Αυτόνομο και αυτορρυθμιζόμενο σύστημα καθοδικής προστασίας επιβαλλόμενου ρεύματος
| datacite.contributor.RelatedPerson | Κωνσταντόπουλος, Γεώργιος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Βοβός, Παναγής | |
| datacite.contributor.Supervisor | Πυργιώτη, Ελευθερία | |
| dc.contributor.author | Κοσκινάς, Ανδρέας | |
| dc.contributor.other | Koskinas, Andreas | |
| dc.date.accessioned | 2025-07-07T12:14:57Z | |
| dc.date.available | 2025-07-07T12:14:57Z | |
| dc.date.issued | 2025-07-07 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο να εξερευνήσει την δυνατότητα εφαρμογής καθοδικής προστασίας σε υφιστάμενες κατασκευές με σκοπό την πρόληψη ή την αναστολή της διάβρωσης μεταλλικών στοιχείων αυτών. Εστιάζει στην προστασία του οπλισμού κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος από την διάβρωση όπως και στην ταυτόχρονη προστασία συστημάτων θεμελιακής γείωσης. Περαιτέρω ο στόχος της εργασίας δεν είναι μόνο η κρίση της επάρκειας ενός αντίστοιχου συστήματος αλλά και η υλοποίηση του με τρόπο αυτόνομο και αυτορρυθμιζόμενο. Έτσι, σκοπός είναι να επιτευχθεί η κατασκευή ενός συστήματος το οποίο θα μπορεί να τροφοδοτείται από αυτόνομη πηγή ενέργειας και να αυτοπροσαρμόζεται στις αλλαγές του περιβάλλοντος εντός του οποίου ευρίσκεται η υπό προστασία κατασκευή. Για την επίτευξη αυτών των σχεδιαστικών και κατασκευαστικών στόχων ακολουθείται η εξής απλοποιημένη λογική: Μελέτη – Σχεδίαση – Κατασκευή. Για την κρίση της επάρκειας της αντιδιαβρωτικής προστασίας κατασκευάζονται 3 πρότυπα δοκίμια οπλισμένου σκυροδέματος που φέρουν στοιχεία θεμελιακών γειώσεων. Τα δοκίμια επίσης περιλαμβάνουν όλες τις συνήθεις κατασκευαστικές πρακτικές ορθές και λάθος, ώστε να εκτιμηθεί η δυνατότητα της παροχής προστασίας σε πραγματικές συνθήκες. Εξετάζονται 2 είδη καθοδικής προστασίας. Η καθοδική προστασία επιβαλλόμενου ρεύματος και η γαλβανική καθοδική προστασία θυσιαζόμενων ανόδων, ενώ το 3 δοκίμιο δρα ως αναφορά για την αξιολόγηση της επίδοσης των άλλων 2 μεθόδων. Η εφαρμογή της καθοδικής προστασίας επιβαλλόμενου ρεύματος γίνεται με τρόπο δυο ηλεκτρολυτών όπου η γραμμική άνοδος ευρίσκεται ενταφιασμένη στο περιβάλλοντα χώρο της κατασκευής εντός του εδάφους ενώ το υπό προστασία υλικό ενταφιασμένο εντός του σκυροδέματος, παρουσίας συνθήκων διεπαφών εδάφους – σκυροδέματος. Για τον έλεγχο αυτής της διάταξης κατασκευάζεται πρότυπος πίνακας ελέγχου ο οποίος φέρει όλο τον λειτουργικό εξοπλισμό τροφοδοσίας – αποθήκευσης – παροχής. Η τροφοδοσία του συστήματος γίνεται με φωτοβολταϊκό πάνελ και ελεγκτή φόρτισης που καλείται να τροφοδοτεί την πηγή αποθήκευσης με βέλτιστο τρόπο. Γεγονός που με ορθή διαστασιολόγηση καθιστά το σύστημα πλήρως αυτόνομο. Η παροχή ρεύματος προστασίας γίνεται με χρήση μετατροπέα DC-DC με λειτουργία συνεχούς ρεύματος (CC) όπου καθιστά το σύστημα αυτορρυθμιζόμενο καθώς μπορεί να προσαρμόζει την τάση εξόδου του ανάλογα με την ειδική αντίσταση του εδάφους ώστε να διατηρεί το ρεύμα προστασίας σταθερό ανεξάρτητα των επικρατουσών εδαφικών συνθήκων. Επιπλέον στην διάταξη ενσωματώνονται και κατάλληλα συστήματα που δίνουν την δυνατότητα της μακροσκοπικής εκτίμησης της επάρκειας της καθοδικής προστασίας με χρήση διεθνών αποδεκτών κριτηρίων. Τέλος, γίνεται μελέτη συστήματος προστασίας της διάταξης από άμεσα και έμμεσα κεραυνικά πλήγματα με χρήση κατάλληλου απαγωγού κρουστικών υπερτάσεων, στοιχείο που αποτελεί πρότυπο έργο του συγγραφέα. Βαρύτητα δίδεται επίσης στην επεξήγηση της εφαρμογής καθοδικής προστασίας σε πραγματικές κατασκευές και όχι σε πειραματικές διατάξεις, αναφέροντας μεθόδους, τεχνικές και υλικά που χρησιμοποιούνται. Στην παρούσα διπλωματική αναφέρονται οι πιο σύγχρονες τεχνολογίες υλικών και μεθόδων κατά την στιγμή της συγγραφής. Κάθε κεφάλαιο περιλαμβάνει εκτενέστατες τεχνικές αναλύσεις της μελέτης και του υπολογισμού κάθε υποσυστήματος καθώς και επακόλουθα κεφάλαια που εμβαθύνουν στην κατασκευαστική φύση των υπό εξέταση αντικειμένων. | |
| dc.description.translatedabstract | This Diploma Thesis investigates the feasibility of applying Cathodic Protection (CP) to existing structures, with the objective of preventing or mitigating corrosion of their metallic components. The primary focus is on the protection of reinforcement bars (rebar) within reinforced concrete structures, alongside the concurrent safeguarding of earthing materials. Beyond evaluating the effectiveness of cathodic protection techniques, this thesis aims to design and implement a fully Autonomous and Self-Regulating Impressed Current Cathodic Protection System (A.S.R.I.C.C.P.S.). The proposed system is intended to be self-sufficient and adaptive, powered by a renewable energy source and equipped with electronic circuitry capable of compensating for fluctuations in soil resistivity. The development approach adheres to a simplified yet structured methodology: Research – Design – Construction. The performance and reliability of the proposed system is assessed through three (3) reinforced concrete specimens containing standard earthing materials, installed using common industry techniques—regardless of whether such techniques are ideal. Two cathodic protection methods are tested: Impressed Current Cathodic Protection (ICCP) and Sacrificial Anode Cathodic Protection (SACP). A third specimen serves as an unprotected reference. Conventional ICCP systems in reinforced concrete often involve embedding the anodes within the concrete itself, known as the single-electrolyte method. In contrast, the system proposed in this work follows the two-electrolyte method, wherein the anodes are buried in the soil surrounding the structure. Provided that effective current distribution can be achieved, this method offers both reduced construction costs and broader applicability across existing infrastructure. The control system is housed within a dedicated control panel enclosure, which contains all essential components, including a Maximum Power Point Tracking (MPPT) charge controller connected to a solar panel, a lithium iron phosphate (LiFePO4) power accumulator (battery), and a DC-DC converter. The DC-DC converter enables two operating modes: • Constant Voltage (CV) Mode, a standard configuration. • Constant Current (CC) Mode, a self-adjusting mode wherein the output voltage dynamically responds to soil resistivity changes, ensuring consistent current delivery to meet protection criteria. The panel also integrates high-impedance, high-accuracy measurement instruments to facilitate real-time monitoring of cathodic protection effectiveness, employing a buried copper/copper-sulfate reference electrode. To safeguard the control and charging systems, a custom-designed Surge Protection Device (SPD) is incorporated, offering reliable protection even against direct lightning strikes to he protected structure. Lastly, the thesis includes an in-depth analysis of real-world cathodic protection applications, emphasizing practical implementations over purely experimental setups. Contemporary anode technologies available at the time of writing are discussed in detail. Each chapter contains comprehensive technical justifications and explanations for the design and construction decisions taken throughout the project. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/29977 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.subject | Καθοδική προστασία | |
| dc.subject | Οπλισμένο σκυρόδεμα | |
| dc.subject | Επιβαλλόμενο ρεύμα | |
| dc.subject.alternative | Cathodic protection | |
| dc.subject.alternative | Impressed current | |
| dc.subject.alternative | Reinforced concrete | |
| dc.title | Αυτόνομο και αυτορρυθμιζόμενο σύστημα καθοδικής προστασίας επιβαλλόμενου ρεύματος | |
| dc.title.alternative | Autonomous and self-regulating impressed current cathodic protection system |