In-situ Überwachung von Isoliertrennstellen in kathodisch geschützten Rohrleitungen

Matthias Zöbl

In-situ Überwachung von Isoliertrennstellen in kathodisch geschützten Rohrleitungen

Translated title of the contribution: In-situ monitoring of insulation joints in cathodically protected pipelines

Matthias Zöbl

Institute of Measurement Technology

Research output: Thesis › Master's / Diploma thesis

Abstract

Buried pipelines must be protected against corrosion by electrical measures in accordance with legal requirements. Moreover, it is necessary to connect these pipelines to protective earth in the area of operational facilities. As a result, pipelines need to be divided into galvanically separated sections. Practical experience has shown that the insulation joints used for this purpose can be bridged by processes inside the pipeline, leading to undesirable operating conditions and internal corrosion.

By analyzing various methods for the automated monitoring of insulation joints, a current measurement using a Rogowski coil was identified as the most promising method. Thus, a measurement system based on such a Rogowski coil that can detect insulation resistances up to 10 kΩ is to be developed.

The present master's thesis establishes the theoretical requirements for such a measurement system and compares potential solutions for the individual system components. Expected signal voltages in the range of several 100 nV pose a considerable challenge, that needs to be addressed. These voltages must be amplified by a low-noise amplifier prior to being digitally reconstructed using a suitable algorithm.

Subsequently, the system components are realised in hardware and their performance is compared to previously conducted simulations. Finally, the individual components are assembled into a complete measurement system and its performance is verified under both laboratory and real-life conditions.

Despite the potential for optimisation regarding the temperature stability of the resulting measurement system, the accuracy requirements can be easily met. Subject to certain constraints, it is even possible to extend the measuring range up to 100 kΩ. The developed measurement system therefore contributes significantly to the safe operation of cathodically protected pipelines.

Translated title of the contribution	In-situ monitoring of insulation joints in cathodically protected pipelines
Original language	German (Austria)
Supervisors/Reviewers	Da Silva, Marco, Supervisor
Award date	12 Sept 2025
Publication status	Published - 02 Sept 2025

UN SDGs

This output contributes to the following UN Sustainable Development Goals (SDGs)

SDG 9 Industry, Innovation, and Infrastructure

Fields of science

202 Electrical Engineering, Electronics, Information Engineering
202012 Electrical measurement technology
202027 Mechatronics

JKU Focus areas

Digital Transformation

Access to Document

https://epub.jku.at/obvulihs/content/titleinfo/12667822

Cite this

@mastersthesis{cbe40ada20bf42ccb62b0a2331de9ab6,

title = "In-situ {\"U}berwachung von Isoliertrennstellen in kathodisch gesch{\"u}tzten Rohrleitungen",

abstract = "Unterirdisch verlegte Rohrleitungen sind gem{\"a}{\ss} den gesetzlichen Vorgaben durch elektrische Ma{\ss}nahmen vor Korrosion zu sch{\"u}tzen. Zudem ist es erforderlich, diese Rohrleitungen im Bereich betrieblicher Anlagen zu erden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Rohrleitungen in galvanisch getrennte Schutzbereiche zu unterteilen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die dazu verwendeten Isoliertrennstellen durch Prozesse im Inneren der Rohrleitung {\"u}berbr{\"u}ckt werden k{\"o}nnen, was zu unerw{\"u}nschten Betriebszust{\"a}nden und Innenkorrosion f{\"u}hrt. Durch Analyse unterschiedlicher Verfahren zur automatisierten {\"U}berwachung von Isoliertrennstellen wurde die Messung mittels Rogowski-Spule als vielversprechendste Methode identifiziert. Deshalb soll nun ein Messsystem auf Basis einer solchen Rogowski-Spule entwickelt werden, mit dem Isolationswiderst{\"a}nde bis 10 kΩ erfasst werden k{\"o}nnen. In der vorliegenden Masterarbeit werden die theoretischen Anforderungen an ein derartiges Messsystem ermittelt und m{\"o}gliche L{\"o}sungsans{\"a}tze f{\"u}r die einzelnen Systemkomponenten verglichen. Eine besondere Herausforderung stellen dabei die Signalspannungen im Bereich einiger 100 nV dar. Diese m{\"u}ssen mithilfe eines rauscharmen Verst{\"a}rkers aufbereitet und mit einem geeigneten Algorithmus digital rekonstruiert werden. Die entwickelten Komponenten werden anschlie{\ss}end in Hardware realisiert und ihre Performance mit den zuvor durchgef{\"u}hrten Simulationen verglichen. Abschlie{\ss}end werden die einzelnen Komponenten zu einem Gesamtsystem zusammengesetzt und die Performance unter Labor- und Realbedingungen verifiziert. Obwohl hinsichtlich der Temperaturstabilit{\"a}t des resultierenden Messsystems Optimierungspotenzial besteht, k{\"o}nnen die gestellten Genauigkeitsanforderungen ohne Probleme erf{\"u}llt werden. Unter gewissen Einschr{\"a}nkungen ist sogar eine Erweiterung des Messbereichs auf bis zu 100 kΩ m{\"o}glich. Das entwickelte Messsystem tr{\"a}gt somit wesentlich zum sicheren Betrieb kathodisch gesch{\"u}tzter Rohrleitungen bei. ",

author = "Matthias Z{\"o}bl",

year = "2025",

month = sep,

day = "2",

language = "Deutsch ({\"O}sterreich)",

}

TY - THES

T1 - In-situ Überwachung von Isoliertrennstellen in kathodisch geschützten Rohrleitungen

AU - Zöbl, Matthias

PY - 2025/9/2

Y1 - 2025/9/2

N2 - Unterirdisch verlegte Rohrleitungen sind gemäß den gesetzlichen Vorgaben durch elektrische Maßnahmen vor Korrosion zu schützen. Zudem ist es erforderlich, diese Rohrleitungen im Bereich betrieblicher Anlagen zu erden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Rohrleitungen in galvanisch getrennte Schutzbereiche zu unterteilen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die dazu verwendeten Isoliertrennstellen durch Prozesse im Inneren der Rohrleitung überbrückt werden können, was zu unerwünschten Betriebszuständen und Innenkorrosion führt. Durch Analyse unterschiedlicher Verfahren zur automatisierten Überwachung von Isoliertrennstellen wurde die Messung mittels Rogowski-Spule als vielversprechendste Methode identifiziert. Deshalb soll nun ein Messsystem auf Basis einer solchen Rogowski-Spule entwickelt werden, mit dem Isolationswiderstände bis 10 kΩ erfasst werden können. In der vorliegenden Masterarbeit werden die theoretischen Anforderungen an ein derartiges Messsystem ermittelt und mögliche Lösungsansätze für die einzelnen Systemkomponenten verglichen. Eine besondere Herausforderung stellen dabei die Signalspannungen im Bereich einiger 100 nV dar. Diese müssen mithilfe eines rauscharmen Verstärkers aufbereitet und mit einem geeigneten Algorithmus digital rekonstruiert werden. Die entwickelten Komponenten werden anschließend in Hardware realisiert und ihre Performance mit den zuvor durchgeführten Simulationen verglichen. Abschließend werden die einzelnen Komponenten zu einem Gesamtsystem zusammengesetzt und die Performance unter Labor- und Realbedingungen verifiziert. Obwohl hinsichtlich der Temperaturstabilität des resultierenden Messsystems Optimierungspotenzial besteht, können die gestellten Genauigkeitsanforderungen ohne Probleme erfüllt werden. Unter gewissen Einschränkungen ist sogar eine Erweiterung des Messbereichs auf bis zu 100 kΩ möglich. Das entwickelte Messsystem trägt somit wesentlich zum sicheren Betrieb kathodisch geschützter Rohrleitungen bei.

AB - Unterirdisch verlegte Rohrleitungen sind gemäß den gesetzlichen Vorgaben durch elektrische Maßnahmen vor Korrosion zu schützen. Zudem ist es erforderlich, diese Rohrleitungen im Bereich betrieblicher Anlagen zu erden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Rohrleitungen in galvanisch getrennte Schutzbereiche zu unterteilen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass die dazu verwendeten Isoliertrennstellen durch Prozesse im Inneren der Rohrleitung überbrückt werden können, was zu unerwünschten Betriebszuständen und Innenkorrosion führt. Durch Analyse unterschiedlicher Verfahren zur automatisierten Überwachung von Isoliertrennstellen wurde die Messung mittels Rogowski-Spule als vielversprechendste Methode identifiziert. Deshalb soll nun ein Messsystem auf Basis einer solchen Rogowski-Spule entwickelt werden, mit dem Isolationswiderstände bis 10 kΩ erfasst werden können. In der vorliegenden Masterarbeit werden die theoretischen Anforderungen an ein derartiges Messsystem ermittelt und mögliche Lösungsansätze für die einzelnen Systemkomponenten verglichen. Eine besondere Herausforderung stellen dabei die Signalspannungen im Bereich einiger 100 nV dar. Diese müssen mithilfe eines rauscharmen Verstärkers aufbereitet und mit einem geeigneten Algorithmus digital rekonstruiert werden. Die entwickelten Komponenten werden anschließend in Hardware realisiert und ihre Performance mit den zuvor durchgeführten Simulationen verglichen. Abschließend werden die einzelnen Komponenten zu einem Gesamtsystem zusammengesetzt und die Performance unter Labor- und Realbedingungen verifiziert. Obwohl hinsichtlich der Temperaturstabilität des resultierenden Messsystems Optimierungspotenzial besteht, können die gestellten Genauigkeitsanforderungen ohne Probleme erfüllt werden. Unter gewissen Einschränkungen ist sogar eine Erweiterung des Messbereichs auf bis zu 100 kΩ möglich. Das entwickelte Messsystem trägt somit wesentlich zum sicheren Betrieb kathodisch geschützter Rohrleitungen bei.

M3 - Master-/Diplomarbeit

ER -