Индуцированные токи от магнитных возмущений и грозовых разрядов в ТРУБОПРОВОДАХ  в криолитозоне

Козлов В.И. , Муллаяров В.А., Каримов Р.Р., Григорьев Ю.М. ^*,

Орлова М.Н. ^*, Артемьева Е. С. ^*

Институт космофизических исследований и аэрономии

им. Ю.Г. Шафера СО РАН, Якутск, Россия

e-mail: v.kozlov@ikfia.ysn.ru

^*Якутский государственный университет им. М.К. Амосова, Якутск, Россия

Проведены экспериментальные измерения грозовой обстановки с помощью разработанного авторами однопунктового грозопеленгатора (1993-2009 гг.) и на сети грозопеленгаторов (Якутск, Мирный, Нерюнгри начиная с 2005 г.)  и построены карты плотности грозовых разрядов на территории Якутии.  Также выполнены косвенные измерения токов на магистральных трубопроводах (нефтепроводе, вблизи г. Мирного и газопроводе около г. Якутска) при грозовых разрядах (датчики - магнитные рамочные антенны) в полосе от трубопровода от 1 до 10 км  и при большой  магнитной буре 21.01.05 (датчики - вариационные магнитометры).

Измерения в Якутске проводились на газопроводе в 25 км от г. Якутска. Этот газопровод является ответвлением от магистрального газопровода длиной около 30 км и ориентирован в направлении юго-восток. Отличие газопроводов, эксплуатируемых в Якутии, состоит в том, что они на больших протяжениях закопаны в землю на глубину до 2 м. Для измерения индуцированных токов, протекающих по газопроводу в момент магнитных возмущений, использованы датчики магнитометров разработки ИЗМИРАН. Один из датчиков поля установлен вблизи газопровода, второй (реперный) – на расстоянии 600 м от газопровода. Использовались датчики вертикальной (Z) составляющей магнитного поля. После усилителей постоянного тока сигнал с магнитных датчиков подавался через аналого-цифровой преобразователь в компьютер. Как принято, с учетом калибровки датчиков определялась разность амплитуд магнитных возмущений на газопроводе и вдали от него, из которой оценивался индуцированный ток на газопроводе. Чувствительность каналов составляла 14,2 нТ/дел у датчика, расположенного рядом с газопроводом и  3,13 нТ/дел у реперного датчика. Для измерения чувствительности датчиков магнитного поля были проведены тестовые измерения с помощью петли, ближний провод которой располагался на расстоянии 1 м от датчика магнитного поля. Токи в исследованных трубопроводах от грозовых разрядов достигали величин до десяти ампер. А во время магнитной бури - 3,2 ампера.

Магистральные объекты включают в себя трубопроводы, линии электропередач и кабельные линии. С физической точки зрения магистральные объекты представляют собой длинные проводящие линии, находящиеся вблизи слоистого диэлектрика (воздух, проводящая земля и многолетняя мерзлота) и подверженные электрическим наводкам, как во время интенсивных геомагнитных возмущений, так и во время гроз. Наведенные потенциал и токи приводят к авариям. В трубопроводах эти токи вызывают потенциалы, превышающие диапазон защиты и вызывают электрохимическую коррозию. Для кабельных линий связи критическим параметром является перенапряжение, которое может вызвать пробой изоляции между центральной жилой и оболочкой кабеля. Численная реализация позволяет оценить эту величину при различных внешних ситуациях. Для трубопроводов одним из критических параметров является величина напряжения и ток утечки в местах контакта с землей.

В данной работе приводятся результаты математической обработки данных натурных измерений. Была поставлена задача восстановления формы импульса тока в трубопроводе по измеренным значениям напряжений на входе АЦП использованного измерительного комплекса. Для этого выполнено численное интегрирование этих данных. Всего обработаны результаты
30 натурных измерений, получены формы и величины импульсов тока, наведенных в трубопроводе. Выяснено, что в 6 случаях из них сработала система ограничения величины подаваемого напряжения на АЦП. Результаты показывают, длительность импульсов тока при грозовых разрядах составляет около 800 мкс, максимальная величина тока в трубопроводе при этом достигла порядка 10 ампер. По полученным данным проведена адаптация параметров математической модели ВТН. Показано, что разработанная модель адекватно описывает результаты, полученные обработкой натурных данных.

Таким образом, токи, наведенные в газопроводе при магнитных возмущениях имеют, тот же порядок величины, что и измеренные нами при ближних грозовых разрядах около трубопровода. Однако токи, наводимые в трубопроводах при геомагнитных возмущениях, длятся значительное время, - до нескольких дней. В то время как токи от грозовых разрядов имеют импульсный характер и длятся до 1 миллисекунды.

Работа поддержана грантами РФФИ  08-02-00348-а,  09-05-98540-р_восток_а, ФЦП НОЦ г.к. 02.740.11.0248 и программами Президиума РАН 16 и РНП 2555.

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592