Станция катодной защиты УКЗТ-А | Оборудование, технологии, разработки

Известная трансформаторная станция катодной защиты с автоматической регулировкой выходного тока и потенциала. Производится предприятием НПП ”Дон”, г. Ростов на Дону.

Устройство катодной защиты УКЗТ-А предназначено для катодной защиты подземных металлических объектов от электрохимической коррозии.

По своей конструкции, габаритам, энергетическим параметрам устройство УКЗТА аналогично устройству УКЗТ. Отличие только в том, что станция УКЗТ-А работает в режимах автоматического поддержания (стабилизации) выходного тока или потенциала.

Достоинства и недостатки те же, как и у других трансформаторных станций катодной защиты.

Достоинства – простота схемы и конструкции. Как правило, обслуживающий персонал газовых хозяйств самостоятельно способен ремонтировать эти станции. Максимум, что эксплуатационники требуют от завода-изготовителя, это новые платы управления. Иногда ремонтируют сами и платы управления.
Недостатки – типичные проблемы трансформаторных станций: большой вес, габариты, низкий КПД, низкий коэффициент мощности, высокий уровень пульсаций…

Технические характеристики станций катодной защиты УКЗТ-А.

Параметр	УКЗТ-А ОПЕ (УКЗТ-АУ)
Параметр	0,3	0,6	1,2	3,0	5,0
Выпрямленный ток, А - режим 1 - режим 2	25 ± 2,5 12 ± 1,2	25 ± 2,5 12 ± 1,2	50 ± 5 25 ± 2,5	63 ± 6,3 32 ± 3,2	100 ± 10 50 ± 5
Выпрямленное напряжение, В - режим 1 - режим 2	12 ± 1,2 25 ± 2,5	24 ± 2,4 48 ± 4,8	24 ± 2,4 48 ± 4,8	48 ± 4,8 96 ± 9,6	48 ± 4,8 96 ± 9,6
Выходная мощность, кВт	0,3 ± 0,03	0,6 ± 0,06	1,2 ± 0,1	3,0 ± 0,3	5,0 ± 0,5
Питание – однофазная сеть переменного тока: напряжение, В частота, Гц	220 ± 22 50 ± 1,25
Потребляемая мощность, кВ●А, не более	0,34	0,86	1,71	4,3	7,14
КПД в номинальном режиме, %, не менее	70
Коэффициент мощности в номинальном режиме, не менее	0,7
Диапазон изменения выпрямленного напряжения, %	5 … 100
Точность стабилизации выходного тока, %	± 2,5
Точность стабилизации защитного потенциала, %	± 2,5
Диапазон стабилизации защитного потенциала, В	- 3,5 … 0
Климатическое исполнение	У1 по ГОСТ 15150
Масса, кг, не более	25	55 (62)	55 (62)	60 (75)	65 (80)
Габаритные размеры, мм, не более	400 x 320 x 500		450 x 380 x 600 (450 x 380 x 830)
Установочные размеры, мм	385 x 270 D 12,5 (4 отв.)

Конструкция устройства.

Станция катодной защиты типа УКЗТ-А состоит из металлического корпуса, внутри которого на откидывающейся панели расположены: силовой трансформатор, плата управления, диодный мост, приборная панель.

Охлаждение устройства – естественное воздушное. Охлаждающий воздух поступает через жалюзи в основании корпуса и выходит через жалюзи на боковых стенках.

Схема устройства катодной защиты УКЗТ-А.

Силовая часть станции катодной защиты УКЗТ-А выполнена по схеме однофазного мостового выпрямителя с двумя регулирующими тиристорами.

Принципиальная схема станции УКЗТ-А.

Плата управления работает по принципу фазоимпульсного тиристорного регулятора со стабилизацией выходного тока и потенциала.

Принципиальная схема платы управления станции УКЗТ-А.

Схема управления состоит из следующих узлов:

генератор опорного напряжения (VT3, VT4);
элемент сравнения (DA1);
генератор импульсов (DD1);
усилитель сравнения (DA2.2);
усилитель сигнала тока (DA2.1);
усилитель сигнала потенциала (DA2.3, DA2.4);
стабилизатор питания платы ± 10 В (VT1, VT2).

Плата управления питается переменным напряжением 2 x 15 В от трансформатора Т2. Напряжение с обмотки трансформатора выпрямляется мостом VD1, сглаживается конденсаторами C1, C2, стабилизируется на стабилитронах VD2, VD4. Для повышения нагрузочной способности используются эммитерные повторители VT1, VT2, на выходе которых формируются напряжения + 10 В и – 10 В, необходимые для питания всей схемы.

Выпрямленное не сглаженное напряжение через делитель R11, R12, R6 поступает на вход инвертора DD1.1. В результате на его выходе формируются короткие импульсы положительной полярности, соответствующие моментам перехода напряжения сети через 0. Импульсы используются для синхронизации устройства управления с питающей сетью.

На транзисторе VT3, светодиоде VD5 и резисторе R8 собран опорный источник тока. Этим током заряжается конденсатор C4. В моменты перехода синусоиды питающей сети через 0, импульсы с выхода элемента DD1.1 открывают разрядный ключ VT4. Таким образом, на конденсаторе C4 образуется пилообразное напряжение амплитудой – 4 В, синхронизированное с фазой питающей сети.

На операционном усилителе DA1 собран компаратор. На один его вход поступает опорное пилообразное напряжение с конденсатора C4. На другой вход подается напряжение с регулятора выхода R5 (в ручном режиме), либо напряжение с выхода усилителя сравнения DA2.2 (в автоматическом режиме). На выходе компаратора DA1 формируются прямоугольные импульсы регулируемой длительности. Начало импульсов совпадает с моментом, когда опорное напряжение становится больше напряжения сравнения, а конец импульса совпадает с концом полупериода сети. При изменении напряжения сравнения от 0 до – 4 В, длительность импульсов меняется от максимальной до минимальной. Для повышения помехозащищенности импульсы с выхода компаратора подаются RS триггер (DD1.2, DD1.3). На другой вход триггера поступают сбрасывающие импульсы с DD1.1. Низкий уровень сигнала на выходе триггера соответствует наличию импульса на входе компаратора.

Низкий уровень сигнала на выходе триггера разрешает работу генератора (DD1.4, DD1.5). Он вырабатывает короткие импульсы 10 мкс с периодом частотой 10 кГц. Импульсы через элемент DD1.6 поступают на базу транзистора VT5, который управляет оптотиристорами VD11, VD12.

Т.к. начало пачки импульсов соответствует моменту, когда опорное напряжение компаратора превышает напряжение сравнения, то от напряжения сравнения зависит фаза включения тиристоров VT1, VT2. А значит и среднее значение напряжения на нагрузке. Изменяя напряжение сравнения резистором R5 можно регулировать напряжение на нагрузке.

В автоматическом режиме для стабилизации тока или потенциала, необходимо устанавливать напряжение сравнения пропорционально разности заданного параметра и реального. Это делается с помощью усилителя сравнения DA2.2. На один вход усилителя поступает заданное напряжение с резистора R5, а на другой – напряжение, пропорциональное параметру стабилизации. Выходное напряжение усилителя сравнения подается на компаратор DA1.

Измерительный усилитель тока DA2.1 усиливает напряжение токового шунта RS и подает его на усилитель сравнения DA2.2.

Усилитель сигнала потенциала выполнен по схеме с компенсацией синфазных помех напряжением до 200 В. Усилитель DA2.4 – усилитель с дифференциальным входом. Усилитель DA2.3 сравнивает напряжение входов измерения с напряжением ”земли” станции и формирует компенсирующее напряжение на входах DA2.4.

Телемеханика для станций УКЗТ-А.

Для работы с устройствами УКЗТ-А в составе системы GSM телеметрии необходимы контроллеры, допускающие подключение непосредственно к выходу и токовому шунту станции. Такие контроллеры выпускает предприятие НПП ”СИЭЛ”, г. Новочеркасск.