Stochastic stray currents effects on earth return circuits (underground pipelines)

• Autorzy: Machczyński W. , Szymenderski J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2016.8.1

Warianty tytułu

PL

Oddziaływanie stochastycznych prądów błądzących na obwody ziemnopowrotne (rurociągi podziemne)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a method of the simulation of the pipeline potential shift produced by d.c. traction stray currents which are stochastic in character, meaning that the current as well as the flow direction change at random. The key problem in the evaluation of a foreign structure response to the stray currents interference consist in the determination of the potential shift of the structure with respect to the adjacent (local) earth. To predict the potential shift due to the stray current influence, calculation methods/tools can be used, especially at design stage of new traction lines or pipelines. The calculation model presented is based on the deterministic model used in the earth-return circuit theory combined with the non-deterministic approach based on the Monte Carlo procedure, in which a locomotive position and a load current are assumed to be independent random variables. Using simulation program developed random characteristics of a pipeline response e.g. maximum, minimum, median and mean values can be obtained. Hence the pipeline regions more exposed to corrosion risk can be determined. The technical application of the method presented is illustrated by examples of computer simulation.

PL

W pracy zaprezentowano metodę symulacji potencjału wzbudzonego wzdłuż obwodu ziemnopowrotnego (rurociągu) prądami błądzącymi o charakterze stochastycznym, upływającymi z szyn trakcji prądu stałego, o losowo zmiennym natężeniu i kierunku. Kluczowy problem w ocenie odpowiedzi rurociągu podlegającego oddziaływaniu, polega na określeniu jego potencjału względem ziemi bliskiej. Zastosowanie w tym celu metod/narzędzi symulacyjnych przydatne jest zwłaszcza na etapie projektowania tras nowych zelektryfikowanych linii kolejowych lub/oraz podziemnych rurociągów. Symulacje prezentowane w pracy bazują na stosowanych w teorii obwodów ziemnopowrotnych modelach deterministycznych w połączeniu z modelem niedeterministycznym wykorzystującym metodę Monte Carlo, w której niezależnymi zmiennymi losowymi są prąd oraz lokalizacja elektrowozu. Opracowany program symulacyjny pozwala na wyznaczenie losowej odpowiedzi t.j. wartości maksymalnej, minimalnej, średniej oraz mediany potencjału rurociągu względem ziemi bliskiej. Umożliwia to oszacowanie lokalizacji stref rurociągu narażonych na korozję elektrolityczną. Zastosowanie opracowanej metody zilustrowano przykładowymi symulacjami.

Słowa kluczowe

EN

d.c. traction; stochastic stray currents; earth return circuit; pipeline potential shift; simulation; Monte Carlo method

PL

trakcja prądu stałego; stochastyczne prądy błądzące; obwody ziemnopowrotne; potencjał; symulacje; metoda Monte Carlo

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 8
• Strony: 273--278
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Machczyński W.

• Poznan University of Technology, Institute of Electrical Engineering and Electronics

autor

Szymenderski J.

• Poznan University of Technology, Institute of Electrical Engineering and Electronics

Bibliografia

• [1] Bortels L., A. Dorochenko, [1] B. Van den Bossche, G. Weyns, J. Deconinck. 2007. “Three-Dimensional Boundary Element Method and Finite Element Method Simulations Applied to Stray Current Interference Problems, A Unique Coupling Mechanism That Takes the Best of Both Methods”. Corrosion 63 (6) : 561–576.
• [2] Brichau F., J. Deconinck. 1994. “A Numerical Model for Cathodic Protection of Buried Pipes”. Corrosion 50 (1) : 39–49.
• [3] Charalambous C.A., I. Cotton, P. Aylott. 2008. “A Simulation Tool to Predict the Impact of Soil Topologies on Coupling Between a Light Rail System and Buried Third-Party Infrastructure”, IEEE Trans. Veh. Technol 57 (3) : 1404–1416.
• [4] Czarnywojtek Piotr, Wojciech Machczyński. 2003. “Computer simulation of responses of earth-return circuits to the a.c. and d.c. external excitation”, European Trans. on Electrical Power, ETEP 13 (3) : 173–184.
• [5] Hill R.J., S. Brillante, P.J. Leonard. 1999. “Railway track transmission line parameters from finite element field modeling: Shunt admittance”. Proc. IEE Elect. Power Applicat.146 (6) : 647–660.
• [6] Hill R.J., S. Brillante, P.J. Leonard. 2000. “Railway track transmission line parameters from finite element field modeling: Series impedance”, Proc. IEE Elect. Power Applicat. 147 (3) : 227–238.
• [7] Lucca G. 2015. “Estimating stray currents interference from DC traction lines on buried pipelines by means a Monte Carlo algorithm”. Electrical Engineering 97 (4) : 277–286.
• [8] Machczyński Wojciech, Piotr Czarnywojtek. 2005. “Computer simulation of a protection of underground conductors against stray currents”. 16th International Corrosion Congress 21 (3) : 1–8.
• [9] Machczyński Wojciech. 2002. “Simulation model for drainage protection of earth–return circuits laid in stray currents area”. Electrical Engineering 84 (3) : 165–172.
• [10] Machczyński Wojciech. 1982. “Currents and potentials in earth return circuits exposed to alternating current electric railways”. Proc. IEEE, Part B 129 (5) : 279–288.
• [11] Mariscotti A., P. Pozzobon. 2004. “Determination of the electrical parameters of railway traction lines: Calculation, measurements and reference data”. IEEE Trans. on Power Delivery 19 (40): 1538-1546.
• [12] Metwally I.A., H.M. Al-Mandhari, Z. Nadir, A. Gastli. 2007. “Boundary element simulation of DC stray currents in oil industry due to cathodic protection interference”. European Trans. on Electrical Power 17 : 486–499.
• [13] Ogunsola A., A. Mariscotti. 2013. “Electromagnetic Compatibility in Railways, Analysis and management”. Springer – Verlag.
• [14] Ogunsola A., A. Mariscotti, L. Sandrolini. 2012. “Estimation of stray current from a dc-electrified railway and impressed potential on a buried pipe”. IEEE Trans. on Power Delivery 27 (4) : 2238–2246.
• [15] Sokolski Wojciech. 2013. “The correlation method for investigating stray currents – the still non-standard technique”. Ochrona Przed Korozją 56 (8) : 320–331.
• [16] Sunde E.D. 1968. Earth conduction effects in transmission system. New York : Dover.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.