УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ВЛИЯНИЯ НАВЕДЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И ГРОЗОВЫХ АТМОСФЕРНЫХ РАЗРЯДОВ

Полезная модель относится к средствам для защиты протяженных подземных сооружений, в первую очередь, трубопроводов, от воздействия наведенного электрического тока и грозовых атмосферных разрядов
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленной полезной моделью признаков.
Известен способ защиты подземных стальных трубопроводов от коррозии, включающий покрытие наружной поверхности их изолирующим материалом и катодную защиту, отличающийся тем, что при защите подземных магистральных трубопроводов от коррозии, расположенных в зоне действия блуждающих токов электрифицированной железной дороги, вблизи ее тяговых подстанций постоянного тока определяют максимальную среднесуточную плотность блуждающих токов, стекающих с участков подземных трубопроводов, имеющих положительный потенциал к земле, и, если максимальная среднесуточная плотность блуждающих токов больше допустимой величины, выполняют электрический дренаж этих токов через дренажные устройства от трубопровода на рельсы электрифицированной железной дороги или устраняют повреждение изолирующего покрытия, причем максимальную среднесуточную плотность блуждающих токов определяют путем деления максимального среднесуточного значения блуждающих токов на величину площади рабочего электрода измерительного зонда, который погружают в грунт, по меньшей мере, в трех контрольных точках вблизи анодной зоны трубопровода, см. заявку на выдачу патента РФ №2008112781.
Трубопроводы часто размещают в одном коридоре с воздушными высоковольтными линиями электропередачи. Это дает преимущества благодаря рациональному использованию земельных площадей и созданию условий для эффективного технического обслуживания и эксплуатации наземных и подземных коммуникаций, однако высоковольтная линия электропередачи создает переменное электромагнитное поле, которое оказывает влияние на подземный трубопровод, что приводит к возникновению в трубопроводе продольной электродвижущей силы (ЭДС), что в свою очередь может привести к угрозе безопасности персонала, возникновению электролитической коррозии от переменного тока, а также к повреждению электрических устройств, связанных с трубопроводом.
Высоковольтная линия электропередачи (ЛЭП) оказывает опасное влияние на проходящий вблизи нее стальной трубопровод при параллельном следовании трубопровода и ЛЭП, в местах пересечения трубопровода и ЛЭП, в местах сближений и удалений трубопроводов и ЛЭП.
В случае обрыва или повреждения высоковольтной линии электропередачи трубопровод может непосредственно оказаться под напряжением в несколько тысяч вольт. Опоры высоковольтной линии являются также потенциально опасными для трубопроводов в условиях возникновения атмосферных перенапряжений (грозовых разрядов), что требует применения специальных грозозащитных устройств для трубопровода (грозозащиты).
Для снижения влияния высоковольтных линий электропередачи применяется устройства защиты трубопроводов от влияния наведенного электрического тока, которые являются элементами системы электрохимической защиты трубопроводов от коррозии и реализуют следующие функции:
- отвод от трубопровода индуцированного высоковольтной линией электропередачи переменного тока через заземление;
- предотвращение утечки защитного потенциала электрохимической защиты трубопроводов от коррозии;
- измерение отводимого переменного тока через встроенный трансформатор;
- грозозащиту трубопровода.
Известно устройство защиты трубопроводов от влияния наведенного электрического тока и грозовых атмосферных разрядов (ТУ 3435-005-93719333-2010), которое состоит из стойки, блока отведения переменного тока, клеммного терминала и заземляющего устройства, при этом блок отведения переменного тока включает конденсаторный блок, предназначенный для отведения переменного тока на заземляющее устройство, устройство защиты от атмосферных перенапряжений (грозозащиты) - газовый искроразрядник, трансформатор для измерения отводимого переменного тока и частотный фильтр для предотвращения утечки переменного тока фиксированной частоты при использовании на трубопроводе электрометрического оборудования. Заземляющее устройство состоит из горизонтальных заземлителей, вертикальных заземлителей или их комбинации. Горизонтальные и вертикальные заземлители представляют собой соединенные между собой секции из нержавеющей или оцинкованной стали. Количество заземлителей, а также число секций в каждом из них определяется расчетным путем.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Недостатком прототипа является конденсаторный блок, который при пропускании переменного тока, при определенных условиях может просто выйти из строя, т.к. в этом блоке применяются электролитические конденсаторы, которые предназначены для пропускания однополярных импульсов электрического тока и требуют соответствующей полярности своего подключения.
Задачей полезной модели является повышение надежности устройства.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.
Устройство защиты трубопроводов от влияния наведенного электрического тока и грозовых атмосферных разрядов, включающее блок отведения переменного тока, клемму для подключения заземляющего устройства и клемму для подключения трубопровода, которое характеризуется тем, что блок отведения переменного тока включает конденсаторно-диодный блок, реализованный по схеме с последовательного встречным включением конденсаторов и шунтированием их диодами, устройство грозозащиты, трансформатор для измерения отводимого переменного тока и частотный фильтр для предотвращения утечки переменного тока фиксированной частоты при использовании на трубопроводе электрометрического оборудования.
За счет реализации отличительных признаков полезной модели достигается технический результат, заключающийся в том, что конденсаторно-диодный блок позволяет отводить переменный электрический ток на устройство заземления и не зависит от полярности импульсов, поскольку в нем реализована схема последовательного встречного включения конденсаторов и шунтирование их диодами, что позволяет пропускать импульсы любой полярности.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена блок-схема заявленного устройства, на фиг.2 - принципиальная схема заявленного устройства.
Устройство защиты трубопроводов от влияния наведенного электрического тока и грозовых атмосферных разрядов включает блок отведения переменного тока 1 от трубопровода 2 и заземляющее устройство 3. Блок отведения переменного тока 1 включает конденсаторно-диодный блок 4, реализованный по схеме с последовательного встречным включением конденсаторов и шунтированием их диодами, устройство грозозащиты 5, трансформатор 6 для измерения отводимого переменного тока и частотный фильтр 7 для предотвращения утечки переменного тока фиксированной частоты при использовании на трубопроводе электрометрического оборудования. Заземляющее устройство 3 состоит из горизонтальных заземлителей, вертикальных заземлителей или их комбинации. Горизонтальные и вертикальные заземлители представляют собой соединенные между собой секции из нержавеющей или оцинкованной стали. Количество заземлителей, а также число секций в каждом из них определяется расчетным путем.
На принципиальной и блок-схеме приведены следующие обозначения: устройство грозозащиты, выполненное в виде разрядника, обозначено RU1, пассивный частотный фильтр - L1,C1, конденсаторно-диодный блок - C2-C5, VD1-VD4, трансформатор тока - TV1, разрядная цепь конденсаторов - R1,SA1. Клемма X1 предназначена для подключения к трубопроводу 2, клемма X2 предназначена для подключения к заземляющему устройству 3.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Заявленное устройство позволяет стекать наведенному электрическому току в заземляющее устройство, при этом не оказывает никакого влияния на систему катодной защиты, которая применяется на данном объекте. Конденсаторно-диодный блок 4 позволяет отводить переменный электрический ток на устройство заземления 3 независимо от полярности импульсов. Наличие устройства грозозащиты 5 обеспечивает отведение импульсных перенапряжений (грозовых разрядов) и кратковременных перенапряжений, которые могут возникнуть в случае замыкания линии электропередачи на землю в зоне действия устройства.
При подключении заявленного устройства к защищаемому трубопроводу 2 и заземляющему устройству 3 происходит перенос наведенного линией ЛЭП переменного электрического тока в землю, с помощью конденсаторно-диодного блока 4, включенного последовательно с нагрузкой. Полное сопротивление (импеданс) установленных конденсаторов достаточно мал для переменного тока промышленной частоты, поэтому потенциал наведенного переменного тока защищаемого трубопровода достаточно невелик (переменная составляющая тока, практически напрямую, «стекает» в землю). При этом данные конденсаторы препятствуют утечке защитного потенциала трубопровода при работе в комплексе со средствами электрохимической защиты (станциями катодной защиты), т.к. импеданс конденсаторов очень большой для постоянной составляющей тока. Исходя из вышесказанного, отсутствует необходимость в установке поляризующих элементов, например диодов.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом с использованием известных материалов и технических средств.