CC BY
54
УДК 620.193.013: 620.97
СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЗАЩИТУ ПОДЗЕМНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
Н.Д. ЦХАДАЯ, С.В. КРЮЧКОВ, А.Е. ЖУЙКОВ, З.Х. ЯГУБОВ, Э.З. ЯГУБОВ
Ухтинский государственный технический университет, г. Ухта zhuykov 72@gmail.com
Для уменьшения потерь тока и перерасхода энергии разработан способ их минимизации на защиту подземных металлоконструкций. Он основан на вводе в контур защитного заземления устройства, выполненного на основе последовательно и параллельно соединённых варисторов. Для реализации способа можно использовать нелинейный ограничитель перенапряжения.
Ключевые слова: защита резервуаров, ограничитель перенапряжения, энергосбережение, энергоэффективность
N.D. TSKHADAYA, S.V. KRYUCHKOV, A.YE. ZHUIKOV, Z.KH. YAGU-BOV, E.Z. YAGUBOV. A WAY FOR REDUCING ENERGY EXPENDITURES FOR PROTECTION OF UNDERGROUND METAL CONSTRUCTIONS
For reduction of current losses and energy overexpenditure a way on their minimization for protection of underground metal constructions is developed. It is based on input in a contour of protective grounding of the device executed on the basis of series and in parallel connected varistors. For its realization it is possible to use the nonlinear overvoltage limiter.
Keywords: energy conservation, energy efficiency, the anode grounding, ca-thodic protection, over-board tanks, lightning protection, grounding separation circuits, overvoltage limiter
На сегодняшний день в области энергетики особую актуальность приобретает задача принятия эффективных мер по обеспечению энергосбережения. Этот вопрос имеет высокую значимость, так как практически все предприятия любой отрасли имеют своей целью повышение производственных мощностей, что заставляет их потреблять больше электроэнергии. Чем больше электроэнергии потребляет предприятие, тем ощутимее становятся потери энергии. Это связано с несовершенством электроэнергетических комплексов и оборудования и объясняет повышенный интерес к поиску способов снижения потерь электроэнергии и повышению энергоэффективности.
При нынешней системе защиты резервуаров и трубопроводов существует острая проблема перерасхода электроэнергии на защиту находящихся под землей металлоконструкций. Известно, что каждая резервуарная система (РВС) имеет свою систему грозозащиты и защитного заземления, соединенных с общим контуром заземления и мол-ниезащиты. Так как и анодное защитное заземление, и контур защитного заземления надежно крепятся к защищаемой конструкции, то между ними существует электрическая связь. При этом защитный ток от анодного заземления перетекает не только на резервуар, но и уходит в контур заземления и молниезащиты. При близко расположенных
точках дренажа и мест присоединения к металлоконструкции контуров защитного заземления и мол-ниезащиты такое влияние особенно заметно. Это приводит к поляризации этого контура и как следствие - к увеличению потерь тока и перерасходу электроэнергии станцией катодной защиты. Для уменьшения этих потерь был разработан способ минимизации перерасхода электроэнергии на защиту подземных металлоконструкций.
Результаты исследований
Предлагаемый способ снижения потерь электроэнергии основан на вводе в контур защитного заземления устройства, выполненного на основе последовательно и параллельно соединённых варисторов (рис.1). Можно использовать нелинейный ограничитель перенапряжения (ОПН), подключаемый параллельно к защищаемой конструкции соответствующим образом [1, см. гл. 4.2]. Ограничитель перенапряжения выбирается в соответствии с требованиями к величинам коммутируемых токов и напряжений [2].
При нормальном режиме работы электрооборудования, т.е. при отсутствии перенапряжения варистор имеет большое сопротивление и никак не влияет на электрические процессы, происходящие в цепи. Но как только значение тока, а следова-
Рис. 1. Схема устройства разделения контуров. Условные обозначения: 1 - вывод к точке дренажа резервуара, 2 -вывод к контуру заземления, 3 - корпусы, 4 - наборы варисторов, 5-6 - болтовые соединения.
тельно, и напряжения, приложенного к электрооборудованию, превысит предельно-допустимое значение, варистор срабатывает. Его сопротивление мгновенно уменьшается и большая часть аварийного тока течет через цепь варистора, не нанося ущерба электрооборудованию и предотвращая опасную ситуацию на резервуаре. Вольт-амперная характеристика варистора показана на рис. 2.
I—I—I—I—I—I—I— -70 -50 -30 -10
Максимально допустимое рабочее напряжение
10 30 50 кА 70
—I—I—I—I—I—I—I
- --200
• Ток разряда
---1000
-М400
Рис. 2. Вольт-амперная характеристика варистора.
Устройство для разделения контуров анодных заземлений катодной защиты и контуров защитного заземления и молниезащиты имеет следующие свойства:
- является изолирующей вставкой и не пропускает относительно малые токи от установок катодной защиты;
- при попадании РВС в зону действия больших токов устройство «открывается» и соединяет РВС с контуром молниезащиты, что предотвращает аварийные последствия удара молнии.
Работу устройства иллюстрирует рис. 3. При подаче выпрямленного постоянного напряжения с положительного вывода станции катодной защиты (2) через дренажную анодную линию (1) ток (9) с анодных заземлителей (5) начинает через грунто-
вый электролит течь по направлению к защищаемой конструкции (4), т.е. резервуару. Протекание тока обеспечивается тем, что отрицательный вывод от станции катодной защиты подключен через соединительный кабель (3) и точку дренажа (6) к защищаемой конструкции, т.е. создается разность потенциалов между анодными заземлителями и резервуаром. Так как при отсутствии устройства (8) резервуар соединён электрически с контуром защитного заземления и молниезащиты (10) через точку дренажа (7), то отрицательный потенциал со станции катодной защиты поляризует не только защищаемую конструкцию, но и контур защитного заземления. Это снижает эффективность катодной защиты и ведёт к большим энергетическим потерям. Внедрение устройства позволит избежать этих потерь.
Рис. 3. Схема электрохимзащиты с устройством разделения конту-ров.
Рассмотрим параметры токов молнии, которые необходимы для расчета механических и термических воздействий, а также для нормирования средств защиты от электромагнитных воздействий [3]. Причем уровень защиты зависит от интенсивности грозовой деятельности данного региона.
Параметры токов молнии
Параметр молнии Уровень защиты
I | II |III, IV
Пиковое значение тока I, кА 200 150 100
ПОЛНЫЙ заряд Qrnrn, Кл 300 225 150
Заряд в импульсе QUMn, Кл 100 75 50
Удельная энергия W/R, кДж/Ом 10000 5600 2500
Средняя крутизна i/dt30/90%, кА/мкс
200 150 100
В соответствии с вышеперечисленными в таблице параметрами токов молнии, приняв максимально требуемый уровень защиты, в качестве примера выбран ограничитель перенапряжения -ОПНП-10/550/11,5 УХЛ1 со следующими основными параметрами [4]: номинальное напряжение, кВ: 10; Номинальный разрядный ток, кА: 10; выдерживаемый импульс большого тока 4/10 мкс, кА: 100; удельная рассеиваемая энергия тока, не менее, кДж/кВ: 3,24 свойствами.
При ориентировочной стоимости устройства 60 тыс.руб. чистая прибыль от экономии эксплуатационных затрат ежегодно будет составлять около 12 тыс. руб., а коммерческая прибыль от внедрения за восемь последующих лет в итоге достигнет около 57 тыс. руб. (индекс окупаемости - 1,86; срок окупаемости - 3,74 г.; внутренняя норма доходности - 38).
Литература
1. СО 153-34.21.122-2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. Сер. 17. Вып. 27. М.: ОАО «НТЦ «Промышленная безопасность», 2006.
2. Правила устройства электроустановок. 7-е изд., разд. 4. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. 980 с.
3. Патент ПМ 104394 Россия. Устройство для разделения контуров анодных заземлителей катодной защиты и контуров защитного заземления и молниезащиты/З.Х.Ягубов, И.М.За-балуев, И.М.Мартынов. № 2010125417/07; За-явл. 21.06.2010; Опубл. 10.05.2011.
4. Методические указания по применению ограничителей перенапряжения нелинейных в электрических сетях 6-35 кВ [Электронный ресурс]/ Портал нормативных документов «OPEN-GOST.ru».: URL : http: / / www. open-gost.ru.
References
1. SO 153-34.21.122-2003. Instruktsiya po ust-roystvu molniezashchity zdaniy, sooruzheniy i promyshlennykh kommunikatsiy [The instruction on the device of lightning-protection of buildings, constructions and industrial communications]. Series 17. Issue 27. M.: OAO «NTTs «Promyshlennaya bezopasnost'» [Open Society "Scientific and Technological Center "Industrial safety"], 2006.
2. Pravila ustroystva elektroustanovok. 7-e izd., razd. 4. [ Rules of the device of electroinstal-lations. Edition 7, section 4]. M.: Izd-vo NTs ENAS [ENAS Publishing House], 2004. 980 p.
3. Patent PM 104394 Rossija. Ustrojstvo dlja razdelenija konturov anodnyh zazemlitelej ka-todnoj zashhity i konturov zashhitnogo zazem-lenija i molniezashhity [The device for division of contours of anode groundwire of cathodic protection and contours of protective grounding and lightning-protection]/Z.H.Jagubov, I.M.Za-baluev, I.M.Martynov. № 2010125417/07; Appl. 21.06.2010; Publ. 10.05.2011.
4. Metodicheskie ukazaniya po primeneniyu ogra-nichiteley perenapryazheniya nelineynykh v elek-tricheskikh setyakh 6-35 kV [Elektronnyy resurs]/ Portal normativnykh dokumentov «OPEN-GOST.ru». [Methodical instructions on application of nonlinear overvoltage limiters in electric networks 6-35 kW [Electronic resource]. Portal of standard documents "OPEN-GOST.ru"]- : URL : http://www.open-gost.ru.
Статья поступила в редакцию 04.07.2014.
