Расчет катодной защиты эквипотенциальных заземляющих систем электроустановок

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Электротехника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 316. 97:620. 193. 7
РАСЧЕТ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
Л. Д. Сафрошкина, Ю. Р. Гунгер, Ю.В. Демин
Новосибирская государственная академия водного транспорта. г. Новосибирск E-mail: ngavt@ngs. ru
Рассматривается метод расчета катодной защиты линейных коррозионных систем. При этом между заземляющей системой и анодами подключается источник постоянного напряжения, которое делится между анодными и катодными частями сооружения пропорционально их входным сопротивлениям.
Расположение заземляющих систем в агрессивных грунтово-климатических условиях приводит к интенсивной коррозии их элементов. Разрушаются искусственные заземлители, кабели, трубопроводы и железобетонные конструкции [1]. Одним из вариантов повышения их долговечности является применение катодной защиты.
С этой целью необходимо разработать математическую модель катодной защиты с учетом действующего на элемент напряжения, его поперечного сопротивления и взаимных сопротивлений.
Основой для математической модели катодной защиты может быть метод расчета коррозионных токов заземляющей системы, основанный на теории многоэлектродных электрохимических систем Н. Д. Томашова [2].
При применении катодной защиты от коррозии между анодными (предназначенными для разрушения) и катодными (защищаемыми) элементами сооружения подключается источник постоянного напряжения Е. Это напряжение Е делится между анодными ЕА и катодными Ек частями сооружения пропорционально их входным сопротивлениям:
Е = Е RA Ea ERa + R
K
E = E RK Ek = ERA + R
(1)
K
где ЯА и Як — входное сопротивление анодной и катодной частей сооружения.
Соответственно этому определяется и тип сопротивления поляризации для анодных ЯА и катодных Щэлементов сооружения.
Характер поляризации как бы определяется выбранной схемой защиты. Вместе с тем, как будет показано ниже, примененная защита может оказаться недостаточной и отдельные защищаемые элементы будут иметь анодную поляризацию, а, следовательно, и соответствующее ему сопротивление ЯА.
При эквипотенциальном характере сооружения, когда продольным сопротивлением элементов можно пренебречь, напряжения ЕА и Ек непосредственно добавляются (алгебраически) к электродным потенциалам защищаемых (катодных) и разрушаемых (анодных) элементов:
иЛ = и. — ЕА и ик = и. — Ек. (2)
I I, А I I К '-
Собрав поперечные сопротивления анодных и катодных элементов в отдельные квадратные мат-
рицы, порядок которых будет определяться соответственно числом анодных (пА) и катодных (пк) элементов, обратив эти матрицы, получим:
11 = ||дА| |-1 \оК | = |ВК Ц& quot-1. (3)
Просуммировав все проводимости обращенных анодных |6А| и катодных? бЦ матриц, найдем входные сопротивления анодной и катодной частей сооружения для случая эквипотенциальной расчетной модели:
gA=HG
=i j=i
GK
i=l j=1
R = -L
ga
¦ RK = GGF-
ga
(4)
R11, — R1 p& gt--¦¦ R1n & gt--¦¦ 1
Rp1& gt-- R , — pp'- R , — '- pn '- 1
Rn1, — R np? & quot- & quot- & quot-, Rnn ,--- 1
1 1 1 0
I1 U1
I U
X p = p
In n Un
U0 0
Определив из ур. (3) и (4) значения входных сопротивлений ЯА и Як, найдем с помощью выражений (1) и (2) величины анодных и катодных защитных напряжений и суммарные значения (иА, иЮ электродных потенциалов для всех элементов сооружения. Собрав после этого исходную систему уравнений для рассматриваемого вида коррозии, где последнее уравнение системы фиксирует равенство нулю суммы стекающих с элементов (катодных) и втекающих в них (анодных) токов:
(5)
где Яц — собственные и взаимные значения поперечных сопротивлений между г-ым и у-ым элементами- I — поперечный ток, стекающий (втекающий) с у-ого элемента- и0 — компромиссный потенциал системы рассматриваемых элементов, соединенных & quot-звездой"-- и — исходные (задаваемые) электродные потенциалы одиночных элементов (до их соединения в систему).
В состав собственного (г=) значения поперечного сопротивления Я=Щ+Щ+Щк входят: Щ — сопротивление растеканию металл-грунт- Щ — поперечное сопротивление изоляционного покрытия элемента (при его наличии) — Щк — сопротивление поляризации (анодное или катодное) рассматриваемого элемента.
Решив систему уравнений, найдем значения коррозионных токов, для анодной и катодной частей рассматриваемого сооружения:
Известия Томского политехнического университета. 2004. Т. 307. № 4
1К11 НИ=М|ЧК1ГхР? 1=111. (6)
где индексом & quot-А, К"- обозначена принадлежность рассматриваемого суммарного потенциала к анодной или катодной поляризации, а & quot-*"- указывает на наличие в числе & quot-неизвестных"- компромиссного потенциала и0.
Контрольные расчеты катодной защиты
Контрольные расчеты для модели заземлителя (рис. 1 [3]) и исходных данных (табл. 1) катодной защиты приведены в табл. 2. В качестве анодной (разрушаемой) части сооружения принимался один вертикальный элемент № 13, все же остальные элементы (горизонтальные) рассматривались в качестве защищаемых (катодных). Таким образом, защитное напряжение ?=6,0 В подключалось как бы & quot-вразрез"- узла № 5 между верхним концом вертикального элемента № 13 и примыкающими к названному узлу концами горизонтальных элементов №№ 3, 4, 9 и 10.
Таблица 1. Электрохимические характеристики элементов заземляющей системы для контрольной расчетной модели
Номер элементов Сопротивление поляризации, Ом Электродный потенциал, В Сопротивления растеканию «металл-грунт»,
К? К эк К, Ом
1 82,22 36,30 -0,12
2 183,48 27,12 -0,10
3 400,27 36,91 -0,24
4 221,87 21,87 -0,28
5 57,14 60 -0,35
6 51,51 40,40 -0,21 6,11
7 18,69 20,56 -0,33
8 33,73 19,68 -0,28
9 61,92 16,54 -0,30
10 6,30 6,30 -0,51
11 40,00 53,53 -0,51
12 40,00 37,37 -0,47
13 14,04 137,37 -0,37 16,6
Примечание: Взаимные сопротивления растеканию элементов, Ом, для:
— параллельных горизонтальных 0,87-
— ортогональных горизонтальных 1,10-
— горизонтального и вертикального 1,93
Для рассматриваемой эквипотенциальной расчетной модели входные сопротивления анодной и катодной частей сооружения ЩА=31,63 Ом и Щк=3,16 Ом, а защитные напряжения — соответственно Е=5,46 В и? к=0,54 В. Полученные при этом суммарные (вместе с защитными напряжениями) значения электродных потенциалов (для случая грунтовой коррозии) и расчетные значения коррозионных токов приведены в табл. 2. Величина компромиссного потенциала составила — 0,15 В. Как следует из расчетов, в результате катодной защиты электродные потенциалы всех горизонтальных (защищаемых) элементов оказались выше величины компромиссного потенциала, что и определило катодный характер действующих на них
коррозионных токов. С другой стороны, резко отрицательный электродный потенциал вертикального элемента № 13 определяет большой уровень действующих на него анодных коррозионных токов, ведущих к его усиленному разрушению.
В случае катодной защиты прямая зависимость между действующим на элемент напряжением, его поперечным сопротивлением Щ и коррозионным током I. нарушается из-за действия взаимных сопротивлений Щ особенно со стороны _/-ых элементов с большими коррозионными токами I. Так, например, для элемента № 10, обладающего минимальным потенциалом (175 мВ) и сопротивлением =12,4 Ом, получен максимальный коррозионный ток 33,7 мВ, в тоже время, для элемента № 2 (потенциал 596 мВ и Щ=33,2 Ом) катодный ток 18,1 мА.
В целом, защита от грунтовой коррозии достигнута, о чем свидетельствуют положительные (катодные) значения токов на горизонтальных элементах.
Таблица 2. Суммарные (с защитными напряжениями) значения электродных потенциалов и коррозионных токов для катодной защиты от грунтовой коррозии
Номер Электродные Коррозионный
элементов потенциалы, В ток, мА
1 0,43 13,64
2 0,44 18,11
3 0,30 15,52
4 0,26 23,32
5 0,20 5,22
6 0,34 10,63
7 0,22 14,10
8 0,26 16,51
9 0,24 27,70
10 0,02 33,69
11 0,03 3,07
12 0,08 5,38
13 -5,82 -186,88
К недостаткам катодной защиты следует отнести:
1. Сравнительно большие затраты (по сравнению с пассивными методами защиты), в том числе на электроэнергию. Следовательно, необходимо решать вопросы по экономии электроэнергии.
2. Катодная поляризация элементов заземляющей системы обеспечивает только защиту металлических конструкций и не может защитить бетон от разрушения, т.к. он разрушается по другому механизму (например, от действия & quot-физической коррозии& quot-). Для таких элементов необходима разработка других методов защиты.
Выводы
1. Разработана математическая модель для расчета катодной защиты от коррозии заземляющих систем, состоящих из горизонтальных и вертикальных линейных элементов, учитывающая электродные электрохимические потенциалы элементов, их коррозионные токи, сопротивления поляризации, а также их (элементов) сопротивления растеканию и взаимные сопротивления.
2. Установлено, что при осуществлении катодной защиты прямая зависимость между действующим на элемент напряжением, его поперечным сопротивлением и коррозионным током нару-
шается из-за большого влияния взаимных сопротивления, особенно со стороны у'--ых элементов с большими коррозионными токами I.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Демин Ю. В., Демина Р. Ю., Горелов П. В. Обеспечение долговечности электросетевых материалов и конструкций в агрессивных средах. Кн. 1. Теоретические основы / Под ред. д.т.н., проф. В. П. Горелова. — Новосибирск: НГАВТ, 1998. — 209 с.
2. Томашов Н. Д. Теория коррозии и защиты металлов. — М.: Изд-во АН СССР, 1959. -600 с.
3. Сафрошкина Л. Д., Гунгер Ю. Р., Демин Ю. В. Расчет коррозионных токов для модели заземляющей системы // Известия Томского политехнического университета. — 2004. — Т. 307. — № 3. -С. 109−113.
УДК 621. 313. 322−81:621. 314:21.3. 042. 681
ВЛИЯНИЕ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА МАКСИМАЛЬНУЮ ТЕМПЕРАТУРУ НАЖИМНОЙ ПЛИТЫ ТУРБОГЕНЕРАТОРА
В. С. Логинов, В.Е. Юхнов
Томский политехнический университет E-mail: loginovvs@tpu. ru
Показано влияние продолжительности нагрева и параметров тепловыделения на максимальную температуру активного элемента при отсутствии отвода теплотыi. Точность расчета температурного поля в активном элементе зависит от невязки дифференциального уравнения теплопроводности и числа Фурье. Установлен диапазон входных параметров, при которых сложная двумерная задача теплообмена сводится к одномерной.
В [1] для обоснования точности инженерного расчета нестационарного температурного поля в активном элементе конечных размеров было предложено ввести в практику критерии качества расчета. Они позволяют провести проверку результатов аналитического расчета на раннем этапе моделирования теплового процесса в конкретном элементе. Проверка состоит в подстановке расчетных значений в исходные дифференциальные уравнения и краевые условия исследуемой задачи. После этого этапа рекомендуется провести сравнение с опытными или другими надежными данными и приступить к самому процессу моделирования в широком диапазоне изменения параметров исходной задачи.
Целью данной работы является выяснение влияния входных параметров на тепловое состояние нажимной плиты турбогенератора. В таком активном элементе распределение удельных тепловых потерь подчиняется следующей зависимости Ро (Х, У, Бо) = Ро0 • Ж1(Х) • ЩУ) • ехр (- ^о), (1)
где Ж1(Х) = ехр (-ЫХ), ЩУ) = 1 + МУ + БУ2. (2)
в (ХГ, Бо) = ЁЁ Т1(м& quot-'-^ '-Ро)К1(м& quot-'-Х)К2(Гт Г). (3)
'- '- п=1 т=1 Кп (^п)К22 (У т) '-
Здесь ?, ут — собственные числа. Они находятся из трансцендентных уравнений
ctg/:
/2 — BijBi2 ^(Bi, + B12)'-
(4)
ctgyR --
Y2 — Bi3Bi4 r (Bi3 + Bi4).
K1(/n, X) = / cos /X + Bi2sin /X, K2(Ym, Y) = ym cosymY + Bi4 sinymY- I/2 + Bi22 + (/ -Bi22)x
Ku (Pn) = 21 sin 2 /n
2/n
+ Bi2(1 — cos2/n) I
i (Ym2 + Bi42) R + (Ym'- - Bi42) X K22(Ym) =11 sin2r R
2 X----
2Ym
— + Bi4(1 -cos2YmR) I
Ti (/Ym, Fo) = Po0 Fi (/) F1(Ym, R) F3(/n, ym, Fo),
где
F (/) =
/n
(/ + N2)
F2 (Ym, r) = ^ w2 ® — щ j sin YmR — y-cos YmR j +
+ _L (m + 2 DR) ¦ K 2 (Ym, r) + ^ (l -ft f-
w2® = 1 + MR + DR2- K2(ym, r) = Ym cos YmR + Bi4 sin Ym R-
(5)
1 — -1 sin / -L (n + Bi2) cos / /) /
X exp (-N) + -L (N + Bi2)
ЛП
F3(/n Y, Fo) =-
1
2 2 «-{еХР (& quot-^Ро) & quot-еХР[ -(И 2 +Ут 2) Ро]». ?п +ут — 8
При отсутствии охлаждения В1ид40 собственные числа находятся из уравнений вида:

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой