Меню

Расчет запас укз по току



Расчет параметров катодной защиты трубопроводов

date image2017-11-30
views image2864

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

7.1 На основании рассчитанных электрических параметров трубопровода определяют количество установок и электрические параметры преобразователей катодной защиты, количество и тип анодных заземлителей, их удаление от защищаемых объектов, а также выбирают месторасположение УКЗ.

7.2 Основными параметрами УКЗ являются сила тока и длина защитной зоны, создаваемой этой установкой. При расчете необходимо учитывать изменение сопротивления изоляции во времени. Расчет выполняют на начальный и конечный (как правило, 30 лет) срок службы УКЗ.

7.3 Расчет параметров УКЗ сводится к определению количества и мощности катодных станций на трубопроводе. Количество УКЗ определяется длиной защитной зоны этих станций. Мощность катодных станций зависит в основном от силы защитного тока и сопротивления анодного заземления.

7.4 Количество установок катодной защиты N, шт., необходимое для защиты трубопровода длиной L, м, вычисляют по формуле

где Lз — длина защитной зоны одной УКЗ, м.

7.5 Длину защитной зоны Lз м, вычисляют по формуле

где k — коэффициент учитывающий взаимовлияние соседних УКЗ (для одиночной УКЗ k = 1, для УКЗ, работающей рядом с соседними, k = 2);

Uтзо — смещение разности потенциалов труба-земля в точке дренажа, В

Uтзм — максимальное смещение разности потенциалов труба — земля, В

Uм — минимальный защитный потенциал, В (определяют из таблицы 7.1);

Ue — естественная разность потенциалов труба-земля, В (если значение Uе неизвестно, его принимают равным (-0,55 В);

Uo— максимальный защитный потенциал, В (определяют из таблицы 7.2).

7.6 Силу тока i, А, катодной установки вычисляют на начальный и конечный период эксплуатации по формуле

7.7 Напряжение на выходе преобразователя V, В, вычисляют по формуле

V = i·[Zвх (t) + Rл + Rз], (7.6)

где Rл — сопротивление дренажной линии, соединяющей катодную станцию с трубопроводом и анодным заземлением, Ом;

Rз — переходное сопротивление анодного заземления, Ом (см. 8.8-8.13).

Сила тока i в формулах 7.5 и 7.6 должна быть вычислена на конечный период эксплуатации катодной установки.

Таблица 7.1 — Минимальные защитные потенциалы

Условия прокладки и эксплуатации трубопровода Минимальный защитный потенциал (Uм) относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения, В
Поляризационный С омической составляющей
Грунты с удельным электрическим сопротивлением не менее 10 Ом·м или содержанием водорастворимых солей не более 1г на 1кг грунта, или при температуре транспортируемого продукта не более 293 К (20 °С) Минус 0,85 Минус 0,90
Грунты с удельным электрическим сопротивлением менее 10 Ом·м, или содержанием водорастворимых солей более 1г на 1кг грунта, или при опасном влиянии блуждающих токов промышленной частоты (50 Гц) и постоянных токов, или при возможной микробиологической коррозии, или при температуре транспортируемого продукта более 293 К (20°С) Минус 0,95 Минус 1,05
Примечания 1 Для трубопроводов с температурой транспортируемого продукта не более 278 К (5 °С) минимальный поляризационный защитный потенциал равен минус 0,80 В относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения. 2 Минимальный защитный потенциал с омической составляющей при температуре транспортируемого продукта от 323 К(50 °С) до 343 К(70 °С) — минус 1,10В; от 343 К(70 °С) до 373 К(100 °С) — минус 1,15В. 3 При осуществлении электрохимической защиты участка трубопровода, поврежденного коррозией (более 10 % толщины стенки), минимальные защитные потенциалы должны быть на 50 мВ отрицательнее указанных величин.

7.8 Сопротивление дренажной линии Rл Ом, вычисляют по формуле

где у; ус — длина анодного провода и спусков провода с опор преобразователя катодной защиты к анодному заземлению и трубопроводу, м;

Sпр — сечение провода дренажной линии, м 2 ;

rм — удельное электрическое сопротивление провода, Ом·м (для меди rм =1,8·10 -8 Ом·м, для алюминия rм = 2,8·10 -8 Ом·м).

7.9 Мощность преобразователя W, Вт, вычисляют по формуле

W = i · V, (7.8)

Таблица 7.2 — Максимальные защитные потенциалы

Условия прокладки и эксплуатации трубопровода Максимальный защитный потенциал (U относительно насыщенного медно-сульфатного электрода сравнения, В
Поляризационный С омической составляющей
При прокладке трубопровода с температурой транспортируемого продукта выше 333 К (60 °С) в грунтах с удельным электрическим сопротивлением менее 10 Ом·м или при подводной прокладке трубопровода с температурой транспортируемого продукта выше 333 К (60 °С) Минус 1,10 Минус 1,50
При других условиях прокладки трубопроводов:
— с битумной изоляцией Минус 1,15 Минус 2,50
— с полимерной изоляцией Минус 1,15 Минус 3,50
Примечания 1 Для трубопроводов из упрочненных сталей с пределом прочности 588 МПа (60 кгс/мм 2 ) и более не допускаются поляризационные потенциалы более отрицательные, чем минус 1,10 В. 2 В грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлением (более 100 Ом·м) допускаются более отрицательные потенциалы с омической составляющей, установленные экспериментально или расчетным путем в соответствии с НД.

7.10. Выбор типа преобразователя катодной защиты выполняют в соответствии с результатами расчета силы тока, напряжения на выходе УКЗ и мощности. При выборе типа преобразователя необходимо увеличить в 1,5 раза требуемую максимальную силу тока при прокладке трубопровода в грунтах высокой коррозионной агрессивности.

Источник

Анодного (или защитного) заземления

Технологическая карта №6

Обследование УКЗ

  1. Основные операции обследования УКЗ:

1.1 По прибытии на УКЗ доложить диспетчеру о начале работы.

1.2 Вскрыть периметр.

1.3 Вскрыть блок-бокс УКЗ.

1.4 Вскрыть дренажный КИП специальным ключом.

1.5 Произвести внешний осмотр блок-бокса и УКЗ.

1.6 Записать в журнале обследования:

— номер УКЗ и место расположения на газопроводе (км);

— режимы УКЗ по журналу (ток, напряжение, защитный и поляризационный потенциал;

— режимы УКЗ с диспетчерского пульта;

1.7 При проведении обследования УКЗ необходимо измерить/проверить:

— при наличии резервного преобразователя проверить работоспособность блока автоматического включения резерва;

— разность потенциалов «труба-земля» с омической составляющей на дренажном КИПе;

— поляризационный потенциал на дренажном КИПе;

— разность потенциалов «труба-земля» с омической составляющей на УКЗ;

— ток УКЗ на выходе;

— выходное напряжение УКЗ;

— сопротивление растекания постоянному току защитного контура УКЗ;

— сопротивление растекания постоянному току корпуса стойки;

— сопротивление растекания постоянному току анодных заземлителей;

— сопротивление изоляции кабеля «УКЗ-анод»;

— сопротивление изоляции кабелей на анодном поле;

— сопротивление изоляции кабеля «УКЗ-труба»;

— сопротивление изоляции измерительного кабеля «УКЗ-труба»;

— при наличии блока пластин индикаторного (БПИ) – сопротивление между общей пластиной (ОП) и пластинами 0,3; 0,4;0,5;

— удельное сопротивление грунта на анодном поле;

— разность потенциалов «труба-земля» с омической составляющей в точке дренажа при выключенной УКЗ;

— поляризационный потенциал при выключенной УКЗ;

— выполнить корректировку выходных параметров УКЗ (при необходимости);

— повторно измерить суммарный и поляризационный потенциал в точке дренажа;

— запас мощности УКЗ по току;

— сверить совпадение данных с показаниями на диспетчерском пункте.

1.8 Закрыть блок-бокс УКЗ.

1.9 Закрыть дренажный КИП.

1.10 Закрыть периметр.

1.11 Доложить в диспетчерскую об окончании работ.

2 Методика и последовательность проведения операций и измерений

2.1 Напряжение питания СКЗ измеряется вольтметром для переменного тока со шкалой не менее 300В на входе преобразователя (при наличии резервного питания — замеряем оба напряжения).

2.2 Для проверки работоспособности блока автоматического включения резерва необходимо выключить основной преобразователь (или уменьшить ток до «0»).

При этом автоматически включается резервный преобразователь (в стойке «Пульсар»- это ИПЕ). При выключении резервного преобразователя должен включиться основной.

2.3 Измерение разности потенциалов «труба-земля» с омической составляющей на дренажном КИПе см. технологическую карту №1 п.п. 1-4; 7-17

2.4 Поляризационный потенциал на дренажном КИПе при наличии стационарного электрода : см. технологическую карту №2 п.п. 3-11 (дополнительно после пункта 4 отсоединить измерительный кабель или от электрода сравнения или от вспомогательного электрода)

Читайте также:  Трансформаторы тока назначение устройство принцип действия

2.5 Разность потенциалов «труба-земля» на УКЗ измеряется высокоомным вольтметром на входе в УКЗ измерительного кабеля (контакты «ЭС», «труба»)

2.6 Измерение тока УКЗ на выходе преобразователя:

2.6.1 Отключить питание преобразователя.

2.6.2 Отсоединить дренажный кабель.

2.6.3 Включить в разрыв последовательно амперметр с соответствующим пределом измерений.

2.6.4 Включить УКЗ.

2.6.5 Произвести измерение.

2.6.6 Записать полученное значение в рабочий журнал.

2.6.7 Выключить УКЗ.

2.6.8 Разобрать схему.

2.6.9 Подключить дренажный кабель.

2.6.10 Включить УКЗ.

2.7 Измерение выходного напряжения:

2.7.1 При включенной УКЗ подключить высокоомный вольтметр.

к анодному и катодному выходам преобразователя.

2.7.2 Произвести измерение.

2.7.3 Записать результат в рабочий журнал.

2.7.4 Отключить вольтметр.

2.8 Измерение сопротивления растеканию постоянного тока защитного контура УКЗ: см. технологическую карту № 5 «Измерение сопротивления растеканию постоянного тока анодного (или защитного) заземления».

2.9 Измерение сопротивления растеканию постоянного тока анодных заземлителей: см. технологическую карту №5 «измерение сопротивления анодных заземлителей».

2.10 Сопротивление изоляции кабеля «УКЗ-анод»:

2.10.1 Отключить питание УКЗ.

2.10.2 Анодный кабель отсоединить от клеммы «+» преобразователя и от анодных заземлителей.

2.10.3 Заизолировать один из концов проверяемого кабеля.

2.10.4 Неизолированную токовую жилу кабеля подсоединить к клемме 1 измерительного прибора.

2.10.5 Клемму 2 прибора соединить с землей (заземляющий контур, заземляющий штырь).

2.10.6 Произвести измерение в соответствии с инструкцией к измерительному прибору.

2.10.7 Записать полученный результат в рабочий журнал.

2.10.8 Отключить измерительный прибор.

2.10.9 Подсоединить кабель к «+»преобразователя и выводу анодного заземления

2.10.10 Включить УКЗ.

2.10.11 По приборам на лицевой панели преобразователя убедится в работо- способности УКЗ.

2.11 При наличии на анодном поле группы анодных заземлителей аналогичные измерение провести на всех соединительных кабелях (операция по пункту 2.10)

2.12 Измерение сопротивление изоляции дренажного кабеля проводится аналогично

(операции по пункту 2.10).

2.13 Измерение сопротивления изоляции измерительного кабеля проводится аналогично (операция по пункту 2.10).

2.14 Измерение сопротивления между пластинами блока пластин индикаторного (БПИ) производится измерителем сопротивления (типа М-416 и др.) по 2 х электродной схеме аналогично измерению сопротивления «труба-патрон» (см. технологическая карта № 7 «электрометрическое обследование на дорожных переходах, пункт 4»).

2.17Измерение разности потенциалов «труба-земля» при выключенной УКЗ (см. технологическая карта № 1).

2.18 Измерение поляризационного потенциала при выключенной УКЗ (см. технологическую карту № 2).

2.19 Корректировка выходных параметров УКЗ проводится при оптимизации электрохимзащиты газопровода в случае недозащиты или перезащиты МГ.

2.20 Повторно суммарный и поляризационный потенциал замеряются в случае корректировки выходных параметров УКЗ аналогично ранее проведенным измерениям.

2.21 Определение запаса мощности УКЗ по току:

2.21.1 Переключить преобразователь в режим ручного управления.

2.21.2 Вывести регулировочный резистор в крайнее правое положение.

2.21.3 Записать показание амперметра на лицевой панели преобразователя в рабочий журнал.

2.21.4 Возвратить регулировочный резистор в прежнее положение (по амперметру).

2.21.5 Переключить преобразователь в режим дистанционного управления.

2.21.6 Рассчитатьзапас мощности УКЗ по току по формуле

(Imax изм. – Iраб) 100% / Imax изм.

2.21.7Записать полученные значения в полевой журнал.

Источник

Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Часть 4

Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты

В первой части данной работы [1] были рассмотрены примеры расчета уставок токовой отсечки, а во второй [2] — пример расчета уставок дифференциальных защит с применением дифференциальной токовой отсечки, уставки по току срабатывания которых меньше номинального тока электродвигателя.

Примеры расчета уставок для дифференциальных защит, токи срабатывания которых превышают номинальный ток электродвигателя рассмотрены в [10]

Продолжим рассмотрение методик расчета уставок для цифровых устройств релейной защиты. Как и ранее, расчёт уставок производим в первичных значениях токов, а после его окончания все уставки переводим во вторичные значения токов.

Часть 4. Алгоритмы защиты от однофазных замыканий на землю

В зависимости от наличия устройств компенсации ПУЭ [4] предусмотрено применение защиты от однофазных замыканий на землю.

Защита от ОЗЗ должна действовать на отключение асинхронного электродвигателя. В схеме защиты синхронного электродвигателя алгоритм ОЗЗ должен одновременно формировать сигнал на автомат гашения поля АГП (при его наличии).

Для электродвигателей мощностью более 2МВт такая защита должна предусматриваться при токах замыкания на землю, равных или превышающих 5А.

При мощности электродвигателя не превышающей 2 МВт и отсутствии устройств компенсации данную защиту предусматривают при токах замыкания на землю равных или превышающих 10А.

В электроустановках с компенсирующими устройствами защиту от ОЗЗ применяют в тех случаях, когда в нормальных условиях работы суммарный ёмкостной ток Iс∑ (иногда в технической литературе можно встретить другой термин — остаточный ток) превышает 10А.

Согласно требованиям ПУЭ [4] в сети с изолированной нейтралью суммарный ёмкостной ток Iс∑ не должен превышать:

  • 30 А — при напряжении сети 6 кВ;
  • 20 А — при напряжении сети 10 кВ.

Если схема управления электродвигателем не требует замедления действия защиты, то алгоритм защиты от ОЗЗ выполняют без выдержки времени.

При введении выдержки времени в алгоритм защиты от ОЗЗ рекомендуется применять токовую защиту (токовое реле) с током срабатывания от 50 до 200 А в первичных значениях для быстрого отключения электродвигателя при возникновении двойных замыканий на землю.

В блоках серии БМРЗ и БМРЗ-100 [8, 9] алгоритмы защиты от ОЗЗ могут быть выполнены одно- или двухступенчатыми с контролем:

  • тока нулевой последовательности (рис. 1, а);
  • напряжения нулевой последовательности (рис. 1, б);
  • тока и напряжения нулевой последовательности (рис. 1, в);
  • направления мощности (рис. 1, г).

В некоторых исполнениях блоков БМРЗ диаграмма направленности ОЗЗ может изменяться (рис. 1, д).

а) б)
в) г)
Рис. 1 Аналоговые входы в блоках БМРЗ для алгоритмов ОЗЗ

В зависимости от значения суммарного тока алгоритм ОЗЗ может действовать на сигнализацию (при токах меньших, чем установленные в [1]) или на отключение защищаемого электродвигателя. Для контроля тока нулевой последовательности используют специальные трансформаторы тока нулевой последовательности (см. ТТНП1 — ТТНП4 на рис. 2).

Рис. 2 Фрагмент схемы сети с изолированной нейтралью

Трансформаторы ТНП устанавливают либо в ячейке распределительного устройства, либо у выводов электродвигателя.

Пусть в кабельной линии кл4 возникло однофазное замыкание на землю ОЗЗ. После окончания переходного процесса, связанного с перезарядом емкостей сети Скл1 — Скл4, двигателя Сдв и трансформаторов Стр, весь суммарный емкостной ток Iс∑ двух неповрежденных фаз этой сети будет протекать через точку ОЗЗ.

Через другие присоединения сети, где ОЗЗ отсутствуют, будет протекать свой емкостной ток защищаемых присоединений, направленный в точку ОЗЗ. Поэтому для исключения ложных срабатываний необходимо выбирать значение уставки срабатывания, таким, чтобы оно превышало собственный ёмкостной ток защищаемого присоединения.

Задержку по времени срабатывания защиты от ОЗЗ рекомендуется устанавливать нулевой. При необходимости отстройки от переходных процессов выдержка времени алгоритма ОЗЗ может быть задана равной 0,1 с.

При увеличении выдержки срабатывания рекомендуется применять двухступенчатый алгоритм ОЗЗ в котором вторая ступень работает без выдержки времени.

Расчет уставок защиты от ОЗЗ для асинхронного двигателя

Методика расчета уставок иллюстрирована примером, в котором использованы данныые асинхронного электродвигателя серии А4, работающего от сети с изолированной нейтралью.

Данные для расчета:

  • Мощность на валу двигателя:
  • Коэффициент мощности:
  • Напряжение:
  • КПД:
  • Кратность пускового тока:
  • Значение тока трехфазного КЗ на вводах питания электродвигателя:
  • Электродвигатель подключен медным кабелем с бумажной изоляцией. Площадь сечения жилы 185 мм2. Длина кабеля — 40 метров.
  • Суммарное значение ёмкостного тока сети при ОЗЗ на вводах питания АД составляет .
Читайте также:  Tg 145 трансформатор тока госреестр

В схеме защиты применен трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗР (табл. 1)

Таблица 1. Характеристики трансформаторов тока нулевой последовательности.

Тип трансформатора Коэффициент трансформации
ТЗЛ 1/25
ТЗЛМ 1/25
ТЗР 1/18
ТЗРЛ 1/30

Расчет начинаем с определения полной мощности электродвигателя , используя формулу (20) [1]:

,МВА
(20)

4.1 Подставив полученное значение расчетные данные в формулу (20) получим такое значение :

В приведенных выше данных для расчёта отсутствует информация об электрической емкости обмоток. Приближенное значение ёмкостного тока асинхронного двигателя напряжением 6 кВ можно найти её по формуле (21):

Для асинхронного двигателя с номинальным напряжением 10 кВ используют другую формулу:

4.2 Подставив полученное значение в формулу (21) получим:

Более точно значение емкостного тока можно определить по формулам (23) и (24), рекомендованным в [11]:


(23)

где — электрическая емкость двигателя в фарадах (Ф).

Ёмкость асинхронных двигателей и неявнополюсных синхронных двигателей находят по формуле (24):

Размерность и обозначения всех остальных величин приведены в данных для расчета.

Используя приведенные формулы найдем сначала электрическую ёмкость двигателя, а затем его ёмкостной ток.

4.3 Ёмкость двигателя серии А4, данные которого приведены выше, составит:

4.4 Подставив полученное значение ёмкости в формулу (23), находим:

Сравнивая результаты, полученные в формулах (21-1) и (23-1), видим, что они совпадают. Это служит доказательством корректности выполненных нами расчетов.

Значение ёмкостного тока кабельной линии находят либо из табл. 2 (для кабелей с бумажной изоляцией), либо вычисляют по формуле (25), дающей приближенный результат.


(25)

где — номинальное линейное напряжение кабельной линии, кВ; — длина кабельной линии, км.

Оба способа рекомендованы в [12]. Для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена точное значение ёмкостного тока необходимо запрашивать у завода-изготовителя.

4.5 Используя табличные данные получим:

Для нашего случая значение ёмкостного тока кабельной линии находим по данным, приведенным в табл. 1:

Ток срабатывания защиты от ОЗЗ в первичных значениях вычисляют по формуле (27):


(27)

где kотс — коэффициент отстройки защиты от ОЗЗ; kвозвр— коэффициент возврата защиты от ОЗЗ; — коэффициент броска емкостного тока, обусловленного перезарядом емкостей электрической сети при ОЗЗ.

— емкостной ток защищаемого электродвигателя, А; — емкостной ток кабельной линии, соединяющий электродвигатель с ячейкой, А.

4.6 Подставив в формулу (27) значения величин, получим:

Здесь необходимо сделать некоторые пояснения. Раньше, для схем защиты с электромеханическими реле, значение коэффициента отстройки принимали =1,3. При использовании блоков БМРЗ этот коэффициент следует принимать .

Значение коэффициента возврата алгоритма защиты от ОЗЗ принимают , в соответствии с техническими данными, приведенными в руководствах по эксплуатации блоков серии БМРЗ и БМРЗ-100.

При расчетах уставок для защит с электромеханическими и статическими реле коэффициент броска емкостного тока принимали .

В связи с тем, что бросок апериодической составляющей тока ослабляется фильтрами блоков БМРЗ и БМРЗ-100, то значение этого коэффициента принимают другим, равным .

Для проверки чувствительности данной защиты находим значение коэффициента чувствительности по формуле (28):


(28)

где — суммарное значение емкостного тока сети при ОЗЗ на вводах питания, А.

Суммарное значение емкостного тока приведено в исходных данных для расчета, т.е. = 1, 4 А. Подставив исходные данные в формулу (28) определяем значение коэффициента чувствительности:

4. 7 Произведя вычисления, получим:

Полученный коэффициент чувствительности превышает минимальное значение 1,5, установленное для него в [4].

Ток срабатывания во вторичных значениях найдем по формуле (29-1), используя значение коэффициента трансформации для выбранного трансформатора тока нулевой последовательности типа ТЗР (табл.1):

4.8 Подставив значения 3Iо и k тр, получим:

Для повышения стабильности срабатывания защиты принимаем выдержку первой ступени защиты замыканий на землю Tозз>> = 0,1 с


Рис. 3 Структурная схема двухступенчатого алгоритма защиты
от ОЗЗ в блоках БМРЗ

Действие алгоритма ОЗЗ в блоках БМРЗ может быть выбрано на сигнализацию или на отключение.

При наличии временной задержки необходимо применять защиту от двойных замыканий на землю, которая должна срабатывать без выдержки времени, т.е. Tозз> = 0.

Определение уставки срабатывания второй ступени ОЗЗ начнем с нахождения номинального тока электродвигателя по формуле (1).

4.9 Подставив исходные данные в формулу (1) и произведя вычисления, получим:

Знание номинального тока электродвигателя поможет нам найти уставку срабатывания защиты от двойных замыканий на землю в первичных значениях. С этой целью используем формулу (30):

, А
(30)

где — коэффициент отстройки; — коэффициент, показывающий допустимое значение токов нулевой последовательности для сетей с изолированной нейтралью с учетом разброса индуктивных сопротивлений фазных обмоток электродвигателя; — пусковой ток электродвигателя, А; — коэффициент пуска; — номинальный ток электродвигателя, А.

4. 10 Подставив в формулу (30) значения величин и произведя вычисления, получим:

Пересчитаем полученное значение уставки 3I0> во вторичные значения, для чего разделим полученную величину на коэффициента трансформации трансформатора:

3I0>>/18 = 6,24/18 = 0,35 А
(31)

В ПУЭ ([4], п. 5.3.48) для быстрого отключения двойных замыканий на землю рекомендовано выбирать уставку в первичных значениях от 50 до 100 А, т.е. уставка должна быть больше рассчитанной по формуле (30-1) по крайней мере в 8 раз (50/6,24 ≈ 8).

Для первичного значения тока ОЗЗ равного 50 А значение уставки во вторичных значениях составит:

3I0>> = 50/18 ≈ 2,8 А
(32)

Литература

  1. Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г. Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Токовая отсечка. //Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/raschet/to.htm
  2. Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г. Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Дифференциальная защита электродвигателя. //Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/raschet/DZT_DTO.htm
  3. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.: Энергия, 1980.
  4. Правила устройства электроустановок. М.: Госэнергонадзор России, 1998, 608 с.
  5. Шабад М.А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Экспериментальная и расчетная проверки. Конспект лекций. СПб, ПЭИПК, 2010.
  6. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. М.: Энергоатомиздат, 2007, 549 с.
  7. Александров А.М. Выбор уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1987/
  8. Информация об алгоритмах, выполняемых блоками БМРЗ и БМРЗ-100 различных исполнений и модификаций // Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/algoritmy.htm
  9. Алгоритмы защиты, выполняемые БМРЗ// Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/new/_ANSI.htm
  10. Гондуров С.А., Михалев С.В., Пирогов М.Г., Захаров О.Г.Расчет уставок для цифровых устройств релейной защиты. Часть 3. Алгоритм дифференциальной защиты электродвигателя с торможением.// Материал размещен на странице: http://bmrz-zakharov.narod.ru/raschet/DZT_DTO2.htm//
  11. Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных двигателей. М.: Энергия, 1977.
  12. Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. СПб, ПЭИПК, 2001
  13. Рекомендации по выбору алгоритмов защит электродвигателей, предусмотренных в блоках БМРЗ и БМРЗ-100// Материал размещен на странице: www.bmrz-zakharov.narod.ru

[1] Нумерация формул в этой работе продолжает нумерацию, начатую в статьях [1, 2, 10].

Гондуров С.А., Михалев С.В.,
Пирогов М.Г., Захаров О.Г.
НТЦ «Механотроника», С-Петербург

Источник

Как создать эффективную систему ЭХЗ (электрохимической защиты) на действующих нефтегазопромысловых трубопроводах

Эффективность работы систем ЭХЗ доказана годами эксплуатации подземных сооружений по всему миру. В частности, согласно ГОСТ Р 51164-98 магистральные нефтепроводы в нашей стране подлежат обязательной электрохимической защите. Достаточно хорошее изоляционное покрытие таких трубопроводов позволяет поддерживать необходимый (нормативный) уровень защитного потенциала по всей протяженности при сравнительно низких энергозатратах. Но, что делать, если подземное сооружение имеет плохое изоляционное покрытие или не имеет его вовсе, как, например, многие промысловые трубопроводы?

ЭХЗ промыслов 1.png

Конечно, в случае «промыслов» среда транспортируемого продукта часто «съедает» трубопровод изнутри быстрее, нежели наружная коррозия. Но, бывают ситуации, когда отказы по наружной коррозии происходят гораздо чаще, чем по внутренней. Связано это, в большинстве случаев, с действием блуждающих токов или с образованием мощных макрогальванических пар с небольшой площадью анодного участка, а значит с большой плотностью тока коррозии. Так же, в последнее время эффективным способом борьбы с внутренней коррозией является ингибирование, что позволяет трубопроводу «дожить» до отказа по причине наружной коррозии. Все это делает весьма актуальным вопрос о противокоррозионной защите наружной поверхности промысловых трубопроводов.

Читайте также:  Машины постоянного тока неисправности машин

Сама же задача электрохимической защиты наружной поверхности трубопровода принципиально сводится к устранению анодных зон путем повышения потенциала трубопровода (по абсолютному значению) до величины, достаточной для того, чтобы остановить анодное растворение, при этом поверхность трубопровода будет содержать лишь катодные участки. Методов для решения этой задачи, по сути, два:

  1. Протекторная защита: установка протекторных групп на коррозионно-опасные участки;
  2. Катодная защита: принудительная катодная поляризация всей поверхности трубопровода посредством источника постоянного тока (так называемой СКЗ — станции катодной защиты).

Для линейных магистральных трубопроводов методы проектирования систем ЭХЗ хорошо известны и успешно применяются. Однако на нефтегазопромысловых трубопроводах практически нет примеров успешных и эффективных проектов ЭХЗ. Почему же это происходит?

Во-первых, для систем нефтегазопромысловых трубопроводов характерно наличие большого количества параллельных и пересекающихся объектов. Такое разветвленное строение трубопроводной системы приводит к существенному усложнению наиболее энергетически выгодного маршрута движения защитного тока в цепи электрохимической защиты, и как следствие, к тому, что часть участков трубопроводов не получают необходимой защиты, а некоторые участки даже могут подвергаться разрушению вследствие действия токов ЭХЗ в качестве блуждающих токов .

Во-вторых, отсутствует (частично или полностью) полноценное изоляционное покрытие на промысловых объектах. Все расчетные формулы систем ЭХЗ для трубопроводов содержат различные показатели, связанные с сопротивлением изоляционного покрытия, и все они подразумевают, что изоляционное покрытие на трубопроводе по меньшей мере есть, и его значение составляет 5-10 КОм•м 2 . Если же изоляционного покрытия нет, то формулы лишаются важного буферного элемента и становятся слишком чувствительными к незначительным изменениям других исходных данных. Дополнительная сложность возникает при суперпозиции обеих описанных проблем. В теории проектирования ЭХЗ принято взамен нескольких трубопроводов принимать в расчете ряд усредненных параметров условного эквивалентного трубопровода. Вот пример расчета переходного эквивалентного сопротивления двух трубопроводов:

ЭХЗ промыслов 2.jpg

Когда все усредняемые показатели близки (разница в электрических характеристиках трубопроводов 2-3 раза), то проблем нет. А вот если эта разница превышает 10 раз, то вместо математически эквивалентной величины получается «средняя температура по больнице», и, соответственно, спроектированные таким образом системы ЭХЗ промысловых трубопроводов могут работать крайне неэффективно.

ЭХЗ промыслов 3.jpg

Пример трубопровода с изношенной битумной изоляцией

Еще одной распространенной ошибкой является неправильный выбор самих средств ЭХЗ в проекте. Применение изолирующих вставок, например, при их некорректном расположении, приводит к образованию дополнительных анодных зон, а не к улучшению показателей катодной защищенности трубопроводов. Протекторные установки (ПУ) на промысловых трубопроводах также нужно применять очень осмотрительно. Протекторы создают малую зону защиты и слабо поддаются регулировке, что, в условиях защиты оголенного или плохо изолированного трубопровода, неизбежно приведет к их преждевременному износу, иными словами, они просто быстро «выгорят». Так же дискретность установки группы протекторов на таком трубопроводе будет весьма высокой, что не приемлемо ни технически (заболоченная местность, доступ к протекторной установке), ни экономически (стоимость, монтаж). Поэтому, в случае промысловых трубопроводных систем, катодная защита — гораздо более мощный метод в плане возможности изменения уровня защитного потенциала и увеличения зоны защиты. В данном случае все зависит, в первую очередь, от источника тока — СКЗ. Чем больше запас по току у преобразователя, тем на большее значение возможно поднять потенциал. Но тут следует понимать, что растворение анода (анодного заземления — неотъемлемой части катодной защиты) будет пропорционально силе тока в цепи.

Правильный выбор анодного заземления, как одного из самых дорогостоящих компонентов системы УКЗ (установки катодной защиты), является наиболее сложным этапом при проектировании систем ЭХЗ. Например, в условиях нефтегазового месторождения при защите сетей нефтесбора или водоводов выбор вертикальных глубинных анодов часто нежелателен, т.к. практически весь ток с такого анода уйдет в обсадную колонну скважины, которая электрически соединена с нефтесбором. Однако, если, например, использовать ПГА (протяженный гибкий анод), то шансы защитить трубопровод резко возрастают, т.к. анод такого типа прокладывается вдоль защищаемого трубопровода на сравнительно небольшом расстоянии, причем создаваемое им поле защитного тока практически полностью замыкается на сам трубопровод.

Таким образом, проектирование системы ЭХЗ разветвленных сетей действующих промысловых трубопроводов с разнообразным состоянием изоляционного покрытия практически невозможно в камеральных условиях. Помимо вышеизложенного, это связано с тем, что неизвестно какие в точности электрические параметры имеют защищаемые объекты, степень их взаимного экранирующего влияния и др.

Поэтому, для решения этой задачи нами разработан собственный метод проектирования ЭХЗ существующих сложных промысловых трубопроводных систем, основанный на выполнении предварительных опытных включений переносного преобразователя (мобильной СКЗ), скоммутированного с мобильными временными анодными заземлениями разных типов на всей протяженности защищаемого трубопровода. Это позволяет опытным путем установить наиболее эффективные виды анодных заземлений на конкретном объекте и определить необходимые токи СКЗ, и получаемые зоны защиты. На основании этих данных выбирается тип и дискретность расстановки УКЗ для достижения необходимых сдвигов потенциала для обеспечения полной защиты системы трубопроводов.

ЭХЗ промыслов 4.jpg

Испытания различных типов анодных заземлений на месторождении

Дополнительно с помощью опытных включений, в случае наличия коридора из двух и более трубопроводов, можно реализовать красивое и экономичное техническое решение по ЭХЗ — использование в качестве анодного заземления трубопроводов, выведенных из эксплуатации (причем неважно, находятся ли данные трубопроводы в изоляции или нет). В этом случае экономические затраты на закупку и монтаж анода сводятся к нулю, а эффективность работы такого анода превышает эффективность работы ПГА при прочих равных условиях.

ЭХЗ промыслов 5.jpg

Подключение опытной катодной станции к трубопроводу, выведенному из эксплуатации (фотография выполняемых работ и схемы возможных подключений)

Подготовка к проведению опытных включений заключается в уточнении месторасположения защищаемых трубопроводов, а так же всех трубопроводов, смежных с ними. Производятся измерения удельного сопротивления грунта и естественных потенциалов трубопровода. Затем, на основании полученных данных, осуществляется предварительная расстановка точек включения опытной СКЗ. Для коммутации преобразователя необходимо обеспечить надлежащий электрический контакт. В процессе проведения опытных включений количество точек включения СКЗ может корректироваться с учетом получаемых данных о сдвиге потенциала.

Таким образом, разработанная методика позволяет спроектировать систему ЭХЗ под конкретное месторождение, причем ее эффективность работы подтверждается в процессе коррозионных изысканий (опытных включений мобильной СКЗ). Следует отметить, что при применении нашей методики проектирования, небольшое удорожание этапа изысканий за счет проведения опытных включений с лихвой компенсируется экономией заказчика на закупку и установку лишних анодных заземлений, особенно если в качестве анодного заземления удается применить выведенные из эксплуатации трубопроводы. В заключение хочется сказать, что при тщательном и вдумчивом отношении к проектированию систем ЭХЗ нефтегазопромысловых трубопроводов, безусловно, можно добиться положительных результатов. Мы надеемся, что этот могущественный метод противокоррозионной защиты в ближайшие годы будет все чаще находить применение не только на линейных трубопроводах, но и на более сложных, разветвленных промысловых трубопроводных системах.

Источник