tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2021-1-77-89tumnig-902Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТАDESIGNING, CONSTRUCTION AND OPERATION OF PIPELINE TRANSPORT SYSTEMАнализ напряженно-деформированного состояния вертикального заземлителя для вечномерзлых грунтов при выталкивающих нагрузкахAnalysis of the stress-strain state of a vertical ground electrode system for permafrost soils under pushing loadsСухачевИ. С.SukhachevI. S.

Сухачев Илья Сергеевич, к. т. н ., доцент кафедры электроэнергетики

г. Тюмень

Ilya S. Sukhachev, Сandidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Electric Power Engineering

Tyumen

ЧепурП. В.ChepurP. V.

Чепур Петр Владимирович, к. т. н., доцент кафедры прикладной механики

г. Тюмень

Petr V. Chepur, Сandidate of Engineering. Associate Professor at the Department of Applied Mechanics

Tyumen

chepurpv@tyuiu.ruТарасенкоА. А.TarasenkoA. A.

Тарасенко Александр Алексеевич, д. т. н ., профессор кафедры транспорта углеводородных ресурсов

г. Тюмень

Aleksandr A. Tarasenko, Doctor of Engineering, Professor at the Department of Transportation of Hydrocarbon Resources

Tyumen

ГрученковаА. А.GruchenkovaA. A.

Грученкова Алеся Анатольевна, ассистент кафедры нефтегазового дела, филиал

г. Сургут

Alesya A. Gruchenkova, Assistant at the Department of Oil and Gas Industry (Surgut branch)

Tyumen

ГуаньЮхайGuanYuhai

Гуань Юхай, д. т. н .

г. Циндао

Yuhai Guan, Doctor of Engineering

Qingdao

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationКитайский нефтяной университетКитайChina University of PetroleumChina202119032021017789Copyright © Сухачев И.С., Чепур П.В., Тарасенко А.А., Грученкова А.А., Гуань Ю., 20212021Сухачев И.С., Чепур П.В., Тарасенко А.А., Грученкова А.А., Гуань Ю.Sukhachev I.S., Chepur P.V., Tarasenko A.A., Gruchenkova A.A., Guan Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/902

В работе предложены конструкция, расчетная схема и модель вертикального заземлителя с лепестковыми упорами для вечномерзлых грунтов. Реализация модели осуществлена с использованием МКЭ-пакета ANSYS. В расчетной схеме учитывается система «грунт — заземлитель», упругопластические свойства грунта учитываются моделью Друкера — Прагера. При моделировании работы грунтов основания было принято условие прочности Мизеса, согласно которому эквивалентное напряжение определяется с учетом гидростатического обжатия материала. В работе приняты следующие граничные условия: массив грунта, имеющий форму цилиндра, жестко закреплен по нижней грани и по боковой поверхности цилиндра. Расчеты выполнены для 5 типоразмеров заземлителей. Получены карты распределения напряжений в металлоконструкции заземлителя: стержне и лепестках-упорах, а также значения перемещений заземлителя в грунтовом массиве. Установлены зависимости между максимальными эквивалентными напряжениями в лепестках заземлителя и величиной вертикального перемещения в грунтовом основании, также установлена величина перемещения заземлителя, при которой в зоне примыкания лепестков к стержню действующие эквивалентные напряжения достигают критических значений.

The article proposes the design, design scheme and model of a vertical ground electrode system with lobe lugs for permafrost soils. The model was implemented using the ANSYS software. In the design scheme, the soil — ground electrode system is taken into account, the elastic-plastic properties of the soil are taken into account by the Drucker — Prager model. When modeling the work of the foundation soils, the Mises strength condition was adopted, according to which the equivalent stress is calculated under the condition of the material hydrostatic compression. The following boundary conditions are accepted: a cylinder-shaped soil mass is rigidly fixed along the lower face and along the side surface of the cylinder. Calculations are made for 5 standard sizes of grounding conductors. Maps of the distribution of stresses in the metal structure of the ground electrode (the rod and petals-emphasis) are received, the movements of the ground electrode in the soil mass are determined. The dependences between the maximum equivalent stresses in the ground electrode lobes and the value of vertical displacement in the ground base are established, as well as the amount of movement of the earthing pad, at which the effective equivalent voltages reach critical values in the area where the paddles are adjacent to the rod.

заземлительвечномерзлый грунтпрочностьметод конечных элементовground electrode systempermafrost soilstrengthfinite element methodReferencesСухачев, И. С. Разработка программного алгоритма эффективной молниезащиты / И. С. Сухачев, П. В. Чепур. – Текст : непосредственный // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11–2. – С. 291–295.Sukhachev, I. S., & Chepur, P. V. (2014). Software development algorithms for effective lightning protection. Fundamental research, (11-2), pp. 291-295. (In Russian).Анчарова, Т. В. Электроснабжение и электрооборудование зданий и сооружений : учебник для студентов вузов / Т. В. Анчарова, М. А. Рашевская, Е. Д. Стебунова. – Москва : Форум, 2012. – 416 c. – Текст : непосредственный.Ancharova, T. V., Rashevskaya, M. A., & Stebunova, E. D. (2012). Elektrosnabzhenie i elektrooborudovanie zdaniy i sooruzheniy. Moscow, Forum Publ., 416 p. (In Russian).Кабышев, А. В. Расчет и проектирование систем электроснабжения объектов и установок : учебное пособие / А. В. Кабышев, С. Г. Обухов ; Томский политехнический университет. – Томск : ТПУ, 2006. – 248 с. – Текст : непосредственный.Kabyshev, A. V., & Obukhov, S. G. (2006). Raschet i proektirovanie sistem elektrosnabzheniya ob''ektov i ustanovok. Tomsk, Tomsk Polytechnic University Publ., 248 p. (In Russian).Щербаков, Е. Ф. Электроснабжение объектов строительства : учебное пособие / Е. Ф. Щербаков. Д. С. Александров, А. Л. Дубов ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Ульяновский государственный технический университет. – Ульяновск : УлГТУ, 2011. – 404 с. – Текст : непосредственный.Shcherbakov, E. F., Aleksandrov, D. S., & Dubov, A. L. (2011). Elektrosnabzhenie ob''ektov stroitel'stva. Ulyanovsk, Ulyanovsk State Technical University Publ., 404 p. (In Russian).Электромагнитная совместимость и молниезащита в электроэнергетике : учебник для вузов / А. Ф. Дьяков, Б. К. Максимов, Р. К. Борисов, И. П. Кужекин ; под редакцией А. Ф. Дьякова. – Москва : МЭИ, 2016. – 543 с. – Текст : непосредственный.D'yakov, A. F., Maksimov, B. K., Borisov, R. K., & Kuzhekin, I. P. (2016). Elektromagnitnaya sovmestimost' i molniezashchita v elektroenergetike. Moscow, National Research University "Moscow Power Engineering Institute" Publ., 543 p. (In Russian).Вагин , Г. Я. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике : учебник для студентов вузов / Г. Я. Вагин, А. Б. Лоскутов, А. А. Севостьянов. Москва : Академия, 2010. – 223 с. – Текст : непосредственный.Vagin , G. Ya., Loskutov, A. B., & Sevost'yanov, A. A. (2010). Elektromagnitnaya sovmestimost' v elektroenergetike. Moscow, Akademiya Publ., 223 p. (In Russian).Зотов, Б. И. Безопасность жизнедеятельности на производстве : учебник для студентов вузов / Б. И. Зотов, В. И. Курдюмов. – Текст : непосредственный. Москва : Колос, 2003. – 432 с.Zotov, B. I., & Kurdyumov, V. I. (2003). Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti na proizvodstve. Moscow, Kolos Publ., 432 p. (In Russian).Веревкин , В. Н . Электростатическая искробезопасность и молниезащита / В. Н . Веревкин, Г. И. Смелков, В. Н . Черкасов ; Московский институт энергобезопасности и энергосбережения. – Москва: МИЭЭ, 2006. – 170 с. – Текст : непосредственный.Verevkin , V. N., & Cherkasov, V. N . (2006). Elektrostaticheskaya iskrobezopasnost' i molniezashchita. Moscow, 170 p. (In Russian).Алиев, И. И. Электротехника и электрооборудование : справочник / И. И. Алиев. – Москва : Высшая школа, 2010. – 1199 c. – Текст : непосредственный.Aliev, I. I. (2010). Elektrotekhnika i elektrooborudovanie. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1199 p. (In Russian).Маньков, В. Д. Защитное заземление и зануление электроустановок : справочник / В. Д. Маньков, С. Ф. Заграничный. – Санкт-Петербург : Политехника, 2005. – 400 с. – Текст : непосредственный.Man'kov, V. D., & Zagranichnyy, S. F. (2005). Zashchitnoe zazemlenie i zanulenie elektroustanovok. St. Petersburg, Politekhnika Publ., 400 p. (In Russian).Патент на полезную модель № 170150 U1. Российская Федерация. МПК H01R 4/62015. Вертикальный заземлитель для вечномерзлых грунтов : № 2015157350 : заявл. 30.12.2015 : опубл. : 17.04.2017 / Сухачев И. С., Смирнов О. В., Копырин В. А. : патентообладатель Тюменский индустриальный университет. Текст : непосредственный.Sukhachev, I. S., Smirnov, O. V., & Kopyrin, V. A. Vertikal'nyy zazemlitel' dlya vechnomerzlykh gruntov Pat. na poleznuyu model' RF 170150 U1. MPK H01R 4/62015. No. 2015157350. Applied: 30.12.2015. Published: 17.04.2017 (In Russian).Карякин, Р. Н . Нормы устройства сетей заземления / Р. Н . Карякин. Москва : ЗАО «Энергосервис», 2002. – 240 с. – Текст : непосредственный.Karyakin, R. N. (2002). Normy ustroystva setey zazemleniya. Moscow, "Energoservis" JSC Publ., 240 р. (In Russian).Оценка эффективности работы анкерных противопучинных свай в условиях многолетнемерзлых грунтов / А. А. Тарасенко, А. А. Грученкова, П. В. Чепур, А. В. Юргевич. – Текст : непосредственный // Успехи современного естествознания. 2016. – № 11–2. – С. 411–416.Tarasenko, A. A., Gruchenkova, A. A., Chepur, P. V., & Yurgevich, A. V. (2016). Assessment of anchor unheaving piles effectiveness in the conditions of permafrost soils. Advances in current natural sciences, (11-2), pp. 411-416. (In Russian).Сухачев, И. С. Общие вопросы и проблемы нормативной документации по молниезащите и заземлению на объектах топливно-энергетического комплекса / И. С. Сухачев, П. В. Чепур. – Текст : непосредственный // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 3–2. – С. 301–304.Sukhachev, I. S., & Chepur, P. V. (2016). General issues and challenges normative documentation on lightning protection and grounding on objects of fuel and energy complex. Fundamental research, (3-2), pp. 301-304. (In Russian).Тарасенко, А. А. Закономерности деформирования металлоконструкций крупногабаритного вертикального сварного резервуара при наличии зон проседания основания / А. А. Тарасенко, А. А. Грученкова, П. В. Чепур. – Текст : непосредственный // Трубопроводный транспорт : теория и практика. – 2016. № 1 (53). – С. 32–37.Tarasenko, A. A., Gruchenkova, A. A., & Chepur, P. V. (2016). The regularities of large vertical tank''s metal structures deformations in the presence of subsidence foundation zones. Pipeline Transport: Theory and Practice (1(53)), pp. 32-37. (In Russian).Study of stress-strain state of pipeline under permafrost conditions / A. A. Tarasenko, M. N. Redutinskiy, P. V. Chepur, A. A. Gruchenkova. – Текст : электронный // Journal of Physics : Conference Series. – 2018. – Vol. 1015. – URL: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1015/3/032048.Tarasenko, A. A., Redutinskiy, M. N., Chepur, P. V., & Gruchenkova, A. A. (2018). Study of stress-strain state of pipeline under permafrost conditions. Journal of Physics: Conference Series, 1015. Available at: https://doi.org/10.1088/17426596/1015/3/032048Зубов К. Н . Совершенствование расчетных методов молниезащиты и заземляющих устройств в неоднородных грунтах : специальность 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы» : автореферат диссертации на соискание кандидата технических наук / Зубов Кирилл Николаевич. – Липецк, 2011. 16 с. – Место защиты : Липецкий государственный технический университет. – Текст : непосредственный.Zubov, K. N . (2011). Sovershenstvovanie raschetnykh metodov molniezashchity i zazemlyayushchikh ustroystv v neodnorodnykh gruntakh. Avtoref. diss. … kand. tekhn. nauk. Lipetsk, 16 p. (In Russian).Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич ; пер. с англ., под ред. Б. Е. Победри. – Москва : Мир, 1975. – 541 с. – Текст : непосредственныйZienkiewiez, O. C. (1971). The finite element method in engineering science. New York, McGraw-Hill, 521 p. (In English).Лаевский, Ю. М. Метод конечных элементов (основы теории, задачи) / Ю. М. Лаевский. – Новосибирск : Новосибирский государственный университет, 1999. – 166 с. – Текст : непосредственный.Laevskiy, Yu. M. (1999). Metod konechnykh elementov (osnovy teorii, zadachi). Novosibirsk, Novosibirsk State University Publ., 166 p. (In Russian).Инженерный анализ в ANSYS Workbench : учебное пособие / В. А. Бруяка, В. Г. Фокин, Е. А. Солдусова [и др.] ; Министерство образования и науки Российской Федерации, Самарский государственный технический университет. – Самара : СамГТУ, 2010. – 271 с. – Текст : непосредственный.Bruyaka, V. A., Fokin, V. G., Soldusova, E. A., Glazunova, N. A., & Adeyanov, I. E. (2010). Inzhenernyy analiz v ANSYS Workbench. Samara, Samara State Technical University Publ., 271 р. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.