Обоснование параметров станции катодной защиты с резонансной системой электроснабжения для сельскохозяйственных объектов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат наук Александров Даниил Владимирович

• Александров Даниил Владимирович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Александров Даниил Владимирович

Содержание

Введение.

Состояние вопроса и задачи исследований

5

Глава 1. Системы электрохимической защиты (ЭХЗ)

1.1. Общие сведения по системам ЭХЗ

1.2. Анализ применения ЭХЗ в различных сферах. Возможность 24 применения ЭХЗ в сельском хозяйстве.

1.3 Анализ существующих систем электроснабжения ЭХЗ

1.4 Анализ существующих принципов построения и состава ЭХЗ

1.5 Обзор систем электроснабжения имеющих меньшее распро- 49 странение по сравнению с системами на основе частоты 50/60Гц

Выводы по главе

Глава 2. Математическое моделирование станций катодной за- 56 щиты сельскохозяйственного назначения с резонансной системой электроснабжения

2.1. Методика расчёта параметров станции катодной защиты сель- 57 скохозяйственного назначения.

2.2. Обоснование возможности повышения эффективности 62 станции ЭХЗ

2.3 Математическая модель резонансной системы электропередачи

2.3.1. Базовые расчёты

2.3.2 Программа рассчёта проводных обмоток трансформаторов по- 82 вышенной частоты с учётом высших гармоник тока

2.3.3 Модель корректора коэффициента мощности в программном 86 комплексе Micro-Cap

2.4. Методика расчета гармоник сигнала по графическому изо-

бражению.

Выводы по главе

Глава 3. Обоснование состава, разработка, экспериментальная 99 проверка оборудования станций катодной защиты сельскохозяйственного назначения с резонансной системы электроснабжения 3.1. Функционально-технологическая схема построения системы 99 ЭХЗ с резонансной системой электроснабжения (РСЭ)

3.2 Обоснование возможности использования защищаемых объек- 106 тов, электродов СКЗ и контуров заземлений зданий в качестве заземлителей в РСЭ.

3.3 Обоснование параметров, разработка конструкции энергосбе- 114 регающих станций ЭХЗ

Выводы по главе

Глава 4. Анализ и результаты испытаний и технико-

экономические показатели применения СКЗ на объектах сельского хозяйства.

4.1 Методики проведения и результаты испытаний систем ЭХЗ на 131 различных объектах

4.1.1 Методика и результаты лабораторных испытаний

4.1.2 Методика и результаты испытаний в тепличном хозяйстве

4.1.3 Методика и результаты испытаний станции ЭХЗ с резонансной 138 системой электроснабжения на объектах газоснабжения.

4.1.4 Методика и результаты приёмочных испытаний системы ка- 143 тодной защиты объектов водоснабжения сельского хозяйства,

на подольской машиноиспытательной станции

4.2 Расчет экономической эффективности внедрения СКЗ с резо- 147 нансной системой электроснабжения.

Выводы по главе

Выводы

Список сокращений и условных обозначений

Литература

Приложения

Введение.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров станции катодной защиты с резонансной системой электроснабжения для сельскохозяйственных объектов»

Актуальность проблемы.

Коррозия приводит ежегодно к миллиардным убыткам, и разрешение этой проблемы является важной задачей.

Ниже приведены некоторые данные по ущербу от коррозии: Во второй половине 20 века в результате коррозии ежегодно теряется от 1 до 1,5% всего металла, накопленного и эксплуатируемого человечеством.

Общие данные для развитых стран:

-- прямые потери составляют...............2-5% национального дохода.

-- потери металла, составляют .............10-20 % годового производства стали. [1,2,6]

Данные по потерям от коррозии в России:

-- за период 1944 - 2003 гг.: доля аварий и обрушений строительных конструкций, произошедших от воздействия коррозии. составляет 30-50 %.

-- за период 1994-2003 гг.: 30-35% от общего числа аварий и 75% из числа аварий на промышленных объектах произошли вследствие коррозии строительных конструкций.

Среди всех отраслей, согласно статистике, наибольшие потери от коррозии несут топливно-энергетический комплекс (ТЭК), сельское хозяйство, химия и нефтехимия. Так, потери металла от коррозии составляют: в ТЭК—30%, химии и нефтехимии — 20 %, сельском хозяйстве — 15%, металлообработке — 5 % [1-4].

Зарубежные исследования дают иное распределение потерь, но величина потерь в с.х при этом велика и сопоставима с крупными металлопо-требляющими отраслями. По данным [7] в 1998г. цена годовых потерь от коррозии в США составила 276 миллиардов долларов (3,2% ВВП), с учётом косвенных потерь цена достигла 1 триллиона долларов. Потери идут в основном в четырёх основных областях: 17,6 млрд.(6%) в производстве и с.х.,

29,7(11%) млрд. на транспорте, 20,1 млрд.(8%) в госсекторе, 70,5млрд. (26%) в ЖКХ , ТЭК и их инфраструктурах.

В таблице 1.1 приведены годовые потери в млрд. долларов в производстве и сельском хозяйстве. В скобках указано снижение потерь от коррозии в млрд. долл., при реализации плана по борьбе с коррозией. План включает различные методы борьбы с коррозией включая ЭХЗ и позволяет снизить годовые потери на 25-35%.

Таблица 1.1 Годовые потери от коррозии [млрд. долл.],

в скобках - спад потерь при использовании ЭХЗ

Целлюлозно-бумажное производство Очистка нефтепродуктов Производство пищевых продуктов Химия, дистилляты нефти, фармацевтика 6,0(1,80) 3,7(1,10) 2,1(0,63) 1,7(0,51) Газ и нефть. Поиск и добыча. Домашнее производство Сельское хозяйство Шахты (Горное дело) 1,4(0,42) 1,5(0,45) 1,1(0,35) 0,1(0,03)

Наиболее важные объекты сельского хозяйства требующие защиты от коррозии - водоводы. Общая протяженность трубопроводов водоснабжения в РФ составляет более 800 тыс. км. Большая часть сетей выполнена из металлических труб, многие из которых к настоящему моменту выработали свой ресурс; физический износ трубопроводов в среднем 70-80 %. [126] Одной из основных причин аварий на трубопроводах является коррозия труб (более 30% всех отказов).

Сельское хозяйство входит в состав главных металлопотребляющих отраслей. Потери в отрасли сельского хозяйства значительны несмотря на меньшую материалоёмкость по сравнению с общими показателями ТЭК. Приведённые цифры показывают, что проблема борьбы с коррозией является актуальной в сфере с.х.. К настоящему времени разработано большое число методов борьбы с коррозией. Они различаются, технологической сложностью, стоимостью, сферами применимости и другими показателями. Ниже приведены наиболее эффективные технологии защиты от коррозии [8-20].

1 Защитные покрытия: гальванические покрытия (методы гальванизации/металлизации) и диэлектрические покрытия, антикоррозионные краски,

покрытия, грунты с применением различных химических материалов: грунт-эмаль, жидкий пластик, цинковый грунт, и др.

2 Реактивные покрытия: защитные покрытия включающие ингибиторы коррозии на основе солей тяжёлой воды, хроматов, фосфатов, полианилинов, др. проводящих полимеров и поверхностно-активных веществ. Примеры: фосфатирующий грунт, преобразователь ржавчины (фосфатирующий модификатор ржавчины), и др.

3 Анодирование: электрохимический процесс получения защитного покрытия на поверхности различных сплавов (алюминиевых, магниевых, титановых). Например, при анодировании алюминиевых сплавов деталь погружают в кислый электролит (H2SO4) и соединяют с положительным полюсом источника тока; выделяющийся при этом кислород взаимодействует с алюминием, образуя на его поверхности оксидную плёнку.

4 Управляемая газопроницаемость опалубки (Controlled permeability formwork (CPF)) - метод предотвращения коррозии путём регулирования параметров среды железного каркаса железобетонных изделий, в том числе в преднапряжённом железобетоне.

5 Электрохимическая защита (ЭХЗ): пассивация, анодная защита, катодная защита и др. - основана на наложении потенциалов на границе объект-среда. Наиболее эффективный и распространённый тип ЭХЗ - это катодная электрохимическая защита (КЭХЗ): защита основана на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь. Защитный эффект вызван тем что защищаемый металл является частью электрохимической ячейки. При этом поверхность защищаемого образца (детали конструкции) становится эквипотенциальной и на всех её участках протекает только катодный процесс, а обусловливающий коррозию, анодный процесс перенесен на вспомогательные электроды находящиеся под положительным потенциалом. При этом на катоде создается избыток электронов которые препятствуют окислительным процесам то есть процессам распада металла на положительные ионы и от-

рицательные электроны и в результате к выходу положительных ионов металла вовне.

Известны следующие подвиды КЭХЗ:

А_ Гальваническая (протекторная) катодная защита (ГЭХЗ, GCP) - для создания тока используется гальваническая пара металлов с разной электроотрицательностью.

В_ Искусственная токовая катодная защита (ТКЭХЗ, ICCP) - для создания тока используется внешний источник тока.

Технология ТКЭХЗ наиболее эффективна в борьбе с коррозией и в течение нескольких десятилетий успешно применяется в следующих областях: защита от коррозии металлических сооружений, водо- и топливо- трубопроводов и хранилищ, причалов(пирсов), мостов, кораблей и буровых платформ, фундаментов (свайных металлических и арматуры в бетоне), внешняя и внутренняя защита трубопроводов (систем водопровода, водоочистки, канализации и др.). В связи с наибольшей распространённостью, обычно под ЭХЗ, КЭХЗ понимают ТКЭХЗ(ICCP).

Поскольку большая часть металлургических мощностей связана с возмещением коррозионных затрат, можно считать что все защитные мероприятия, обеспечивающие снижение потерь металла при коррозии могут косвенно способствовать увеличению металлического фонда страны. Поэтому академик Я.М. Колотыркин [8] в своё время называл защиту от коррозии "невидимой металлургией".

Согласно статистике, одной из основных причин аварий на трубопроводах является коррозия труб (более 30% всех отказов).

Токовая катодная защита является наиболее эффективным методом борьбы с коррозией.

Расходы на ремонт трубопровода, ликвидацию аварий и восстановительные работы превышают расходы на проектирование, сооружение и эксплуатацию систем катодной защиты в десятки раз. Применение катодной за-

щиты позволяет значительно (в 4 и более раз) увеличить срок службы трубопровода.

В связи с этим возникают научные и практические задачи по разработке СКЗ с резонансной системой питания для применения в целях эффективной борьбы с коррозией в с.х., с учётом ТЭ требований включая снижение цены системы и выполнения нормативов по энергосбережению и по коррекции коэффициента мощности.

Разработка технических средств для системы СКЗ с резонансной системой электроснабжения требует научного обоснования конструктивных и технологических параметров СКЗ и РОС.

Этому посвящена настоящая диссертационная работа, что и определяет её актуальность.

Направление предложенных разработок соответствует тенденциям в современной энергетики, как показано ниже.

27 ноября 2009 года вступил в силу Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 года N 261-ФЗ (действующая редакция, 2016) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». Закон направлен на стимуляцию энергосбережения и увеличение энергоэффективности.

В странах ЕС поставлены цели - сократить потребление электроэнергии к 2020г на 20% (2006 год); сократить общий объём потребления электроэнергии выработанной НВИЭ на 20-30 % к 2020 г.( Директива ЕС 2009/29 и др.) за счёт внедрения ВИЭ. Это требование влечёт разработку надежных и гибких электросетей. Выполнение условий по снижению выбросов углерода, увеличению доли возобновляемой генерации, а также обеспечению эффективности и надежности энергосистемы, ее соответствию задачам развития рынка потребуют больших изменений в электрических сетях. Имеют место большие инвестиции для стимулирования создания гибких, согласованных и

надежных электрических сетей, разработанных в соответствии с новыми архитектурными решениями. Согласно сценарию, разработанному в 2008 году Международным энергетическим агентством (International Energy Agency), потребуется инвестировать более 1,5 триллиона евро за период с 2007 по 2030 г. для переоборудования электрических систем, начиная от генераторов (две трети инвестиций) и до систем передачи и распределения (одна треть). Параллельно модернизации ужесточаются требования по параметрам электросети: ГОСТ 13109-97, ГОСТ 29322-92(2004), ГОСТ Р 51317. 3.2-99 (МЭК 61000-3-2-95), ГОСТ 45.188-2001, EN 50160, IEC/EN 61000-3-2, IEC/TS 61000-3-12. IEEE Standard 519-1992 и др.

Модернизация электросетей это один из главных шагов на пути к энергосбережению. В ЕС вводятся жесткие требования к энергоэффективности для новостроек. Европейскими властями запланировано кардинальное сокращение энергопотребления в сегменте зданий. Выбросы СО 2 должны быть уменьшены к 2050 г. на 88-91% по сравнению с 1990 г. Отказ от газа (Дания, Германия и др) также ведёт к развитию и совершенствованию электротехнологий.

В ЕС вводятся директивы по ЭХЗ: European Directives 2004/17/EC and Directive 2004/18/EC. В США, 10 июня 2014г. подписаны президентом законы: Реформа Водных ресурсов и Акт Развития 2014 (WWRDA), WWRDA обновляется каждые несколько лет. Это важное законодательство финансирует и консолидирует усовершенствования инфраструктуры в сфере общественных водных ресурсов, включая меры защиты от коррозии водопроводных систем. WWRDA призвано резко увеличить инвестиции в американской общественной водной инфраструктуре. В штатах подобных Нью-Джерси, где средний возраст подземных водных труб - больше чем 70 лет, этот законопроект позволит предотвратить деградацию и коррозию неоценимых национальных активов. Обновление и развитие сферы позволит прийти к тысячам

устойчивых рабочих мест, помогая долгосрочному здоровью экономики штата.

Указанные законы усиливают и защищают технологии борьбы с коррозией во всей водной сфере - это касается национальных водных путей, портов, дамб, и другой важной водной инфраструктуры.

Для использования СКЗ в сельском хозяйстве для защиты водоводов предложена СКЗ с изменённой структурой с возможностью питания от ВЧВВ ЛЭП. Эта система лишена недостатков свойственных старым и новым промышленным образцам СКЗ и их систем электропитания.

Таким образом, данная работа призвана решить актуальные проблемы в сельском хозяйстве:

1- борьба с коррозией в сельском хозяйстве

2- борьба с трудностями по внедрению эффективной технологии ЭХЗ в сельском хозяйстве

3- повышение эффективности энергосистем в сельском хозяйстве

Решение этих актуальных задач может быть достигнуто путём использования резонансной однопроводной системы электропитания (РОС) для станций катодной защиты (СКЗ) сельскохозяйственных объектов. Система обладает более высокими показателями по цене, эффективности, материалоёмкости по сравнению с аналогами. В целях совместимости с РОС, блок питания СКЗ усовершенствуется, что также ведёт к снижению его цены и материалоёмкости.

Как было сказано выше, в современной энергетике наблюдается стремительный количественный рост импульсных силовых полупроводниковых систем распределения и преобразования электроэнергии (HVDC, FACTS). Одной из основных целей при построении энергосистемы является повышение общего уровня эффективности и энергосбережения в системе, улучшение экономических показателей - в этот комплекс входят задачи уменьшения материалоёмкости оборудования, увеличения безопасности, снижение затрат на

производство, монтаж, транспортировку, обслуживание и эксплуатацию, улучшения совместимости с современным силовым и информационным оборудованием, обеспечение соответствия характеристик оборудования государственным стандартам качества сетевых параметров и др. Именно эти тенденции стимулируют развитие импульсной силовой электротехники. В этом направлении, несмотря на важность задач, проводится недостаточное количество исследований. Рассмотрено применение современных энергосистем в наиболее важной сфере - энергосистемы электрохимической защиты объектов сельского хозяйства.

Актуальность темы вызвана так же с всеобщим ростом цен на энергоресурсы, сырьё, электроэнергию, и вызванному этим появление множества как иностранных так и российских стандартов по ужесточению нормативов качества параметров сети и по энергосбережению. Выше уже были приведены примеры введённых законов РФ, ЕС, США в области энергосбережения, экономии ресурсов в том числе по экономии металлов включая развитие технологий ЭХЗ.

Ужесточение требований по параметрам сети отражено в таких стандартах как: ГОСТ 45.188-2001 (МЭК 1ЕС 1000-3-2) - нормируется коэффициент мощности оборудования электропитания. Согласно ГОСТ Р 51317. 3.2-99 (МЭК 61000-3-2-95, 1ЕС/ЕК 61000-3-2) - нормируется коэффициент нелинейных искажений тока оборудования электропитания. Цель стандартов -устранение потерь электроэнергии (тепло и излучение), порождённых паразитными реактивными и высокочастотными мощностями в генерирующем и распределительном оборудовании сети.

Одним из путей внедрения энергосберегающих технологий является применение высоковольтных систем электропитания высокой частоты (ВЧВВ) и корректоров коэффициента мощности (ККМ).

Меры снижения материалоёмкости, цены и повышения эффективности CКЗ. Перечислены меры по возможностям увеличения эффектив-

ности СКЗ с РОСЭ и преимущества по сравнению с другими системами питания. Широкий перечень преимуществ показывает актуальность задачи внедрения оборудования в сельском хозяйстве.

1 использование эффективной резонансной однопроводной системы питания

-преимущества: снижение материалоёмкости ЛЭП из-за высокого напряжения,

-преимущества: по габаритам (материалоёмкости) преобразователей изза большой частоты преобразования

-преимущества: по габаритам (материалоёмкости) ЛЭП из-за использования однопроводной технологии, при этом ВЧ наиболее эффективные однопроводные системы так как на высокой частоте сопротивление грунта падает.

-преимущества: по габаритам (материалоёмкости) заземлителей -для ВЧ коррозия и требования к размерам заземления ниже, также возможно использовать в качестве заземления электроды СКЗ и/или защищаемый объект.

-преимущества: используется высокочастотная однопроводная линия с возвратом через землю поэтому возможна передача энергии через грунты с высокими сопротивлениями а также через диэлектрические породы.

2 использование активного корректора коэффициента мощности (АККМ) в передатчике

-преимущества: соответствие нормам ГОСТ

-преимущества: КПД всего оборудования растёт за счёт его эксплуатации в оптимальном режиме, т.к. потери на ВЧ гармоники и реактивные токи падают..

3 использование активного корректора коэффициента мощности (АККМ) в приёмнике имеет преимущества: рост КПД из-за устранения реактивного тока и его гармоник в ЛЭП РОС.

4 преимущества по количеству блоков преобразования СКЗ.

5 резонансная технология имеет наибольший КПД и сравнительно проще и дешевле в области мощностей 1-10кВт по сравнению с ШИМ и др. современными импульсными технологиями преобразования электроэнергии.

6 предложенная система электропитания СКЗ технологически совместима с широким рядом современных энергосистем включая возобновляемые источники энергии и линии постоянного тока.

Степень разработанности темы исследования

С момента открытия гальванического антикоррозионного эффекта английскими учёными Гемфри Дэви (Humphry Davy) и его учеником Майклом Фарадеем в 1824 году, прошло много времени до внедрения изобретения. Ученик Деви Майкл Фарадей исследовал коррозию чугунного литья в морской воде. Он установил, что чугун корродирует у поверхности воды сильнее, чем на большой глубине (из-за зависимости параметров среды (солёность и др.) от глубины). Фарадей в 1834 г. обнаружил количественную связь между коррозионным разрушением металла и силой электрического тока. При этом он разработал научные основы электролиза, а в принципе также и катодной защиты. Дальнейшее развитие метод получил только после 1920 -х гг. Метод и возможности его применения в разных областях исследовали следующие учёные: Колотыркин Я.М., Княжева В.М., Бабич С.Г., Акимов Г. В., Томашов Н. Д., Чернова Г.П., Иоссель Ю.Я., Клёнов Т.Э., Дизенко Е.И., Новоселов В.Ф., Стрижевский И.В., Ткаченко В.Н, Экилик В.В., Андреев И.Н., Флорианович Г.М., Лосев В.В., Маршаков И.К., Решетников С.М., Акользин П.А., Эренбург Р.Г., Кеше Г. , Улиг Г.Г., Реви Р.У, Эванс Ю. P., Бэкман В., Швенк В., Ashworth V., Scherer, L. F, Sir Humphry Davy, Майкл Фарадей, Robert J. Kuhn, Gerhardus H. Koch, Michiel P.H.Brongers, McCafferty E., Hackermann N., Diegle R.W., Slater J.E., Alexander Benerly J. и др.

Материалы, изложенные в данной работе, касающиеся проблемы коррозии и электрохимической защиты от коррозии, опираются на фундамен-

тальные положения теории коррозии металлов и сплавов, развитые в работах упомянутых выше учёных, а так же на промышленные стандарты.

До сих пор попытки внедрения технолгии ЭХЗ в сельском хозяйстве не были успешны, так как применение стандартных промышленных образцов СКЗ дорого, и требует дорогостоящей системы питания.

В результате многолетних исследований, к настоящему времени разработано много типов станций катодной защиты (СКЗ), но их применение в сельском хозяйстве ограничено, так как известным типам СКЗ (Парсек ИПЕ и др.) присущи следующие недостатки:

- высокая цена (окупаемость только при наличии дорогостоящих защищаемых сред и объектов)

- большое число трансформаторов, большая материалоёмкость СКЗ,

- большая материалоёмкость ЛЭП требуемых для питания,

- большая материалоёмкость трансформаторов системы питания,

- несоответствие нормативам по параметрам питания (гармоникам тока и коэффициенту мощности) и др.

- СКЗ является переменной нагрузкой, при этом понижающие трансформаторы 10кВ/0,38кВ при низкой нагрузке (<30-50%) имеют низкий КПД.

- ограниченный номинальный ряд (по мощности и напряжению питания)

Для устранения указанных недостатков были разработаны новые промышленные образцы СКЗ такие как ИСТ-750М., АИТ-150, «W Series Air Cooled Watertank Line», CPAC (с использованием программируемых источников питания TDK-Lambda ZUP) и др., тем не менее новые образцы сохраняют недостатки, такие как - большая металлоёмкость стандартных ЛЭП, высокая цена, невозможность питания от высоковольтных линий без дополнительных трансформаторов, ограниченный ряд выпускаемых типономина-лов, несоответствие нормам по гармоникам тока потребления и др. Наиболее важной проблемой остаётся цена так как при сходном порядке объёма метал-

ла требующего защиты, в сельском хозяйстве нет таких дорогих энергоносителей как нефть газ в ТЭК которые могли бы легко окупить затраты на дорогую систему защиты продуктопровода.

Тем не менее эффективная СКЗ, при снижении её цены, может решить задачи экономии металла (борьбы с коррозией), так и одновременно задачу снижения затрат на электроэнергию и на строительные и эксплуатационные расходы на систему электропитания.

Попытка преодолеть описанные выше трудности, мешающие эффективному внедрению КЭХЗ в с.х., приводит к рассмотрению наиболее выгодных схем электроснабжения и соответствующей модернизации силовой схемы внутреннего блока питания СКЗ. Последние события в области электроснабжения в развитых странах (ЕС и др.) показывают, что в настоящее время происходит модернизация систем электроснабжения. В сфере больших и малых мощностей идёт внедрение HVDC (ВВ ЛПТ) и FACTS (устройства на основе силовой электроники, позволяющие повышать эффективность использования действующих передающих систем, что в итоге снижает потребность в строительстве новых линий электропередачи. Они обладают хорошими возможностями управления потоками активной и реактивной мощности, динамической коррекции реактивной мощности и возможностью контролировать напряжение систем электроснабжения. Кроме упомянутых выше разработок в электротехнике известна эффективная система электропитания - это сеть повышенной частоты. Её особенность - снижение массы преобразователей с повышением частоты. Впервые сеть с повышенной частотой (трехфазный ток частотой 400 Гц, напряжение 120/208 вольт) была применена на самолёте М-50, с целью снизить массу самолёта [56]. Сейчас этот стандарт используется в бортовых электросетях (корабли, самолёты), в промышленности, а также во внутренней сети мощных агрегатов (ИБП, промышленные станки, конвейеры и др.). Отечественные нормативы были разработаны в СССР в 1960-1980гг. (Электрические сети повышенной частоты, А.П. Львов,

Москва Энергоиздат, 1981г.[44]). Сетями повышенной частоты занимались КБ Мясищева, КБ Яковлева, КБ Туполева, КБ Лавочкина, Шамов А.Н., Бо-дажков В.А., Спицын М.А., Глуханов Н.П., Бенерман В.И., Ловцкий Н.Н.. Следует заметить, что в области FACTS и HVDC также разрабатываются высокочастотные малогабаритные преобразователи, но ВЧ ЛЭП не используются.

ВВ сеть повышенной частоты имеет три преимущества - высокий КПД (изза высокого напряжения), малую массу (из-за высокой частоты), и высокий КПД при однопроводной системе передачи (SWER) (это следствие обоих причин -высокая частота и напряжение а также возможности исключить один проводник тока). Системы электроснабжения на базе многопроводных и однопроводных сетей повышенной частоты разрабатываются в ВИЭСХ с 1990х годов. Научно и практически доказано [21-31], что от резонансной однопроводной системы электропитания (РОС) могут работать различные нагрузки, такие как светодиодные осветительные приборы, вторичные импульсные блоки питания зарядных устройств, бортовых систем, ПК и др. оборудование. Это обосновывает возможность питания СКЗ от резонансной системы электропитания. Резонансная система питания позволяет сократить сечение проводов, потерь электроэнергии, уменьшает стоимость СКЗ за счёт снижения числа и габаритов трансформаторов СКЗ, и имеет возможность применения заземляющих электродов двойного назначения.

Разработкой однопроводных и высокочастотных систем передачи электроэнергии разного типа и напряжения занимались Н.Тесла, М.Пупин, Оливер Хэвисайд, Arnold Sommerfeld, Димитр Македонски, Дж.Губо (G.I.E. Goubau), Bettine Frank, Kashem, M.A.; Ledwich, G. и др [32-43].

Разработкой резонансных систем передачи электроэнергии занимались российские ученые: Авраменко С.В., Стребков Д.С., Некрасов А.И., Рощин О.А., и Юферев Л.Ю. В работах [28-31] были подтверждены высокие техни-

ко-экономические показатели данных систем в области с.х. и малой энергетики.

Для разработки энергосберегающей СКЗ сельскохозяйственного назначения необходимы новые технические решения на основе импульсных преобразователей и резонансной системы электропитания. Резонансная система питания позволяет сократить сечение проводов, потерь электроэнергии, уменьшает стоимость СКЗ за счёт снижения числа и габаритов трансформаторов СКЗ, и имеет возможность применения заземляющих электродов двойного назначения.

Цель работы.

Увеличить срок службы водоводов и металлоконструкций сельскохозяйственного назначения, снизить капитальные затраты, снизить затраты на ремонт, обслуживание и расход электроэнергии за счёт обоснования параметров и разработки станции катодной защиты совместимой с резонансной системой электроснабжения.

Объектом исследования является комплект технических средств, состоящий из станции катодной защиты с многофункциональным блоком питания совместимым со стандартной линией электроснабжения и высокочастотной высоковольтной резонансной системой электроснабжения, позволяющий питать станции катодной защиты при различном их расположении на площадях.

Предметом исследования являются процессы электрохимической защиты, параметры станции катодной защиты сельскохозяйственных объектов, а также параметры резонансной системы электроснабжения .

Задачи исследования:

- Обосновать возможность использования станций электрохимической защиты с резонансной системой электроснабжения для защиты сельскохозяйственных объектов от коррозии;

- Разработать уточняющую методику расчёта параметров станции катодной защиты (СКЗ);

- Разработать математическую модель и вычислить параметры системы электропередачи (токи, напряжения, КПД, резонансные частоты и др.) на входе, выходе и вдоль линии;

- Обосновать параметры, состав и разработать блоки экспериментальной модели и провести лабораторные и производственные испытания;

- На основе экспериментальных испытаний оценить технико-экономическую эффективность внедрения комплекса технических средств

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Александров Даниил Владимирович, 2018 год

Литература

[1] Семёнова, И.В. Коррозия и защита от коррозии / Семёнова И.В. Флориа-нович Г.М. Хорошилов А.В.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

[2] Андреев, И.Н. Электрохимические технологии защиты от коррозии крупных объектов техники. Методические указания к лабораторным работам / Андреев И.Н., Гильманшин Г.Г., Межевич Ж.В. - 2004 год. 51с.

[3] Андреев, И.Н. Введение в коррозиологию. Учебное пособие. / Андреев И.Н. - Казань, Изд. КГТУ 2004

[4] Эклик, В.В. Теория коррозии и защиты металлов. Методическое пособие по спецкурсу / Эклик В.В. - Ростов-на-Дону 2004г.

[5] Никитенко, Е.А. Автоматизация и телеконтроль электрохимической защиты магистральных газопроводов / Никитенко Е.А. - Наука, 1976.

[6] Сурис, М.А. Новая технология защиты тепловых сетей от наружной коррозии / Сурис М.А. - ФГУП АКХ им. К.Д. Памфилова. Журнал Энергосбережение и водоподготовка Издательство ЭНИВ N5, 2006г.

[7] Статистические данные по коррозии для США [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.cor-pro.com/case-study-corrosions-economic-impact-across-multiple-industries/

[8] Колотыркин, Я.М. Металл и коррозия. / Колотыркин Я.М. - М.: Металлургия, 1985. 88с.

[9] Кофанова, Н.К. Коррозия и защита металлов. Учебное пособие. / Кофа-нова Н.К. - 2003 год. 179 с

[10] Ткаченко, В.Н. Электрохимическая защита трубопроводных сетей / Ткаченко В.Н. - М.: Стройиздат, 2004. - 320 с.

[11] Бэкман, В. Катодная защита от коррозии (Перевод под ред. И.В. Стри-жевского) / Бэкман В. Швенк В. - М., Металлургия 1984, 467с.

[12] Улиг, Г.Г. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику. / Улиг Г.Г., Реви Р.У. - 1989 год, 456 с

[13] Эванс, Ю. P. Коррозия и окисление металлов, пер. с англ. / Эванс Ю. P. М., 1962г.

[14] Кеше, Г. Коррозия металлов./ Кеше Г. - М.: Металлургия. 1984. 400с.

[15] Томашов, Н. Д., Теория коррозии и защита металлов / Томашов Н. Д., М., 1959.

[16] Акимов, Г. В., Основы учения о коррозии и защите металлов / Акимов Г. В., - М.:, 1946;

[17] Стрижевский, И.В. Защита металлических сооружений от подземной коррозии. / Стрижевский И.В. и др. - М.: Недра 1981, 147с.

[18] Стрижевский, И.В. Защита подземных теплопроводов от коррозии. / Стрижевский И.В., Сурис М.А. - М. Энергоатомиздат, 1983 267с.

[19] СНиП Ш-42-80 : Электрохимическая защита трубопроводов от подземной коррозии [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.gostrf.com/normadata/1/4294854/4294854707.pdf

[20] Robert, J. Kuhn Cathodic Protection of Underground Pipe Lines from Soil Corrosion / Robert J. Kuhn - API Proceedings, Nov. 1933, Vol. 14, p157

[21] Юферев, Л.Ю. Экспериментальные модели резонансных систем передачи электрической энергии. / Юферев Л.Ю., Стребков Д.С. , Рощин О.А. - М.: ВИЭСХ, 2010.

[22] Стребков, Д.С. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. / Стребков Д.С. , Некрасов А.И. - М.: ОНО типография Россельхо-закадемии, 2008.

[23] Стребков, Д.С. Однопроводные системы электрического снабжения (освещения) / Стребков Д.С., Юферев Л.Ю., Рощин О.А. - Специализированная выставка "Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация АПК" Сборник научных трудов и инженерных разработок. - М.:2008 с.358-362.

[24] Юферев, Л.Ю. Экспериментальные модели резонансных систем электрической энергии. / Юферев Л.Ю., Стребков Д.С., Рощин О.А. - М.: ВИЭСХ, 2010, 208с.

[25] Стребков, Д.С.Модернизированная резонансная система электрического освещения. / Стребков Д.С., Некрасов А.И., Юферев Л.Ю., Рощин О. А. -Труды Международной научно-технической конференции. ВИЭСХ 2008

[26] Александров, Д. В. Повышение эффективности резонансных систем передачи электроэнергии для удаленных станций катодной защиты. / Л. Ю. Юферев, Д. В. Александров // Труды международной конференции Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. 2014. Т. 1. С. 271 -278.

[27] Александров, Д. В. Источник электроснабжения удалённой станции катодной защиты. / Л. Ю. Юферев, Д. С. Стребков, О. А. Рощин, Д. В. Александров // Полезная модель к патенту РФ N140224 от 10.05.2014 Бюл. №13.

[28] Соколов, А.В. Резонансная светодиодная система освещения для закрытого грунта / Юферев Л.Ю, Соколов А.В., Юферева А.А. // Полупроводниковая светотехника. 2014. Т. 2. № 28. С. 78-80.

[29] Соколов, А.В. Проектирование преобразователей напряжения для резонансных систем передачи электрической энергии малой мощности / Стребков Д.С., Юферев Л.Ю., Соколов А.В., Прошкин Ю.А. // Сборник научных докладов ВИМ. 2010. Т. 2. С. 332-340.

[30] Соколов, А.В. Универсальная широкополосная система освещения с варьируемым спектром для теплиц / Соколов А.В., Юферев Л.Ю. // Инновации в сельском хозяйстве. - 2012. - № 1(1). - С. 10-14.

[31] Юферев, Л.Ю. Регулируемая система освещения (варианты) Юферев Л.Ю., Прокопенко А.К, Алферова Л.К, Рощин О.А, Михалев А.А., и др. Патент РФ №120307 Опубликовано: 10.09.2012 Бюл. № 25

[32] U.S. Patent 2,685,068, "Surface wave transmission line". George J. E. Goubau [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://patents.google.com/patent/US2685068A/en

[33] U.S. Patent 2,921,277, "Launching and receiving of surface waves". George J. E. Goubau. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://patents.google.com/patent/US2921277

[34] Линия Губо. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Линия_Губо ; https://en.wikipedia.org/wiki/Single-wire_transmission_line ; https://de.wikipedia.org/wiki/Goubau-Leitung

[35] Македонски, Д. Приемна коллективна телевизионна система с еднопро-водни линии с поверьхносна вьлна" / Димитр Македонски. // "Радио телевизия електроника", Болгария, 1985 год. (с) доц. к.т.н. инженер Димитр Македонски

[36] Tesla. N. U.S. Patent 649,621, Apparatus for Transmission of Electrical Energy, Nikola Tesla (1900). [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://patents.google.com/patent/US649621

[37] Tesla. N. U.S. Patent 645,576, Systems of Transmission of Electrical Energy, Tesla, Nikola, (1897-1900). [Электронный ресурс] - Режим доступа:

https://patents.google.com/patent/US645576A/en

[38] Tesla. N. U.S. Patent 1119732, Apparatus for Transmission of Electrical Energy, Nikola Tesla (1914). [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://patents.google.com/patent/US1119732

[39] Tahsin, A. Single-wire transmission lines at terahertz frequencies / Tahsin Akalin // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (IEEE-MTT), Volume 54, Issue 6, June 2006 Page(s): 2762—2767

[40] Single wire earth return [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://en.wikipedia.org/wiki/SWER

[41] Goubau, G. Surface waves and their application to transmission lines / Goubau, G. (1950) //. Jour. of Applied Physics. Amer. Inst. of Physics. 21: 119. cited in Stulle, Bergoz 2012 The Goubau line, p.148

[42] Sommerfeld, A. Ueber die Fortpflanzung elektrodynamischer Wellen langs eines Drahts. / Sommerfeld, A. (1899). // Annalen der Physik und Chemie. 67: 233. cited in Stulle, Bergoz 2012 The Goubau line, p.148

[43] Harms, F. Elektromagnetische Wellen an einem Draht mit isolierender zylindrischer Hülle. / F. Harms - Ann. Phys. 23, 1907, S. 44-б0.

[44] Львов, А.П. Электрические сети повышенной частоты. / Львов А.П. -Второе издание дополненное, Москва, Энергоиздат, 1981г.

[45] ГОСТ 9.602-201б EСЗKС. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии [Электронный ресурс] - Режим доступа: http ://docs. cntd.ru/document/1200140210

[46] РД 153-39.4-091-01 Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.gostrf.com/normadata/1/4294845/4294845312.pdf

[47] ГОСТ Р 51164-98 Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии [Электронный ресурс] - Режим доступа: http ://vsegost.com/Catalog/90/9004. shtml

[48] РД 153-39.4-039-99 Нормы проектирования электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок магистральных нефтепроводов (МН). [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://snipov.net/c_4684_snip_106776.html

[49] ВСН 39-84 Катодная защита от коррозии оборудования и металлических конструкций гидротехнических сооружений [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.normacs.ru/Doclist/doc/9A6.html

[50] Методические рекомендации по оценке качества изоляционных покрытий подземных стальных водоводов методом катодной поляризации // МИНВОДХОЗ УССР, Киев-1989, Министерство мелиорации и водного хозяйства УССР [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.norm-load.ru/SNiP/Index1/50/509б9.htm

[51] Иоссель, Ю.Я. Математические методы расчёта электрохимической коррозии. / Иоссель Ю.Я., Клёнов Т.Э. - М.Металлургия 1984 185с.

[52] James, T. L. Corrosion сontrol and cathodic protection for water and wastewater protection systems / James T Lary // Corrpro Companies, Inc 1090 Enterprise Dr. Medina, OH 4425б [Электронный ресурс] - Режим доступа: http ://www.ohiowater.org/ARCHIVES/orwa/ORWA_SITE_ARCHIVE/downloads/06 %20Expo/Corrosion%20Control.pdf

[53] Volkan, C. Cathodic Protection: Industrial Solutions for Protecting Against Corrosion / Volkan Cicek //1st Edition, Kindle Edition, May 29, 2013, ISBN-10: 1118290402

[54] Рудой, В.М. Проектирование катодной защиты подземных трубопроводов, Учебное электронное текстовое издание / Рудой В.М., Останин Н.И., Зайков Ю.П. // Подготовлено кафедрой «Технология электрохимических производств» Научный редактор: проф., д-р хим. наук Останина Т.Н., ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 2005 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.enes26.ru/forum/attachment.php?attachmentid=348&d=1343649228

[55] Рахманкулов, Д.Л. Современные системы защиты от электрохимической коррозии подземных коммуникаций. Том 2. Электрохимическая защита от коррозии в примерах и расчетах / Рахманкулов Д.Л., Кузнецов М.В., Гафаров Н.А. - Уфа: "Реактив", 2003. - 160 с.

[56] Козлов, П.Я. Конструктор. / Козлов П.Я. - Москва, Машиностроение 1989г. стр. 9-10.

[57] REN21 2016. Renewables Global Status Report 2016 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/10/REN21_GSR2016_FullReport_en_11.pdf

[58] Global wind statistics 10.02.16 Global wind energy council [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.gwec.net/wp-content/uploads/vip/GWEC-PRstats-2015_LR.pdf (10/2/2016)

[59] Ветроэнергетика [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ветроэнергетика

[60] Возобновляемая энергия [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/возобновляемая энергия

[61] Anna-Karin, S. HVDC Light for connection of wind farms / Anna-Karin Skytt, Per Holmberg, Lars-Erik Juhlin // ABB Power System AB Sweden 30.03.01.

[62] Roger, C. The role of HVDC and FACTS technologies to enchance the utilisation of existing transmission networks // AREVA T&D // Roger Critchley //09.03.09 Imperial College, London

[63] SWER [Электронный ресурс] - Режим доступа: https ://de.wikipedia.org/wiki/Single-Wire_Earth_Return

[64] Mandeno, L. Rural Power Supply Especially in Back Country Areas. / Man-deno, L. (1947), // Proceedings of the New Zealand Institute of Engineers, Vol. 33, p. 234.

[65] RPGU Hybrid - Overview: Remote Power Generation Units (RPGU) [Электронный ресурс] - Режим доступа: Wind/Solar Hybrid Power // http://www.absak.com/library/rpgua

[66] SDC Microgrid Solar Systems [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.solarelectricsupply.com/remote-industrial-solar/sdc-microgrid-solar-systems

[66] Харитонов, В.П. Основы ветроэнергетики. / Харитонов В.П. - Москва, 2010, с.218

[67] Андриевский, Е.Н. Эксплуатация электроустановок в сельском хозяйстве. / Андриевский Е.Н. - Москва, Энергоатомиздат, 1988г.

[68] Технические характеристики трасформаторов и трансфоматорных подстанций Минского электротехнического завода им. В.И. Козлова (МЭТЗ), Минск. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.metz.by

[69] Технические характеристики трасформаторов и трансфоматорных подстанций Уральского завода трансформаторных технологий (УЗТТ), Екатеринбург. [Электронный ресурс] - Режим доступа: [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://uztt.ru

[70] Малева, И. М. Системы электрохимической защиты сельскохозяйственных водоводов на базе микро-ГЭС: дис. ... канд.техн. наук: 05.20.02 / Малева Инга Михайловна. (н.р. проф. д.т.н. В.М.Усаковский) - М., ВИЭСХ, 1996г.

[71] Электроэнергия [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Электроэнергия

[72] Избыточная генерация электроэнергии в Германии, The Telegraph & Reuters [Электронный ресурс] - Режим доступа: http ://energysafe.ru/alternative_energy/alternative_energy/1540/

[73] Electricity generation [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/Electricity_generation

[74] Wind power [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://en.wikipedia.org/wiki/Wind_power

[75] Автономные блочно-комплектные энергетические установки БКЭУ-ВСМ, 09.09.15г. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.nipom.ru/media/news/avtonomnye-blochno-komplektnye-energeticheskie-ustanovki-bkeu-vsm

[76] Частоедов, Л.А. Электротехника / Л.А.Частоедов - Москва Высшая Школа 1989.

[77] Стародубцев, Б.Н. Теория и расчёт трансформаторов малой мощности / Б.Н.Стародубцев - Москва Радиософт 2005.

[78] Бессонов, Л.А.Электрические цепи / Л.А. Бессонов - Москва Гардарики

2007.

[79] Евдокимов, Ф.Е. Теоретические основы электротехники / Ф.Е. Евдокимов - Москва Академия 2004

[80] Касьянов, В. А. Физика. 11 класс. / Касьянов В. А.- М.: Дрофа, 2007.

[81] Немцов, М. В. Электротехника и электроника./ Немцов М. В. - М.: Издательский центр "Академия", 2007.

[82] Трофимова, Т. И. Курс Физики./ Трофимова Т. И. - М.: Высшая школа,

1994.

[83] Сивухин, Д. В. Общий курс физики, Том III Электричество./ Сивухин Д. В. - М.: Физматлит, 2006.

[84] Калашников, С. Г. Электричество. / Калашников С. Г. - М.: Физматлит,

2004.

[85] Прохоров, А. М. Физическая энциклопедия. / Прохоров А. М. (главн. ред.) - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.

[86] Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники./ Бессонов Л.А. -М. Высшая школа 1978г. 7 издание

[87] Иродов, И.Е. Задачи по общей Физике /И.Е.Иродов-Москва Бином 2007

[88] Баскаков С.И. Лекции по теории цепей /С.И.Баскаков -Москва Комкни-га 2005

[89] Герасимов, А. А. Электромагнитные компоненты преобразователей напряжения / Герасимов А. А., Костров М. Ю. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.mmp-irbis.ru/content/files/elmag1.pdf

[90] Рэй, Р. Потери в обмотках вследствие эффекта близости / Рэй Ридли Артем Терейковский // СТА-ПРЕСС, www.soel.ru Современная электроника N6 2005 // Dr.Ray Ridley Перевод Артём Терейковский www.soel.ru/cms/f/ ?/311625.pdf

[91] Proximity effect [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.en.wikipedia.org/proximity effect

[92] Мелешин, В.И. Транзисторная преобразовательная техника / Мелешин В.И. - М.: Техносфера, 2005. - с. 115

[93] Семенов, Б. Ю. Силовая электроника, от простого к сложному (2я книга) / Семенов Б. Ю - Солон Пресс, 2005

[94] Русин, Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры. / Ю. С. Русин Ю. С., Гликман и. Я., ГорскийА. Н. - М.: Радио и связь, 1991.

[95] Конспект лекций по курсу «Компьютерный анализ и синтез электронных устройств» Пакет программ схемотехнического анализа MicroCAP-8, Смоленский филиал МЭИ 2006 [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://a-bolshakov.ru/OKPiM/Books/Amelina.Paket_MicroCAP-8.pdf

[96] Амелина, М.А.Программа схемотехнического моделирования Micro -Cap. Версии 9, 10. / Амелина М.А., Амелин С.А. - Смоленск, Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2013. - 618 с., ил.

[97] Yang, Y. A cimparative Study of Single-Switch Three-Phase High-Power-Factor Rectifies / Y.Yang and М. Jovanovic // IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, Vol 34. 1998. pp. 1327-1334.

[98] Application Note 42047 Power Factor Correction (PFC) Basics (ML4821). [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-42047.pdf

[99] Ряд Фурье. Разложение функции в ряд Фурье. [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://www.dpva.info/Guide/GuideMathematics/SeriesOfTaylorMaklorenFourier/Fourie rSeries/

[100] Преобразование Фурье. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Преобразование Фурье

[101] Соколов, А.В. Обоснование параметров и разработка широкополосной системы освещения растений в защищенном грунте с резонансным электропитанием: дис. ... канд.техн. наук: 05.20.02 / Соколов А.В. - М., ВИЭСХ, 2015

[102] Михалев, А.А. Разработка системы освещения птицеводческих помещений на основе светодиодных светильников и резонансного источника питания: : дис. ... канд.техн. наук: 05.20.02 / Михалев А.А. - М., ВИЭСХ, 2014

[103] Скорчелетти, В.В. Теоретическая электрохимия. / Скорчелетти В.В. -Издательство Госхимиздат,1963г..

[104] Эткинс, П. Физическая химия Том 2 / П. Эткинс -М.: Мир, 1980.-584 с.

[105] Медно-сульфатный электрод сравнения ЭС-ТСТ-СТЭЛС-Р40-Си-007 (ТХ) [Эл. ресурс] - Режим доступа: http://www.pipe-st.ru/catalog/electrodes/

[106] Протокол опытно-промышленных испытаний по энергоснабжению станций катодной защиты с помощью резонансной однопроводной системы от 22.11.2012 («Газпром» Филиал ООО «Газпром трансгаз Москва» Серпуховское ЛПУ МГ, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина)

[107] Протокол опытно-промышленных испытаний по энергоснабжению станций катодной защиты с помощью резонансной однопроводной системы от 27.09.2012 («Газпром» Филиал ООО «Газпром трансгаз Москва» Серпуховское ЛПУ МГ, РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина)

[108] АКТ опытно-промышленных испытаний по энергоснабжению станций катодной защиты с помощью резонансной однопроводной системы // "22" ноября 2012 г., г. Серпухов // Председатель комиссии: Ходырев А.И, профессор РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина;

[109] ФГБУ «Подольская государственная зональная машиноиспыта тельная станция», протокол №09-08-15, акт приемочных испытаний системы катодной защиты объектов водоснабжения сельского хозяйства

[110] Акт испытаний СКЗ в тепличном хозяйстве ООО «Виан», от 19 июля 2014г Председатель комиссии: Чечуров А.В. генеральный директор

[111] Петров, Н.А. Зависимость материального ущерба от простоев станции катодной защиты Н.А. Петров, З.С. Трегубова, В.А. Сурова Экспресс-ин-форм., сер. Экономика, организация труда и управление производством в газовой промышленности. М.: ВНИИЭгазпром, 1979. - Вып. 14..

[112] Трегубова, З.С. Методическими указаниями по определению экономической эффективности использования в газовой промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений / Трегубова З.С., Сурова В.А. - Экспресс-ин-форм., серия Экономика, организация труда и управление производством в газовой промышленности. М.: ВНИИЭгазпром, 1980. - Вып. 14..

[113] Синько, В. Ф. Комплексная электрохимическая защита от коррозии сооружений и оборудования в грунтах и жидких средах химических производств: дис. ... д.техн. наук: 05.17.03 / Синько Валерий Фёдорович //ВНИИ Коррозии, Москва, 2007г.

[114] Долин, П.А. Основы технической безопасности в электроустановках / П.А.Долин - М., Энергоатомиздат 1984г.,стр. 311-319.

[115] Иродов, И.Е. Задачи по общей физике / И.Е.Иродов -М.: Бином, Лаборатория знаний 2007

[116] Иоссель, Ю.Я. Рассчёт электрической ёмкости / Иоссель Ю.Я. - Ленинград, ЭНЕРГОИЗДАТ, Ленинградское отделение, 1981.

[117] РД 34.20.132 Стандарт организации, защита от коррозии. Проектирование электрохимической защиты подземных сооружений сто Газпром 9.2-0032009 Москва 2009.

[118] Буркитбаев, Б.О. Применение ветроэнергетических установок и мик-роГЭС на пастбищах Казахстана. / Буркитбаев Б.О., Малева И. М., Нестеров Е.Б. //Аналитический обзор,- Алма-Ата, КазНИИНКИ, 1992.- С.20-24.

[119] Кузьмич, В.В. Проект Европейской Экономической Комиссии ООН «Укрепление сотрудничества стран Средней Азии в использовании передовых технологий в энергоэффективности и возобновляемых источников энергии», под редакцией Кузьмич В.В., Минск 2013.

[120] Инвентаризация систем сельхозводоснабжения Российской Федерации на 01.01.1995г./ Материалы ГП «Союзводстрой» -М., 1994 г.

[123] Малева, И.М. Катодная защита. / Малева И.М. //Сельский механизатор. - 1995.-N11.-C.15-16.

[124] СТО 56947007-29.240.35.146-2013. Правила проведения расчётов затрат на строительство подстанций с применением КРУЭ. ОАО ФСК ЕЭС 2013г.

[125] Асеев, Б.П. Колебательные цепи / Асеев Б.П. - Государственное издание литературы по вопросам связи и радио, Москва 1955г.

[126] Александров, Д.В. Исследование резонансной системы передачи электроэнергии на повышенной частоте. / Л. Ю. Юферев, О. А. Рощин, Д. В. Александров, А. В. Соколов // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2014. № 8 (148). С. 89-93.

[127] Александров, Д.В. Применение станций катодной защиты в сельском хозяйстве. / Д. В. Александров, А. В. Соколов // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 4 (29). С. 4146.

[128] Александров, Д. В. Результаты испытании резонансной однопроводни-ковой системы передачи электроэнергии. / Л. Ю. Юферев, О. А. Рощин, Д. В. Александров // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 7 (129). С. 60-64.

[129] Александров, Д.В. Возможности высокочастотных систем передачи электроэнергии для электрификации сельскохозяйственных объектов. / Л. Ю. Юферев, Д. В. Александров // Труды ГОСНИТИ. 2013. Т. 111. № 1. С. 149-152.

[130] Александров, Д.В. Энергосберегающая система защиты от коррозии металлоконструкций сельскохозяйственных объектов. / Д. В. Александров, Л. Ю. Юфе-рев // Вестник ВИЭСХ. 2016. № 1 (22). С. 25-29.

[131] Александров, Д. В. Применение современных шим-преобразователей для электрификации сельскохозяйственных объектов. / Д. В. Александров, Л. Ю. Юфе-рев // Труды международной научно-технической конференции Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. 2012. Т. 1. С. 146-151.

[132] Александров, Д. В. Применение систем электрохимической защиты в сельском хозяйстве. / Д. В. Александров, Л. Ю. Юферев // Инновации в сельском хозяйстве. 2012. № 1 (1). С. 15-20.

[133] Александров, Д. В. Возможность применения резонансной системы электропитания для катодной защиты. / Д. В. Александров, Л. Ю. Юферев // Инновации в сельском хозяйстве. 2012. № 2 (2). С. 46-53.

[134] Александров, Д. В. Основные проблемы и их устранение при проектировании РОС. / Л. Ю. Юферев, О. А. Рощин, Д. В. Александров // Инновации в сельском хозяйстве. 2013. № 1 (3). С. 18-24.

[135] Александров, Д. В. Исследование резонансной системы передачи электроэнергии на повышенной частоте. / Л. Ю. Юферев, О. А. Рощин, Д. В. Александров, А. В. Соколов // International Scientific Journal Life and Ecology. 2014. № 1. С. 80.

ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1

Реализация результатов исследований. Защита объектов защищённого грунта.

Приложение 2

Реализация результатов исследований. Защита защита продуктопроводов.

УТВЕРЖДАЮ

Первый заместитель начальника Департамента по транспортировке, подтем ному хранению и использованию газа

опытно-промышленных испытаний по энергоснабжению станции катодной зашиты с помощью резонансной однопроводной системы

"22" ноября 2012 г. г. Серпухов

Комиссия в составе:

Г1рсдссда1ель: Ходырев Л.И. профессор РГУ нефш и iaia имени U.M. Губкина: Члены комиссии: Какал и н II.П. главный специалист ПОЗК филиала

ООО «Газпром трансгаз Москва»: Бсссднов В.М.. начальник службы JK филиала ООО «Газпром

транстаз Москва» Серпуховское Л11У МГ: Долгаиов М.Л.. ведущий специалист

ООО «11ефтегазТех"*)кспсргиза»; Фаграхманов Ф.К.. руковолгтель группы

(ХХ> «11ефтегаз ГехЭкспертнза»: Шахраманьян М.Л.. генеральный директор ООО «МИН 1У

«Эиер! осбережение»: ЮфсревЛ.Ю.. заведующий лабораторией ГНУ ВИЭСХ, назначенная приказом по РГУ нефти и газа имени U.M. Губкина № 577 от 19 ноября 2012 г., при участии начальника лаборатории JX3 ООО «Газпром ВНИИГАЗ» Глазова H.H. провела 22 ноября 2012 г. завершающий этап испытаний по «Программе и методике опытно-промышленных испытаний по энергоснабжению станций катодной защиты с помощью резонансной однопроводной системы». Комиссии представлены следующие документы (Приложения):

- Профамма и методика опытно-промышленных испытаний по энергоснабжению станций катодной зашиты с помощью резонансной однопроводной системы;

- Проект подключения резонансной однопроводной системы к действующей

ЛЭП;

- Протокол оиыгно-нрочышлениых испытаний по энергоснабжению станций катодной зашиты с помощью резонансной однопроводной системы от 27.09.2012.

Ток м-т>дппй СКЗ. А 1» 5 8

Мощность выходная приемн. преобразователя (расчет), Вт 265 715

Кпд 73

Выводы

1. Система работает устойчиво на исследованных режимах и обеспечивает электроснабжение двух разноудаленных станций катодной шииты.

2. Включение в работ) дальней СКЗ практически не сказывается на режиме электроснабжения ближней СКЗ.

3. Кпд передачи электроэнергии для работы двух СКЗ составляет 73% при нагрузке 20% от мощности передающего преобразователя.

3. ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

3.1. Испытания показали техническую возможность электроснабжения СКЗ с помощью резонансной однопроводной системы, включающей экспериментальный образен комплекса оборудования КОРС и тин провод существующей кпдушной линии электропередачи.

3.2. Комплекс оборудования КОРС позволяет обеспечивать электроснабжение как одной СКЗ. так и двух станций, находящихся на разном удалении от передающего преобразователя

3.3. На режиме холостого хода происходит повышение напряжения в однопроводной линии по мере удаления от передающего преобразователя. Для ограничения роста напряжения холостого хода можно примешпъ в составе приемного блока специальный ограничитель напряжения. автоматически выключающийся при появлении полезной нагрузки.

3 4 Эффективность передачи электроэнергии с помощью РОС расчет с повышением уровня загруженности передающего преобразователя и составляет порядка 73% при электроснабжении двух станций СКЗ (при загруженности 20%).

Подписи:

I

Бсссднов В.М. Гузь ВВ. "^ощин О.А. Ходырев А.И Юферев Л.Ю.

LtJ

UJ M

в

s

H M

es о

о

я та о

со о й о со

s

H

er

fD

со

M ¡0 о

к

со

M

й S S M

fD M

и s

W

M ß S SQ

та

fD

W V!

U Cr-H M H о со

s

Г5 Г5

и

fD

о со

M

s s

Яс

па передающий и приемные преобразователи КОРС. I кпери и проводах не превышают 2% от потребляемой мощности.

4. Отмечен роет гармонической составляющей ни ВЛ при увеличении нагрузки.

5. Программу и методику опыгно-прочмшленных испытаний по энергоснабжению станций катодной зашиты с помощью резонансной однопроводной системы, утвержденную первым заместителем начальника Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию таза ОАО «Газпром» С'.И. Алимовым, считать выполненной.

6. Целесообразно провести испытания с оценкой влияния РОС на работу оборудования, находящегося в одном технологическом коридоре и на работу систем телемеханики.

7. Целесообразно провести испытания на безопасность работы РОС при замыкании ВЛ на землю.

Я. Необходимо оценить воздействие на защитное заземление СКЗ и газопровод (в точке дренажа СКЗ). возникающее при работе комплекса оборудовали»

9. Следует оценить работоспособность применяемых в ОАО «Газпром» традиционных методов грозозащиты в составе комплекса оборудования КОРС.

Протокол с результатами измерений от 22.11.2012 прилагается.

КОРС.

Подписи:

- Ходырев А.И. Бессднов В.М.

Шахраманьян М.А

и.Ю геном

з

I .ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПЫТЫВАЕМОГО ОБРАЗЦА

1.1.Назначение, краткое техническое описание системы катодной защиты объектов и технологического процесса

Назначение системы катодной зашиты

Спиши« катодной электрохимической защиты предназначена дли зашиты сель скихотяйственных объектов от коррозии. Использование )ХЗ продлевает срок сл>жб металлосодержашн.ч конструкций в несколько раз. не менее чем в 4 рай <до 30 лег и более). Станция предназначена для зашиты объектов:

• водопроводные трубы и все оборудование системы волообсспсчскня: водонапорные башнн. регулирующие ёмкости. водокачки и др.:

• зашита тепловых контуров ломов и их оборудования;

• скважины и их оборудование • системы водоочистки:

• подземные подвальные хранилища и сооружения;

• системы мелиорации.

Так же станция катодной электрохимической защиты может быть применена д '.ашиты от коррозии различных объектов сельского хозяйства (а1рономия, животноводство. мелиорация, растениеводство и др.):

-сооружения и здания (зашита металлоконструкций, каркасов, металлической арматуры железобетона).

- жилые и др. здания < наиболее подверженные коррозии части: фу ндаменты, крыши, трубы);

- колодцы;

- продук|опроводы (газ н др.);

• теплины - сооружения (объекты) хранения (или находящиеся в контакте) кор рознонных веществ: морской воды, минеральных кислот, шелочей. удобрений и др.;

- специальные сооружения - вышки связи, и др.:

- канализационные системы и отстойники:

- сооружения рыбного хозяйства и др.

Краткое техническое описание системы катодной защиты объектов

Энер| осбсрсгаюшая СКЗ состоит из источника пониженного напряжения 0-$01 блока управления и схем обратной сви ш по выходному току, выходному напряжении!. шцитному потенциалу. Так же система содержит кабели, систему ттектродов Основные элементы системы катодной защиты слелчтошие: -СКЗ (ЛЗГ-01С); -линия питания;

•подвод защитного тока (минус); -защищаемый объект; -анодный кабель ( плюс);

-соединитель анодных электродов ( заземли гелей); -анодные электроды (заземлигели);

- коксовая обсыпка (наличие зависит от условий на объегге); -электрод сравнения:

-контактное устройство (только для систем с количеством анодов более одного

МИПИ1 H IV I BOCI ЛЬСКО! О ХОЗЯЙСТВА POO ИЙ( КОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Д1 ПЛРТАМ1Н1 НАУЧНОМ XIIOJIOI ИЧ1СКОЙ I ЮЛИ ГИКИ И t)ЬРЛЗОВЛ11ИЯ

Ф1 ЬУ -ПОДОЛЬСКАЯ ГОСУДАРСГВ1 ИНАЯ ЗОНАЛЬНАЯ МАШИПОИ1 111.11 \ I Г.1Ы1АЯ ( I ЛИНИЯ»

ПРОТОКОЛ Ni 09-08-15

приемочных испытаний системы к.ло.пюн uiiihhm обметов водоснабжении сельского хозяйства CK i

Клкмонск7015 i

)*лож*мныя • грунт защищаемы* от *

* корфоэи» метлллос одержащий объест % * • (водопровод) . -» 4

Рисунок.2 Схема подключения электродов к системе СКЗ

•с

Рисунок. 3 Принцип работы системы СКЗ

I - СКЗ (ЛЗГ-01С); 2 ■ лииих питания. 3 • подвод защитного юка (минус): 4 - ташншасмый объект. 5 - анодный кабель (плюс); 6 - соединитель анодных электродов (эалсмлитслей); 7 - анодные электроды (тагемлнтели), 8 - коксовая обсыпка (наличие зависит от условий на объекте): 10 * электрод сравнения, 11 - контактное устройство (только для систем с количеством анодов более одного).

Краткое техническое описание технологического процесса и принцииы СКЗ

Технологический процесс содержит паны : -установка обору ломания (подготовительный этап);

-платная работа и мониторшн (счишвание. проверка, регулировка рабочих параметров) (основтюй этап);

-ремонт, профилактика, замена анодных затсмлитслей (операционный этап). Электрохимическая катодная зашита, основана на наложении отрицательного потенциала на защищаемую деталь. Положительный терминал от внешнего источника гока соединен с анодом расположенным рядом с защищаемым объектом, отрицательный терминал сое.тинен с самим защищаемым объектом (с помощью катодного тока снижают значение электрического потенциала труба-грунт до значения -0.75/-2.00 В). Принцип работы - избыток электронов на защищаемом объекте-катоде тормозит выход ионов металла во вне, то есть тормозит процесс коррозии.

Рисунок. I Блок управления системы СКЗ

Приложение 4 Описание полезной модели к патенту.

<12> ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ

Статус: действует (последнее изменение статуса: 07.12.2015) Пошлина: учтена за 4 год с 29.03.2016 по 28.03.2017

(21)(22) Заявка: 2013113862/02. 28Л3.2013

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 28 Л 3 Л 013

При орите т(в1):

(22) Д ата подачи з аяв ки: 28.03.2013

(45) Опубликовано: 10.05.2014 Бкш Хв 13

Адрес для переписки:

109456, Москва, 1 -ын Вешняков с кий пр-д, 2, ГНУ ВИЭ СХ, Голубе вон О В.

(72) Автор(в1):

Юферев Леонид Юрьевич (КЦ)? Стребк ов Дмитрии Семенович (ИИ), Рощнн Олег Алексеевич (ИЦ), Александров Даниил Владимирович (Ш1)

(73) П атенто о Бп адатель(и): Государственное научное учреждение

В сер ос снйск ни науч но - не еле до вательск ни и не тнт ут электрификации сельского хозяйства Российской Академии Сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ РОС СЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) (ГШ)

(54) ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УДАЛЕННОЙ СТАНЦИИ КАТОДНОЙ ЗАЩИТЫ (ВАРИАНТЫ)