Букреев Алексей Валерьевич, канд. техн. наук, старший научный сотрудник
AuthorID: 925007
109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5
Aleksey V. Bukreev, CSc (Eng), Senior Research Engineer
AuthorID: 925007
109428, Moscow, 1st Institutskiy Proezd Str., 5
Букреева Анжела Канвековна, канд. техн. наук, старший научный сотрудник
AuthorID: 1039558
109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, 5
Anzhela K. Bukreeva, CSc (Eng), Senior Research Engineer
AuthorID: 1039558
109428, Moscow, 1st Institutskiy Proezd Str., 5
Высокая скорость коррозии электрооборудования на животноводческих комплексах (ЖК) является серьезной проблемой. Для прогнозирования остаточного ресурса электрооборудования ЖК необходимо учитывать пространственно-временную неоднородность концентрации аммиака и сероводорода, температуру и влажность. Исследования направлены на разработку комплексной математической модели, позволяющей прогнозировать скорость электрохимической коррозии токоведущих элементов (меди и алюминия) с учетом меняющихся параметров микроклимата. Предлагаемая модель основана на системе уравнений, объединяющей электрохимические, электрические и тепловые процессы. Для верификации модели использовали установку с климатической камерой, системой точного контроля температуры и влажности, газовым дозатором и газоанализатором «ОКА-Т-Н2S-NH3». Проверка адекватности модели заключалась в сравнении расчетных значений скорости коррозии с экспериментальными данными, не использовавшимися при калибровке модели. Исходные данные модели включали в себя физико-химические свойства материалов и значения скорости коррозии меди и алюминия, полученные в климатической камере при варьировании концентраций аммиака (0…50 ppm) и сероводорода (0…20 ppm), температуры (20…30°C) и относительной влажности (70…90%). Установили, что повышение относительной влажности с 70 до 90% приводит к увеличению скорости коррозии в 1,6…2,3 раза в зависимости от материала и состава газовой среды. Выявили чувствительность скорости коррозии меди к концентрации сероводорода (порядок реакции – 0,85) и алюминия к концентрации аммиака (порядок реакции – 0,72). При концентрации аммиака 0…50 ppm и фоновом содержании сероводорода 10 ppm скорость коррозии меди возрастает с 0,11 до 0,26 мм/год, алюминия – с 0,105 до 0,225 мм/год. Для сероводорода в диапазоне 0…20 ppm и фоновом содержании аммиака 20 ppm скорость коррозии меди изменяется от 0,16 до 0,35 мм/год, алюминия – от 0,063 до 0,142 мм/год. Коэффициент детерминации 0,92 свидетельствует о высоком уровне соответствия модели экспериментальным данным. Разработанная модель позволит выявлять остаточный ресурс электрооборудования, прогнозировать рост сопротивления контактов и перейти к предиктивной системе технического обслуживания.
The high corrosion rate of electrical equipment in livestock facilities represents a critical operational challenge. To predict the residual service life of such equipment, it is necessary to account for the spatiotemporal heterogeneity of ammonia and hydrogen sulfide concentrations, as well as variations in temperature and humidity. The study aimed to develop a comprehensive mathematical model for predicting the electrochemical corrosion rate of current-carrying components (copper and aluminum) as a function of changing indoor climate parameters. The proposed model is based on a system of equations that integrates electrochemical, electrical, and thermal processes. For model verification, an experimental setup was employed comprising a climate chamber, a precision control system for temperature and humidity, a gas dispenser, and an OKA-T-H₂S-NH₃ gas analyzer. Validation of the model was performed by comparing calculated corrosion rate values with experimental data that were not used during model calibration. Input data for the model included the physicochemical properties of the materials and the corrosion rates of copper and aluminum obtained under varying conditions within the climate chamber: ammonia concentrations ranging from 0 to 50 ppm, hydrogen sulfide concentrations from 0 to 20 ppm, temperatures from 20 to 30°C, and relative humidity levels from 70 to 90%. The results established that increasing relative humidity from 70% to 90% leads to an increase in corrosion rate by a factor of 1.6 to 2.3, depending on the material and the composition of the gaseous environment. The corrosion rate of copper was found to be particularly sensitive to hydrogen sulfide concentration, with a reaction order of 0.85, while that of aluminum was most sensitive to ammonia concentration, with a reaction order of 0.72. At ammonia concentrations ranging from 0 to 50 ppm and a background hydrogen sulfide concentration of 10 ppm, the corrosion rate of copper increases from 0.11 to 0.26 mm/year, and that of aluminum increases from 0.105 to 0.225 mm/year. For hydrogen sulfide concentrations between 0 and 20 ppm, with a background ammonia concentration of 20 ppm, the corrosion rate of copper varies from 0.16 to 0.35 mm/year, while that of aluminum varies from 0.063 to 0.142 mm/year. A coefficient of determination (R²) of 0.92 indicates a high level of agreement between the model and experimental data. The developed model will enable the determination of residual service life of electrical equipment, the prediction of contact resistance increase, and the transition to a predictive maintenance system.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.