Электродренажная защита подземных трубопроводов

Для борьбы с таким явлением, как блуждающие токи, применяется электродренажная защита.

Наличие блуждающего тока на трубопроводе устанавливают на основании замеров потенциалов и тока. Опасны такие их значения, которые дают сдвиг потенциала от естественного в положительную сторону, причем, чем больше этот сдвиг, тем больше вероятность коррозии вследствие возникновения блуждающих токов. При обнаружении на трубопроводе блуждающих токов возникает необходимость принятия защитных мер для предупреждения разрушений. Одним из таких мероприятий является секционирование трубопроводов с помощью изолирующих фланцев.

При проектировании электрохимической защиты трубопровода следует иметь в виду, что большое число изолирующих фланцев на трубопроводе значительно усложняет эксплуатацию трубопровода и средств защиты. Выбор мест установки изолирующих фланцев в каждом отдельном случае определяется на основании электрических измерений непосредственно на трассе трубопровода. Неправильный выбор может сделать применение изолирующих фланцев не только бесполезным, но и вредным, так как пропорционально числу фланцев увеличивается число местных анодных зон.

Анодные зоны, возникающие на трубопроводах при установке изолирующих фланцев, устраняют присоединением к трубопроводу заземленных токоотводов, а также шунтированием фланцев, регулируемым сопротивлением, позволяющим регулировать режим защиты по силе пропускаемого тока, а также поляризованным шунтом (рис. 5.1). В качестве токоотводов могут быть использованы магниевые протекторы, которые, кроме того, осуществляют защиту трубопровода в анодных зонах у изолирующих фланцев. Применение токоотводов предохраняет изолирующие фланцы от пробоя, в случае попадания на трубопровод высокого напряжения (удар молнии и т.п.).

Рис. 5.1. Схема установки изолирующих фланцев:

а - с шунтирующим сопротивлением; б - с поляризованным шунтом;

в - с протектором-токоотводом; 1 - переменное сопротивление;

2 - изолирующий фланец; 3 - диод; 4 - токопровод

Сопротивление шунта (Ом) может быть определено по формуле

,                      (5.1)

где R_Т1, R_Т2 - продольное сопротивление на единице длины соответственно первого и второго участков трубопровода, Ом/м; R _из1, R _из2 - сопротивление изоляции на единице длины участков трубопровода, Ом∙м.

Основные требования, которым должно удовлетворять сопротивление и устройство шунта - обеспечение минимального защитного потенциала «труба-грунт» в анодной зоне и применение многожильного изолированного провода с сечением не менее 25 мм².

В зависимости от условий применения электродренажные установки можно разделить на 4 группы: прямые, поляризованные, усиленные дренажные и поляризованные протекторные (рис. 5.2).

Наиболее проста по конструкции установка прямого дренажа
(рис. 5.2, а). Она позволяет регулировать реостатом и контролировать по амперметру силу дренажного тока. Прямой дренаж обладает двусторонней проводимостью, которая применяется в зонах, где потенциал сооружения по отношению к рельсам электрифицированного транспорта всегда положителен. Однако во время аварийных или ремонтных отключений тяговой подстанции возможно перераспределение участков нагрузки между сопряженными тяговыми подстанциями. Это может вызвать в прямом дренаже обратные токи и усугубить коррозионную опасность для трубопровода. Поэтому прямой дренаж применяют крайне редко.

При устойчивой катодной зоне на трубопроводе, то есть при отрицательной разности потенциалов «труба-грунт» (направление тока с рельса на трубы) электрический дренаж не используют.

Поляризованный дренаж (рис. 5.2, б) применяют в тех случаях, когда потенциал защищаемого сооружения по отношению к грунту положительный или знакопеременный, а разность потенциалов «сооружение-рельс» больше разности потенциалов «сооружение-грунт». Благодаря введению в схему вентильного элемента поляризованный дренаж обладает односторонней проводимостью, что исключает попадание блуждающих токов в сооружение по дренажному кабелю при изменении режима работы тяговых подстанций.

Рис. 5.2. Схемы электродренажных установок:

a - прямой дренаж; б - поляризованный дренаж; в - усиленный дренаж;

г - поляризованный протектор; 1 - дренажные кабели; 2 - плавкий предохранитель;

3 - полупроводниковый вентиль; 4 - усиленная дренажная установка; 5 - протектор;

С - сооружение; Р - рельс; К - контактор кабелей тяговой подстанции

Усиленный дренаж (рис. 5.2, в) используют тогда, когда сооружение имеет положительный или знакопеременный потенциал по отношению к грунту, обусловленный действием источников блуждающих токов. Усиленный дренаж представляет собой катодную установку, в которой отрицательный полюс присоединен к защищаемому сооружению, а положительный - к рельсам электрифицированного транспорта. Такой дренаж, кроме отвода блуждающих токов от сооружения к рельсам, обеспечивает дополнительную катодную защиту подземного сооружения.

Все дренажные установки целесообразно подключаются к средней точке путевого дросселя.

Поляризованные протекторные установки (рис. 5.2, г) представляют собой обычную систему протекторов, присоединяемых к защищаемому подземному сооружению через полупроводниковые вентильные элементы. Поляризованные протекторные установки наиболее рационально использовать для защиты подземных сооружений блуждающими переменными токами. Они дают возможность через протектор снять с коррелирующих металлических конструкций анодный полупериод переменного тока и оставить на них, благодаря наличию в цепи вентильного элемента, катодный период, который обеспечивает их автоматическую катодную защиту.

При проектировании защиты подземных трубопроводов от коррозии блуждающими токами электрифицированных железных дорог возникает необходимость рассчитать основные параметры и элементы дренажных установок: общее сопротивление дренажа, включая сопротивление соединительных кабелей и реостата дренажа, сечение дренажного кабеля, ток в цепи дренажа, обеспечивающий защиту подземного сооружения по длине всей анодной зоны, места установки перемычек на параллельных трубопроводах и их сечениях.