Последствия обрыва 110 кВ над подземным трубопроводом

День добрый. Сразу прошу прощения у модератора, если тема не там.
К сути. Зафиксирован обрыв ЛЭП 110т кВ в точке пересечения с подземным трубопроводом (глубина около метра). Труба по итогу была прожжена насквозь в нескольких местах, плюс имеется подтвержденный каверны - доказан факт наличия подземной дуги. Есть необходимость расчётно/нормативно обосновать безопасные расстояния от трубы до фундамента опоры защитного сооружения.
Идея:
1) рассчитать минимальное расстояние от трубы (условно - электрод 1) до точки приложения по земле 110 кВ (условно - электрод 2), при которых между электродами не возникнет дуги позволяющей нагреть металл до температуры плавления. (Понимаю возможную грубость подсчётов и множество неизвестных, готов обсудить детально с теми, кому интересна тема).
2) при соблюдении п.1 дуги (и прожига, соответственно) не будет, однако негативное влияние на трубу в виде локального повышения температуры с возможным повреждением изоляции возможно. Хочется также найти зону безопасного для трубы падения провода.

Уважаемый коллега belok5! Начнём с того, каким боком Вы причастны к данной ЛЭП-110 кВ и к этой несчастной трубе? Вы проектировщик (проектант) этой ЛЭП или трубопровода?
Насколько я понял, требуется грамотно и аргументированно "отмазаться" от наездов потерпевшей стороны (владельцев трубопровода) и разработать организационно-технические мероприятия по предотвращению повторения подобного инцидента в случае падения провода ВЛ-110 кВ.
В моём понимании этой ситуации, были изначально допущены грубейшие просчёты и упущения на стадии проектирования данного пересечения ЛЭП и трубопровода! И неважно, что было сооружено раньше, ЛЭП или трубопровод. Так или иначе, но должны были быть заранее предусмотрены технические меры по защите трубопровода, проходящего под ЛЭП-110 кВ - это аксиома.
Поскольку это не было заранее продумано в проекте и выполнено в процессе монтажа, виновны проектировщики объекта, смонтированного последним, а вместе с ними несут ответственность и все лица, причастные к этому объекту...
Для начала почитайте ПУЭ-7 Гл. 2.5. Подраздел "Пересечение и сближение ВЛ с надземными и наземными трубопроводами, сооружениями транспорта нефти и газа и канатными дорогами"

belok5,
А вы точно профессионал ?
Вообще-то защита обязана отработать гораздо быстрее, чем дуга успеет что-либо натворить..

Я здесь вообще третья сторона)). Большие дяди обеих сторон ситуацию уже обсудили и инцидент закрыли, так что ветка реально про технику. По итогу разбора к моей компании обратился пострадавший - владелец трубы - за разработкой типового технического решения, способного предотвратить прожиг трубы в аналогичной ситуации. Т.е. речь о потенциальной разработке защитного сооружения, которое будет отображено в альбомах типовых решений предприятия.
Касательно нарушений - речь идёт о подземном трубопроводе, поэтому данная глава формально не применима ни тогда, ни сейчас.



Я специалист по низкой стороне, с высокой стороной я на ВЫ, потому ваше первичное недоумение понятно. С другой стороны, мы все тут для того, чтобы помогать друг другу в тех ситуациях/темах, с которыми сталкиваешься впервые, поэтому я буду признателен, если мы исключим скептицизм из общения и постараемся помочь объяснить "на пальцах" в темах, с которыми сталкиваемся впервые. К ликбезу готов всегда.
Касательно логичного вопроса - у нас тоже есть вопросы к заключениям и другим предоставленным документам по инциденту (всё-таки обе стороны разошлись прохладно), но вынуждены работать с тем, что есть.
ЧП большое, потому многое рассказать не могу, однако техническими деталями готов поделиться. Отвечая на скепсис по тому, что дуга может/не может - по заключению физиков, энергии при Iср - 1710 А, tср - 1.9 с. (данные от энергетиков), достаточно для приведения около трёхсот кг стали из твёрдого в жидкое состояние.
ПыСы. Очень хотелось бы в теме перейти в итоге в техническую плоскость - времени для решения задачи мало, но для грубых расчётов должно хватить.

По п.2 предлагаю обложить сверху на расстоянии 20..30см рельсами) Чисто т.з. чайника.

Идея темы - найти расчётное и/или нормативное обоснование величины защитного сооружения. (Про 20-30 см - поверхность трубы залегала в диапазоне от 0.6 до 0.9 м, дуге это не помешало). Мысль с реализацией некоего П-образного сооружения очевидна, но нужны данные по расстояниям от поверхности/от трубы и выбору минимальных сечений конструкций. Если же отплясывать из тех нюансов, что есть в ПУЭ по наземным трубопроводам, то мы получаем монстра (говорим только о 110 кВ) - при чётко перпендикулярном пересечении это квадрат примерно 70 м на 70 м и высота не менее 4 м, а сечение (если брать что-то типа катанки) аж до 1500 мм2 доходит.

Квадрат еще какой то..., да как провод упадет, да как ляжет. Все эти расчеты - вилами по воде. Заложи место пересечения лэп и трубы бетонными блоками на высоту 2-3 метра и хватит.

Железо будет действовать как примитивный "дугоотвод" - его сопротивление будет меньше, чем у влажной земли, а если проложить ещё и сплошным слоем стекловаты.. впрочем, нужны сведения о параметрах пробоя в почве, а их, как я полагаю, нет. Ещё раз пардон за свиное рыло)

Данные в тех же ПУЭ изначально получены расчетным путем, потому брать цифры от балды неправильно. И речь в теме не о локальном решении проблемы, а о типовой формуле расчета размера ограждения для разных напряжений, от 35 до 500 кВ.

Вообще-то Тема начиналась со 110кВ пост№1.
ТТД по трубе не представлены по сему как вариант:
1. В месте пересечения монтировать вставку из пластиковой трубы (Трубы САФИТ).
2. Размер вставки можно взять по ПУЭ, исходя из охранной зоны и т.п.

Я тоже тут ещё тот специалист, но у меня большое сомнение что ток в 1700А в течении времени 1.9 секунды приведены не с потолка, ведь линия почти наверняка с изолированной нейтралью, и ток дуги от упавшего на землю провода должен был быть ограничен током перезарядки изменившейся ёмкости линии. Или упали сразу два провода, или линию неоднократно пытались повторно включить.
Может провод порвался пополам, и дуга била между двумя половинками упавшими на землю, что почти невозможно?
Ещё раз извиняюсь за некомпетентное любопытство, но впечатление, что не сработала защита линии.

Уважаемый belok5! Изучая требования и рекомендации всех изданий ПУЭ по данному вопросу, начиная с третьего издания ПУЭ 1965 г. и заканчивая ПУЭ-7 изд. 2003 г., можно убедиться, что во всех изданиях ПУЭ этот вопрос был проработан, мягко выражаясь, недостаточно глубоко. А точнее говоря, абсолютно не проработан! Складывается впечатление, что разработчики ПУЭ считали все ВЛ вечными, несокрушимыми и не подверженными влиянию форс-мажорных обстоятелств.

Приведу лишь некоторые цитаты из ПУЭ-7, так или иначе относящиеся к рассматриваемой нами проблеме, и в которых проскакивают более-менее верные мысли:

Как известно всем более-менее грамотным инженерам (не только инженерам-электрикам), существуют следующие основные универсальные методы защиты объектов:
- Защита расстоянием (удалением защищаемого объекта на безопасное расстояние от опасного для него объекта или источника опасности);
- Защита временем (сокращение времени воздействия опасного фактора на защищаемый объект);
- Защита укреплением защищаемого объекта (приданием защищаемому объекту качеств, повышающих его устойчивость к воздействию опасных факторов);
- Защита применением внешних искусственных защитных инженерных сооружений;
- Комплексное применение указанных выше методов защиты в различных сочетаниях.

В рассматриваемом случае могут быть реализованы любые из названных выше методов защиты, либо их сочетание в различных комбинациях.
Например, защита расстоянием может быть осуществлена путём заглубления трубопровода на безопасную глубину.
Для защиты временем требуется уменьшение времени уставки отключения данного участка ВЛ-110 кВ при возникновении однофазного замыкания на землю.
Защита путём укрепления защищаемого объекта заключается в применении труб с большей толщиной стенок на участке пересечения
трубопровода с ВЛ-110 кВ на расстояниях в обе стороны не менее 1,5 высоты опоры ВЛ от крайнего провода (для защиты трубопровода в случае падения опоры).
В качестве внешних защитных инженерных сооружений можно, например, применить прокладку защищаемого трубопровода в защитной трубе большего диаметра и толщины стенки, выходящей за габариты ВЛ-110 кВ в месте пересечения трассы на расстояние не менее 1,5 высоты опоры ВЛ. Защитная труба большего диаметра должна быть заземлена с двух сторон с помощью искусственного заземляющего устройства сопротивлением не более 10 Ом и иметь металлическое соединение с защищаемым трубопроводом не менее чем в 2 точках для уравнивания потенциалов.
В случае, если временная остановка существующего защищаемого трубопровода невозможна для его прокладки в защитной трубе большего диаметра, можно защитить его путём продольного разрезания защитной трубы на две части с их последующей сваркой после установки в нужном месте.

Поскольку воздействие на трубопровод поражающего фактора в форме электрического тока большой мощности при обрыве провода ВЛ-110 кВ сходно с ударом молнии, кое-какую полезную информацию можно почерпнуть из РД 91.020.00-КТН-276-07 «Нормы проектирования молниезащиты объектов магистральных нефтепроводов и коммуникаций ОАО АК Транснефть и дочерних акционерных обществ», а также комплекса ГОСТ Р МЭК 62305 по молниезащите.

Все необходимые математические расчёты могу предоставить, за небольшое по меркам предприятий по транспорту нефтепродуктов или газа, материальное вознаграждение в любой валюте (шутка - Ваня Иванов денег с бедных не берёт).

Что я и говорил. Завалить место пересечения бетонными блоками на высоту равную длинне гирлянды изоляторов для опор 110 кВ. Остальное все от лукаваго.

Дима, только при этом следует учесть, что диэлектрическая прочность бетонных блоков значительно ниже соответствующего параметра гирлянды изоляторов для ВЛ-110 кВ. Одна стеклянная тарелка подвесного изолятора типа ПС-70 выдерживает в сухом состоянии напряжение не менее 70 кВ! А что можно сказать о диэлектрических свойствах бетона, если бетонные фундаменты могут использоваться в качестве естественных заземлителей?
Кроме этого диэлектрические свойства бетона (как и грунта) очнь сильно зависят от его влажности. Во время дождя или таяния снега проводимость бетона в десятки раз выше, чем в сухом или замороженном состоянии. Поэтому данный способ защиты применять нежелательно.
Следует выбирать методы защиты, более стабильные при изменении погодных условий, а также в наименьшей степени зависящие от времени года, т.е. от влажности и температуры.
В любом случае, применение любого конкретного(ых) метода(ов) защиты подземного трубопровода (нефтепродуктопровода) потребует(ют) серьёзного технико-экономического обоснования.

Сообщение отредактировал Ваня Иванов - 21.1.2024, 15:02

Бетон обладает сопротивлением, и утечка с фазы на землю будет через сопротивление, которое ограничит ток утечки и не даст расплавить трубу.

Процитирую кусочек из неплохого и достаточно нового учебника Важова В.Ф. и Лавриновича В.А. "Техника высоких напряжений" (учебник для бакалавров). 2015г.
Это означает, что для фазного напряжения ВЛ-110 кВ (напряжения провода относительно земли) порядка 63,5 кВ толщина твёрдого диэлектрика при тепловом пробое должна быть не менее 63,5/10 = 6,35 см при самых неблагоприятных условиях. Но это для диэлектрика, а для бетона эту цифру следует увеличить в несколько раз!

Сообщение отредактировал Ваня Иванов - 21.1.2024, 16:23

Интересно, у бетонных оснований для каналов или колец для колодцев есть нормативы по пробивному напряжению или температуре?) В дуге так-то килокельвины.

Немного из имеющейся информации. С легкими редакциями, но иначе никак, к сожалению Иксы/игрики мне уже достались, красным сам подправил

Вероятно несрабатывание защиты из-за большого сопротивления ОЗЗ и в результате длительное тепловое воздействие на трубопровод. Вот было там, к примеру, 1000 А реально, но недостаточно для максималки и отсечки?
С учетом, что М-70 длительно держит амперов 500, потом нагреется градусов больше 100 и потеряет механические свойства.
Вот и вопрос, не перегружена ли была линия, а падение - уже последствия, а не причина.

Есть косвенные данные, что ЛЭП была из нескольких тросов по каждой фазе, и обрыв был не единичным