Устройство защиты со скин-эффектом.
Скин-эффект – распространение высокочастотного тока в основном по поверхности металла.
Для облегчения понимания и сравнения принципов работы устройств катодной защиты (УЗК) и устройств защиты, использующих скин-эффект (УЗС) позволим себе лирическое отступление:
Представим, что электрический ток (поток электронов) – это поток воды. В УЗК это будет выглядеть примерно так – на кусок губки (кузов автомобиля) из душа (аккумулятора) непрерывно льется вода и смачивает губку, не дает ей засохнуть. Действительно, если губка засохнет (потеряет валентные электроны), это будет аналогично ржавлению металла. Вода впитывается во всю толщину губки, излишки воды стекают на землю (Помните о необходимости надежного заземления для УЗК и о том, что в незамкнутой цепи ток течь не может? Еще Вы, конечно, помните о том, что электрический потенциал (напряжение) может существовать и быть измерен только между конкретными точками: автомобиль – окружающая среда). Воды приходится тратить довольно много, но в некоторые, уже пересохшие места губки (очаги коррозии на кузове) вода впитывается плохо. Как заставить впитываться воду в эти пересохшие места? А что, если заставить воду не литься спокойно сверху, а скакать мелкими струйками-волнами по губке вперед-назад и делать это быстро и непрерывно? При этом вода будет все время, как бы вталкиваться в поверхность губки. Глубоко в губку такие маленькие и частые волны не впитаются, но и засохнуть поверхности губки не дадут. А если не сохнет поверхность, то и в середине губки по-прежнему сохранится достаточно много воды. По аналогии с этой картиной быстрых и мелких струек-волн ведет себя высокочастотный ток. Он распространяется по поверхности металла, незначительно проникая внутрь. Но на поверхности плотность высокочастотного тока возрастает многократно. Для создания такой плотности тока и аналогичной эффективности напряжение обычной катодной защиты должно превышать 10000 вольт.
Впервые я прочитал о влиянии высокочастотного электромагнитного поля на скорость коррозии металла в журнале «Радио» в конце 60-х или начале 70-х годов прошлого века. Небольшая статья радиолюбителя-коротковолновика. В статье отмечалось, что железная мачта антенны передатчика ржавеет значительно медленнее при регулярной работе передатчика. Причем, ржавление замедлялось настолько, что отпадала необходимость в покраске этой мачты.
К сожалению, в то время никто не обратил внимания на эту статью.
Отличие электрохимической защиты от традиционных методов и их совместная работа.
Глубина скин-слоя: зависимость от частоты для разных металлов.
При исследовании имеющихся сегодня в продаже УЗС я обнаружил, что плотность тока, создаваемая ими на поверхности кузова весьма невелика. Думаю, что она недостаточна для предотвращения коррозии кузова в условиях высокой влажности и явно недостаточна для существенного замедления развития очагов коррозии на старых автомобилях. Отказавшись от плагиата, сделал свою схему УЗС. Получилось вот такое устройство:
УЗС-1
От аналогичных образцов отличается повышенной в 10-15 раз мощностью. Благодаря этому удалось увеличить общую длину проводов до 5 метров без существенной потери высокочастотного тока.
Энергопотребление при этом не увеличилось, но даже несколько снизилось. Потребляемый устройством ток не превышает 8 мА. Стоимость, по сравнению с подобными устройствами в 3 -10 раз ниже.
Если в Вашем автомобиле используется радиоприемник невысокого качества с антенной, расположенной внутри салона – на некоторых участках возможны помехи радиоприему. В этом случае Вы можете выключить УЗС (выключатель красного цвета на корпусе) во время работы радиоприемника. Для другого оборудования (телефон, компьютер, системы зажигания и т.п.) УЗС помех не создает.
Спектр излучения УЗС:
Подключение: синий провод (2,15м) прикручивается к кузову автомобиля под капотом, как можно ближе к передней части автомобиля. Белый (3,1м) – прикручивается как можно ближе к задней части кузова. Желтый – к плюсовой клемме аккумулятора или любому проводу, с которого не отключается напряжение при заглушенном двигателе. Места подключения проводов должны быть хорошо очищены от ржавчины и грязи. Длину белого и синего проводов изменять (укорачивать или наращивать) крайне нежелательно, т.к. от их длины зависят параметры УЗС. В крайнем случае, если автомобильчик маленький, можно уменьшить длину белого и синего проводов на 1м от общей длины этих проводов (например, синий укорачиваем на 0,7м, белый на 0,3м). Длина желтого провода может быть любой.
С марта 2010г. цвет толстых проводов может быть любым. При подключении нужно ориентироваться на длину проводов и расположение цинковых шайб.
Желательно подключать желтый провод (+питание) через предохранитель. Как вариант: подключите желтый провод питания к имеющемуся на машине любому предохранителю вместе с уже имеющейся на предохранителе нагрузкой. Ток, потребляемый УЗС, ничтожно мал и никак не повлияет на работу других систем автомобиля.
Температура блока должна быть в пределах -18…+70 гр.С. При более низкой температуре испытать не удалось, т.к. у меня нет соответствующей морозилки. Оптимальное, на мой взгляд, место расположения блока – на перегородке между салоном и двигательным отсеком автомобиля (в салоне) или рядом с коробкой передач, между спинками передних сидений.
Рекомендации по подключению можно посмотреть на похожее устройство «финал-коат».
На «Ниве», что бы не сверлить лишних отверстий в кузове, прикрутил передний провод под крепление бачка омывателя, задний (с цинковой шайбой) под винт крепления замка задней двери (багажника). При таком креплении 2-ю цинковую шайбу выкидываем за ненадобностью.
Об электромагнитной безопасности: суммарная мощность УЗС не превышает 0,01 Вт во всем излучаемом диапазоне частот и равномерно распределяется по всему кузову автомобиля. Сравните, мощность излучения самого безопасного сотового телефона не менее 0,1 Вт (на практике 0,5-2 Вт). При этом излучение телефона сосредоточено возле головы человека и имеет гораздо более высокочастотный диапазон.
После нескольких серий опытов выяснилось, что совместное (одновременное) использование УЗС и УЗК гораздо более эффективно, чем использование только одного вида защиты. Результаты весовых измерений здесь. Испытания проводились на этом примитивном стенде, вывешенном за окном:
Результаты испытаний и эффективность по методу защиты со скин-эффектом аналогичны УЗСА-1 и УЗСА-2
УЗС-2
Блок черного цвета:
В комплекте с проводами и цинковыми анодами:
Вариант в корпусе светло-серого (компьютерного) цвета:
В этой модели к скин-эффекту добавлена функция импульсного устройства катодной защиты. Установлено дополнительное гнездо для подключения заземляющего провода (в комплект входит провод с вилочкой и крокодилом). При подключении заземления начинает мигать синий светодиод. С увеличением влажности яркость светодиода возрастает. Но, в отличие от других устройств катодной защиты, здесь на защитный потенциал наложены импульсы генератора УЗС (защитный потенциал и высокочастотные импульсы суммируются). В этом варианте увеличивается напряженность электромагнитного поля кузова автомобиля, эффективность защиты возрастает, особенно на днище автомобиля. С 01.2012 увеличен постоянный положительный потенциал на гнезде заземления.
Второе отличие от УЗС-1: выключатель питания заменен на переключатель режимов работы.
Всего имеется 3 режима работы:
0. Генератор импульсов выключен.
1. Мощность минимальна, ток потребления 3-4 мА.
2. Мощность максимальна, ток потребления 10-12 мА.
Катодная защита включается независимо от положения переключателя при соединении с заземлением (включаем вилочку на проводе в гнездо УЗС-2, крокодил цепляем к гаражу или дополнительному заземлению). Подключение катодной защиты увеличивает общий ток потребления в нормальном режиме на 0,15-0,3 мА. В режиме короткого замыкания или влажности более 100% (выньте машину из мокрого сугроба или слишком много соленой грязи) - не более 2 мА.
В положении переключателя «0» в связи с выключением генератора высокочастотные импульсы к защитному потенциалу не добавляются. УЗС-2 работает как импульсное УЗ.
Корпус, провода, подключение – как УЗС-1.
В комплект добавлены цинковые шайбы (цинк 0) – на фото квадратные пластинки с закругленными краями и отверстиями посередине – 2шт. Теоретически добавление цинковых шайб это дополнительная протекторная защита. Во время работы УЗС при влажности более 60% цинк должен начать растворяться и покрывать участки кузова с нарушенным лакокрасочным покрытием. Известно, что гальванические цеха некоторых предприятий используют импульсный несимметричный ток для получения более прочного гальванического покрытия. На практике, вероятно, этот эффект будет выражен очень слабо. Подробнее о законах Фарадея здесь.
Этот принцип защиты использован в "RustStop"(протекторная защита с питанием жертвенных анодов повышенным напряжением, без скин-эффекта, без катодной защиты). Опыт.
В комплект добавлен предохранитель:
С 2013г. напряжение на гнезде заземления увеличено (не менее +25В в сухую погоду).
Если нет возможности подключать на ночь и во время длительных стоянок заземление (провод с вилочкой и крокодилом) обратите внимание на дополнительный «хвост».
Для проверки равномерности распределения высокочастотных импульсов по кузову автомобиля был сделан вот такой измеритель напряженности электромагнитного поля:
В отличие от большинства своих собратьев он способен измерять не только статическую, но и магнитную компоненту излучения.
Если Вы устанавливаете УЗ на старый автомобиль, имеющий значительные очаги коррозии, то не поленитесь обработать места ржавчины отработанным моторным маслом или иным способом, уменьшающим развитее этих очагов. Эффективность защиты одноконтурных УЗС уменьшается в местах скопления рыжей ржави, т.к. структура металла в этих местах претерпела значительные изменения. Или используйте УЗС «Контур».