автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование распределения блуждающих токов и разработка рекомендаций защиты от них подземных коммуникаций

Введение.

ГЛАВА 1.

§1.1. Общие сведения.

§ 1.2. Процесс электрохимической коррозии.

§ 1.3. Обзор методов определения воздействия блуждающих токов на подземные сооружения.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА II. Исследование блуждающих токов.

§2.1. Параметры, характеризующие блуждающие токи.

§ 22. Плотность тока.

§ 2.3. Потенциал в однородной среде.

§ 2.4. Потенциал в многослойной среде от воздействия блуждающих токов.

§ 2.5. Определение потенциала воздействия токов утечки электрифицированного транспорта на примере разветвленной тяговой сети Лебединского ГОКа.

§ 2.6. Определение участков наибольшего воздействия поля блуждающих токов на подземное металлическое сооружение.

§ 2.7. Определение протекающего тока через подземное сооружение при образовании повреждения изоляции.

§2.8. Определение допустимого расстояния между защитными электродами.

Выводы к главе II.

ГЛАВА III. Экспериментальная часть.

§3.1. Основные положения проведения экспериментов.

§ 3.2. Сеточная модель представления окружающей среды источника утечки.

§3.3. Определение потенциала в трехслойное среде от воздействия блуждающих токов.

§ 3.4. Определение коррозионного тока при известной площади нарушения изоляции.

§3.5. Защита сооружения с помощью дополнительных электродов.

Выводы к главе III.

ГЛАВА IV. Разработка рекомендаций защиты подземных металлических сооружений.

§4.1. Определение критического тока через подземное сооружение.

§ 4.2. Анализ расположения подземного сооружения относительно источника утечки.

§ 4.3. Оптимизация метода защиты металлического подземного сооружения от коррозии блуждающими токами.

§ 4.4. Расчет защиты подземного металлического сооружения с помощью дополнительных электродов на примере разветвленной тяговой сети Лебединского ГОКа.

Выводы к главе IV.

Актуальность работы: Эффективное функционирование жилищного и восстановление производственного фондов предусматривает надежную и продолжительную работу подземных коммуникаций. Эти сооружения большей частью изготовляются из металла, прокладываются в зоне грунтовых вод и промерзания земли, работают в неблагоприятных климатических условиях (влага, изменяющаяся температура, органические микроорганизмы и т. д.) и, соответственно, подвергаются сильной коррозии.

Учитывая, что в этих условиях воздействуют блуждающие токи (токи утечки из электрифицированных устройств, использующих землю в качестве проводника), остро стоит вопрос о возможности длительной, безаварийной эксплуатации металлических подземных коммуникаций.

На сегодняшний день существует широкий спектр защит подземных металлических сооружений от коррозии (протекторная, катодная и анодная защита). Однако они имеют ряд существенных недостатков. Протекторная защита требует дополнительных финансовых затрат и не обеспечивает достаточно продолжительную защиту. Катодная и анодная защита предусматривает установку дополнительных станций защиты, подводку электроэнергии, рабочие заземления. Существующие средства защиты не могут в полной мере реагировать на все возможные случаи воздействия блуждающих токов, поэтому разработка метода защиты от коррозии подземных металлических коммуникаций является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление закономерностей распределения блуждающих токов при различных видах коррозионных пар и их расположении на поверхности сооружения для разработки защиты от коррозии подземных металлических коммуникаций, что позволит снизить коррозию сооружения и увеличить время безаварийной работы.

Идея работы заключается в исследовании процесса воздействия блуждающих токов на подземные металлические сооружения на основе моделирования системы "источник блуждающих токов - подземное металлическое сооружение" и определении параметров токов, влияющих на коррозию подземного сооружения, с целью формирования начальных данных для разработки эффективного метода защиты.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.

1. Взаимодействие источника блуждающих токов с подземным металлическим сооружением в однородной среде описывается полученной зависимостью потенциала воздействия блуждающего тока (на это сооружение), которая представляет собой функцию расстояния источник — объект, переходного сопротивления источника и удельного сопротивления среды. При этом учитывается одновременно как продольное сопротивление источника утечки, так и расстояние до источника.

2. Пространственное распределение потенциалов воздействия блуждающего тока между источником и участком сооружения в многослойных средах описывается интегралом от произведения функции распределения токов вдоль источника и функции мнимых источников с рассчитанными расстояниями между ними, при этом учитывается продольное сопротивление источника и коэффициенты преломления сред, а параметрами являются удельное сопротивление среды окружающей источник, сопротивление растекания тока и коэффициент распределения линии.

3. На основе зависимости времени сквозной коррозии от коррозионного тока через повреждение изоляции и использования сеточной модели исследуемого массива разработан способ расчета пространственно-временных границ безопасного взаимодействия источника блуждающих токов с подземным металлическим сооружением в условиях различных сочетаний электрохимических свойств металла и проводящей среды.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: строгостью математических выкладок; использованием положений теории электрических цепей, теории электромагнитного поля; использования апробированных методов измерения электрических параметров; погрешностью совпадения результатов теоретических и экспериментальных моделей при однородной среде - 7% и при трехслойной -10%.

Научное значение работы: заключается в определении зависимости распределения потенциала поля блуждающих токов в многослойной среде и их влияние на коррозию металла.

Практическое значение работы состоит в разработке методики расчета допустимой границы приближения подземного металлического сооружения к источнику блуждающих токов, рекомендаций к проектированию подземных металлических сооружений.

Реализация выводов и рекомендаций. Методика расчета допустимой границы приближения подземного металлического сооружения к источнику блуждающих токов и рекомендации к проектированию подземных сооружений использованы при прокладке подземных металлических коммуникаций проводимые ОАО ГПР-3 г. Москвы.

Апробация работы: Основные положения диссертационной работы докладывались на научном симпозиуме "Неделя горняка" (Москва, 2001 г.), на научном симпозиуме "Неделя горняка" (Москва, 2002 г.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано 3 печатные работы.

Выводы к главе IV.

1. Разработана методика определения критического тока через подземное сооружение. В результате при известном времени эксплуатации подземного сооружения и заданной площади нарушения изоляции были получены критические токи через такое нарушение.

2. Разработана методика определения допустимой границы приближения подземного сооружения к источнику блуждающих токов. Полученные результаты позволяют оптимизировать расположение трассы на стадии проектирования металлического подземного сооружения.

3. Разработан комплекс мероприятий, составляющий метод защиты от коррозии подземных металлических сооружений при воздействии блуждающих токов.

4. Рассчитана защита участка подземного металлического сооружения с помощью дополнительных электродов на примере разветвленной тяговой сети Лебединского ГОКа.

1. Апплгейт JLM. Катодная защита. М.: Гос.науч.-техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1963, 17с.

2. Апплгейт JI.M. Катодная защита. М.: Гос.науч.-техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1963, с.25.

3. Бекман В., Швенк В. Катодная защита от коррозии. //Справочник. Металлургия, М. 1984. с. 448.

4. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники. М. 1984 г.

5. Бурсиан В.Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке. JI. 1972.-е 131.

6. Виноградова О. О надежности трубопроводов http://www.oil-equip.ru/index.html

7. Гармаш Г.С. Теория токораспределения в рельсовых сетях магистральных железных дорог постоянного тока и применение ее к методам измерения переходных сопротивлений рельсовых путей //Дис. канд. ЛПИ 1936.

8. Гармаш Г.С. Утечка тока из рельсов электрических железных дорог //Электрификация железнодорожного транспорта 1935, № 12.

9. ГОСТ 9.602-89 Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии.

10. Инструкция по защите железнодорожных подземных сооружений от коррозии блуждающими токами. М. 1999.

11. Кузин С.Е. Электрические железные дороги. М 1951.

12. Левина В.М. Уточненный метод расчета токов утечки из рельсов сети электрифицированного транспорта» сборник 5-6 //Защита трубопроводов от коррозии. М. 1960.

13. П.Лорткипанидзе Б.Г Общая задача простейшей обратной сети и ее приложение //Труды института энергетики АН Грузинской ССР. 1953, том VII.

14. Марголин Н.Ф. Токи в земле. М.-Л. 1947.

15. Марквардт Г.Г. Расчет блуждающих токов в подземных сооружениях.// Электричество 1955. №6.

16. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. М 1957.

17. Рыбкин Ю.Е. К вопросу о борьбе с блуждающими токами на электрических железных дорогах // Электричество 1931, №4; Работа рельсовой сети электр. железных дорог //Электричество 1931, № 11.

18. Современные методы защиты подземных сооружений от коррозии// Материалы краткосрочного семинара/ Под ред. Тесова Н.И. Л. 1982. -71с.

19. Стрижевский И.В., Томлянович Д.К. К расчету распределения потенциалов и токов в системе рельс- земля- подземное сооружение// Защита подземных металлических трубопроводов и кабелей от коррозии М. 1954.

20. Тарнижевский М.В. Исследование влияния параметров электрифицированных железных дорог на величину блуждающих токов. Дис. канд. 1961.

21. Томлянович Д.К. Стрижевский И.В. Блуждающие токи и электрические методы защиты от коррозии. М. 1957.

22. Храменков С.В. Стратегия управления эксплуатацией и обеспечения надежности системы хозяйственно- питьевого водоснабжения. Дис. канд. М. 1999г. 44с.

23. D'Apciprete E. Ib binario come conduttore di ritorno nella trazione elettika. //L'Elekrotechnika. 1928, IX.

24. Gibrat R. Currents and potentials. //Electricac Engeneering, 1936. V55 №12.

25. Gibrat R. Etudes theoriques et. Experimentales sur Г electrolyse des canalisations souterraines.// Revue Generales de TElectricite. 1934г. т XXXV, №7,8.

26. Mc.Collum, Logan. Electrolysis Testing. //Bureau of Standards Technological Papers. 1927, №355.