ВЛИЈАНИЕ НА ВИСОКОНАПОНСКИ ВОДОВИ ВРЗ ЗАЗЕМЈУВАЧКИОТ СИСТЕМ НА КАТОДНАТА ЗАШТИТА НА ЦЕВКОВОДИТЕ

Transcript

1 ПЕТТО СОВЕТУВАЊЕ Охрид, 7 9 октомври 007 Владимир Талевски, дипл. ел. инж. ГА-МА А.Д. Систем оператор за пренос на природен гас Скопје Проф. д-р Мито Златаноски, дипл. ел. инж. Софија Николова, дипл. ел. инж. Факултет за електротехника и информациски технологии Скопје ВЛИЈАНИЕ НА ВИСОКОНАПОНСКИ ВОДОВИ ВРЗ ЗАЗЕМЈУВАЧКИОТ СИСТЕМ НА КАТОДНАТА ЗАШТИТА НА ЦЕВКОВОДИТЕ КУСА СОДРЖИНА Во нашата Република постојат цевководи за различна намена, како што се цевководи за водоснабдителните системи кои се најраспространети, цевководи за гас и сл. Тие можат да бидат поставени над земја, но најчесто се вкопани. Заради агресивноста на тлото кај вкопаните цевководи се предвидува заштита од корозија, која се реализира со заземјување на одредени точки од истите. Над цевководите, посебно над тие за регионалните водоснабдителните системи, поминуваат надземни водови со напони 0 kv и повисоки, кои имаат значително влијание на заземјувачкиот систем на цевководот. Во овој реферат ќе биде прикажан начин на пресметка на ова влијание и мерките за отклонување на пречките. Клучни зборови: индуктивно влијание, напон на цевковод, корозија од наизменична струја, зона на влијание. ABSTRACT our Republic there are pipelies for differet purposes, like for systems for water supply, that are widely spread, pipelies for gas etc. They ca be placed above groud, but mostly they are placed uder groud. Because of the aggressiveess of the soil, at uder groud pipelies is implemeted cathodic protectio, which is maaged with groudig the pipelie at some poits. Above the pipelies, especially above the regioal pipelies for water supply there are above groud electrical lies, with voltages of 0 kv are more, that have sigificat ifluece o the groudig system of the pipelie. this paper will be preseted a way of establishig calculatio of that ifluece ad measures to be take i order to reduce the ifluece. Keywords: iductive ifluece, voltage of pipelie, corrosio from AC curret, zoe of ifluece.. ВОВЕД Воздушните и подземните цевководи кои се водат паралелно или во близина на надземните водови се предмет на индуцирани напони предизвикани од временски-променливите магентни полиња создадени од струите кои течат во високо-напонските линии. Индуцираните електромоторни сили предизвикуваат струи кои течат низ цевководите и напони помеѓу цевководите и околната земја. При тоа нивното влијание може да биде: индуктивно, капацитивно или отпорно. Во овој труд предмет на разгледување е само индуктивното влијание и за тоа ќе биде посочен и метод на пресметка. B3-05R /8

2 MAKO CGRE 007 B3-05R /8. ОПШТО ЗА ИНДУЦИРАНИ ЕМС (ЕЛЕКТРОМОТОРНИ СИЛИ) ПРИ ИНДУКТИВНИ ВЛИЈАНИЈА Во густо населените места често не постои начин да се избегне приближувањето на цевководите и високонапонските водови, нивното вкрстување и паралелно водење. Како резултат на наизменичните напони индуцирани во овие цевководи, може да се појават високи напони па е потребна заштитна мерка, како од електробезбедност така и од корозија. За време на конструкцијата и оперирањето на цевководите, специјални мерки мора да се превземат според релевантни стандарди и регулации, но со земање во предвид на системите за катодна заштита. Постојат два главни типови на интерференција кои мора да бидат проценети на различни начини:. Кратко време на интерференција предизвикана од куса врска на високонапонскиот вод и. Постојана интерференција предизвикана од оперативните струи на високонапонските водови. Во двата случаеви индуцираните напони мораат да бидат смалени во дозволените граници. Дисконекцијата со земјата на цевководот е главна работа за функционирањето на катодната заштита. Заземјувачите конзумираат заштитна струја, и поради можните релаксирачки струи кога ќе се исклучи заштитната струја, тие можат да предизвикаат проблеми во мерењето при одредувањето на вистинскиот потенцијал при off-потенцијал техниката. Индуктивното влијание на високонапонските водови на блиските цевководи зависи во главно од неколку параметри: - Струите низ високонапонските водови и оперативните услови При нормален погон, индуцираните ЕМС (електромоторни сили) зависат од струите во фазите. При појава на еднофазни куси врски со земја, амплитудата на ЕМС зависи од струјата на куса врска. Индуцираните напони можат да бидат многу поголеми отколку тие во нормални услови но нивното времетраење е многу кратко. Практично сите грешки на високонапонските водови се елиминираат за помалку од 0, секудни. - Растојание помеѓу електричните линии и цевководите Растојанието помеѓу високонапонските линии и цевководите е важен фактор кој влијае на нивото на индуцираниот напон. Ова се редуцира со зголемувањето на растојанието. - Должината на линијата која е подложена на влијание Должината на линијата која е изложена на влијание (цртеж ) е зона во која влијанието е најголемо. Се смета дека влијанието е значајно кога индуцираната ЕМС како резултат на струја на куса врска со повратна врска со земја е поголема од 0 V/km x ka. Таква вредност одговара апроксимативно со растојание (во m) помеѓу високонапонскиот вод и цевководот помало од 00 ρ (ρ специфичен отпор на земја во Ω m ). Според стандардот JUS N.CO. 05, кој ги третира електромагнетните влијанија врз цевководите, должината на оддалеченоста на далеководите и цевководите при кое треба да се испитува влијанието е: 000 m при куса врска, а 400 m при нормален погон. 3. МЕТОД ЗА ПРЕСМЕТКА НА ИНДУКТИВНОТО ВЛИЈАНИЕ 3.. Општо Пресметката на напоните кои можат да се појават на цевководите се спроведува главно во два чекора: - одредување на ЕМС-ли индуцирани по должина на цевководот. - пресметка на напоните кон земја и на струите низ цевководот како резултат на индуцираните ЕМС-ли. Зоната на влијание генерално содржи делови на паралелни простирања, приближувања и пресекувања. Со цел да се одредат индуцираните напони, при приближувања и вкрстувања, истите треба да се третираат како паралелни простирања со тоа што се врши поделба на тие делови на секции со доволно мали должини.

3 MAKO CGRE 007 B3-05R 3/8 d = 00 ρ d = 00 ρ B A A cevkovod zoa a vlijaie Цртеж. Должина на влијание Цртеж. Еквивалентно коло за цевковод земја. При ваква пресметка треба да се согледаат две различни ситуации во енергетските мрежи: - состојба на куса врска која ја дава најголемата вредност на ЕМС-ла но само во ретки и кратки периоди на време. - нормален погон со мали но постојани ЕМС-ли. Сериозни индуктивни влијанија може да се очекуваат врз цевководите кога тие се цел на долги паралелни приближувања со трифазни далеководи со номинален напон 0 kv и повеќе, иако проблемот на корозија ги зема во предвид далеководите со номинален напон од 0 kv и повеќе. Проблемите се зголемуваат со зголемувањето на погонските струи и струите на куси врски како и со подобрувањето на квалитетот на изолацијата на цевководот. Како резултат на магнетните полиња во цевководите, без оглед на тоа дали се положени во земја или се поставени над земја, се индуцираат електромоторни сили како резултат на струите кои течат во соседните метални проводници. Последица на индуктивниото влијание од високонапонските водови на спојно заварените цевководи се струи во цевководите и напони помеѓу цевководите и околното земјиште. Поради добрата изолација на цевководот, целокупниот напон се појавува помеѓу цевководот и непосредната околина на земјата. Оштетувањата на изолацијата треба да бидат многу мали доколку доследно се следат прописите за полагање на цевководите. Потенцијалната инка која се појавува кај оштетувањата зазема површина од само неколку дециметри.

4 MAKO CGRE 007 B3-05R 4/8 Проценката на напонот према референтна земја кој се појавува под влијание се врши со помош на теоријата на распростирање на бранови на основа на јачината на електричното поле по единица должина (напон на единица должина) кој се индуцира на идеално изолиран проводник и на основа на карактеристиките на цевководот. Напонот на цевководот зависи од конструкцијата на цевководот, неговата должина во однос на должината на паралелното приближување, начинот на заземјување на цевководот и други фактори. Висината на електромоторната сила како и нејзините екстреми одредени со геометриските координати го одредуваат местото на дефект на цевководот со земање во предвид на меѓусебната положба на далеководот и цевководот кај паралелното приближување. При тоа мора да се истакне дека поради конфигурацијата на земјиштето и другите фактори во природата никогаш не може да се смета на идеални паралелни приближувања. Кај пресметката на електромоторните сили употребуваме одредени апроксимативни методи кои имаат одредни правила за нивна пресметка кои се предодредени така што резултатот на пресметката што повеќе да одговара на вистинскиот. 3.. Карактеристични параметри на цевковод На цртежот 3 се прикажани електричните параметри на цевководот и далеководот кои учествуваат кај индуктивното влијание. ( r) R ωl c r ωc G Y c Цртеж 3. Електични параметри кои влегуваат во почетната пресметка на влијание. Цевководот кој е споен со заварување по целата негова должина може да го сметаме како долг прав проводник. Како таков тој има свои електрични параметри: омски отпор, реактанса, кондуктанса, сусцептанса на цевководот Услови на куса врска Меѓу различните видови на куси врски, кусата врска помеѓу една фаза и земја продуцира најсилни влијанија. Во овој случај пресметката се сведува на одредување на спрегата помеѓу две кола кои ја имаат земјата како повратна врска. Во најпростата конфигурација во која електричното коло е претставено со надземен вод без заземјувачко јаже и во отсуство на други метални проводници во близина, електромоторната сила Е која влијае на колото цевковод/земја на единица должина е поврзано со индуцирачката струја во далеководот за време на грешка изразено со следната равенка: E = m () Каде - m претставува меѓусебна импеданса на единица должина од колото фазен проводник/земја и цевковод/земја ( Ω / m ), индуцирачката струја. Во близината на далеководот, магнетното поле е како последица на погонските струи во фазните проводници. Обично сумата на струите во сите три фази е еднаква, но резултантното магнетно поле не е еднакво на нула поради неправилниот геометриски распоред на проводниците, како и поради различните растојанија помеѓу заштитното јаже и фазните проводници помеѓу себе и према земјата. На вредноста на подолжната јачина на електричното поле кое се индуцира во идеално изолиран проводник поради погонските струи влијаат следниве величини: фреквенцијата, вредноста

5 MAKO CGRE 007 B3-05R 5/8 на погонската струја, редукциониот фактор, положбата на далекуводот кој врши влијание и специфичниот отпор на земјата. Во случај да, проводникот кој е под влијание е во подрачје на повеќесистемски далеководи односно на поголем број на далеководи, во проблемот мора да се земе во предвид и: распоред на системот, распоред на фазните проводници во системите, вредноста на погонските струи во поедините системи и фазните агли помеѓу погонските струи на поедините системи. Основната равенка за пресметка на подолжната јачина на електичното поле кое го индуцираат погонските струи на далеководот во идеално изолиран проводник е :,,,,,, U = U U Каде со индекс се означува: водот кој врши влијание, водот кој е под влијание, заштитно јаже Пресметка при реални услови Вистинските прилики се далеку од идеални услови. Во стварноста имаме доста прекршувања на далеководите и цевководите со кратки промени на смеровите. Следствено на тоа не можеме да зборуваме за константни јачини на електрично поле кое се индуцира во цевководот. Пресметката на влијанието на далеководот врз цевководот се изведува во следните гранични услови: m кај влијанија при еднофазни куси врски со земја m кај влијание при погонски струи низ далеководот. При пресметките на карта со размер обично од :5000 се цртуваат поставеностите на далеководот во однос на цевководот. Искривените делови на цевководот се зенемаруваат со прави линии. Се врши поделба на цевководот на поедини делови во однос на точките на прекршувања на цевководот и далеководот и на нивните вкрстувања. На тие отсечки се спуштаат проекции на далеководот. Колку е поделбата погуста, толку е поголема и точноста, но тоа значи и поголемо време на пресметување. Поради точноста на пресметките се користи предлогот по JUS N.CO. 05 за одредување на средна геометриска оддалеченост a = a * a на косото приближување,кој важи само под услов да односот на поголемата оддалеченост во однос на помалата не е поголем од 3 (Цртеж 3). Пресметката на потенцијалот на цевководот се базира на вистинските претпоставки, така што со пресметката што е можно поблиску се доближиме до вистинските прилики кои владеат во природата. Претпоставките под кои се пресметува потенцијалот на цевководот се: земјоспојот се случува вон делницата на паралелното приближување, цевководот е паралелен на далеководот кој му врши влијание, цевководот на краевите на приближувањето е заземјен со импеданси и, специфичниот отпор на земјата е константен по целата должина на паралелизмот. Поаѓајќи од горенаведените претпоставки се добиваат диференцијалните равенки за пресметка на потенцијалот на цевководот U C и струјата на цевководот C : du ( X ) dx d ( X ) dx C = ( x) E C () = Y U ( x) (4) (3)

6 MAKO CGRE 007 B3-05R 6/8 Цртеж 4. Пример за поделба на секции Апроксимативна пресметка на максимално индуцираните напони Најпростата пресметка се состои во асимилирање на комплетната зона на влијание кон паралелизам, со константна еквивалентна ЕМС по единица должина. Оваа еквивалентна ЕМС е дадена со равенката : E = E i Li (5) L i= Каде Ei ЕМС по единица должина на секцијата i, Li должина на секцијата i, број на секции, L вкупна должина на зоната на влијание L = L i i= При одредувањето на напонот цевка-земја,како што е погоренаведено, мора да се земе во предвид простирањето на цевководот надвор од подрачјето на кое се разгледува влијанието на околниот далековод. При тоа се разгледуваат 3 (трите) случаеви: - цевководот се протега неколку километри после подрачјето на влијание, без заземјување - на еден крај цевководот се протега надвор од подрачјето на влијание без заземјување, а на другиот крај завршува (изолирачко парче) - на едниот крај почнува со изолирачко парче а на другиот се протега надвор од подрачјето на влијание без заземјување. При секој од наведените случаеви максималниот напон е максимален на краевите од подрачјето на приближување. При поделба на зоната на влијание на повеќе секции (зони) секоја поделба се претставува со π заменска шема, која е под влијание на електромоторна сила.. i i i a Y Y Y Y Yi Yi Y i Yi+ Y Y Y b e 0, e,, 3 e i i, i i, i + e,, + Цртеж 5. Пример за поделба на зоната на влијание на повеќе делови со π - заменска шема.

7 MAKO CGRE 007 B3-05R 7/8 4. ОПАСНОСТ ОД AC КОРОЗИЈА Опасноста од AC корозија е третирана во последниве 50 години. Таа се однесува најчесто на подземни цевководи поставени во близина на надземни високонапонски водови со номинален напон повеќе од 0 kv. Во повеќето објавени литератури до сега, се тврди дека корозијата од наизменична струја е мал процент во однос на она што би било од еднонасочна струја со густина еквивалентна на ефективната вредност од наизменичната. Овие проценти варираат од експеримент до експеримент и е функција од фреквенцијата, природата на металот, специфичниот отпор на земјата итн. Уште во 967 година, доказите за можниот карактер на корозијата од индуцираната наизменична струја, беа објавени од Devay et al: покажаа дека во присуство на иста вредност на наизменична струја, се зголемува суперпонираноста на еднонасочните струи со што се намалува степенот на корозија, но не во доволен степен. Корозијата од индуцирана наизменична струја доби на интерес кога во Германија беше пробушен цевковод во 986 година. Оваа штета беше направена како резултат на корозијата од наизменична струја. Во 987 година слично на случајот во Германија се случи оштетување на цевковод и во Швајцарија. Кон ова се додадоа и извештаите за слични настани и во САД, Канада и Франција. Од корозивната пенетрација и животниот век на цевководите, беше проценето дека во претходно наведените случаеви степенот за корозија од индуцирана наизменична струја се движи помеѓу 0,08-0,4 mm/год. Критериумот за одлучување за превземање на превентивни мерки од корозија од наизменична струја се различни во различни земји. Прво, од безбедносни причини, генерално се смета дека наизменичниот напон треба да има ефективна вредност помала од 50 V. Сепак корозија од наизменична струја можи да се појави и за многу помала вредност на напонот. Во 977 година NACE го апсолвираше проблемот на корозија од наизменична струја и издаде Стандарди (Препораки) за контрола на корозијата и безбедносните мерки. Во 995 година тие препораки беа обновени и објавени како стандард RP Mitigatio of Alteratig Curret ad Lightig Effects o Metallic Structures ad Corrosio Cotrol Systems. Тој стандард е прифатен како таков во Канада и е со ознака CAN/CSA-C.3 No.6-M9 Priciples ad Practices od Electrical Coordiatio betwee Pipe Lies ad Electric Supply Lies. NACE и Канадскиот стандард препорачуваат потенцијалот кој се индуцира на цевководот од наизменичната струја да е под вредноста од 5 V. Критериум кој се употребува во Германија вели дека нема да се појави корозија од наизменична струја ако нејзината ефективна вредност е пониска од ( ma / cm ) или (0 A / m ) и дека корозијата е малку веројатна за вредност над 0 ma / cm. Помеѓу и 0 ma / cm, корозијата можи да се појави, што зависи од природата на земјата. 5. НАМАЛУВАЊЕ НА ВЛИЈАНИЈА СО ЗАЗЕМЈУВАЊЕ НА ЦЕВКОВОДОТ Заштитата од превисок напон на допир се постигнува со тоа што се намалува отпорот на изолацијата на цевководот. Тука треба да се спомене дека со тоа смалување на отпорноста на изолацијата битно се менуваат карактеристичните вредности на цевководот а со тоа и на висината на потенцијалот на цевководот кој е под електроенергетско влијание. Наједноставно намалување на отпорот на цевководот кон земја се постигнува со тоа што цевководот, во одредни точки се заземјува со поцинкувани челични траки, кои обично се употребуваат за заземјување на електроенергетски постројки. Кај долготрајните влијанија, кога мора да се намали напонот на допир на цевководот под 5 V, цевководот мора да се заземји непосредно со помош на поцинковани челични траки. Истите тие заземјувачи можат да ја превземат функцијата на одвод на потенцијалот на цевководот при земјоспој на далековод и така активно да земат учество во заштитата при краткотрајни влијанија. При тоа, цевководот кој се заземјува непосредно со поцинкувани челични траки го смалува напонот на допир но и негативно се одразува на катодната заштита на цевководот. Сепак доколку се употребат

8 MAKO CGRE 007 B3-05R 8/8 поцинковани челични траки кои имаат слој на нанесен цинк со дебелина од 70 μ m тогаш немаме така големи губитоци на енергија за погон на катодната заштита, со оглед на тоа дека цинкот е сам по себе негативен (-, V спрема Cu/CuSO 4 ) и ги потпомага станиците за катодна заштита. Доколку се утврди дека тоа не може да се постигне, тие заземјувачки траки се поврзуваат на цевководите преку блокирачки уреди кои имаат својства да ги пропуштаат наизменичните струи а воедно да ги блокираат еднонасочните. 6. ЗАКЛУЧОК Разгледувајќи ја проблематиката на заштита и заштитни средства во зависност од нивото на опасен напон на цевководите доаѓаме до сознанија дека ова е комплексна проблематика која се состои од две големи подрачја:. заштита на луѓето кои го градат цевководот и заштита на персоналот кој го одржува во погон цевководот.. заштита на самиот цевковод од наизменична струја, која заштита при тоа не треба да влијае негативно на катодната заштита од еднонасочна струја. Овие подрачја може да ги дефинираме со една реченица гранична вредност на потенцијалот на цевководот и напон на допир. Со таква една дефиниција се поставува граница, која го разделува влијанието на два дела: - вредности на потенцијалот на цевководот и напон на допир при кој нема потреба од превземање на мерки на заштита, - вредности на потенцијалот на цевководот и напон на допир кај кои е потребно да се обезбеди ефикасна заштита. Граничните вредности на потенцијалот на цевководот и напонот на допир, во различни земји имаат различни вредности. Тоа се подразбира само по себе поради различната филозофија на гледањето на проблемот односно на пристапот на решавање на влијанието на ЕЕ постројки на цевководите. Методата за намалување на влијанието се состои во ефикасното заземјување на цевководите при што се практикуваат заземјување поради опасност од напон на допир, заради заштита на луѓето, како и заземјувања поради катодна заштита на цевководите. Начинот на нивната примена произлегува од потребата да се добие потребното ниво на заштита со соодветното заземјување. 7. ЛИТЕРАТУРА [] RP Mitigatio of Alteratig Curret ad Lightig Effects o Metallic Structures ad Corrosio Cotrol Systems [] CAN/CSA-C.3 No.6-M9 Priciples ad Practices od Electrical Coordiatio betwee Pipe Lies ad Electric Supply Lies [3] Guide o the fluece of High Voltage AC Power Systems o Metallic Pipelies Workig Group 36.0 [4] Uticaj Elektroeergetskih postrojeja a Telekomuikacioa postrojeja i Metale Cevkovode i jihova zastita Elektroistitut Mila Vidmar [5] Detectio of AC corossio CEOCOR BARRT / FRANCE R. Gregoor, A. Pourbaix, Ph. Carpetiers [6] DC Decouplig/AC Groudig of Electrical Equipmet Cathodically Protected Systems Dairlylad Electrical dustries c.