Расчет электрических характеристик защищаемых магистральных газопроводов

6.1 Электрические характеристики защищаемых магистральных газопроводов являются основными параметрами, определяющими распределение защитного тока. К первичным электрическим параметрам газопровода относятся:

- переходное сопротивление, R_n Ом·м²;

- продольное сопротивление, R_m, Ом/м.

6.2 Исходные данные для определения электрических характеристик газопроводов:

- диаметр трубы, D_m, м;

- толщина стенки трубы, δ _т, м;

- марка стали трубы;

- сопротивление изоляции, R_из, Ом·м²;

- среднее удельное электрическое сопротивление грунта, r _г, Ом·м;

- глубина укладки газопровода, Н_т, м.

6.2.1 Диаметр газопровода, толщину стенки трубы, марку стали трубы и глубину ее укладки определяют по проектной документации.

6.2.2 Сопротивление изоляции для вновь строящихся и реконструируемых магистральных газопроводов определяют в зависимости от типа изоляции по таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Сопротивление изоляции строящихся и реконструируемых газопроводов

Тип изоляционного покрытия	Сопротивление изоляции газопровода Rиз 0, Ом·м2
Усиленные	Трех-, двухслойное полимерные покрытия на основе термореактивных смол и полиолефина Покрытия на основе термоусаживающихся материалов	3·105
Все остальные покрытия, кроме мастичных и полимерно-битумных	1·105
Мастичные и полимерно-битумные покрытия	5·104
Все покрытия нормального типа	5·104

6.2.3 Сопротивление изоляции эксплуатируемых газопроводов определяют по результатам изысканий. Порядок определения сопротивления изоляции эксплуатирующихся трубопроводов приведен в "Руководстве по эксплуатации противокоррозионной защиты трубопроводов" [4].

6.3 Вторичными электрическими параметрами газопровода являются постоянная распространения тока, входное и характеристическое сопротивление, которые определяют расчетным путем.

6.3.1 Продольное сопротивление трубопровода R_m, Ом/м, вычисляют по формуле

(6.1)

где r _т - удельное электрическое сопротивление материала трубы, Ом·м (определяют в зависимости от марки стали по таблице 6.2);

D_m - диаметр трубы, м;

d _т - толщина стенки трубы, м.

Продольное сопротивление стальных трубопроводов R_m, имеющих стандартные размеры, в практике строительства магистральных газопроводов в зависимости от удельного электрического сопротивления трубной стали определяют из приложения А.

Таблица 6.2 - Удельное электрическое сопротивление различных марок трубной стали

Марка трубной стали	Удельное электрическое сопротивление трубной стали, Ом·м
17ГС, 17Г2СФ, 08Г2СФ	2,45·10-7
18Г2, СТ3	2,18·10-7
18Г2САФ, 18ХГ2САФ	2,63·10-7
15ГСТЮ	2,81·10-7
Данные о марке стали отсутствуют	2,45·10-7

6.3.2 При изменяющейся толщине стенки трубы вдоль трубопровода расчет продольного сопротивления производят по средней ее величине d _т.с, м

(6.2)

где d _тi - толщина стенки трубы i -го участка трубопровода, м;

l_i - длина участка трубопровода с толщиной стенки d _тi, м.

6.3.3 Переходное сопротивление трубопровода R_n, Ом·м², вычисляют по формуле

R_п = R_из + R_р, (6.3)

где R_из - сопротивление изоляционного покрытия трубопровода, Ом·м²;

R_р - сопротивление растеканию трубопровода, Ом·м².

6.3.4 Сопротивление растеканию тока трубопровода R_p, Ом·м², вычисляют по формуле

(6.4)

6.3.5 Сопротивление растеканию тока трубопровода , Ом·м, вычисляют по формуле

(6.5)

где Н_т - глубина залегания трубопровода, м;

r_г - среднее удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·м, вычисляемое по формуле

(6.6)

где l_i - длина i -го участка с удельным электрическим сопротивлением грунта r_гi, м;

п - количество участков с удельным электрическим сопротивлением грунта r_гi.

6.3.6 Значения сопротивления растеканию тока магистральных газопроводов наиболее распространенных диаметров для различных удельных сопротивлений грунта приведены в приложении Б.

6.3.7 Прогнозирование изменения переходного сопротивления трубопровода R_п (t), Ом·м², осуществляют по формулам

R_п (t) = R_p + R_из (t) (6.7)

R_п (t) = R_р + R_из0 · е^{- g· t} , (6.8)

где R_из0 - начальное значение сопротивления изоляции трубопровода, Ом·м²;

g - коэффициент, характеризующий скорость изменения сопротивления изоляции во времени; для трубопроводов, построенных по ГОСТ Р 51164, g = 0,1092.

В таблице 6.3 приведены прогнозируемые значения сопротивления различных типов изоляции на 10-й, 20-й и 30-й год для трубопроводов, построенных в соответствии с ГОСТ Р 51164.

6.4 Постоянную распространения тока вдоль трубопровода a, 1/м, вычисляют по формуле

(6.9)

Постоянную распространения тока вдоль трубопровода как функцию времени a(t), 1/м, вычисляют по формуле

(6.10)

Таблица 6.3 - Прогнозируемые значения сопротивления изоляционного покрытия трубопровода R_из (t) через 10, 20 и 30 лет его эксплуатации

Тип изоляционного покрытия	Прогнозируемое сопротивление изоляции трубопровода Rиз (t), Ом·м2, через
10 лет	20 лет	30 лет
Усиленные	Трех-, двухслойное полимерные покрытия на основе термореактивных смол и полиолефина; Покрытия на основе термоусаживающихся материалов
Все остальные покрытия, кроме мастичных и полимерно-битумных
Мастичные и полимерно-битумные покрытия
Все покрытия нормального типа

6.5 Характеристическое сопротивление трубопровода Z, Ом, вычисляют по формуле

(6.11)

6.5.1 Если точка дренажа УКЗ разделяет трубопровод на плечи с различными электрическими параметрами, то характеристические сопротивления правого Z_n, Ом, и левого Z_л, Ом, плеча трубопровода вычисляют по формулам

(6.12)

(6.13)

где R_mn и R_тл - продольное сопротивление соответственно правого и левого плеч трубопровода, Ом/м;

R_nn и R_пл - переходное сопротивление соответственно правого и левого плеч трубопровода, Ом·м,

Входное сопротивление трубопровода Z_вт, Ом, вычисляют по формуле

(6.14)

Если характеристические сопротивления правого и левого плеч трубопровода одинаковы, то входное сопротивление Z_вт, Ом, вычисляют по формуле

(6.15)

6.5.2 Входное сопротивление трубопровода как функцию времени эксплуатации Z_вт (t), Ом, вычисляют по формуле

(6.16)