Способ определения электрофизических характеристик подземных металлических сооружений

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения состояния сложного контура заземления и его связей с электрооборудованием на электрических станциях, трансформаторных подстанциях и т.п. Задача изобретения состояла в разработке такого способа, который обеспечивает определение местонахождения элементов сложного контура заземления и его дефектов. Задача решается тем, что предложен способ определения электрофизических характеристик подземных металлических сооружений путем наложения на подземное сооружение переменного тока частотой 200 - 1000 Гц и измерения напряженности магнитного поля, созданного наложенным током, в точках пространства над поверхностью земли по трассе сооружения, при котором ток накладывают приложением полюсов источника тока к двум точкам контура заземления, удаленным друг от друга на максимально возможное расстояние в пределах контура заземления, причем о месте прокладки элементов контура заземления и его связей с электрооборудованием судят путем смещения измерителя напряженности магнитного поля параллельно поверхности земли, а о глубине их прокладки судят путем смещения измерителя напряженности перпендикулярно поверхности земли. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для определения состояния сложного контура заземления и его связей с электрооборудованием на электрических станциях, трансформаторных подстанциях и т.п.

Известен способ определения сопротивления растекания тока заземления путем наложения переменного тока на заземлитель и измерения силы тока в цепи заземлителя и токового электрода и напряжения в цепи заземлителя и потенциального электрода (см. , например, В.В. Бургсдорф, А.И. Якобс. Заземляющие устройства электроустановок. М. Энергоатомиздат, 1987, с. 360).

Недостатком известного способа является то, что с его помощью невозможно определить реальное состояние контура заземления и связей оборудования с контуром.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ определения электрофизических характеристик подземных металлических сооружений, при котором на подземное металлическое сооружение накладывают переменный ток и измеряют величину напряженности магнитного поля, созданного наложенным током, в точках пространства над поверхностью земли по трассе металлического сооружения (см. авт. св. СССР N 248077, МПК G 01 R 27/20, 1969 г.).

Известный способ, принятый за прототип, преимущественно предназначен для контроля переходного сопротивления нефтепродуктопроводов, когда точно известно месторасположение этого нефтепродуктопровода. Причем в этом способе величина напряженности магнитного поля, созданного наложенным током, измеряется только на концах контролируемого нефтепродуктопровода. Этот способ не позволяет определить реальное состояние контура заземления и связей оборудования с контуром.

Задача изобретения состояла в разработке такого способа, который обеспечивает определение местонахождения элементов сложного контура заземления электрооборудования и его дефектов.

Указанная задача решается тем, что предложен способ определения электрофизических характеристик подземных металлических сооружений, преимущественно сложного контура заземления электрооборудования, путем наложения на подземное металлическое сооружение переменного тока и измерения величины напряженности магнитного поля, созданного наложенным током, в точках пространства над поверхностью земли по трассе металлического сооружения, в котором согласно изобретению ток накладывают приложением полюсов источника переменного тока к двум точкам контура заземления, удаленным друг от друга на максимальное расстояние в пределах контура заземления, по крайней мере одна из которых является заземленной нейтралью электрооборудования, связанного с контуром заземления, причем частоту измерителя напряженности магнитного поля настраивают на частоту источника переменного тока, а с места прокладки элементов контура заземления и его связей с электрооборудованием судят путем смещения измерителя параллельно поверхности земли в направлении, перпендикулярном предполагаемой трассе контура заземления, и определения положения измерителя напряженности магнитного поля, отвечающего максимальному значению напряженности поля.

Еще одним отличием способа является то, что измерение проводят при частоте переменного тока, выбранной в интервале 200-1000 Гц.

В соответствии с предлагаемым способом глубину прокладки элементов контура заземления определяют путем измерения напряженности магнитного поля на поверхности земли по трассе прокладки, перемещения антенны измерителя вверх и измерения расстояния ее над поверхностью, на котором величина измеряемой напряженности уменьшается в два раза, причем это измеренное расстояние принимается равным глубине прокладки.

Другим отличием способа является то, что измерения повторяют, подключая источник переменного тока попеременно к каждому электрооборудованию, установленному на территории, охватываемой контуром заземления, в месте его заземления от одной из выходных клемм, причем вторая точка соединения источника тока с контуром заземления остается постоянной.

Благодаря отмеченным выше особенностям осуществления способа обеспечивается определение полной реальной картины размещения элементов смежного контура заземления и его связей с электрооборудованием, которая может существенно отличаться от проектной трассы контура заземления по причине многократного проведения ремонтных работ, связанных с земляными работами, которые приводят к изменению контура заземления и его связей с электрооборудованием.

Сущность изобретения поясняется чертежом и приведенными ниже примерами осуществления способа.

На фиг. 1 изображена схема размещения элементов сложного контура заземления и его связей с электрооборудованием и источником переменного тока в момент измерений.

На фиг. 2 изображена схема размещения антенны измерителя напряженности магнитного поля относительно контролируемого элемента контура заземления и поверхности земли.

Сложный контур заземления 1 охватывает территорию, на которой размещено различное электрооборудование 2, например, трансформаторной подстанции. Контур заземления 1 содержит уложенные в земле горизонтальные, пересекающиеся под прямым углом электроды 3, к которым подсоединены связи 4 электрооборудования 2.

Для проведения измерений в соответствии с предлагаемым способом источник 5 переменного тока своими полюсами 6 и 7 подсоединяют к двум точкам контура заземления 1, расположенным на максимальном расстоянии друг от друга (см. фиг. 1). При этом одной из точек служит, как правило, заземленная нейтраль трансформатора. В качестве источника 5 переменного тока используют серийный авиационный электромеханический преобразователь типа ПТ-250. Питание преобразователя осуществляется от сети 220 В, 50 Гц через регулировочный автотрансформатор, понижающий трансформатор и выпрямитель (на фиг. не показаны), на выходе преобразователя включен понижающий трансформатор (на фиг. не показан). Изменяя число витков понижающего трансформатора, можно осуществлять регулировку выходного тока источника 5 переменного тока.

Технические характеристики источника 5 тока: Напряжение питания - 220 В, 50 Гц; Потребляемая мощность (не более) - 500 Вт; Ток в нагрузке - от 0 до 50 А; Напряжение на нагрузке - от 0 до 115 В; Частота тока в нагрузке - 200-1000 Гц.

Верхняя граница выбранного диапазона частот источника 5 тока (1000 Гц) определяется тем, что дальнейшее увеличение частоты приводит к искажению распределения токов и потенциалов в сравнении с частотой 50 Гц вследствие влияния индуктивности контура заземления 1.

Нижняя граница выбранного диапазона частот (≈200 Гц) определяется техническими возможности измерителя 8 напряженности магнитного поля, так как при уменьшении частоты тока ниже 200 Гц понижается чувствительность измерителя 8 и усложняется конструкция его антенны, что, в свою очередь, понижает точность определения места расположения элементов контура заземления 1. Для целей измерения по настоящему способу принципиально важно, чтобы частота источника 5 переменного тока отличалась от промышленной частоты 50 Гц, чтобы повысить помехозащищенность измерителя 8 напряженности магнитного поля.

В качестве измерителя 8 напряженности магнитного поля используют измеритель напряженности магнитного поля типа ИМП-400 с антенной катушечного типа, который настраивают на частоту источника 5 переменного тока. Перемещая антенну измерителя 8 напряженности магнитного поля над поверхностью земли (фиг. 2) перпендикулярно предполагаемой трассе элементов 3 контура заземления 1, определят место и направление протекания тока в заземлителе по максимальному значению напряженности магнитного поля. Проходя по направлению протекания тока, определяют трассу прокладки электродов 3 контура заземления 1. Трассу прокладки электродов 3 контура заземления 1 наносят на схему. Глубину прокладки (h) электродов 3 контура заземления 1 (см. фиг. 2) определяют следующим образом. Измеряют напряженность магнитного поля, размещая антенну измерителя 8 непосредственно у поверхности земли по трассе прокладки электрода 3. Затем, перемещая антенну измерителя 8 вверх, определяют расстояние, на котором показания измерителя 8 уменьшаются в два раза. Это расстояние и принимается равным глубине залегания (h) электрода 3 контура заземления 1. Если контур заземления 1 имеет большие размеры и сильно разветвлен, то для определения полной картины размещения электродов 3 контура заземления 1 проводят аналогичные измерения, подключив второй полюс источника 5 тока к точке на противоположном конце контура заземления 1 (показано штриховой линией на фиг 1).

Для определения состояния связей 4 электрооборудования 2 с контуром заземления 1 источник 5 тока одним его полюсом подключают попеременно к каждому электрооборудованию 2 в месте его заземления от одной из выходных клемм. При этом вторая точка подключения источника 5 тока к контуру заземления 1 остается неизменной и расположенной, как правило, у места заземления нейтрали трансформатора (электрооборудование трансформаторной подстанции). С помощью измерителя 8 напряженности магнитного поля определяют путь протекания тока от электрооборудования 2 к контуру заземления 1. Одновременно с помощью измерителя тока (на фиг. не показан) контролируют величину тока. Уменьшение величины тока свидетельствует об увеличении сопротивления связи 4.

Для определения сопротивления растекания тока (электрическая характеристика, определяющая качество заземления электрооборудования) источник 5 переменного тока подключают между контуром заземления 1 и электродом, забитым в землю, или другим объектом, имеющим заземление (на фиг. не показано), расположенным на расстоянии не менее трех размеров контура заземления 1. С помощью селективного вольтметра (на фиг. не показан), настроенного на частоту источника тока, измеряют изменение потенциала на различных расстояниях от контура заземления 1. С этой целью селективный вольтметр подключают между контуром заземления 1 и потенциальным электродом (на фиг. не показан), забиваемым в землю на различных расстояниях от контура заземления. По полученной зависимости напряжения между контуром заземления и потенциальным электродом от расстояния между ними, зная величину тока, подаваемого от источника, рассчитывают сопротивление растекания тока (метод амперметра-вольтметра).

Дополнительно определяется распределение тока по контуру заземления 1 с помощью измерителя 8 напряженности магнитного поля. Тем самым устанавливается, как работает контур заземления 1 при внешних коротких замыканиях.

Для измерения распределения потенциалов при коротком замыкании источник тока подключается к месту заземления нейтрали трансформатора и в какой-либо точке контура заземления. С помощью селективного вольтметра измеряется напряжение между точкой заземления нейтрали трансформатора и различными точками контура заземления. По данным измерений строится график распределения потенциалов на контуре заземления относительно точки заземления нейтрали трансформатора. Зная ток источника и ток короткого замыкания (значение тока короткого замыкания обычно известно), можно пересчитать распределение потенциалов к реальному короткому замыканию (пропорционально отношению токов).

По данному графику можно оценить возможность перекрытия изоляции и клемм вторичных цепей и шаговое напряжение.

Напряжение прикосновения определяется с помощью тех же технических средств: источника тока и селективного вольтметра обычным путем. Отличие от традиционных измерений напряжения прикосновения состоит в том, что в данном случае можно проводить измерения в наиболее опасных местах, так как известна картина расположения заземлителей контура. Обычно измерения проводятся в местах наиболее вероятного пребывания персонала, что не всегда соответствует действительности.

Таким образом, предлагаемый способ диагностики состояния заземляющих устройств позволяет проводить достоверные измерения в соответствии с существующими нормами на проведение измерений по контролю заземляющего устройства и дополнительно дает информацию о реальном состоянии контура заземления и связей с оборудованием, которая существующими методами получена быть не может.

Формула изобретения

1. Способ определения электрофизических характеристик подземных металлических сооружений, преимущественно сложного контура заземления электрооборудования, при котором на подземное металлическое сооружение накладывают переменный ток и измеряют величину напряженности магнитного поля, созданного наложенным током, в точках пространства над поверхностью земли по трассе металлического сооружения, отличающийся тем, что ток накладывают приложением полюсов источника переменного тока к двум точкам контура заземления, удаленных друг от друга на максимальное расстояние в пределах контура заземления, по крайней мере одна из которых является заземленной нейтралью электрооборудования, связанного с контуром заземления, причем частоту измерителя напряженности магнитного поля настраивают на частоту источника переменного тока, а о месте прокладки элементов контура заземления и его связей с электрооборудованием судят путем смещения измерителя параллельно поверхности земли в направлении, перпендикулярном предполагаемой трассе контура заземления и определения положения измерителя напряженности магнитного поля, отвечающего максимальному значению напряженности магнитного поля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что глубину прокладки горизонтальных элементов контура заземления определяют путем измерения напряженности магнитного поля на поверхности земли по трассе прокладки, перемещения антенны измерителя вверх и измерения расстояния ее над поверхностью земли, на котором величина измеряемой напряженности уменьшается в два раза, причем это измеренное расстояние принимается равным глубине прокладки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерения повторяют, подключая один из полюсов источника переменного тока попеременно к каждому оборудованию, установленному на территории, охватываемой контуром заземления, в месте его заземления от одной из выходных клемм, причем вторая точка соединения источника тока с контуром заземления остается постоянной.

4. Способ по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что измерения осуществляют при частоте источника переменного тока, выбранной в диапазоне 200-1000 Гц.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2