Зміна електротехнічних параметрів підземного металевого трубопроводу під впливом високочастотної складової напруги станцій катодного захисту

О. О. Азюковський

УДК 652.1:586.24

О. О. АЗЮКОВСЬКИЙ (ДЕРЖАВНИЙ ВНЗ «НГУ»)

Державний вищий навчальний заклад «Нацюнальний гiрничий ушверситет», 49000, м. Днтропетровськ, пр. Карла Маркса, 19, тел. +380562 47 23 85, ел.пошта: [email protected], ОЯСЮ: 0000-0003-1901-4333

ЗМ1НА ЕЛЕКТРОТЕХН1ЧНИХ ПАРАМЕТР1В П1ДЗЕМНОГО МЕТАЛЕВОГО ТРУБОПРОВОДУ П1Д ВПЛИВОМ ВИСОКОЧАСТОТНО1 СКЛАДОВО1 НАПРУГИ СТАНЦ1Й КАТОДНОГО ЗАХИСТУ

Вступ

Трубопровщний транспорт е найбiльш ефек-тивним для транспортування значних об'емiв сировини на великi вiдстанi [1]. Природнш газ е важливою складовою енергетично! системи Укра!ни, яка мае одну з найбшьш розгалужених трубопровщних систем в Gвропi. Понад 90 вщ-соткiв ще! системи складають пiдземнi металевi трубопроводи. Забезпечення транспортування енергетично! сировини без втрат е важливою задачею. Неконтрольоват витоки природнього газу, амiаку, нафти о^м фшансових збиткiв несуть значнi екологiчнi ризики. Мiнiмiзацiю втрат забезпечуе цiлiснiсть трубопроводу, як елемента системи транспортування. Порушення цшсносп металевого трубопроводу значною мiрою зумовлено електрохiмiчною корозiею. Зниження електрохiмiчних корозiйних процесiв забезпечуеться системою електрохiмiчного за-хисту вiд корози пiдземних металевих трубоп-роводiв. До ще! системи, в якостi активних елеменпв входять станцп електрохiмiчного (катодного) захисту (СКЗ). СКЗ створюють за-хисний потенцiал на трубопроводi шляхом фо-рмування стало! напруги певно! величини. Це зумовлюе таке поле струмiв в rрунтi, що пере-шкоджае стiканню струмiв з трубопроводу.

Аналiз останнiх дослiджень i публжацш

В Укра!нi також е розвинена мережа залiз-ничного електрифiкованого транспорту [1,6]. Електротехтчна система залiзничного транспорту для забезпечення живлення локомотивiв в якосп зворотного дроту використовуе рейко-ву колiю. Забезпечення теоретично мшмально-го опору на практищ не е можливим, що зумовлюе спкання струму з рейок до грунту. Все це ускладнюе поле струмi в навколишньому сере-довищi та зумовлюе коливання захисного поте-нцiалу за довжиною тдземного трубопроводу [3-5]. Пiдвищення якостi захисту тдземного металофонду забезпечуеться використанням СКЗ нового схемотехтчного ршення [1]. До

такого вiдносяться використання високочасто-тних iнверторiв струму (напруги), що значно покращуе не тшьки масо-габаритнi показники, а й забезпечуе широк регулювальнi властивос-тi СКЗ. Водночас, перехщ до високочастотного перетворення електрично! енергi! вносить певнi особливосп у роботу електротехнiчного комплексу системи електрохiмiчного захисту вiд електрохiмiчно! корозi! пiдземних металевих трубопроводiв [2].

Матерiали дослiджень

Розглянемо електротехнiчну систему елек-трифiкованого рейкового транспорту та тдземний металевий трубопровiд, що знахо-диться пiд захистом СКЗ. Електричними параметрами тако! системи е [2,6]:

Яр - перехiдний отр рейково! колi!;

Яр - перехщний опiр пiдземного металевого

трубопроводу;

— повний отр тдземного металевого трубопроводу;

Zkd — коефщент, що враховуе вплив контактного дроту на рейкову колда;

Ящ — перехiдний отр мiж пiдземним мета-

левим трубопроводом та умовною точкою вимiру безпосередньо поблизу трубопроводу;

а+ =

V

стала розповсюдження пiдзем-

ного металевого трубопроводу;

а =

коли;

стала розповсюдження рейково!

а— провщтсть грунту.

Наведет електричт параметри визначають-ся на основi первинних параметрiв електротех-тчно! системи, що розглядаеться: ар — питома провiднiсть рейок;

Р

а , - питома пров1дн1сть тдземного метале-вого трубопроводу;

Я* - отр 1золяцшного слою тдземного ме-талевого трубопроводу;

- отр баласту рейково! коли; цг - магштна проникшсть рейок; ц, - магштна проникшсть тдземного мета-левого трубопроводу;

/- частота електромагштного поля. Повний отр трубопроводу залежить вщ значенш поглинання в матер1ал1 провщника

запишемо:

(трубопроводу)у ,

юца, 2

. Для матер1ал1в, що

як зазвичай використовуються при виготовлен-ш металевих труб приймемо:

а. = 7.7 -106 К , р, = 0.13 ohm •тт>2/ 1 / ohm • т

т

-7

ц = 4л 10 200, ю = 100л - промислова частота. Коефщ1ент згасання для трубопроводу за таких

умов доршнюе: у. = -

I61600•л

,2

= 551 / . /т

7, = 7 ро + 7

(1)

Поверхневий отр трубопроводу визначаеть-ся зпдно виразу:

^ = ^ ((1 - i )у, ht)

ро 2лг, а.

(2)

Отр трубопроводу, що зумовлено впливом навколишнього середовища (грунту) визнача-еться як:

~ цга /'цга, 1.3

7, = £— + —— 1п — 8 2л уг,

(3)

—7

де ц = 4л10 - магн1тна прониктсть грунту,

У =

гаца

2

- коефщ1ент згасання в грунту а -

провщшсть грунту. Враховуючи вираз, що ви-значае погонний отр трубопроводу сталому струму:

Я0 =

1

2лИ, г. а,

(4)

= Я0е((1 - / )уtht ) + + ^ ^ (5)

8 2 л уг

де

е = е'(у. И)+/е"(у. и ) = = (1 - i )у , кх с(§ (1 - i )у , к

(6)

Запишемо вирази для обчислення е ' та е " (комплексш функцп безрозм1рного параметра

У,К):

е ' = у, и,

е " = у, и,

sh2у, И, + sin2у, И, сИ2у,И, - cos2у,И, '

sh2у,И, - sin2у,И, сИ2у,И, - cos2у,И,

(7)

(8)

Прийнявши мшмальну товщину стшок трубопроводу И, = 0.003тт визначимо коефщ1ент у, • И, > 1.65 .

Повний отр трубопроводу визначаеться ви-разом:

За умови, коли виконуеться вираз у, И, = 0 то е ' = 1, е " = 0 (випадок для сталого струму). У випадку, коли у> 2 то е ' =е" = у,И, (полий провщник розглядаеться як суцшьний, через вплив скш ефекту коли глибина скшпрошарку менше шж товщина стшок трубопроводу.

Шляхом введення до виразу (5) ю,ц, врахо-вуючи вираз (6) отримаемо вираз для визначен-ня повного опору трубопроводу:

7, = Я' + iЩ

Я' = я0е ' + 4.9 • 10-5

я,'=я0е '' + 6.3 • 10-51п 93

(9) (10)

(11)

Г

де Я, - погонний отр трубопроводу; а -провщшсть грунту; г, - рад1ус труби;. Я, - ак-тивний отр трубопроводу змшному струму; Я' - реактивний отр трубопроводу змшному струму.

Вираз (10) мютить складов^ що залежать вщ частоти струму. На активний отр трубопроводу значною м1рою впливае не тшьки частота але й рад1ус трубопроводу (рис. 1). Трубопровод! мереж1 Укра!ни кр1м трубопровод1в висо-кого та середнього тиску мютять мереж1 низь-кого тиску, як складаються з труб невеликого д1аметру.

Збшьшення д1аметру трубопроводу зумо-влюе зменшення активного опору. Починаючи з рад1усу г, = 0.4 т спостер1гаеться помггне збшьшення активного опору. Використання труб невеликого д1аметру е типовим для га-

зорозподiльчих мереж низького тиску, до якого шдключеш кiнцевi споживачi. Активний отр такого сегменту трубопроводiв найбiльшою мiрою залежить вiд частоти (рис.1). Викори-стання в станцiях катодного захисту перетво-рювач1в електрично! енергп, що зоргашзоваш

Я' ohm/

• /ш 1 » 10 - 3

! « 10 4

5-10 " 4

4 * 10 4

: - ю " 4

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

°о: 04 os os

rt,m

на сучасних схемотехнiчних ршеннях зумо-влюе наявнiсть високочастотних сигналiв на !х виходу [2]. Це явище викликане наявнiстю iн-вертора, що забезпечуе роботу високочастотно-го трансформатора.

Рис. 1. Залежшсть активного опору трубопроводу в1д його рад1уса

До того ж, слiд розрiзняти частоту сигналу на виходi трансформатора та частоту комутаци силових ключiв, яка залежить вiд законiв керу-вання ключами. Формування захисного потен-цiалу пiдземного металевого трубопроводу СКЗ з високочастотним перетворювачем вщбуваеть-ся за шших умов, нiж для випадку класичних випрямляч1в напруги промислово! частоти Rohm ш

(рис.2). Трубопроводи невеликого дiаметру (до 0.25m ) характеризуются бiльшою залежнютю вiд частоти нiж магiстральнi трубопроводи. Ре-активний опiр трубопроводу (11) також знач-ною мiрою залежить вщ частоти пульсацiй ви-прямлено! напруги для труб дiаметром до 0.5 m (рис. 3).

4x10"

ЗхЮ"

2x10"

1x10"

rt =0.05 m

rt -0.1m - *

/ -

ж * [ I/ • * ^ — " ------- rt =035 m

0 5x10* 1хЮ4 1.5х104 f, Hz

Рис. 2. Залежшсть активного опору трубопроводу вад частоти струму

К^, оЬш гп 4х10~"

3x10 3

2x10

-3

1x10

-3

- 1x10

\ • ч ф V

ф \ \ \ / = 16000 * ф ч

* /=8000 > \ \ • \ X V • к

/=1000 N ч • Х\ -"Т.* Я

0.2

0.4

0.6

0.8 1 г^т

^ =

№

2 + (

Фаза повного опору трубопроводу визнача-еться зпдно виразу:

Рис. 3. Залежшсть реактивного опору трубопроводу в1д його радусу

Повний опiр трубопроводу (9) мае аналопч-ну залежнiсть вiд частоти пульсацш випрямле-но! напруги та радiусу трубопроводу. Слiд за-уважити, що збiльшення опру трубопроводу зумовлюе збiльшення струмiв, що стiкають. Реактивний отр приблизно на порядок бшьше, нiж активний опiр, що характеризуе об'ект на-вантаження станцiй катодного захисту. Вш та-кож мае тенденщю до збiльшення зi зменшен-ням дiаметру трубопроводiв й зростанням частоти напруги, й мае найбшьше значення для дiаметрiв, що властивi розподiльчим мережам (менше шж 0.5 т).

Повний опiр трубопроводу визначаеться ви-разом, що мiстить модуль та фазу [6]:

(13)

ф = аШё (К"/к'

(14)

Прийнято вважати, що для випадку промис-лово! частоти 50 Н значення фази повного опору змшюеться незначною мiрою та нале-

жить дiапазоновi

75°*83°

. Щц час розрахун-

Z1 = № 1

А

(12)

Модуль повного опору трубопроводу на ос-новi (10-11):

юв значення фази приймаеться фiксованою, що впливае на розрахунок стало! розповсюдження трубопроводу [4,6]. У випадку, коли частота комутацп ключiв починаеться вщ 1000 Hz й сягае 16000Hz й вище, твердження про незмш-нють фази повного опору е некоректним (рис. 4).

...../ = 1000

ф § * * » » $

V \ , л* X • ♦ • ♦ ♦ ^/ = 8000

• X 1 ч / > # •• * • ♦ • • V А » М • —. Л А А _ л _ / = 16000

Рис. 4. Залежнiсть фази повного опору трубопроводу вщ його радiусу

Дшсно, для частоти 50Hz починаючи з рад1усу трубопроводу понад 0.08т значення фази повного опору стр1мко зростае й набувае практично сталого значення з д1аметру трубопроводу 0.5 т . 1нша залежшсть спостериаеться для частот вщ 1000Hz (рис. 4). Так, для частоти 1000 Н для д1аметр1в трубопроводу вщ 0.1т до 0.28т спостерк-аеться зменшення фази повного опору практично до нульового значення. У подальшому, з1 зростанням д1амет-ру трубопроводу фаза повного опру також зро-

того, врахування високочастотно1 складово1 сигналу на виход1 СКЗ впливае на алгоритм визначення стало1 розповсюдження трубопроводу тд час розрахунку системи електрох1м1ч-ного захисту тдземних металевих трубопро-вод1в.

С*.

0.6

75°* 83°

. Для

стае й сягае дтпазону значень

частоти 8000Н зменшення фази спо-стериаеться вже до 0.75т . Частота напруги у

16000Н взагал1 починаеться з1 значення у 0.9° для мшмальних значень трубопроводу й зменшуеться до нульового значення при рад1ус1, що дор1внюе 0.95т, тсля чого фаза повного опору зростае (рис. 4,5).

Наведет залежносп е основою для побудо-ви нових тдход1в до формування захисного потенщалу тдземного металевого трубопроводу враховуючи наявнють у електротехшчнш систем1 «СКЗ - тдземний трубопровщ - грунт - зал1знична кол1я» нового частотного складу сигнал1в, що утворюються внаслщок викори-стання сучасних схемотехшчних ршень. Кр1м

0.4

0.2

\ \ ч

\ »

,4 Ф

0 0.5 1.0 г1'т

Рис. 5. Залежшсть фази повного опору трубопроводу вщ його радiусу для частоти напруги 16000 Н

Вщомо [5,6], що перехщний отр визнача-еться з врахуванням опору ¡золяцшного пок-риття трубопроводу та перетинного опору:

др = я? + д1

(15)

де Д12 - отр ¡золяцшного покриття трубопроводу.

Перетинний отр трубопроводу визначаеться

як:

я] =±-Ы

1.12

(16)

де

у =

Н - глибина залягання трубопроводу,

гацст

- коефщент згасання в rрунтi.

V

я

на вiдмiну вiд

класичного випадку з використанням проми-слово! частоти, за iншими частотними дiапазо-нами мае iншi значення для малих радiусiв трубопроводу (рис. 7).

, оЬт т

-з н<Г

-♦'¡о

Гч'. 1 V л *. ...

•••г. =0.0: — \ =0.1

— г. =03:

5-11?

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

исС

1И0*

/,Н2

Рис. 6. Залежшсть повздовжнього опору трубопроводу ввд частоти

а.

>10'

Перетинний отр трубопроводу вiд його радiусу мае аналогiчну до рис. 1 залежшсть. Також, вiн е залежним вiд частоти напруги на виходi з СКЗ (рис. 6). Спостертаеться тенден-цiя до збiльшення опору зi зменшенням радiусу трубопроводу та частоти напруги.

Стала розповсюдження тдземного метале-

вого трубопроводу а] = ]

1Я0

ио

но

► « о

а

\\

V / =16000

/ = 50

о:

1

Рис. 7. Залежшсть стало! розповсюдження трубопроводу вщ його рад!усу

Значення стало! розповсюдження для висо-кочастотного дiапазону в!^зняеться вiд зна-чень, розраховуються для 50Н (рис. 7), особливо для дiаметрiв трубопроводу [0.25 + 0.5] т .

Це пояснюеться змiнами в значеннях фази пов-ного опору трубопроводу (14), яю для високо-частотного дiапазону не можуть бути прийня-тими такими, що не змiнюються (рис. 4). Важ-ливим параметром схеми замщення трубопро-вiдно! мережi е шдуктивнють (рис. 8), яка визначаеться з врахуванням (9-11):

А =

(2%/)2 2А Г

]]

ЮЦС]

sh2.

V

ЮЦС]

ht - sin 2,

ЮЦС]

ht

^2.

ЮЦС]

2

\ - cos 2,

ЮЦС]

- +

6310-51п

2

ht

2ж/

93

]]

(17)

Характер змiни iндуктивностi в!^зняеться для рiзних дiаметрiв трубопроводiв та частот (рис. 8). Трубопроводи великого дiаметру (ма-гiстральнi, середнього та низького тиску) ма-ють значення шдуктивносп близькi оди до од-

ного. Для трубопроводiв з радiусом до 0,25 т (розподiльчi мережi низького тиску) цей параметр коливаеться в значних межах.

1

2

4x10"

2x10"

0x10

1x10

1хЮ4 /.Нг

Рис. 8.1ндуктившсть трубопроводу в залежносп вад частота при фжсованих д1аметрах

Згiдно (18) здшснивши аналiз змiни стало! такий частотний дiапазон вихiдноi напруги розповсюдження трубопроводу визначасться СКЗ, що забезпечуе !! найменше значення а

а =

2л^ , сг

1

юца |юца

■ sh2sh2.

^2.

юц^ 2

ht + sin 2

--щ - cos 2

2 п

юц^

ht

+ 4.9-10-5 +

юц^

ht

я? +1-Ш- 112

ал

юц^

2л^ , а^ 2

юц^

V

юца^ . --п^ - sin 2. 2 t М юра , — ht 2 п

юца -Lht - cos 2. 2 4 \ юра , — ht 2 п

+ 6.3 • 10-51п

Д}2 + —1п ал

1.12

юц^

2

93

аt ч

(18)

Розрахунок параметрiв пiдземного трубопроводу для сталого струму у сучасних умовах е неповною мiрою iнформативним та таким, що вщповщае дiйсностi, оскiльки сучасш поля струмiв, що блукають та сигнали на виходi СКЗ (на вщсташ декiлькох метрiв вiд точки тдклю-чення до об'екту, що захищаеться) мiстять зна-чну змшну складову. Це змiнюе умови функщ-

онування електротехнiчноi системи електрох> мiчного захисту пiдземних трубопроводiв вiд корози.

Електротехнiчнi параметри рельсово! мережi розраховуються подiбно до аналогiчних пара-метрiв трубопроводу. Повний опiр подiбно до (9) визначаеться як

(

^гр = Яг0 + Дг0 =

У г

2лтгг, а.

+ 4.9 •Ю

-5

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

г

+

(

У г

2лгпга,

+ 6.3 • 10-51п

93

чЛ

(19)

//

де аг =-

106 10

6

Рг

0.21

провiднiсть Грунту, г„

еквiвaлентний радiус рейки.

Зважаючи на те, що зaлiзничнa рейка на вщмшу вiд трубопроводу, уявляе собою суцшьний металевий провiдник з е^валент-

ним рaдiусом, що належить дiaпaзоновi [0.045 0.055] т , розглянемо вплив частоти

напруги на величину повного опору та його фазу (рис. 9, 10).

1

2

VОЪт/ш

Рис. 9. Повний onip одношляхово! коли в залежностi вiд частоти

Рис. 10. Фаза повного опору одношляхово! коли в залежносп вщ частоти

Повий oпip одноколшно! рейково! кoлi!' та-кож як й у випадку з тдземним металевим трубопроводом (рис. 2) е таким, що зростае i3 зб> льшенням частоти, що в свою чергу зумовлюе збiльшення струшв, якi стiкають з рейок до грунту й формують поле струшв, що блукають. Фаза повного опору (рис. 10) найбшьш пoмiтнo

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Aziukovskyi A. The electrochemical cathodic protection stations of underground metal pipelines in uncoordinated operation mode / A. Aziukovskyi // CRC Press. Balkema is an imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business, London, UK 2013- P. 47 - 55.

2. Азюковський О.О. Формування високочастот-ним шверторним випрямлячем захисного потенщалу пiдземнoгo сталевого трубопроводу. / О.О.Азюковський // Гipнича електpoмеханiка та автоматика: наук. - техн. зб. - 2013. - Вип. 91. - С. 37-41.

3. Бешта О.С. Сушсна робота станцш катодного захисту пiдземних металевих трубопровода ввд елект-poхiмiчнo! корози / О.С. Бешта, О.О.Азюковський // Проблеми тдвищення ефективносп електромехатч-них пеpетвopювачiв в електроенергетичних системах: Матеpiали наук.-техн. конф. — Севастополь: Сев. НТУ, 2013. — С. 17-19.

4. Вербенець Б. Я. Безконтактний метод i прилади для контролю протикорозшного захисту пiдземних

змiнюеться в дiапазoнi частот вiд 50 Hz до 600 Hz, тсля чого сягае piвня 69 + 73 Hz де й лишаеться на незмшному piвнi, що вiдпoвiдае прийнятим тд час розрахунку параметрам [4,6].

Висновки

Наведет результати аналiзу впливу частот вихщно! напруги станцiй катодного захисту тдземного металевого трубопроводу на елект-poтехнiчнi параметри системи «СКЗ - тдзем-ний тpубoпpoвiд - грунт - залiзнична кoлiя» свiдчать про можливють побудови нового тд-ходу до процесу формування захисного потенщалу шляхом врахування змш у величинах ш-дуктивносп, стало! розповсюдження (опосере-дковано! характеристики стpумiв, спкання з трубопроводу), частотного впливу на об'ект, що захищаеться. Вказаний шдхщ найбшьшою мipoю е ефективним при використант його у poзпoдiльчих газотранспортних мереж з трубопроводами невеликого дiаметpу, як е такими, що домшують за кiлoметpажем у загальнш га-зoтpанспopтнiй системi Укра!ни. До того ж, трубопроводи низького тиску розташоваш в мюцях, в яких е активними струми, що блукають, як зумовлеш техногенними факторами.

Для рейкових колш, вплив високочастотно! складово! е пoмiтним тiльки тд час формування повного опру рейково! кoлi!. Фаза повного опору е такою, що змшюеться у вщносно низь-кому дiапазoнoвi частот, що викликае необ-хiднiсть врахування цього явища тд час розрахунку корозшно! активнoстi середовища.

REFERENCES

1. Aziukovskyi A. The electrochemical cathodic protection stations of underground metal pipelines in uncoordinated operation mode / A. Aziukovskyi // CRC Press. Balkema is an imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business, London, UK 2013- P. 47 - 55.

2. Azyukovskiy O. Formuvannia vysokochastotnym invertornym vypriamliachem zakhysnoho potentsialu pi-dzemnoho stalevoho truboprovodu. [Formation of high-frequency inverter rectifier protective potential of underground steel pipeline]. Hirnycha elektromekhanika ta avtomatyka: nauk. - tekhn. zb. [Mining Electromechanics and Automation: Science.], 2013. Vol. 91, pp. 37-41.

3. Beshta A. Sumisna robota stantsij katodnoho zakhystu pidzemnykh metalevykh truboprovodiv vid el-ektrokhimichnoi korozii [Joint work stations of cathodic protection of underground metal pipelines from electrochemical corrosion]. Problemy pidvyschennia efektyvnosti elektromekhanichnykh peretvoriuvachiv v elektroener-hetychnykh systemakh: Materialy nauk.-tekhn. konf. [Prob-

трубопроводiв: дис. кандидата техтчних наук: 05.11.13 / Вербенець Богдан Ярославович. - Л., 2011. -106 с.

5. Скляров С. А. Математические модели и информационные технологии автоматизированного управления системами противокоррозионной защиты магистральных трубопроводов: дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук.: 05.13.06/ Скляров Станислав Александрович.- Х., 2002 - 168с.

6. Стрижевский И. В. Теория и расчет влияния электрифицированной железной дороги на подземные металлические сооружения./ И.В. Стрижевский, В.И. Дмитриев. - М.: Машиностроение, 1967 - 227с.

Надшшла до друку 01.12.2012.

lems efficiency electromechanical converters in electric power systems, scientific-technical materials. Conf.]. Sevastopol, 2013, pp. 17-19.

4. Verbenets B. Ya. Bezkontaktnyj metod i prylady dlia kontroliu protykorozijnoho zakhystu pidzemnykh truboprovodiv PhD, Diss. [Contactless method and instruments for monitoring corrosion protection of underground pipelines. PhD, Diss.]. Lviv., 2011, 106 p.

5. Skliarov S. A. Matematycheskye modely i infor-matsyonnye tekhnolohyy avtomatyzyrovannoho upravleny-ia systemamy protyvokorrozyonnoj zaschyty mahys-tral'nykh truboprovodov PhD, Diss. [Mathematical models and information technology of automated control systems of corrosion protection of pipelines. PhD, Diss] Kharkiv., 2002, 168 p.

6. Stryzhevskyj I. V. Teoryia y raschet vlyianyia el-ektryfytsyrovannoj zheleznoj dorohy na podzemnye metal-lycheskye sooruzhenyia. [Theory and calculation of the impact of electrified railway on underground metallic structures]. Moskva, Mechanical Engineering Publ., 1967, 227 p.

Внутршнш рецензент Сиченко В. Г. Зовшшнш рецензент Муха А. М.

Трубопровщний транспорт е найбшьш ефективним для транспортування значних об'eмiв природнього газу. Електрохiмiчна корозiя е одним з головних чинниюв руйнування цшюносп пщземного металевого трубопроводу, яюй протаде система електрохiмiчного (катодного) захисту. Метою та завданням роботи е аналiз процеав змш електротехычних пaрaметрiв пщземного металевого трубопроводу пщ впливом високочастотноТ складовоТ напруги станцш катодного захисту (СКЗ).

Пщвищення якост захисту пщземного металофонду забезпечуеться використанням СКЗ нового схемотехшч-ного ршення з ланками високочастотного перетворення сигналу. Електротехшчш параметри системи можуть змшюватися в залежносп вщ частоти сигнaлiв на ТТ входi. Методика, що використовуеться пiд час розгляду процеав полягае у математичному aнaлiзi параметричних залежностей з використанням грaфiчноТ тюстрацп. Ос-новний мaтерiaл стaттi метить aнaлiз математичних вирaзiв, що описують вплив високочастотноТ складовоТ напруги на виходi СКЗ на об'ект, що тдлягае захисту.

Нaведенi результати aнaлiзу впливу частот вихiдноТ напруги сганцм катодного захисту пiдземного металевого трубопроводу на електротехычы параметри системи «СКЗ - пщземний трубопровод - грунт - зaлiзничнa колiя» свiдчaть про можливiсть побудови нового пщходу до процесу формування захисного потеншалу шляхом врахування змiн у величинах Ыдуктивносп, сталоТ розповсюдження (опосередкованоТ характеристики струмiв, стiкaння з трубопроводу). Наукова новизна полягае у обГрунтован можливосп, шляхом вибору вiдповiдноТ частоти сигналу на виходi сганцм катодного захисту, формування таких пaрaметрiв схеми зaмiщення пiдземного металевого трубопроводу, за яких спкання струмiв з трубопроводу е м^мальним. Практичне значення полягае у отриманн залежностей пaрaметрiв електротехнiчноТ системи вiд частоти сигналу, що дозволяе розраховувати елементи СКЗ.

Високочастотн сигнали на виходi станцм катодного захисту зумовлюють змiни електротехычних парамет-рiв, що впливають на процес формування захисного потеншалу на пщземному металевому трубопроводi.

Ключовi слова: станшя катодного захисту, пiдземний металевий трубопровщ, електрохiмiчнa корозiя, повздовжнiй отр, фаза повздовжнього опору.

УДК 652.1:586.24

А. А. АЗЮКОВСКИЙ (ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВУЗ «НГУ»)

Государственное высшее учебное заведение «Национальный горный университет», 49000, г. Днепропетровск, пр. Карла Маркса, 19, тел. +380562 47 23 85, эл.почта: [email protected], ОЯСЮ: 0000-0003-19014333

ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОДЗЕМНОГО СТАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ СТАНЦИЙ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ

Трубопроводный транспорт является наиболее эффективным для транспортировки значительных объемов природного газа. Электрохимическая коррозия является одним из главных факторов нарушения целостности подземного металлического трубопровода. Коррозии противодействует система электрохимической (катодной) защиты. Целью и задачей работы является анализ процессов изменения электротехнических параметров подземного металлического трубопровода под влиянием высокочастотной составляющей напряжения станций катодной защиты (СКЗ).

Повышение качества защиты подземного металлофонда обеспечивается использованием СКЗ нового схемотехнического решения со звеньями высокочастотного преобразования сигнала. Электротехнические параметры системы могут меняться в зависимости от частоты сигналов на ее входе. Методика, используемая при рассмотрении процессов, заключается в математическом анализе параметрических зависимостей с использованием графических иллюстраций. Основной материал статьи содержит анализ математических выражений, описывающих влияние высокочастотной составляющей напряжения на выходе СКЗ на объект, подлежащий защите.

Приведенные результаты анализа влияния частот выходного напряжения СКЗ подземного металлического трубопровода на электротехнические параметры системы «СКЗ - подземный трубопровод - почва -железнодорожная колея» свидетельствуют о возможности построения нового подхода к процессу формирования защитного потенциала путем учета изменений в величинах индуктивности, постоянной распространения (опосредованной характеристики токов стекания с трубопровода). Научная новизна заключается в обосновании возможности, путем выбора соответствующей частоты сигнала на выходе СКЗ, формирования таких параметров схемы замещения подземного металлического трубопровода, при которых стека-ние токов из трубопровода является минимальным. Практическое значение состоит в получении зависимостей параметров электротехнической системы от частоты сигнала, позволяет рассчитывать элементы СКЗ.

Высокочастотные сигналы на выходе станций катодной защиты обусловливают изменения электротехнических параметров, влияющих на процесс формирования защитного потенциала на подземном металлическом трубопроводе.

Ключевые слова: станция катодной защиты, подземный металлический трубопровод, электрохимическая коррозия, продольное сопротивление, фаза продольного сопротивления.

National Mining University, 49000, Dnipropetrovsk, 19, Karl Marks Str., tel. +380562 47 23 85, email: [email protected], ORCID: 0000-0003-1901-4333

CHANGING THE ELECTRICAL PARAMETERS OF UNDERGROUND STEEL PIPELINES UNDER THE INFLUENCE OF HIGH VOLTAGE COMPONENTS OF CATHODIC PROTECTION STATIONS

Pipeline transport is the most effective for transporting large volumes of natural gas. Electrochemical corrosion is one of the key factors destroying the integrity of underground of the metal pipelines. The corrosion process counteracts cathodic protection system. The purpose and objective of the article is to analyze the processes of change of electrical parameters of the underground metal pipelines, which is under the influence of part of high-frequency voltage of cathodic protection stations (CPS).

Improving the quality of protection provided by an underground pipeline, using the СPS with the new circuit solutions. These CPS units contain high-frequency signal conversion. Electrical parameters of the system may vary depending on the frequency of the signal at its input. The methodology, which is used in the analysis process, is the mathematical analysis of parametric dependencies with graphic illustrations. The main material of the article contains the analysis of mathematical expressions that describe the impact of high-frequency component of the output voltage CPS on the pipeline.

The results of analysis of influence of the frequency of the output voltage CPS of underground metal pipelines on the electrical parameters of the system "CPS - underground pipeline - soil - railway track" indicate the possibility of building a new approach to the formation of protective potential by taking into account changes in the values of inductance, the propagation constant. Scientific novelty consists in the justification opportunity, by selecting the appropriate frequency of the output signal CPS, make such the parameters of equivalent circuit of underground metal pipelines, which the provide the minimum currents. The practical significance is to provide a dependency the parameters of electrotechnical systems from the signal frequency. This allows you to calculate the elements of the CPS.

High-frequency signals at the output of cathodic protection stations cause changes in electrical parameters that affect the process of forming the protective capacity at an underground metal pipelines.

Keywords: cathodic protection station. underground metal pipeline, electrochemical corrosion, the longitudinal resistance, the phase of the longitudinal resistance.

Внутренний рецензент Сиченко В. Г.

Внешний рецензент Муха А. Н.

UDC 652.1:586.24

О. О. AZIUKOVSKYI (NATIONAL MINING UNIVERSITY)

Internal reviewer Sychenko V. G.

External reviewer Muha A. M.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — О О. Азюковський

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — О О. Азюковський

CHANGING THE ELECTRICAL PARAMETERS OF UNDERGROUND STEEL PIPELINES UNDER THE INFLUENCE OF HIGH VOLTAGE COMPONENTS OF CATHODIC PROTECTION STATIONS