NL8005148A

NL8005148A - Werkwijze voor het meten van de potentiaal ten opzichte van de bodem van een kathodisch beschermde metalen konstruktie.

Info

Publication number: NL8005148A
Application number: NL8005148A
Authority: NL
Original assignee: Nederlandse Gasunie Nv
Priority date: 1980-09-12
Filing date: 1980-09-12
Publication date: 1982-04-01
Also published as: FR2490346B1; DE3135639A1; FR2490346A1

Description

i , _ ^ * N.V. NEDERLANDSE GASUNIE 3228 •~\ V% · '· lv " ·

Uitvinder: Gerrit WOUDSTRA te Roden .. Γ*' 1J.SEP1980 1 ί

WERKWIJZE VOOR HET METEN VAN DE POTENTIAAL TEN OPZICHTE VAN DE BODEM VAN EEN KATHODISCH BESCHERMDE METALEN KDNSTRUKTIE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het meten van de potentiaal ten opzichte van de bodem van een zich in de bodem bevindende, met een extern aangelegde gelijkspanning kathodisch beschermde metalen konstruktie, waarbij een zich nabij] deze konstruktie 5 in de bodem bevindende meetelektrode afwisselend verbonden is met de konstruktie en met een meetschakeling waarmede het potentiaalverschil tussen de meetelektrode en een op of in de bodem aangebrachte referentie” elektrode wordt gemeten·

Afhankelijk van de grondsoort waarin een kathodisch beschermde 10 stalen konstruktie zoals een stalen pijpleiding geplaatst Is, moet voor het voorkomen van corrosie de potentiaal van de konstruktie ten opzichte van de bodem lager zijn dan -850 mV tot -950 mV. Om van een goede werking van de kathodische beschermlngsinstallatie verzekerd te zijn dient men deze potentiaal regelmatig te controleren· Een werkwijze zoals hierboven 15 omschreven is onder andere bekend uit de Nederlandse Terinzagelegging 7602921.

Bij een dergelijke werkwijze wordt niet het spanningsverschil direkt tussen de beschermde konstruktie en de referentie-elektrode gemeten, omdat dan door de spanningsval in de bodem die veroorzaakt wordt 20 door de stroomdoorgang van ofwel de aangelegde beschermingsstroom ofwel van mogelijk aanwezige zwerfstroraen afkomstig van elektrische installaties in de omgeving, niet de juiste potentiaal van de konstruktie ten opzichte van de bodem gemeten wordt· Wanneer zoals aangegeven, gebruik wordt gemaakt van een meetelektrode die afwisselend verbonden is met de 25 beschermde konstruktie en de meetschakeling, dan is telkens gedurende de tijd dat de meetelektrode met de meetschakeling verbonden is de invloed van de stroomdoorgang ge'êlimineerd · De meetelektrode neemt na een zekere voor volledige polarisatie vereiste insteltijd de potentiaal van de beschermde konstruktie aan en behoudt deze vrijwel geheel gedurende de 30 meetperiodes, mits deze kort zijn en klein in verhouding tot de periodes dat de meetelektrode met de beschermde konstruktie verbonden is.

Men heeft bij de beschreven meetmethode tot dusver gebruik gemaakt van bij de beschermde konstruktie in de grond Ingegraven meet- 8005148 J , * 2 t elektrodes. Dit heeft een aantal nadelen: a. In de door de graafwerkzaamheden gestoorde grond is de insteltijd voor volledige polarisatie van de meetelektrode groot (deze is minstens 10 dagen en kan oplopen tot 3 maanden).

5 b. De kosten voor het deskundig en zorgvuldig Ingraven van de meetelektrode zijn hoog.

c. Als de te beschermen konstruktie zich over een grote afstand uitstrekt, zoals een pijpleiding voor gastransport, ie de plaatsgebondenheid van de meetelektrodes een nadeel. Men heeft bijvoorbeeld om de 10 2 km een meetelektrode ingegraven; dit geeft voldoende informatie voor een algemene controle, maar niet voor het opeporen van plaatselijke onregelmatigheden in de kathodische bescherming.

Doel van de uitvinding is een werkwijze zoals hierboven omschreven te verschaffen die de opgesomde nadelen niet vertoont. De 15 werkwijze volgens de uitvinding wordt daardoor gekenmerkt, dat men als meetelektrode gebruik maakt van een met een laag isolerend materiaal beklede geleidende metalen staafsonde die voorzien is van een onbeklede spitse punt, welke staafsonde men met de punt in de grond heeft gedreven nabij, en tot op de diepte van, de kathodisch beschermde konstruktie.

20 De staafsonde wordt met de hand in de grond gestoken of met een hamer ingedreven. Verrassenderwijs is gebleken dat de polarlsatietijd van een dergelijke meetelektrode, mits men de blanke punt van te voren even opschuurt, slechts enkele minuten bedraagt; de oorzaak hiervan is waarschijnlijk, dat bij het inbrengen van deze staafsonde de bodem vrij-25 wel niet verstoord wordt. De hoge kosten voor het ingraven van een meetelektrode vervallen geheel en het gebruik van de elektrode is niet aan bepaalde vaste meetpunten gebonden, zodat de werkwijze volgens de uitvinding geschikt is voor het opsporen van plaatselijke onregelmatigheden waar de kathodische bescherming van het te beschermen objekt onvoldoende 30 is. In de bodem aangelegde stalen pijpleidingen zijn doorgaans van een beschermende, uit elektrisch isolerend materiaal bestaande bekleding voorzien. Kathodische bescherming is een noodzakelijke aanvulling daarop, omdat in de praktijk de bekleding altijd scheuren en gaten vertoont. Om corrosie te voorkomen moeten dergelijke kale plekken de hierboven 35 genoemde potentiaal van, bijvoorbeeld, -850 mV ten opzichte van de bodem hebben; de werkwijze volgens de uitvinding maakt een plaatselijke controle daarop mogelijk.

80 0 5 1 4 8 V -¾ 3

Bij voorkeur maakt men gebruik van een ataafsonde waarvan de onbeklede spitse punt kegelvormig is; de lengte van de onbeklede spitse punt bedraagt bij voorkeur tussen 0,5 maal en 20 maal de diameter van de staafsonde. Voor een dergelijke goed-gedefinieerde puntvorm is zowel het 5 blanke oppervlak van de punt als de overgangsweerstand in de bodem te berekenen. Het is gewenst, dat het blanke puntoppervlak van dezelfde orde van grootte is als de grootste van de te verwachten kale plekken; bij een dikte van de beschermende bekleding van 5 mm kan men ervan uitgaan, dat de kale plekken tot ca. 20 cm2 groot kunnen worden. Voor een sonde van 1 10 cm diameter komt men dan tot een gewenste lengte van de onbeklede kegelvormige punt van ca. 13 cm. De overgangsweerstand ten opzichte van de bodem is aan deze kegelvormige punt groter dan aan de min of meer vlakke onderzochte kale plek; dit betekent, dat een eventuele resterende spanningsval door stroomdoorgang aan de meetelektrode een enigszins 15 'ongunstiger' meetresultaat geeft dan met de potentiaal van de kale plek overeenkomt; men blijft dus aan de veilige kant.

Afhankelijk van de toepassing gebruikt men een metalen staaf-sonde waarvan de diameter tussen 5 mm en 20 mm bedraagt en waarvan het oppervlak van de onbeklede spitse punt tussen 1 cm2 en go <^2 bedraagt.

20 De werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur aldus uitgevoerd dat de metalen staafsonde afwisselend een eerste, langere periode, hier verder aangeduid als 'rustperiode', verbonden is met de kathodlsch beschermde metalen konstruktie en een tweede, kortere periode, hier verder aangeduid als 'meetperiode*, verbonden is met de 25 meetschakeling. De rustperiode bedraagt bij voorkeur ten hoogste 5 seconden en de meetperiode bedraagt bij voorkeur ten hoogste een honderste deel van de rustperiode, bijvoorbeeld 0,1-10 milliseconde. De meetperiode dient zo kort te zijn, dat het meetresultaat niet onbetrouwbaar wordt door het weglekken van de potentiaal van de sonde; zoals reeds opgemerkt 30 heeft het gebruikte type sonde een zeer korte polarisatietijd, doch dit houdt in dat de potentiaal ook snel weglekt. De meetperiodes moeten dus zeer kort zijn. Van belang is derhalve het gebruik van een meetschakeling die dit mogelijk maakt* De werkwijze volgens de uitvinding kan aldus worden uitgevoerd, dat telkens de waarde van de potentiaal die is gemeten 35 gedurende een meetperiode gedurende de daarop volgende rustperiode in een 'sample and hold'-schakeling wordt vastgehouden tot de volgende meetperiode.

8005148 -·. of 4

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening.

Hierin is:

Fig. 1: een schematisch overzicht van de bij de werkwijze volgens de uitvinding gebruikte meetopstelling; 5 Fig. 2: een schema van daarbij gebruikte ’sample-and-hold'-schakeling.

In fig. 1 is met 1 een ondergrondse stalen buisleiding aangegeven, die bekleed is met een, in de tekening niet weergegeven, beschermende elektrisch isolerende bekleding. De buisleiding 1 is bovendien kathodisch beschermd met behulp van een installatie 2, die aan de 10 buisleiding een negatieve spanning geeft ten opzichte van een in de grond ingegraven anode 3. Om de goede werking van de kathodlsche bescherming plaatselijk te controleren past men de werkwijze volgens de uitvinding toe om op de gewenste plaats de potentiaal van de leiding ten opzichte van de bodem te meten. Hen drijft daartoe ter plaatse, op bijvooreeld ca.

15 50 cm uit het hart van de leiding 1, een geleidende metalen staafsonde 4 * in de grond. De staafsonde 4 is bekleed met een laag Isolerend materiaal en is voorzien van een spitse punt 5 die onbekleed is. De staafsonde 4 wordt zover in de grond gedreven dat de punt 5 zich op de hoogte van de leiding 1 bevindt. Op de sonde 4 is een slagplaat 6 bevestigd, waarop bv. 20 met een hamer geslagen kan worden om de sonde in de bodem te drijven. Naast de sonde 4 en op een afstand van bijvoorbeeld 10 cm daarvan is een Cu-CuS04-referentie-elektrode 7 in de bodem gestoken. De leiding 1, de sonde 4 en de referentie-elektrode 7 zijn elektrische verbonden mét respektievelijk de aansluitklemraen 8, 9 en 10 van een 25 'sample-and-hold’-meetschakeling 11, waarvan de uitgangskleramen 12 en 13 met een schrijvende meter 14 zijn verbonden.

Fig. 2 is een meer gedetailleerd schema van de ’sample-and-hold’-meetschakeling 11; hierin zijn weer de ingangsklemmen 8, 9 en 10 en de uitgangsklemmen 12 en 13 aangegeven.

30 De werking van de schakeling wordt bestuurd door een timer 21, die per seconde een impuls van 1 milliseconde afgeeft. Deze 1 milliseconde Is de meetperiode, de tussen twee impulsen liggende periode van 1 seconde is de rustperiode. De door de timer 21 afgegeven impulsen bekrachtigen drie relais 22, 23 en 24; gezien de vereiste korte schakeltijd worden hiervoor 35 'reed’-relais gebruikt. In het schema is de stand van zaken bij onbekrachtigde relais weergegeven, d.i. tijdens de rustperiode.

80 0 5 1 48

·£ -T

5

De leiding 1 is den via aansluiting 8, het gesloten relais 22 en aansluiting 9 verbonden met de sonde 4. Gedurende de daarop volgende meetperiode is het relais 22 geopend en is dus de verbinding tussen de sonde 4 en de leiding 1 verbroken. De sonde 4 is nu via relais 24 verbon-5 den met de nul-ingang van een als spannlngsvolger geschakelde operationele versterker Al. Aan de niet-inverterende ingang van de operationele versterker Al is via aansluiting 10 de referentie-elektrode 7 aangesloten. Tussen de nul-ingang en de niet-inverterende Ingang van de operationele versterker Al is een hoogohmige lekweerstand R1 opgenomen.

10 Via het gedurende de meetperiode gesloten relais 23 en een begrenzingsweerstand R2 is de uitgang van de operationele versterker Al aangesloten op de niet-inverterende ingang van een, eveneens als span-ningsvolger geschakelde, operationele versterker A2. Een condensator Cl wordt daarbij opgeladen tot de uitgangsspanning van de operationele 15 versterker Al, die gelijk is aan het te meten potentiaalverschil.

Gedurende de op de meetperiode volgende rustperiode behoudt de condensator Cl zijn lading, en de spanning over de ultgangsklemmen 12 en 13 is steeds gelijk aan het gedurende de laatste meetperiode gemeten potentiaalverschil. De schakeling wordt gevoed door een stroombron 25, 20 bijvoorbeeld een batterij. De operationele versterkers Al en A2 en de timer 21 zijn in de handel verkrijgbare onderdelen.

In de beschreven 'sample and hold’-schakeling zijn de relais 22, 23 en 24 aangegeven als 'reed'-relais. Men kan ook gebruik maken van halfgeleiderrelais, zoals 'J-FET"s (junctie-veldeffecttransistors); 25 hiermee zijn nog aanmerkelijk kortere schakelt!jden te realiseren, zodat zeer korte meetperioden, tot minder dan 100 microseconden, raogelijk zijn.

80 0 5 1 4 é

Claims

1. Werkwijze voor het meten van de potentiaal ten opzichte van de bodem van een zich in de bodem bevindende, met een extern aangelegde gelijkspanning kathodisch beschermde metalen konstruktie, waarbij een zich nabij deze konstruktie in de bodem bevindende meetelektrode 5 afwisselend elektrisch verbonden is met de konstruktie en met een meetschakeling waarmede het potentiaalverschil tussen de meete-•lektrode en een op of in de bodem aangebrachte referentie-elektrode wordt gemeten, met het kenmerk dat men als meetelektrode gebruik maakt van een met een laag isolerend materiaal beklede geleidende 10 metalen staafsonde die voorzien is van een onbeklede spitse punt, welke staafsonde men met de punt in de grond heeft gedreven nabij, en tot op de diepte van, de kathodisch beschermde konstruktie.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat men gebruik maakt van een staafsonde waarvan de onbeklede spitse punt kegelvormig is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat men gebruik maakt van een staafsonde waarvan de lengte van de onbeklede spitse punt tussen 1,5 maal en 20 maal de diameter van de staafsonde bedraagt.

4. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-3 met het kenmerk dat men 20 een metalen staafsonde gebruikt waarvan de diameter tussen 5 mm en 20 mm bedraagt.

5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-4 met het kenmerk dat men een metalen staafsonde gebruikt warvan het oppervlak van de onbeklede spitse punt tussen 1 cm^ en 60 cra^ bedraagt.

6. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-5 met het kenmerk dat de metalen staafsonde afwisselend een eerste, langere rustperiode verbonden is met de kathodisch beschermde metalen konstruktie en een tweede, kortere meetperiode verbonden is met de meetschakeling.

. 7. Werkwijze volgens conclusie 6 met het kenmerk dat de rustperiode ten 30 hoogste 5 seconden bedraagt.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7 met het kenmerk dat de meetperiode ten hoogste een honderdste deel van de rustperiode bedraagt.

9. Werkwijze volgens een van de conclusies 6-8 met het kenmerk dat de meetperiode ongeveer 0,1-10 milliseconden bedraagt. 80 0 5 1 4 8 ( •i? t'

10. Werkwijze volgens een van de conclusies 6-9 met het kenmerk dat telkens de waarde van de potentiaal die is gemeten gedurende een raeetperiode, gedurende de daarop volgende rustperiode in een ’sample and hold’-schakeling wordt vastgehouden tot de volgende raeetperiode. 5

11. Werkwijze volgens conclusie 10 met het kenmerk dat men gebruik maakt van een 'sample and hold’-schakeling die in hoofdzaak is opgebouwd uit de volgende delen: - een timer (21) die telkens na verloop van een rustperiode een impuls afgeeft waarvan de tijdsduur overeenkomt met de raeetperiode; 10. een eerste door de impulsen van de timer (21) bekrachtigd relais (22) , dat onbekrachtigd gesloten is en dan de beschermde metalen konstruktie (1) verbindt met de staafsonde (4), en dat bekrachtigd de verbinding verbreekt; - een tweede door de impulsen van de timer (21) bekrachtigd relais 15 (24), dat onbekrachtigd geopend is en dat bekrachtigd gesloten is en dan de meetsonde (4) verbindt met de nul-ingang van - een eerste als spanningsvolger geschakelde opertionele versterker (Al), aan de niet-inverterende ingang waarvan de referentie-elektrode (7) is aangesloten; 20. een derde door de impulsen van de timer (21) bekrachtigd relais (23) , dat onbekrachtigd geopend is en dat bekrachtigd gesloten is en dan de uitgang van de eerste operationele versterker (Al) via een begrenzingsweerstand (R2) verbindt met de niet-inverterende ingang van - een tweede als spanningsvolger geschakelde operationele versterker (42); - een tussen deze niet-inverterende ingang en de nul-ingang van de tweede operationele versterker (A2) geschakelde condensator (Cl), die tijdens de meetperiode wordt opgeladen tot de uitgangsspanning van de eerste operationele versterker (Al), die gelijk is aan het 30 te meten potentiaalverschil, en die gedurende de op de meetperiode volgende rustperiode zijn lading behoudt, waardoor de spanning aan de uitgang (12, 13) van de tweede operationele versterker steeds gelijk is aan het gedurende de laatste meetperiode gemeten potentiaalverschil. 35

12, Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat in de gebruikte 'sample and hold’-schakeling de genoemde eerste, tweede en derde relais halfgeleiderrelais zijn.

13. Werkwijze zoals beschreven en toegelicht aan de hand van de tekening. FHJ/WR 80 0 5 1 4 8