Источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты (варианты)

Авторы патента:

Полезная модель относится к системам и устройствам электрохимической защиты трубопроводов и металлоконструкций.

Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение и удешевление удаленных станций катодной защиты, снижение экономических затрат и массо-габаритных размеров станции.

В результате использования предлагаемой полезной модели преобразование напряжения резонансной однопроводной линии электропередачи осуществляется необходимое напряжение для работы системы автоматики и оборудования системы катодной защиты без применения узлов и блоков стандартных систем трансформации и передачи электроэнергии, работающих на промышленной частоте 50 Гц.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой станции катодной защиты, содержащей источник электроснабжения, глубинное анодное заземление и стандартное оборудование катодной защиты, источник электроснабжения выполнен в виде однопроводной резонансной системы электропередачи, включающей первый выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор, емкость резонансного трансформатора, однопроводную линию электропередачи, два заземлителя, обратный преобразователь, совмещенный с оборудованием стандартной станции катодной защиты включающий: понижающий резонансный трансформатор, второй выпрямитель с корректором формы потребляемого тока и оборудование стандартной станции катодной защиты, при этом источник питания соединен с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, один вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с первым заземлителем, а второй вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с однопроводной линией электропередачи, к которой подключена одним выводом входная обмотка понижающего резонансного трансформатора, а второй вывод входной обмотки понижающего резонансного трансформатора соединен с вторым заземлителем, понижающая обмотка резонансного трансформатора соединена с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока, выход которого соединен с оборудованием стандартной станции катодной защиты, к выходу которого подключены катод в виде защищаемой от коррозии электропроводящей конструкции и глубинное анодное заземление.

В другом варианте технический результат достигается тем, что в предлагаемой станции катодной защиты, содержащей источник электроснабжения, глубинное анодное заземление и стандартное оборудование катодной защиты, источник электроснабжения выполнен в виде резонансной системы электропередачи, включающей первый выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор, емкость резонансного трансформатора, экранированную кабельную линию электропередачи, обратный преобразователь, совмещенный с оборудованием стандартной станции катодной защиты включающий: понижающий резонансный трансформатор, второй выпрямитель с корректором формы потребляемого тока и оборудование стандартной станции катодной защиты, при этом источник питания соединен с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, выходы повышающей обмотки повышающего резонансного трансформатора соединены с экранированной кабельной линией электропередачи, к которой подключена входная обмотка понижающего резонансного трансформатора, понижающая обмотка резонансного трансформатора соединена с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока, выход которого соединен с оборудованием стандартной станции катодной защиты, к выходу которого подключены катод в виде защищаемой от коррозии электропроводящей конструкции и глубинное анодное заземление.

Еще в одном варианте вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой станции катодной защиты, содержащей источник электроснабжения, глубинное анодное заземление и стандартное оборудование катодной защиты, источник электроснабжения выполнен в виде однопроводной резонансной системы электропередачи, включающей первый выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор, емкость резонансного трансформатора, однопроводную линию электропередачи, один заземлитель, обратный преобразователь, совмещенный с оборудованием стандартной станции катодной защиты включающий:

понижающий резонансный трансформатор, второй выпрямитель с корректором формы потребляемого тока и оборудование стандартной станции катодной защиты, при этом источник питания соединен с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, один вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен заземлением, а второй вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с однопроводной линией электропередачи, к которой подключена одним выводом входная обмотка понижающего резонансного трансформатора, понижающая обмотка резонансного трансформатора соединена с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока, выход которого соединен с оборудованием стандартной станции катодной защиты, к выходу которого подключены катод в виде защищаемой от коррозии электропроводящей конструкции и глубинное анодное заземление, при этом второй вывод входной обмотки понижающего трансформатора соединен через конденсаторы к защищаемой от коррозии электропроводящей конструкции и глубинным анодным заземлениям.

Полезная модель относится к системам передачи электроэнергии и устройствам электрохимической защиты трубопроводов и металлоконструкций.

Из RU 2161663 от 10.01.2001 известна система электроснабжения станций катодной защиты магистральных трубопроводов, которая состоит из высоковольтного отсека, содержащего высоковольтный разъединитель от ЛЭП с блокированным заземляющим ножом и сухой силовой трансформатор, а также высоковольтные предохранители, вентильные разрядники от грозовых перенапряжений и проходные изоляторы и низковольтного отсека, получающем питание от сухого силового трансформатора, в котором расположены источник гарантированного питания с понижающим трансформатором.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является, источник сетевого электроснабжения, раскрытый в патенте РФ 87425 от 10.10.2009 который содержит измерительный шунт, фильтр питания, блок фильтров, при этом вход источника сетевого электроснабжения соединен с трансформаторами тока.

Недостатками известных источников электроснабжения удаленных станций катодной защиты является необходимость подведения высоковольтной линии электропередачи к месту установки удаленной станции катодной защиты, потом преобразования высокого напряжения в пониженное 220/380 B, затем преобразование в низкое напряжение, подаваемое на электроды через систему автоматики. Отмеченные выше недостатки приводят к значительным экономическим затратам при построении и эксплуатации удаленных станций катодной защиты.

Задачей предлагаемой полезной модели является упрощение устройств питания удаленных станций катодной защиты, исключение промежуточных преобразований напряжения и снижение массо-габаритных размеров станции.

Для уменьшения массо-габаритных размеров устройств электроснабжения разработана резонансная система передачи электроэнергии, содержащая генератор повышенной частоты, преобразователь напряжения, повышающий резонансный контур, однопроводную линию электропередач, понижающий резонансный контур (патент РФ 2423772, опубликовано 10.07.2011 Бюл. 19) Работа однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии основана на использовании двух резонансных контуров с частотой 0,5-50 кГц и однопроводной линии между контурами с напряжением линии 0,7-100 кВ при работе в режиме резонанса напряжений. Провод линии является направляющим каналом, вдоль которого движется электромагнитная энергия.

Это обеспечивает передачу электрической энергии на большие расстояния без применения промежуточных трансформаторных подстанций, уменьшение потерь в линии при передаче электроэнергии, отсутствие короткого замыкания в проводах, в том числе и исключение аварий на линии, связанных с опасными погодными явлениями (сильный ветер, наледь и др.).

В результате использования предлагаемой полезной модели упрощается конструкция источников электроснабжения в которой преобразование напряжения резонансной однопроводной линии электропередачи осуществляется необходимое напряжение 10100 В постоянного тока, для работы внутреннего оборудования станции катодной защиты в составе: блок измерения и обработки информации и силовая часть без применения узлов и блоков стандартных систем трансформации и передачи электроэнергии, работающих на промышленной частоте 50 Гц.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты, выполнен в виде однопроводной резонансной системы электропередачи, включающей источник питания, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор с конденсатором и заземлителем, соединенные однопроводной линией электропередачи с обратным преобразователем, включающем понижающий резонансный трансформатор с заземлителем и выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, при этом источник питания соединен с выпрямителем, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, один вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с заземлителем, а второй вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен однопроводной линией электропередачи к выводу с входной обмотки понижающего резонансного трансформатора, второй вывод входной обмотки соединен с заземлителем, понижающая обмотка резонансного трансформатора соединена с выпрямителем, выход которого выполнен с возможностью соединения с оборудованием станции катодной защиты, с защищаемой от коррозии электропроводящей конструкцией и глубинным анодным заземлением.

В другом варианте технический результат достигается тем, что предлагаемый источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты, выполнен в виде резонансной системы электропередачи, включающей источник питания, выпрямитель корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор с конденсатором, соединенные экранированной кабельной линией электропередачи с обратным преобразователем, включающем понижающий резонансный трансформатор и выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, при этом источник питания соединен с выпрямителем, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, выходы повышающей обмотки повышающего резонансного трансформатора соединены экранированной кабельной линией электропередачи с входной обмоткой понижающего резонансного трансформатора, соединенной с выпрямителем, выхой которого выполнен с возможностью соединения с оборудованием станции катодной защиты, с защищаемой от коррозии электропроводящей конструкцией и глубинным анодным заземлением.

Еще в одном варианте вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемый источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты, выполнен в виде однопроводной резонансной системы электропередачи, включающей источник питания, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор с конденсатором и заземлителем, соединенные однопроводной линией электропередачи с обратным преобразователем, включающем понижающий резонансный трансформатор, и выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, при этом источник питания соединен с выпрямителем, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, один вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с заземлителем, а второй вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен однопроводной линией электропередачи к выводу входной обмотки понижающего резонансного трансформатора, соединенной с выпрямителем, выход которого выполнен с возможность соединения с оборудованием станции катодной защиты, с защищаемой от коррозии электропроводящей конструкцией и глубинным анодным заземлением, при этом второй вывод входной обмотки понижающего трансформатора выполнен с возможность соединения через конденсаторы с защищаемой от коррозии электропроводящей конструкцией и глубинным анодным заземлением.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фиг 1, 2, 3.

На фиг.1 представлена общая схема источника электроснабжения станции катодной защиты с заземлением передающего и приемного оборудования. На фиг.2 представлена общая схема источника электроснабжения станции катодной зашиты, в которой в качестве линии электропередачи используется экранированная кабельная линия. На фиг.3. представлена общая схема источника электроснабжения станции катодной защиты с заземлением передающего оборудования и подключением к электродам через конденсатор приемного оборудования.

Источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты фиг.1 содержит источник питания 1, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока 2, генератор повышенной частоты 3, емкость резонансного трансформатора 4, повышающий резонансный трансформатор 5, однопроводную линию электропередачи 6, понижающий резонансный трансформатор 7, заземления 8 и 9, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока 10, оборудование станции катодной защиты 11, защищаемая от коррозии конструкция 12, система глубинных анодных заземлителей 13.

Источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты фиг.2 содержит источник питания 1, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока 2, генератор повышенной частоты 3, емкость резонансного трансформатора 4, повышающий резонансный трансформатор 5, экранированную кабельную линию электропередачи 14, понижающий резонансный трансформатор 7, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока 10, оборудование станции катодной защиты 11, защищаемая от коррозии конструкция 12, система глубинных анодных заземлителей 13.

Источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты фиг.3 содержит источник питания 1, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока 2, генератор повышенной частоты 3, емкость резонансного трансформатора 4, повышающий резонансный трансформатор 5, однопроводную линию электропередачи 6, понижающий резонансный трансформатор 7, заземление 8, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока 10, оборудование станции катодной защиты 11, защищаемая от коррозии конструкция 12, система глубинных анодных заземлителей 13 и заземляющие конденсаторы 15 и 16.

При этом источник питания 1 (фиг.1) соединен с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока 2, выход которого соединен с генератором повышенной частоты 3, выход которого соединен с повышающим резонансным трансформатором 5 через конденсатор 4, один вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с заземлением 8, второй вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с однопроводной линией электропередачи 6, к которой подключается одним выводом входная обмотка понижающего резонансного трансформатора 7, второй вывод входной обмотки понижающего резонансного трансформатора соединен с заземлением 9, понижающая обмотка понижающего трансформатора соединена с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока 10 выход которого соединен с оборудованием станции катодной защиты 11, к выходу которого подключены катод в виде защищаемой от коррозии электропроводящей конструкции 12 и глубинное анодное заземление 13.

В другом варианте источник питания 1 (фиг.2) соединен с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока 2, выход которого соединен с генератором повышенной частоты 3, выход которого соединен с повышающим резонансным трансформатором 5 через конденсатор 4, выходы повышающего резонансного трансформатора соединены с экранированной кабельной линии электропередачи 14, которая подключается к входной обмотке понижающего резонансного трансформатора 7, понижающая обмотка понижающего трансформатора соединена с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока 10 выход которого соединен с оборудованием станции катодной защиты 11, к выходу которого подключены катод в виде защищаемой от коррозии электропроводящей конструкции 12 и глубинное анодное заземление 13.

В другом варианте источник питания 1 (фиг.3) соединен с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока 2, выход которого соединен с генератором повышенной частоты 3, выход которого соединен с повышающим резонансным трансформатором 5 через конденсатор 4, один вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с заземлением 8, второй вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с однопроводной линией электропередачи 6, к которой подключается одним выводом входная обмотка понижающего резонансного трансформатора 7, второй вывод входной обмотки понижающего резонансного трансформатора соединен с заземляющими конденсаторами 15 и 16, понижающая обмотка понижающего трансформатора соединена с выпрямителем с корректором формы потребляемого тока 10 выход которого соединен с оборудованием станции катодной защиты 11, к выходу которого подключены катод в виде защищаемой от коррозии электропроводящей конструкции 12 и глубинное анодное заземление 13.

Предлагаемая полезная модель (фиг.1) работает следующим образом:

От источника питания 1 напряжение 10380 В поступает на выпрямитель с корректором формы потребляемого тока 2, с выхода которого подается на генератор повышенной частоты 3, преобразуется в переменное напряжение с частотой 1100 кГц и подается на повышающий резонансный трансформатор 5 через конденсатор 4, с выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора переменное напряжение 0,5100 кВ подается в однопроводную линию электропередачи 6, далее напряжение понижается приемным резонансным трансформатором 7 и выпрямителем с корректором формы потребляемого тока 10 до напряжения необходимого для работы главных электродов глубинного анодного заземления 13 и оборудования станции катодной защиты 11 напряжением 10100 В, при этом высоковольтные обмотки трансформаторов заземляются через заземлители 8 и 9.

Предлагаемая полезная модель (фиг.2) работает следующим образом:

Предлагаемая полезная модель (фиг.3) работает следующим образом:

От источника питания 1 напряжение 10380 В поступает на выпрямитель с корректором формы потребляемого тока 2 с выхода которого подается на генератор повышенной частоты 3, преобразуется в переменное напряжение с частотой 1100 кГц и подается на повышающий резонансный трансформатор 5 через конденсатор 4, с выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора переменное напряжение 0,5100 кВ подается в однопроводную линию электропередачи 6, далее напряжение понижается приемным резонансным трансформатором 7 и выпрямителем с корректором формы потребляемого тока 10 до напряжения необходимого для работы главных электродов глубинного анодного заземления 13 и оборудования станции катодной защиты 11 напряжением 10100 В, при этом высоковольтная обмотка повышающего трансформатора 5 заземляется а высоковольтная обмотка понижающего трансформатора заземляются через конденсаторы 15 и 16 для того, чтобы переменное высокочастотное напряжение распределялось равномерно между электродами глубинного анодного заземления 13 и защищаемой конструкцией 12.

Передающее оборудование может заземляться как на заземлитель, так и на источник питания. Выпрямитель 2 с корректором формы потребляемого тока уменьшает потребляемый ток от источника питания, фильтрует высокочастотные помехи и одновременно стабилизирует выпрямленное напряжение. Выпрямитель 10 с корректором формы потребляемого тока позволяет увеличить пропускную способность линии электропередачи, т.к. использует для выпрямления всю площадь формы сигнала входного высокочастотного напряжения. Так же этот выпрямитель имеет функцию стабилизации и ограничения выпрямленного напряжения.

Система главных электродов включает аноды глубинного анодного заземления 13, расположенные на оптимальном (расчетном) расстоянии от защищаемой конструкции и катод или отрицательный электрод, который подключается к электропроводящему телу или конструкции 12, защищаемой от коррозии.

В качестве конструкций, которые необходимо защищать от коррозии обычно выступают магистральные продуктопроводы в том числе нефте- и газопроводы, контуры тепловых и водопроводных систем, биогазовые бункеры, металлосодержащие фундаменты, хранилища химически активных удобрений, сельскохозяйственные и др. объекты. При этом к линии электропередачи может быть подключено несколько станций катодной защиты с разным удалением от передающего блока через понижающие приемные трансформаторы.

1. Источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты, отличающийся тем, что он выполнен в виде однопроводной резонансной системы электропередачи, включающей источник питания, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор с конденсатором и заземлителем, соединенные однопроводной линией электропередачи с обратным преобразователем, включающим понижающий резонансный трансформатор с заземлителем и выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, при этом источник питания соединен с выпрямителем, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, один вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с заземлителем, а второй вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен однопроводной линией электропередачи с выводом входной обмотки понижающего резонансного трансформатора, второй вывод входной обмотки соединен с заземлителем, понижающая обмотка резонансного трансформатора соединена с выпрямителем, выход которого выполнен с возможностью соединения с оборудованием станции катодной защиты, с защищаемой от коррозии электропроводящей конструкцией и глубинным анодным заземлением.

2. Источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты, отличающийся тем, что он выполнен в виде резонансной системы электропередачи, включающей источник питания, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор с конденсатором, соединенные экранированной кабельной линией электропередачи с обратным преобразователем, включающим понижающий резонансный трансформатор и выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, при этом источник питания соединен с выпрямителем, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, выходы повышающей обмотки повышающего резонансного трансформатора соединены экранированной кабельной линией электропередачи с входной обмоткой понижающего резонансного трансформатора, соединенной с выпрямителем, выход которого выполнен с возможностью соединения с оборудованием станции катодной защиты, с защищаемой от коррозии электропроводящей конструкцией и глубинным анодным заземлением.

3. Источник электроснабжения удаленной станции катодной защиты, отличающийся тем, что он выполнен в виде однопроводной резонансной системы электропередачи, включающей источник питания, выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, генератор повышенной частоты, повышающий резонансный трансформатор с конденсатором и заземлителем, соединенные однопроводной линией электропередачи с обратным преобразователем, включающим понижающий резонансный трансформатор, и выпрямитель с корректором формы потребляемого тока, при этом источник питания соединен с выпрямителем, выход которого соединен с генератором повышенной частоты, выход генератора повышенной частоты соединен с повышающим резонансным трансформатором через конденсатор, один вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен с заземлителем, а второй вывод выходной обмотки повышающего резонансного трансформатора соединен однопроводной линией электропередачи с выводом входной обмотки понижающего резонансного трансформатора, соединенной с выпрямителем, выход которого выполнен с возможностью соединения с оборудованием станции катодной защиты, с защищаемой от коррозии электропроводящей конструкцией и глубинным анодным заземлением, при этом второй вывод входной обмотки понижающего трансформатора выполнен с возможностью соединения через конденсаторы с защищаемой от коррозии электропроводящей конструкцией и глубинным анодным заземлением.