Neue Herausforderungen an die induktive Rohrleitungsbeeinflussung g unter Berücksichtigung des aktuellen Forschungsstands

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Curt Winkler
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1 Neue Herausforderungen an die induktive Rohrleitungsbeeinflussung g unter Berücksichtigung g des aktuellen Forschungsstands René Braunstein Ernst Schmautzer Mario Ölz Institutsleiter: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Lothar Fickert Technische Universität Graz Institut für 11. Symposium Energieinnovation, Februar 2010, TU Graz, Österreich

2 Inhaltlicher Überblick Was ist induktive Rohrleitungsbeeinflussung? Welche Spannungsgrenzen gilt es einzuhalten? Was ist Wechselstromkorrosion? st o os o Wie kann das Korrosionsrisiko minimiert werden? Welche Arten von Korrosionsschutz gibt es? Wie berechnet man den Potenzialverlauf entlang einer induktiv beeinflussten Rohrleitung? Was charakterisiert das Erdungs-Dilemma? 2

3 Einleitung Beeinflussung Summenwirkung von: Kapazitiver Beeinflussung Ohmscher Beeinflussung Induktiver Beeinflussung Verlegung einer Erdgasleitung 3

4 Zulässige Berührungsspannungen g TE30 Technisches Komitee für Beeinflussungsfragen (VEÖ) Zulässige Berührungsspannungen Grenzwerte für Art der Maßnahmen zum Schutz gegen unzulässige das Rohrleitungspotenzial U R Beeinflussung Berührungsspannungen U R 65 V Langzeit keine U R > 65 V Langzeit - Anschluss von Erdern nach Punkt zur Herabsetzung des Rohrleitungspotenzials auf weniger als 65 V oder - Potenzialsteuerung nach Punkt zur Verminderung der Berührungsspannung auf weniger als 65 V U R 500 V Kurzzeit keine U R > 500 V Kurzzeit - Maßnahmen nach Punkt 4.1.3, 4.2, 4.3, 5.2 und 5.3 oder - Anschluss von Erdern nach Punkt zur Herabsetzung des Rohrleitungspotenzials auf weniger als 500 V oder - Potenzialsteuerung bzw. Isolierung des Standortes nach Punkt zur Verminderung der Berührungsspannung auf weniger als 500 V Fehlerfall Kurzzeitbeeinflussung Ui 500 V Personenschutz Ui >> Schädigen Integrität und Isolierung Ui >> Schädigen Isolierkupplungen Normalbetrieb Langzeitbeeinflussung Ui 65 V Personenschutz 4

5 Wechselstromkorrosion Phänomen der Wechselstromkorrosion Elektrochemischer Prozess Voraussetzungen Induktive Beeinflussung Fehlstelle Feuchtes Erdreich Eisenerz -> Hochofenprozess-> Stahl Endotherm Energie aus Hochofenprozess wird frei I Reduktion II Oxidation III Eisenoxid (Rost) 5

6 Wechselstromkorrosionswahrscheinlichkeit CEN/TS Comité Européen de Normalisation Wechselstromkorrosionswahrscheinlichkeit Normalbetrieb Langzeitbeeinflussung Wechselspannung sollte: Effektivwert der der Wechselstromdichte (J ~ ) : 10 V für R E > 25 Ωm; J ~ < 30 A/m 2 : keine/geringe Wahrscheinlichkeit 4 V für R E < 25 Ωm; J ~ 30 A/m A/m 2 : mittlere Wahrscheinlichkeit nicht überschreiten. J ~ > 100 A/m 2 : sehr hohe Wahrscheinlichkeit 6

7 Kathodischer Korrosionsschutz Isolierkupplung Zur Trennung von Schutzabschnitten 7

8 Kathodischer Korrosionsschutz Isolierkupplungen Zur Trennung von Schutzabschnitten 8

9 50 45 Isolierkupplungen Grundfall Isolierkupplung km Be eeinflussung gsspannung g in V Trassen-km 9

10 Berechnung g( (1) -Koppelimpedanzen p Unendliche Reihen nach Carson und Pollazcek (1926) Nahezu identische Ergebnisse Nach ersten Gliedern der Reihen abbrechen (50 Hz) U i = z. l. I g Rohrleitungsbeeinflussung Sonderfall Korrekturglieder für d > δ, δ = 931,7 m bei 50 Hz und 100 Ωm ik E E I Beeinflussender Strom des Beeinflussenden Systems in A z g Koppelimpedanzbelag in Ω/km l Länge des Parallellaufs in km 10

1961) LÄNGSRICHTUNG Ohmscher Widerstandsbelag QUERRICHTUNG Ohmscher

11 Berechnung g( (2) Elektrische Rohrparameter Rohrleitungsparameter nach Prof. Michailow und Rasumov (ca. 1961) LÄNGSRICHTUNG Ohmscher Widerstandsbelag QUERRICHTUNG Ohmscher Ableitungsbelag Innerer Reaktanzbelag Kapazitiver Ableitungsbelag Erdwiderstandsbelag Selbstreaktanz der Schleife 11

12 Berechnung g( (2) Elektrische Rohrparameter Rohrleitungsparameter nach Prof. Michailow und Rasumov (ca. 1961) LÄNGSRICHTUNG Ohmscher Widerstandsbelag QUERRICHTUNG Ohmscher Ableitungsbelag Innerer Reaktanzbelag Kapazitiver Ableitungsbelag Erdwiderstandsbelag Selbstreaktanz der Schleife 12

13 Berechnung g( (2) Elektrische Rohrparameter Rohrleitungsparameter nach Prof. Michailow und Rasumov (ca. 1961) LÄNGSRICHTUNG Ohmscher Widerstandsbelag QUERRICHTUNG Ohmscher Ableitungsbelag Innerer Reaktanzbelag Kapazitiver Ableitungsbelag Erdwiderstandsbelag Selbstreaktanz der Schleife 13

14 Berechnung g( (3) Knotenpunktadmittanzmatrix 1 U = Y In 14

15 Berechnungsbeispiel Näherung: 20km ρ E = 100 Ωm f = 50 Hz Rohrradius: 200 mm PE-Isolierung ru=100 kωm 2 15

16 Wechselstromerdungsanlagen g (1) RE = ρ 3 ρ RE = l l RE = l 10 m 2 ρ l l > 10 m 16

17 Wechselstromerdungsanlagen g (2) 17

18 Optimierung der Erdungspositionen (2) 5 Ω? 3 Ω? 1 Ω? 18

19 Optimierung der Erdungspositionen (2) 19

20 Optimierung der Erdungspositionen (3) Eingangsparameter Admittanzatrix, Knotenstromvektor Funktionen ZF, KF, PF Ausgangsparameter Lösungsvektor 20

21 Zusammenfassung und Ausblick Problematik der induktiven Beeinflussung - wurde aufgezeigt - Grenzwerte, Berechnung, Maßnahmen Nächste Schritte - Vertiefung in Themenfeldern Optimierung und Algorithmen - FEM und analytische Untersuchungen der Vorgänge an Korrosionsstellen - Untersuchung Jahreszeitliche Schwankung des spez. Bodenwiderstandes 21

22 Neue Herausforderungen an die induktive Rohrleitungsbeeinflussung g unter Berücksichtigung g des aktuellen Forschungsstands René Braunstein Ernst Schmautzer Mario Ölz Institutsleiter: Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Lothar Fickert Technische Universität Graz Institut für 11. Symposium Energieinnovation, Februar 2010, TU Graz, Österreich

23 Reserve 11. Symposium Energieinnovation, Februar 2010, TU Graz, Österreich

24 U(x) = U(0) + E(L)dx L Symposium Energieinnovation, Februar 2010, TU Graz, Österreich

25 11. Symposium Energieinnovation, Februar 2010, TU Graz, Österreich

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