СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ТРУБОПРОВОДА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАВЕДЕННОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для отведения переменного тока, наведенного в трубопроводе в результате электромагнитного воздействия высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) и других источников высокого напряжения, не оказывает влияния на защитный потенциал электрохимической защиты трубопровода, размещенного в токопроводящей среде и имеющего большую протяженность.
Заявляемое техническое решение предназначено для применения в местах существования опасного влияния ЛЭП на трубопровод, а именно, при параллельном следовании трубопровода и ЛЭП, в местах пересечения трубопровода и ЛЭП, в местах сближений и удалений трубопроводов и ЛЭП.
Трубопроводы часто размещают в одном коридоре с воздушными высоковольтными линиями электропередачи. Это дает много преимуществ, как благодаря рациональному использованию земельных площадей, так и созданию условий для эффективного технического обслуживания и эксплуатации наземных и подземных коммуникаций.
Однако такое размещение трубопроводов имеет и отрицательные стороны. Высоковольтная линия электропередачи создает переменное электромагнитное поле, вследствие чего в трубопроводе возникает индукция, приводящая к появлению в трубопроводе продольной электродвижущей силы, в результате чего возникает угроза безопасности персонала из-за поражения электрическим током, происходит интенсивная электролитическая коррозия от переменного тока, выходят из строя электрические устройства, связанные с нормальным функционированием трубопровода.
В случае обрыва или повреждения высоковольтной ЛЭП трубопровод может непосредственно оказаться под напряжением в несколько тысяч вольт. Опоры высоковольтной линии являются потенциально опасными в условиях возникновения атмосферных перенапряжений, грозовых разрядов, что требует применения соответствующих устройств защиты трубопровода от грозы. Для снижения влияния вышеуказанных отрицательных сторон на эксплуатацию и техническое обслуживание трубопроводов создаются соответствующие системы защиты.
Известно устройство для защиты от коррозии импульсным током металлических сооружений, размещенных в токопроводящей среде (патент на изобретение РФ №2223346, C23F 13/04, опубликовано 10.02.2004), содержащее электронный блок с источником постоянного тока, импульсным усилителем и схемой формирования импульсов, установленные в токопроводящей среде на заданном расстоянии от защищаемого сооружения заземляющее устройство, измерительные электроды потенциала защищаемого сооружения и потенциала поляризации, источник постоянного тока подсоединен через импульсный усилитель к защищаемому сооружению и к заземляющему устройству, измерительные электроды соединены со схемой формирования импульсов электронного блока, выход которой подсоединен к управляющему входу импульсного усилителя, при этом между источником постоянного тока и импульсным усилителем установлены последовательно зарядное устройство и накопитель электроэнергии.
К недостаткам известного устройства относится то, что оно не обеспечивает надежности защиты трубопроводов от наведенных индуцированных токов и представляет собой сложную конструкцию, требующую дополнительных источников электроэнергии.
Известно также устройство для компенсации переменного напряжения (патент на изобретение РФ №2114934, C23F 13/04, опубликован 10.07.1998) индуцированного в металлическом трубопроводе и направленного вдоль указанного трубопровода, расположенного в среде и окруженного слоем или оболочкой электроизоляционного материала, содержащее регулируемый источник переменного тока, выходы которого подсоединены к двум соединительным точкам на трубопроводе, расположенным на некотором расстоянии одна от другой вдоль трубопровода, характеризующееся тем, что оно снабжено средством для формирования сигнала с амплитудой и фазой, соответствующими переменному напряжению, индуцированному в трубопроводе в продольном направлении, выходы которого подсоединены к входам регулируемого источника переменного тока, при этом регулируемый источник переменного тока выполнен с возможностью формирования в зависимости от указанного сигнала переменного тока, протекающего вдоль с такими амплитудой и фазой, что ток стремится уменьшить разность напряжений между трубопроводом и средой.
При этом средство для формирования сигнала с амплитудой и фазой, соответствующими переменному напряжению, индуцированному в трубопроводе в продольном направлении, содержит измерительный проводник, расположенный в указанной среде вблизи трубопровода и изолированный от среды, при этом указанный сигнал формируется из переменного напряжения, индуцированного в измерительном проводнике, а средство для формирования сигнала с амплитудой и фазой, соответствующими переменному напряжению, индуцированному в трубопроводе в продольном направлении, содержит амплитудно-чувствительный элемент для формирования амплитудного сигнала, соответствующего амплитуде индуцированного напряжения, а также фазочувствительный элемент для формирования сигнала фазы, соответствующего фазе индуцированного напряжения, выходы амплитудно-чувствительного и фазочувствительного элемента соединены с входами источника переменного тока, при этом источник переменного тока выполнен с возможностью формирования в зависимости от амплитудного и фазового сигналов переменного тока с амплитудой, соответствующей амплитудному сигналу, и с фазой, соответствующей сигналу фазы.
Известное устройство для защиты от коррозии является устройством компенсации индуцированного в металлическом трубопроводе переменного напряжения. Устройство содержит в себе регулируемый источник переменного тока, снабженный средством для формирования сигнала с амплитудой и фазой, соответствующими переменному напряжению, индуцированному в трубопроводе в продольном направлении. При этом электрический ток от регулируемого источника переменного тока стремится уменьшить разность напряжений между трубопроводом и средой.
Данному устройству для работы требуется источник переменного тока, что приводит к дополнительному непроизводительному расходу электрической энергии. Кроме того, вышеуказанное устройство не оснащено устройством грозозащиты трубопровода, не предохраняет трубопровод от воздействия атмосферных перенапряжений и воздействия высоковольтного напряжения при обрыве провода ЛЭП и его замыкании на трубопровод.
Кроме того, данное устройство защиты отличается сложностью и дороговизной конструкции, оно характеризуется высокой энергозатратностью и требует мощного источника переменного тока, который должен обеспечивать надежную работу устройства в любых погодных условиях, при этом эффективность работы данного устройства во многом определяется высоким качеством и оперативностью настройки средств для формирования компенсирующего сигнала, а также высокими требованиями к качеству измерительного и контролирующего оборудования.
Известные устройства защиты трубопроводов от коррозии не обеспечивают комплексной защиты от опасного влияния высоковольтных линий электропередачи на трубопровод.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении надежности защиты трубопровода от воздействия наведенного переменного тока и упрощении ее устройства.
Поставленная задача решается благодаря тому, что система защиты трубопровода от воздействия наведенного переменного тока снабжена опорой с закрепленными на ней клеммным терминалом и электрическим шкафом, в котором размещены конденсаторный блок отведения переменного тока на заземляющее устройство и предотвращения утечки постоянного тока электрохимической защиты трубопровода, устройство фильтрации отводимого тока по фиксированной частоте, устройство измерения отводимого тока и устройство защиты от импульсных перенапряжений.
Заявляемая система защиты трубопровода, позволяющая не компенсировать, а отводить наведенный переменный ток на заземляющее устройство, не требует дополнительных источников переменного тока, что позволяет значительно упростить устройство системы защиты трубопровода от воздействия наведенного переменного тока, обеспечивает повышение ее надежности в различных климатических условиях. Устройство отведения переменного тока на заземляющее устройство упрощает конструкцию и повышает надежность системы защиты благодаря применению конденсаторного блока, который позволяет не только отводить наведенный на трубопровод переменный ток, но и одновременно предотвращает утечки его защитного потенциала, т.е. предотвращает утечки постоянного тока электрохимической защиты трубопровода.
Система защиты трубопровода позволяет контролировать защитный потенциал электрохимической защиты, предотвращая его утечку, через наружное покрытие трубопровода с применением стандартного электрометрического оборудования, без отключения блока отведения наведенного переменного тока, обеспечивая тем самым высокую надежность защиты трубопровода.
Устройство фильтрации отводимого от трубопровода наведенного переменного тока обеспечивает задержание тока по фиксированной частоте, необходимой для функционирования измерительного, диагностического и другого профессионального оборудования обслуживания трубопровода.
Заявляемое техническое решение обеспечивает простоту и оперативность замеров отводимого переменного тока, благодаря применению приборов измерения малых величин тока, значительно уменьшенных по сравнению с величинами реально отводимых токов, упрощая тем самым конструкцию устройства и осуществление контроля за функционированием системы защиты трубопровода.
Кроме того, применение устройства защиты от импульсных перенапряжений, возникающих от грозового разряда, при обрыве провода высоковольтной ЛЭП, от замыкания линии электропередачи на грунт в зоне действия системы защиты трубопровода, обеспечивает надежную комплексную защиту трубопровода. Наличие клеммного терминала, закрепленного на опоре, обеспечивает простоту и доступность контроля за состоянием работы системы защиты трубопровода.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна». Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления.
Сущность полезной модели поясняется техническими рисунками, где на фиг.1 - представлен общий вид системы, на фиг.2 - функциональная схема системы защиты трубопровода от воздействия наведенного переменного тока.
Секция металлического трубопровода 1 имеет защитное неэлектропроводное покрытие, электроизоляционную оболочку, и электрически изолирована от соседних секций трубопровода с помощью электроизолирующих вставок, муфт.
Система защиты трубопровода 1 (на фиг.1 изображена секция трубопровода), размещенного в токопроводящей среде 2, от воздействия наведенного переменного тока состоит из опоры 3, закрепленной, в данном случае, в грунте 2 с помощью анкерного крепления 4.
На опоре 3 закреплен электрический шкаф, в котором размещен конденсаторный блоком 5 отведения индуцированного переменного тока и предотвращения утечки постоянного тока электрохимической защиты, заземляющее устройство 6, устройство 7 фильтрации отводимого тока по фиксированной частоте, устройство 8 измерения отводимого тока, устройство 9 защиты от импульсных перенапряжений. Кроме того, на опоре 3 закреплен клеммный терминал 10, обеспечивающий возможность контроля за функционированием системы.
Устройство 7 фильтрации отводимого тока по фиксированной частоте выполнено в виде частотного фильтра с фиксированной частотой.
Устройство 8 измерения отводимого тока выполнено в данном случае в виде трансформатора с коэффициентом трансформации 100:1, работающего в одной электрической цепи с блоком 5 отведения индуцированного переменного тока.
Устройство 9 защиты от импульсных перенапряжений выполнено в виде газового искрового разрядника и предназначено для защиты от атмосферных перенапряжений и воздействия грозового разряда, а также защиты от кратковременных перенапряжений, возникающих, например, при замыкании линии электропередачи на грунт 2.
Кроме того, система защиты трубопровода от воздействия наведенного переменного тока снабжена электроизолированным кабелем 11, связывающим трубопровод 1 с клеммным терминалом 10.
Электроизолированный кабель 12 соединяет клеммный терминал 10 с заземляющим устройством 6.
Заземляющее устройство 6 может состоять из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей или их комбинации. Заземлители представляют собой соединенные между собой секции из нержавеющей или оцинкованной стали. Количество заземлителей, а также количество секций в каждом из них определяется проектом на трубопроводную систему.
Отведение наведенного переменного тока осуществляется по следующей электрической цепи: кабель 11, подключенный к трубопроводу 1 - клеммный терминал 10 - частотный фильтр 7 - конденсаторный блок 5 отведения переменного тока - заземляющее устройство 6.
Конденсаторный блок 5 позволяет отводить наведенный переменный ток и препятствует утечке защитного потенциала трубопровода, возникновению постоянного тока, через заземляющее устройство 6.
Кроме этого, отводимый от трубопровода 1 через заземляющее устройство 6 наведенный переменный ток отфильтровывается с помощью частотного фильтра 7 с полосой задержания, настроенной на частоту сигналов устройств измерительного и диагностического оборудования трубопровода.
В случае возникновения атмосферных перенапряжений или обрыве провода высоковольтной линии электропередачи на трубопровод отведение тока разряда осуществляется по электрической цепи: кабель 11, подключенный к трубопроводу 1 - клеммный терминал 10 - устройство защиты от импульсных перенапряжений 9 - заземляющее устройство 6.
Измерение величины отводимого от трубопровода наведенного переменного тока осуществляется на соответствующих контактах клеммного терминала 10, соединенных с выходными контактами трансформатора 8 измерения тока.
Таким образом, заявляемое техническое решение представляет собой многофункциональную систему, обеспечивающую защиту трубопровода от воздействия на него высоковольтных линий электропередач, индуцирующих в трубопроводе переменный ток, а также от воздействия атмосферных перенапряжений, возникающих во время грозы или при обрыве провода ЛЭП, повышает надежность электрохимической защиты трубопровода, при этом система обеспечивает одновременное выполнение указанных функций, не требует дополнительных источников энергии, упрощает конструктивное выполнение устройства защиты и уменьшение ее стоимости и эксплуатации.