Измерения на станциях катодной защиты

Целью измерений, проводимых на СКЗ, является в конечном итоге выявление эффективности их работы. Для этого определяют общее сопротивление цепи, сопротивление растеканию тока анодного заземления, состояние шин анодных заземлений, величину наложенного потенциала в точке дренажа СКЗ, протяженность защитной зоны в обе стороны от СКЗ, сопротивление растеканию тока защитного заземления (с целью создания безопасных условий труда при эксплуатации установок).

Напряжение и силу тока катодной станции определяют по показаниям штатных приборов (соответственно вольтметр и амперметр), предусмотренных конструкцией станции. В случае, если эти приборы отсутствуют, то измерения проводят переносным электроизмерительным прибором. Вольтметр подключают к выходным клеммам станции параллельно цепи СКЗ, а амперметр – в разрыв цепи СКЗ.

Сопротивление цепи СКЗ (рис. 4.2.1, а) определяют с помощью измерителей заземлений МС-08 или М-416 (измерительные схемы для этих типов приборов одинаковые). От плюсовой и минусовой клемм выпрямительной установки отсоединяют кабели, идущие к газопроводу и анодному заземлению, затем к ним подсоединяют измеритель заземления МС-08 (М-416). На измерителе заземлений МС-08 перемычками замыкают клеммы E₁ и I₁, E₂ и I₂ (в приборе М–416 – соответственно клеммы 1 и 2, 3 и 4). Перед измерением переключатель «Регулировка–измерение» устанавливают в положение «Регулировка» и вращают рукоятку генератора со скоростью около 135 об/мин. Затем стрелку прибора поворотом ручки реостата устанавливают на красную отметку шкалы. Отрегулировав прибор, переключатель переводят в положение «Измерение». Переключатель пределов измерений устанавливают в положение «Делить на 1», т.е. на предел 1000 Ом, и, вращая ручку генератора с указанной скоростью, производят замер. При отклонениях стрелки прибора менее 0,1 шкалы переключатель пределов измерений ставят в положение 100 Ом. Если указанное соотношение сохраняется и в этом случае, переключатель переводят в положение 10 Ом. Измеренная величина соответствует сопротивлению цепи (в Омах).

Оптимальным считается сопротивление цепи СКЗ, не превышающее 1 Ом. Если оно окажется выше, проверяют сопротивление отдельных участков цепи – сопротивление растеканию тока анодного заземления, переходное сопротивление «труба–земля», удельное электрическое сопротивление грунта и сопротивление соединительных электрических линий (проводов, кабелей, шин).

Сопротивление растеканию тока анодного заземления определяют измерителями заземлений МС-08 или М-416. Пользуясь прибором МС-08, измерительную схему монтируют в соответствии с рис. 4.2.1, б.

В качестве измерительных электродов применяют стальные заостренные стержни диаметром 12…18 мм, длиной 50 см. Измерения возможны, если сопротивление растеканию тока измерительных электродов и проводов не превышает 1000 Ом. Для уменьшения сопротивления электродов окружающий грунт увлажняют раствором поваренной соли, сернокислого магния или сернокислой меди. Так как сопротивление проводов искажает результаты измерений, длина их должна быть минимальной, сечение не менее 10 мм² по меди.

При измерениях малых сопротивлений растеканию, соизмеримых с сопротивлением проводов, перемычку Е₁ – I₁ снимают и клеммы I₁ и Е₁ соединяют (каждую в отдельности) с анодным заземлением, а Е₂ подсоединяют к потенциальному стержню (зонду) и I₂ – ко вспомогательному заземлителю (токовому стержню).

Сопротивление растеканию тока защитных заземлений измеряют прибором МС-08 (М-416) так же, как и сопротивление растеканию анодного заземления. На шкале прибора сопротивление растеканию отсчитывают в омах. Оптимальное сопротивление растеканию тока анодного заземления не должно превышать 0,5 Ом, а сопротивление защитного заземления СКЗ должно быть не более 4 Ом. Если сопротивление растеканию тока стало значительно выше, чем при предыдущих измерениях, и это не может быть объяснено увеличением удельного электрического сопротивления грунта, проверяют состояние рабочих электродов заземлений, в первую очередь сохранность горизонтальных соединительных шин.

Определение состояния шин анодных заземлений. Практика эксплуатации стальных анодных заземлений СКЗ, установленных непосредственно в грунт (без коксовой засыпки), показала, что в процессе анодного растворения металла заземления в первую очередь разрушаются соединительные шины вертикальных рабочих электродов. Это объясняется лучшими условиями растекания тока с горизонтальной шины, чем с вертикальных электродов, подверженных экранирующему эффекту, а также меньшим, чем рабочий электрод, сечением шины. Особенно быстро разрушаются изолированные шины с поврежденной изоляцией, что связано с большой плотностью тока, стекающего в местах повреждения изоляции. Повреждение шины приводит к отключению одного или нескольких вертикальных электродов заземления, увеличению сопротивления растеканию тока заземления, снижению тока в цепи СКЗ и разности потенциалов в точке дренажа и, следовательно, вдоль газопровода. Повреждение горизонтальной шины может быть определено при помощи измерительной схемы, представленной на рис. 4.2.1, в. В цепь СКЗ включают прерыватель тока. Источник тока устанавливают на максимальное значение. Измерение проводят при помощи многопредельного вольтметра на шкалах 2 и 10 В и двух медно-сульфатных электродов. Неподвижный электрод устанавливают на расстоянии не менее 75 м от анодного заземления, подвижный – переставляют на поверхности земли вдоль анодного заземления через 1 м. В каждой точке делают два замера: один – при включенном, второй – при выключенном прерывателе тока.

Наложенная разность потенциалов анодного заземления, измеренная относительно удаленного электрода, может быть получена как разность двух измерений при. включенном и выключенном прерывателе тока. При измерении вдоль анодного заземления наибольшие положительные значения получают при установке медно-сульфатного электрода над рабочим электродом заземления, наименьшее – между электродами. Построив график изменения потенциала вдоль анодного заземления, можно увидеть, что кривая в каком-то месте резко идет вниз. Повреждение горизонтальной шины или кабеля находится между последним электродом, дающим высокий положительный потенциал, и следующим электродом, не дающим показаний. Отыскав место повреждения, шину (кабель) ремонтируют. Если сопротивление заземления увеличилось не из-за обрыва соединительных элементов, а вследствие растворения рабочих электродов, проводят ревизию и ремонт анодного заземления (устанавливают дополнительные электроды или монтируют новое заземление).

Измерение переходного сопротивления газопровода. Одной из составляющих сопротивления цепи СКЗ является переходное сопротивление газопровода в месте ее установки. Переходное сопротивление газопровода (рис. 4.2.1, г) определяют измерителем заземлений МС-08 (или М-416) так же, как и сопротивление растеканию тока заземления, но дважды: первый раз при подключении измерительных электродов, как показано на схеме, второй – при подключении ближнего электрода к клемме I₂ и дальнего – к клемме Е₂ . Если данные обоих измерений будут отличаться менее чем на 20%, за результат принимают среднее арифметическое значение этих измерений, если более чем на 20%, – измерительные электроды относят от газопровода на большее расстояние.

Переходное сопротивление газопровода R_пер приближенно можно определить по формуле:

R_пер = ,

где R₁ – показания прибора; R₂ – продольное сопротивление газопровода.

Эффективность работы СКЗ определяется величиной наложенного потенциала U «труба–земля» в точке дренажа и протяженностью защитной зоны.

Протяженность защитной зоны, создаваемой на газопроводе СКЗ, определяется следующим образом: на исследуемом участке работает одна СКЗ, смежные с ней СКЗ отключаются, затем измеряется разность потенциалов «труба–земля» вдоль газопровода, по обе стороны от действующей СКЗ. Защитная зона, создаваемая СКЗ, будет определяться расстоянием по обе стороны от СКЗ до крайней точки измерения на газопроводе, где еще имеется минимально допустимый защитный потенциал ( –0,87 В по медно-сульфатному электроду сравнения).

Считается, что СКЗ работают эффективно, если защитные зоны, создаваемые ими, перекрывают друг друга (рис. 4.2.1, д) и если на выпрямительной установке СКЗ имеется запас по мощности, достаточный для увеличения наложенного потенциала в точке дренажа СКЗ. Необходимо отметить, что защитная зона, создаваемая СКЗ, зависит не только от эффективности ее работы, но и от других факторов, а именно: от удельного сопротивления грунта, продольного сопротивления газопровода, переходного сопротивления газопровода, т.е. от состояния изоляционного покрытия, экранирующего действия естественных преград (реки, ручьи, глубокие овраги, балки) и различных металлических подземных сооружений и т.д. Напряжение на выходе источников тока СКЗ и сила тока в ее цепи измеряют приборами постоянного тока, которые находятся в самих установках.