Разработка имитационной модели системы заземления и молниезащиты резервуаров для хранения нефти с учетом неоднородности грунта

UDK: 614.841.3:622.69
DOI: 10.24887/0028-2448-2021-9-133-136
Ключевые слова: резервуар для хранения нефти, система заземления, грозовой импульс, частотный метод, удельная электрическая проводимость грунта, многослойный грунт, имитационное моделирование, MATLAB, Simulink
Авт.: И.С. Сухачев (Тюменский индустриальный университет), к.т.н., П.В. Чепур (Тюменский индустриальный университет), к.т.н., С.В. Сидоров (Тюменский индустриальный университет), В.В. Сушков (Тюменский индустриальный университет), д.т.н., И.С. Латыпов (ООО «Тюменский нефтяной научный центр»), Гуань Юхай (Китайский университет нефти)

В настоящее время в нормативной документации допустимое сопротивление системы заземления регламентируется без учета изменения электрических свойств грунта при возникновении высокочастотных токов, вызываемых грозовыми импульсами. При расчете системы заземления удельное электрическое сопротивление грунта принято считать постоянным, не зависящим от частоты. Согласно нормативным документам на нефтегазовые объекты, в том числе отраслевым, сопротивление системы заземления должно быть не более 10 Ом, что обеспечивает защиту и от статического электричества. С учетом типоразмеров и характерных участков размещения резервуаров для хранения нефти и сжиженного газа их поражение ударом молнии является наиболее вероятным.

В статье рассмотрена имитационная модель системы заземления и молниезащиты резервуаров хранения нефти, разработанная с учетом неоднородности грунта. Возникновение пожара резервуарного парка в результате удара молнии имеет высокую вероятность, связанную в первую очередь с ошибками в проектировании системы заземления. В нормативной документации допустимое сопротивление системы заземления регламентируется по постоянному току без учета частотной зависимости электрических свойств грунта, однако возможны ситуации, когда грунт имеет высокий коэффициент неоднородности, что существенно влияет на процесс растекания при воздействии грозового импульса. С использование разработанной имитационной модели выполнена оценка полного сопротивления системы заземления резервуарного парка для хранения нефти в частотном диапазоне грозового импульса. Получены амплитудно- и фазочастотные характеристики удельного сопротивления различных типов многослойных грунтов.

References

1. Pravila ustroystva elektroustanovok (Rules for electric installation): 7th edition, Ekaterinburg: Modul' Publ., 2013, 672 p.

2. GOST R MEK 62305–1-2010, Risk management. Protection against lightning. Part 1. General principles, Moscow: Standartinform Publ., 2011, 45 p.

3. RD 34.21.122-87, Instruktsiya po ustroystvu molniezashchity zdaniy i sooruzheniy (Instructions for lightning protection of buildings and structures), Moscow: Publ. of  Ministry of Energy of the USSR, 1987, 32 p. 

4. SO 153–34.21.122–2003, Instruktsiya po ustroystvu molniezashchity zdaniy, sooruzheniy i promyshlennykh kommunikatsiy (Instructions for the device of lightning protection of buildings, structures and industrial communications), St. Petersburg: DEAN Publ., 2005, 64 p.

5. Grcev L., Impulse efficiency of ground electrodes, IEEE Transactions on power delivery, 2009, V. 24, no. 1, pp. 441–451.

6. Grcev L., Lightning surge efficiency of grounding grids, IEEE Transactions on power delivery, 2011, V. 26, no. 3, pp. 223–237.

7. Visacro S., Soares A., HEM: a model for simulation of lightning-related engineering problems, IEEE Transactions on power delivery, 2005, V. 20, no. 2, pp. 1026–1208.

8. Bedoui S., Bayadi A., Probabilistic evaluation of the substation performance under incoming lightning surges, Electric Power Systems Research, 2018, V. 162, pp. 125–133.

9. Yamamoto K., Sumi S., Transient grounding characteristics of a wind turbine foundation with grounding wires and plates, IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC), 2014, pp. 570–575.

10. Gavrilin A.N., Kladiev S.N., Glazyrin A.S. et al., Identification of parameters of vibration electromagnetic activator mechanical system using limiting near-resonance frequency (In Russ.), Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov, 2019, V. 330, no. 4, pp. 158–177.

11. Gol'dshteyn V.G., Saydova N.V., Tanaev A.K., Mathematical modeling of longitudinal displacement currents and surface effect in multilayer earth and wires of power lines (In Russ.),  Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Fiziko-matematicheskie nauki, 2004, V. 30, pp. 170–177.

12. Gol'dshteyn V.G., Saydova N.V., Tanaev A.K., Refined mathematical model of the surface effect in multilayer earth (In Russ.),  Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Fiziko-matematicheskie nauki, 2003, V. 19, pp. 129–133.

13. Kramarenko V.V., Molokov V.Yu., Shinavi A.E., Classification on consistency of organomineral soils of Western Siberia (In Russ.), Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov, 2019, V. 330, no. 8, pp. 180–189.

14. Alipio R., Conceição D., De Conti A. et al., A comprehensive analysis of the effect of frequency-dependent soil electrical parameters on the lightning response of wind-turbine grounding systems, Electric Power Systems Research, 2019, V. 175, pp. 1–8.

15. Alipio R., Visacro S., Time-domain analysis of frequency-dependent electrical parameters of soil, IEEE Trans. Electromagn. Compat., 2017, V. 59, no. 3, pp. 873–878.

16. Sushkov V.V., Sukhachev I.S., Sidorov S.V., Evaluation and methods of increasing of submersible electric motor insulation residual resource in oil production electrotechnical complex under the influence of impulse overvoltages (In Russ.), Elektrooborudovanie: ekspluatatsiya i remont, 2017, no. 12, pp. 50–55.

17. Sushkov V.V., Timoshkin V.V., Sukhachev I.S., Sidorov S.V., Evaluation of submersible electric motor insulation residual resource in oil production electric centrifugal pumps under the influence of impulse overvoltages (In Russ.), Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov, 2017, V. 328, no. 10, pp. 74–80.

18. Izadi M., Abd Rahman M.S., Ab-Kadir M.Z.A. et al., The influence of lightning induced voltage on the distribution power line polymer insulators, PLoS ONE, 2017, no. 12 (2), doi: 10.1371/journal. pone.0172118.

19. Izadi M., Kadir A., Abidin M.Z., Hajikhani M., An algorithm for evaluation of lightning electromagnetic fields at different distances with respect to lightning channel, Mathematical Problems in Engineering, 2014, no. 1, DOI:10.1155/2014/925463.

20. Izadi M., A. Ab Kadir M.Z., Hajikhani M., Effect of lightning induced voltage on the line polymer insulator in a distribution line, Proceedings of 2014 International Conference of Lightning Protection (ICLP), 2014, pp. 507–511, DOI:10.1109/ICLP.2014.6973177



Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) могут только авторизованные посетители сайта.

Mobile applications

Read our magazine on mobile devices

Загрузить в Google play

Press Releases

24.11.2021
23.11.2021
02.11.2021
Конкурс на соискание молодежной премии имени академика И.М. Губкина