Расчет переходного сопротивления заземлителей энергетических устройств

УДК 621.311

Д.В.Куклин

РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ*

Аннотация

В статье описан графический интерфейс пользователя программы, используемой для расчета переходного сопротивления заземлителей энергетических устройств с помощью метода конечных разностей во временной области. Сделан расчет сопротивления заземления опоры упрощенной формы. Представлен результат измерения переходного сопротивления опоры.

Ключевые слова:

метод конечных разностей во временной области, переходное сопротивление, заземление.

D.V.Kuklin

CALCULATION OF TRANSIENT RESISTANCE OF ENERGETIC DEVICES’ GROUNDINGS

Abstract

A graphical user interface of program that is used for transient resistance calculations of energetic devices' groundings by FDTD method is described in the article. Calculation of simple transmission tower's grounding is made. Result of transient resistance measurement of transmission tower's grounding is presented.

Keywords:

finite difference time domain method, transient resistance, grounding.

В статье** [1] был описан способ расчета переходных сопротивлений заземлителей с помощью метода FDTD. Но создавать сложную модель для расчета сопротивления - трудоемкая задача, так как определяющие модель параметры необходимо задавать в каждой точке расчетной сетки. Кроме того, описанную модель трудно воспринимать и изменять, если она записана в виде кода на языке программирования. Поэтому была написана программа, получающая параметры модели из файла. Формат файла позволяет задавать модель более простым образом, а также хранить только ту информацию, которая относится к конкретному расчету, не вдаваясь в подробности реализации метода FDTD.

Однако задавать параметры трехмерной модели в виде текста неудобно, так как это приводит к большим затратам времени и ошибкам, значительно влияющим на результаты расчета, которые к тому же сложно обнаружить. Т.е. существует необходимость задавать модель графически. Для этого была создана программа, позволяющая создавать модель и проверять ее правильность в трехмерном виде. Интерфейс пользователя программы показан на рис.1.

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09-08-00276).

Применение метода конечных разностей во временной области для расчета волновых процессов в протяженных подземных проводниках / Д.В.Куклин // Труды Кольского научного центра РАН. 2011. № 1.

Интерфейс пользователя состоит из трех окон. Первое окно служит для создания модели, второе - для представления модели в трехмерном виде, а в третьем окне представляются результаты расчета.

ОЛ 014 ОЛ ОЛ ОМ 0.Т0 ОМ О1Я Ш 1М \Л

Рис.1. Интерфейс пользователя программы для упрощения расчета переходного сопротивления заземлителей с помощью метода ¥ВТВ

Особенности сетки РБТБ не позволяют использовать готовые графические программы для создания модели, поэтому была написана новая программа. Один из способов создания трехмерной модели - разделение трехмерной области на двухмерные “слои”, каждый из которых затем редактируется отдельно. Такой способ прост для освоения и реализации, вследствие чего он и был выбран для создания модели. Однако он не дает наглядного представления о трехмерной модели. Для этой цели, а также для контроля ошибок в созданной модели в программе имеется возможность представить модель в трехмерном виде. Также в программе предусмотрено представление результатов расчета.

Расчет сопротивления опоры упрощенной формы.

В качестве тестирования интерфейса был произведен расчет переходного сопротивления опоры с четырьмя лучами горизонтальных заземлителей.

Параметры модели:

• размеры области - 55x55x35 м;

• размер ячейки сетки - 0.25 м;

• удельное сопротивление земли 200 Омм;

• относительная диэлектрическая проницаемость - 20;

• ток вводился у основания опоры в каждый из четырех фундаментов.

Так как это лишь тестовый расчет, то для уменьшения времени расчета

время фронта импульса тока выбрано существенно меньшим по сравнению с типичным временем фронта грозового импульса тока.

Потенциал определялся через интеграл электрического поля вдоль пути, показанного на рис.2.

При моделировании опоры были приняты следующие упрощения:

• опора смоделирована только с помощью ортогональных проводников;

• железобетонные фундаменты опор приняты металлическими. Параметры опоры показаны на рис.2, на рис.3 представлены результаты вычислений.

24 м

Вид сверху

П

Рис. 2. Параметры опоры. Здесь П - это путь, вдоль которого рассчитывался интеграл электрического поля для нахождения потенциала

и,ЬУ І.А ЯОЬт 1,50 200 15

1,35 180 13

1,20 160 12

1,05 14) 10

0,90 120 9

0,75 100 7

0,60 80 6

0,45 60 4

0,30 40 3

0,15 20 1

0,00 0 0

0,00 ОД0 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,40

Ите, иг

Рис.3. Результат вычислений:

I - суммарный ток, вводимый в четыре фундамента

Измерение сопротивления опоры без горизонтальных заземлителей.

Для получения опыта моделирования энергетических устройств с целью расчета их переходного сопротивления были проведены измерения переходного сопротивления опоры. Чтобы исключить влияние на переходное сопротивление лучевых заземлителей неизвестной длины, было измерено сопротивление опоры без лучевых заземлителей (рис.4).

Токовый контур —

Осциллограф

-Генератор

I

Потенциальный контур

Рис. 4. Схема измерений

Опора

Токовый и потенциальный контуры расположены перпендикулярно и представляют собой изолированные провода, проложенные по поверхности земли. Длина потенциального и токового контуров одинакова и составляет по 200 м. Ток вводится в опору над одним из железобетонных фундаментов опоры. Измерения тока через заземлитель и потенциала на нем проводились двухлучевым осциллографом.

На рис.5 изображены осциллограммы токов и напряжений, а также переходное сопротивление заземления опоры. Здесь представлены результаты, соответствующие схеме измерений на рис.4 (/ь £71), а также результаты в случае, когда токовый и потенциальный контуры поменяли местами (12, и2). Из рис.5 можно видеть, что даже при существенном различии токов и потенциалов сопротивление заземления совпадает очень точно.

1, и, К,

А 27 в 720 Ом 54

24 640 48

21 560 42

18 480 36

15 400 30

12 •320 •24

9 •240 •18

6 160 12

3 • 80 6

0 0 О

І2

її

и. ТТ,

к г,

1

0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1.1 1,2 1,3 мкс

Рис.5. Результаты измерений сопротивления опоры

Сопротивление опоры было также определено с помощью измерителя сопротивления заземления “ИСЗ-2016” и составило 14.3 Ом. Им же измерено удельное сопротивление грунта под опорой - 240 Омм.

Расчет сопротивления опоры без горизонтальных заземлителей.

Для расчета сопротивления опоры, измерение сопротивления которой описано выше, необходимо решение следующих задач:

• размеры опоры, а также длина токового и потенциального контуров делают расчетную область очень большой, вследствие чего увеличиваются объем занимаемой памяти и время расчета. Следовательно, необходимо использование компьютера с большим объемом памяти, а также распараллеливание расчета на несколько процессорных ядер. Либо необходимо увеличивать размеры ячеек сетки;

• расчет будет более точным при создании модели опоры с использованием моделирования произвольно ориентированных тонких проводников;

• в точном моделировании нуждаются железобетонные фундаменты опоры. Сведения об авторах

Куклин Дмитрий Владимирович,

инженер лаборатории высоковольтной электроэнергетики и технологии Центра физикотехнических проблем энергетики Севера КНЦ РАН,

Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А Эл. почта: kuklindima@gmail.com

УДК 621.311

М.Б.Баранник, А.Вильянен, А.Н.Данилин, Ю.В.Катькалов,

В.В.Колобов, П.И.Прокопчук, Я.А.Сахаров, В.Н.Селиванов

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОИНДУКТИРОВАННЫХ ТОКОВ НА СЕВЕРО-ЗАПАДЕ РОССИИ ДЛЯ ПРОЕКТА EURISGIC *

Аннотация

Представлены результаты работ по расширению системы регистрации геоиндуктированных токов на Северо-Западе России в рамках проекта EURISGIC.

Ключевые слова:

магнитные бури, геоиндуктированные токи, проект EURISGIC.

M.B.Barannik, A.Viljanen, A.N.Danilin, Yu.V.Katkalov, V.V.Kolobov, P.I.Prokopchuk, Ya.A.Sakharov, V.N.Selivanov

DEVELOPMENT IN THE NORTH-WEST RUSSIA OF GEOMAGNETICALLY INDUCED CURRENTS MEASURING SYSTEM FOR THE EURISGIC PROJECT

Работа выполнена при финансовой поддержке Европейского Союза (проект 260330 в рамках программы БР7).