Поляризационный потенциал. Как и чем измерять.
 

Как то посчастливилось присутствовать на совещании специалистов ЭХЗ одного из облгазов.
Аншлаг! Зал клуба райцентра забит полностью, даже в проходах стоят.
После вводной начали разговаривать по теме. Председательствующий спрашивает у публики: "Кто мне скажет - что такое поляризационный потенциал?" Молчание! После третьего повторения вопроса в центре зала нерешительно поднимается рука. Отважного специалиста ЭХЗ вызывают на сцену и ставят за трибуну. Следует ответ:
- Поляризационный потенциал - это суммарный потенциал, минус омическая составляющая.
Далее вопрос председательствующего:
- А что такое омическая составляющая?
Ответ:
- Омическая составляющая - это суммарный минус поляризационный потенциал.
- Ну а суммарный потенциал - это что такое?
И тут следует просто парадоксальный ответ:
- Суммарный потенциал это сумма поляризационного потенциала и омической составляющей!
Еще в детстве читал фантастический рассказ Станислава Лема, честно говоря, не помню названия, но суть в том, что где-то во вселенной была планета, на которую было паломничество туристов потому, что на планете жили странные существа, которых звали "Сипульками", всем было интересно, кто они такие, чем занимаются? Когда у них спрашивали кто такие Сипульки, они отвечали, что это те, которые ходят в Сипулькарии. Их спрашивали что такое Сипулькарий - они отвечали, что Сипулькарий - это место, где собираются Сипульки. На вопрос о том, чем занимаются в Сипулькарии, Сипульки честно отвечали - сипулькеренцией. Если у них спрашивали что такое сипулькиренция следовал совершенно искренний ответ, что это то, чем Сипульки занимаются в сипулькарии!
По моему полная аналогия!
Так вот. Для того, чтобы разобраться что такое поляризационный потенциал, какими приборами его измерять, о достоинствах и недостатках измерителей поляризационного потенциала, об электродах сравнения, без которых измерение потенциалов невозможно, предлагаю открыть эту тему.
Понимаю, что тема достаточно обширна, но по мере обсуждения ее не сложно будет разбить на разделы.
Со своей стороны обещаю подготовить материал по теме и разместить на форуме.
Присоединяйтесь.
Alex.



как и обещал - подготовил материал по поляризационному потенциалу.
скачать можно тут: Поляризационный потенциал. Как и чем его измерять. Проблемы, возникающие при измерении поляризационного потенциала.

Добрый вечер!Улыбнуло ))) а вобще кончно тема серьёзная!
1. Из истории развития науки о коррозии.
Начало эры катодной защиты можно довольно точно совместить с началом ХХ столетия. Действительно, в 1902г. К.Коэн, затем в 1908 г. Х.Гепперт соорудили первые катодные станции для защиты трубопроводов. Но «отцом катодной защиты» американцы назвали Роберта Кюна. В 1928 году Роберт Кюн построил первую катодную установку и успешно осуществил электрохимическую защиту от коррозии протяженного стального магистрального трубопровода в Новом орлеане и установил, что величина потенциала катодной защиты стали должна составлять –0,85 В по отношению к медносульфатному электроду сравнения. Этот критерий катодной защиты стали до сих пор является наиболее распространенным и принят в стандартах очень многих стран мира: США, Англии, Японии, большинстве европейских стран.
2.Структура защитного потенциала.
Электрохимическая защита подземных металлических трубопроводов может быть осуществлена методом катодной поляризации, т.е. путем смещения потенциала от его стационарного значения в сторону отрицательных значений до величины защитного потенциала, при котором скорость растворения металла не превышает некоторой заданной величины.
В процессе наладки и эксплуатации электрохимической защиты требуется контроль электродного потенциала трубопровода. Только электродный потенциал, представляющий собой скачек потенциала на фазовой границе металл-электролит, определяет характер и скорость электрохимических процессов на границе металл-электролит. Этот скачок пространственно локализован в области двойного электрического слоя на границе металл-электролит, толщина этого слоя измеряется от единиц и десятков ангстрем до 10-4 см. Однако, обычными методами измерения разности потенциалов труба-земля установить электродный потенциал сооружения естественно нельзя, так как измеряемая при этом величина, кроме электродного потенциала, содержит и омическое падение напряжения.
Естественно, что в практических условиях электрод сравнения не может быть подведен к границе двойного электрического слоя, он располагается на значительном расстоянии от нее. Поэтому в измеряемую величину включается омическая составляющая разности потенциалов, которая возникает за пределами двойного электрического слоя и электродом сравнения.
Измеренное с помощью приборов значение защитного потенциала состоит из суммы потенциалов (суммарный потенциал):
Uсум. = Ucт + ^Uпол +^Uом,
где Ucт - стационарный потенциал сооружения; ^Uпол – поляризационная составляющая (искомое напряжение на поляризующемся слое металлической поверхности); ^Uом - омическая составляющая - является нежелательной погрешностью, которую при измерениях следует исключить или, по крайней мере, учесть.
Условимся считать, что:
- омическая составляющая смещения потенциала (^Uoм) это не-избежное и к тому же совершенно бесполезное и даже вредное падение напряжения, вызванное током защиты на некотором сопротив-лении, куда входит сопротивление электролита в порах изоляции и участок земли между трубопроводом и измерительным электродом;
- поляризационная составляющая (^Uпoл) - полезное падение на-пряжения на поляризационном сопротивлении металл-электролит.
В омическую составляющую входит падение напряжения в порах изоляции ^Uпор и в земле ^Uзем между трубопроводом и измерительным электродом, т.е.
^Uом = ^Uпор + ^Uзем .
Основная доля тока катодной поляризации протекает через дефекты в изоляционном покрытии. Размер дефектов и удельное сопротивление грунта определяют долю поляризационного потенциала в общей разности потенциала труба-земля.
При малых дефектах сопротивление электролита (грунта) в дефектах определяет омическую составляющую, а при больших дефектах (диаметром более 100 см) практически не оказывает влияния на омическую составляющую.
Общая тенденция изменения поляризационной составляющей проявляется в увеличении ее доли в измеряемой разности потенциалов при уменьшении размера дефекта и удельного сопротивления грунта.
С ростом размера дефекта и удельного сопротивления грунта доля омической составляющей возрастает (до 100%). При удельном сопротивлении грунта 100 Ом*м омическая составляющая более 50% для всех реальных дефектов в изоляции.
Проблема выделения поляризационной составляющей и исключения омической имеет большое практическое значение. И это связано прежде всего с надежностью защиты, но, с другой стороны, с минимумом затрат на электроэнергию.

что то я два раза отправил сообщение в форум)))

Сергей, здравствуйте!
Очень точно и обстоятельно! Спасибо! Надеюсь, что с терминами и определениями разобрались!

Уважаемый Alex, мы слышали, что Ваша организация выпускает прибор для измерения
защитных потенциалов подземных сооружений "Орион". Хотелось бы узнать, планируется
ли производство новой, обновленной версии прибора?

Ну, да! Сейчас выпускаются приборы с программой версии 8 Е, но подготовлена новая версия - 8F. Отличия существенные - повышена точность и алгоритм измерения поляризационного потенциала, в планах - полная переработка схемы с использованием более современных компонентов.
Удачи, Alex.

А как можно узнать какая версия прошивки у прибора?

При включении прибора. У версии 8A сразу на приветственном сообщении показывается, сообщение такого вида: "Hello 8A". У версии 8E после приветственного сообщения "Hello", сообщение вида: "Orion 8E"

Большое спасибо за информацию, будем знать, прибор надо приобрести однозначно!

можно и м231 старый но надёжный, я бы посоветовал ИРПЦ 100 недорогой и очень удобный, цифровой без лишних заморочек!

Сообщение перенесено из Падение потенциала на ИФС

Он же по моему измеряет только разность потенциалов между трубой и электродом сравнения, если так то он мне не подходит, и старый добрый 231-ый уже тоже не удовлетворяет требованиям, "суммарку" измерять щас уже неактуально, требования ужесточились, да и правильно с одной стороны, суммарный потенциал нам говорит только о том что на трубе есть какой то потенциала а какой мы не можем сказать точно, зато можем определить на сколько мы сместили его от стационарного применив средства ЭХЗ, для таких целей измерять конечно же "суммарку" можно.

Сообщение перенесено из падение потерциала на ИФС

как и обещал в первом посту темы - подготовил материал по поляризационному потенциалу.
скачать можно тут: Поляризационный потенциал. Как и чем его измерять. Проблемы, возникающие при измерении поляризационного потенциала.

Познавательно, спасибо! там на осциллограмме пульсация при частоте СКЗ 50 Гц, не совсем понятно это что на выходе станции такая частота (переменный ток), нормальная частота обычных преобразователей типа В-ОПЕ-М..., ПСК, ПАСК, ОПС, ТДЕ и т.д. 100 Гц. А современные инверторные и импульсные высокочастотные преобразователи выдают нам частоту в несколько тысяч Гц как я понимаю, по крайней мере обычные трассоискатели с частотой до 1000 Гц, такую трубу не "слышат"!
Если на трубе частота переменного тока то о каком потенциале можно вообще говорить!

Вы правы, Сергей. На том объекте, о котором идет речь "вскрытие" показало, что был неисправен один из двух тиристоров двухполупериодного выпрямителя в одной из станций катодной защиты - имел большой обратный ток, хотя короткого замыкания тиристора не было, отсюда такая непонятная "кривулина" на осциллограмме с превалированием 50 Гц составляющей. Необходимо отметить, что подобные ситуации характерны для газопроводов, расположенных в черте населенных пунктов, т.е. уровня облгазов, на магистральных газопроводах такого как правило не бывает, за исключением участков МГ вблизи высоковольтных ЛЭП, сказываются индуцированные наводки. Что касается инверторных СКЗ, то там намного проще получить именно постоянное напряжение на выходе, поэтому и "слышать" нечего, если, конечно к трубе не подключен генератор.

Уважаемый Alex. А что вы можете сказать об измерениях поляризационного потенциала в зоне действия блуждающих токов?

Приветствую Вас, Alexandr!
Так нечего говорить, все уже сказано: ВРД 39.10-026-2001 п.3.3.1, или более раннее Руководство по эксплуатации средств противокоррозионной защиты подземных газопроводов. Том I, п.2.3. Можно лишь добавить, что схемы с накопительным конденсатором позволяют измерять поляризационный потенциал в зоне действия блуждающих токов.

Спасибо за ответ:smile: но.... в теории оно все и всегда красиво, а на практике к сожалению иначе. Представьте себе такую ситуацию при установке на участке самописец нарисовал картинку и выдал показания суточных измерений суммарного потенциала min -4.5В ср -0.62 max +8В, причем такие разбросы происходят за период меньше минуты, изоляция на участке средней поршивости "р" грунта = 18-24Омхм. Вот и вопрос что мы намерим при разовом измерении поляр. потенциала (ПП). Приборов измеряющих ПП с определенной периодичностью пока к сожалению нет, по крайней мере я с такими не сталкивался...

Защита в зонах действия блуждающих токов всегда была не простой задачей, сопряженной с детальным обследованием территории специалистами высокого класса, включением в систему ЭХЗ дренажей для ее оптимизации, поэтому готовых рекомендаций по этому поводу не может быть в принципе. Понятно, что теория - теорией, а практика - практикой, но теоретические основы в случае адекватного восприятия этой теории позволяют принять правильное практическое решение. А разброс потенциалов конечно впечатляет! Есть прибор ПКИ-02, он измеряет поляризационный потенциал и может работать в режиме самописца.
Удачи, Alex.

ПКИ великий прибор, доводилось работать и немало, но как самописец он работает только по четырем каналам, а ПП мерит как и все единовременно. Его применение очень удобно при проверке работы СДЗ - просто незаменим. Я к тому веду что пора бы изготовить прибор который мог бы измерять ПП допустим в течении суток с периодичностью один цикл в 1-5 мин.

Хорошая идея, заставляет задуматься!
Но есть еще и ПКО, ИПП-1.

Это все аналоги друг друга. И при этом ПКИ-02 (АПКЗ-03) был пионером, а вот полноценного комбинированного прибора так на рынке и нет...

Возникает вопрос о необходимости измерения поляризационного потенциала на таком сооружении, по сути суммарный потенциал в течении минуты уходит в анодную зону, что дает измерение поляризационного потенциала в данном случае? по моему мнению надо сперва какими то способами снизить или устарнить влияние блуждающего тока на сооружение, а потом уже измерять поляризационны потенциал!

Ну да как однажды сказал один из моих монтеров - нужно ликведировать железную дорогу.
Я с вами согласен и к этому собственно и веду, что единовременные изсерения ПП это не целеобразно потраченное время, но "люди" и нормативы требуют ПП, а устранение БТ их мало интересует..

Я к тому что, допустим какими то способами вы замерили колебания поляризационного потенциала, что дает вам это измерение, вот что мне интересно!

фраза - " устранить влияние БТ" мне особо интересна????? простите но во времена нынешней бюрократии и "откатов" это возможно????????????????

ну если ни кому из руководства "не интересны" блуждающие токи то значит и нет проблем, и не нужно соблюдать требования ГОСТ Р 51164 "Электрохимическая защита должна обеспечивать в течение всего срока эксплуатации непрерывную по времени катодную поляризацию трубопровода на всем его протяжении (и на всей его поверхности) таким образом, чтобы значения потенциалов на трубопроводе были (по абсолютной величине) не меньше минимального и не больше максимального значений".

к вопросу что это дает, отвечаю - среднее значение - час, сутки как вам будет угодно ведь при таких условиях необходимо выявить "защищенность", что касается рукаводства бог ему и росстехнадзор судья, а я в свою очередь хочу поднять вопрос и расшевелить производителей к производству новых, комбинированых приборов. Потому что на этом рынке есть востребованость и много незанятого пространства, это я от первого лица говорю (15 лет занимаюсь диагностикой и обсл. средств ЭХЗ) работал с немецким, английским и отечественным оборудованием, а идеала так и ненашел, нет золотой середины...

Пусть критерием защищенности является суммарный потенциал -0,9 - -3,5 В грубо, а у вас разброс -4,5 до + 8, и какое среднее значение защитного потенциала при таких условиях может быть, я понимаю если там разброс 200-300 мВ, то может можно какое то среднее значение измерить.
А на счёт самописца конечно же это актуально!

Здравствуйте Alexandr!
Каким Вы видите комбинированный прибор? Что он должен измерять, в каком диапазоне? Сколько весить, как выглядеть?

Ну это все уже называется коммерческий проект и сами понимаете.....

Не понимаю. Вы хотите работать хорошим инструментом, которого нет, потому, что не известно, что Вам необходимо, Вы ведь сами этого хотите! Наверняка у кого-то есть по этому поводу свое мнение и оно может противоречить тому, что интересно Вам, тем не менее это возможность приблизиться к идеалу.
Вообще, это вопрос довольно спорный, большинство заявляет, что не нужно никаких "наворотов", чем проще прибор, тем лучше, нет необходимости в специалистах высокого класса, ниже цена.
Кому то нужно, чтобы измерял все, в том числе погоду в Киеве и был оранжевого цвета, чтобы в траве или грязи не потерялся и не беда, что стоить он будет 100 тыр а вот придти к разумному компромиссу - по моему это правильно!

Мое мнение такое, прибор который записывает поляризационный потенциал в течении какого то промежутка времени конечно же не помешал бы, а требования к нему самые простые, чтобы был надёжен при работе на трассе, не боялся отрицательных температур (хотя бы до минус 20), был обязательный тест на проверку прерывателя, ну и что бы измерял обычные параметры постоянного тока и напряжения.
А вообще думаю в нашем деле навороченные приборы не самое главное они просто облегчают работу, если у человека есть тяга и интерес к электрохимзащите он и 231-ым сделает все необходимые измерения которые помогут ему сделать какие то выводы, по крайней мере отцы и деды наши как то обходились.

Господа!
1. Это не облегчение, а компетентное выполнение работ (у меня 740 км трассы в зоне БТ и это в однониточном исполнении, а в коридоре от 4-х до 12-ти труб)
2. Я представляю мнение как минимум 14 специалистов.
3. Нужно много самописцев на 1-2 канала по постоянке простых и дешовых.
4. Комбинированные приборы нужны только специализированным лабораториям и не только
требования: измерения по постоянному току (по переменке тоже можно то 0 до 200мВ)
4.1. от +10В до -10В (2-3 канала),
4.2. от +100В до -100В,
4.3. ток на шунтах разных номиналов, плюс внутренний шунт минимум 50А
4.5. измерение поляризационного потенциала по времени с циклом измерений 1/1-5мин
5. На выходе у программы гистограммы и графики средних значений с обязательной возможностью вывода в MO Excel
6. Анализ процентного соотношения анодного и катодного значения защитного потенциала во времени.
7. Входное сопротивление прибора соответственно согласно норм...
ну и т.д. и т.п.

Вложение 44

На фотографии прибор, имеющий следующие режимы измерения:

• Потенциалов - одновременно суммарный, поляризационный и переменная составляющая.
• напряжения постоянного и переменного до 300 В, выбор диапазона автоматический.
• тока постоянного и переменного до 30 А, выбор диапазона автоматический.
• сопротивления до 5 МОм, выбор диапазона автоматический.
• измерение удельного электрического сопротивления грунта и средней плотности катодного тока по приложениям А, Б ГОСТа 9.602-2005.

Все измерения в двух последних режимах производятся автоматически с выдачей результата измерений.

С закрытой крышкой прибор полностью герметичен - выдерживает сутки полностью погруженный в воду, проверено. Весит 1 кг, питание от литий-ионных аккумуляторов.
Измеренные значения потенциалов можно заносить в память в ручном или автоматическом режиме через установленный промежуток времени, связь с компьютером - через USB порт.
В таком виде прибор существует уже три года, им произведены тысячи замеров на объектах, но он не выпускается серийно. Причина тривиальна - стремление объединить в одном как можно больше функций требует сложного метрологического обеспечения, как результат - высокая цена ежегодной госповерки, сопоставимая с ценой простого измерителя потенциалов. А Вы говорите "коммерческий проект"!

Приветствую Вас Alex, хотелось бы побольше узнать о приборе, с какими приложениями на ПК он работает, сколько стоит если заказывать, не будет ли возникать проблем с госповеркой (не считая финансовых).

Здравствуйте Сергей!
Естественно неотъемлемой частью прибора является программа сбора и обработки данных не требующая инсталляции объемом около 1 мегабайта и драйвер USB. В программе записанные данные отображаются в табличной форме, могут быть интерпретированы в график, также имеется возможность экспорта данных в программы баз данных или MC Excel.
Цена - 75 000 р., при том, что аналог, измеряющий только два последних параметра - удельное сопротивление грунта и плотность катодного тока стоит http://www.kvazar-ufa.com/?part_id=335&goods_id=13 - можете сами посмотреть.
А вот с госповеркой будут сплошные проблемы, потому, что прибор не сертифицирован как средство измерения по причине, изложенной в посту №34.
Поэтому призываю не расценивать изложенную информацию о приборе как рекламный ход, так как скорее всего в серию пойдет нечто другое, а вот что именно - возможно наше обсуждение поможет решить этот вопрос. Прибор же в том виде, в котором представлен - иллюстрация того, каким это может быть в принципе и средство обкатки программного обеспечения и схемного решения.
P.S. Кстати, вопрос к Alexandrу по №33.
Зачем в приборе шунт на 50 А? У Вас действительно возникает необходимость в прямом измерении тока в разрыве цепи?

Скажите а в приборе "ОРИОН" есть запись в память и последующая обработка, почитал паспорт ни чего про запись в память и обработку данных не нашел ?

Нет, ОРИОН только измеряет потенциалы, без сохранения в памяти.

Форум серьезный и, судя по ответам, участники вполне компетентные. И это очень приятно. Пользуясь случаем хотелось бы прояснить ситуацию с действующими требованиями по входному сопротивлению измерителей потенциала (суммарного и поляризационного). Каким оно все-таки должно быть?

Здравствуйте ZeDStavr.
ГОСТ Р 51164-98 п.6.4.2. Цитата: "Измерение защитных потенциалов на всех контрольно-измерительных пунктах следует производить не реже двух раз в год относительно неполяризующегося электрода сравнения прибором (типа 43313.1) с входным сопротивлением не менее 10 МОм." Обращаю Ваше внимание на то, что речь идет о "защитном потенциале", о требованиях, относящихся к входному сопротивлению приборов, измеряющих поляризационный потенциал ничего не сказано. Где то это понятно, поскольку входное сопротивление измерителя поляризационного потенциала на который дана ссылка имеет динамический характер, т. е. не постоянна. Например, в момент начала измерения входное сопротивление будет близко к нулю, поскольку на входе этого прибора имеется конденсатор и по мере заряда конденсатора входное сопротивление будет увеличиваться. Паспортное значение входного сопротивления прибора 43313.1 в режиме измерения поляризационного потенциала - не менее 300 кОм. Кстати в указанном ГОСТе есть определенный казус, так как паспортное значение входного сопротивления того самого прибора, на который дается ссылка в режиме измерения потенциала сооружения, читай защитного потенциала или, если угодно суммарного имеет значение 10 плюс/минус 0,5 МОм, то есть практически может быть и менее 10 МОм.
В современных приборах этот параметр поддерживается на регламентированном ГОСТом уровне, иначе прибор, имеющий входное сопротивление менее 10 МОм попросту не будет допущен к применению в Газпроме. По каналу измерения поляризационного потенциала подавляющее большинство современных приборов имеют сопротивление более 10 МОм, естественно после заряда входного конденсатора в случае использования методов с его применением.