рабочими характеристиками.
Сегодня на предприятии освоен выпуск целого типоряда станций — от небольшой станции "Элкон-600" до самой мощной "Элкон-5000" (с выходной мощностью 5000 Вт). Для всех модификаций принят единый модульный подход построения. В конструктивном отношении станция представляет собой кожух или шкаф, в котором размещены все функциональные узлы: электронная часть, коммутационная панель, счетчик электрической энергии. Электронный блок включает в себя только конструктивно законченные узлы.
Такой подход позволяет комплектовать нужный вариант в единый модуль СКЗ с минимальными затратами, обеспечивает высокую ремонтопригодность станции. Сам модуль СКЗ представляет собой мощное дюралевое основание, на котором смонтированы все его узлы. При этом основание выполняет также функции задней стенки защитного кожуха и радиатора для отвода тепла, что обеспечивает хорошие условия для охлаждения модуля СКЗ. На коммутационной панели модуля расположены входные и выходные клеммы, блоки противогрозовой защиты, индикаторы тока и напряжения, розетка 220 В.
Благодаря принятой модульной структуре ремонт СКЗ (если он потребуется) несложен и заключается в простой замене неисправного модуля исправным.
Непосредственный же ремонт отказавшего модуля может осуществляться в заводских или лабораторных условиях с использованием необходимой аппаратуры и проведением контрольного тестирования.
Все станции марки "Элкон" могут работать как в полевых условиях, так и в закрытом помещении при температуре окружающего воздуха от -45°С до +60°С.
Станции отличает небольшой (от 16 до 36 кг) вес, низкий уровень пульсации (не более 1%) и высокий КПД (до 95%) при коэффициенте мощности до 0,93. Благодаря этому новинка весьма экономична в эксплуатации.
Достаточно сказать, что энергопотери при использовании СКЗ "Элкон" в 2,5-3 раза ниже, чем у лучших традиционных (трансформаторных) станций, и позволяют экономить до 8000 кВт/ч в год при одинаковых условиях эксплуатации. Новая станция хорошо адаптирована к разнообразным условиям эксплуатации самых различных металлоконструкций, в частности, тепловых сетей.
Базовая комплектация СКЗ всех модификаций гарантированно обеспечивает автоматическое поддержание заданного тока нагрузки и потенциала на защищаемом объекте при колебаниях сетевого напряжения в широком диапазоне 170-250 вольт, а также позволяет вести учет времени наличия заданного потенциала на объекте.
СКЗ "Элкон" имеет надежную защиту от перегрузок и коротких замыканий в цепи нагрузки. Во время грозы срабатывает система аварийного прерывания тока нагрузки и защиты сети от перенапряжения. Предусмотрен также автоматический выход станции на рабочий режим после полного исчезновения и последующего появления напряжения в питающей сети.
Станция отвечает всем требованиям госгортехнадзора по безопасной промышленной эксплуатации на опасных производственных объектах.
В настоящее время новинка прошла весь комплекс рабочих и приемных испытаний, сертифицирована и рекомендована к использованию в качестве высоконадежного и эффективного средства электрохимической защиты объектов, находящихся под комплексным воздействием как почвенной коррозии, так и блуждающих токов. Здесь в первую очередь речь идет, конечно, о защите различных подземных трубопроводов (труб тепловых сетей, нефте- и газопроводов, систем водоснабжения и других городских коммуникаций).
Сфера же практического применения СКЗ "Элкон" гораздо шире. Это антикоррозионная защита фундаментов зданий промышленного и гражданского назначения, защита различных металлоконструкций (мостов, платформ, виадуков, мачт контактной сети) в зоне железных дорог и другого рельсового транспорта, защита антенных сооружений, высоковольтных линий электропередач, кабелей различного назначения.
Новые СКЗ найдут применение также при защите от коррозии корпусов кораблей, морских буровых платформ, портовых сооружений и дамб. Станции "Элкон" надежно защитят от блуждающих токов сооружения из металлоконструкций нефте- и газохранилищ, буровых вышек и скважин, газгольдеров, накопительных и перекачивающих станций…
И еще об одной новинке. Разработчиками НПК "Вектор" и "Элкон" на базе того же высокочастотного транзисторного инвертора, примененного в станциях катодной защиты "Элкон", создан ряд легких, компактных и весьма мощных сварочных аппаратов, которые могут быть использованы для различных ремонтно-механических работ, в том числе для ремонта защищаемых сооружений.
Сварочные аппараты этой серии не боятся режимов перегрузок и перегрева, у них отсутствует эффект залипания сварочного электрода. Отечественные новинки уже с успехом применяются на практике.
Впервые СКЗ "Элкон" были использованы на объектах АО "Молдовагаз". Уже несколько лет новые станции успешно работают на различных объектах Туркмении, Украины, Латвии, в системе "Мосгаза" и "Мосэнерго" в Москве, а также в других регионах России и странах СНГ.
Отзывы о практическом использовании новой станции положительные.
Алексей ЛАБУНСКИЙ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 02 за 2005 год в рубрике изоляция
