СТЕНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СЛОЯ ЗЕМЛИ И ЕГО МОЩНОСТИ

Полезная модель относится к средствам обучения и может быть использована в учебном процессе для контроля электромагнитного влияния ЛЭП, тяговой сети железных дорог через землю на линии связи, для учета электрического сопротивления земли при проектировании заземляющих устройств, для изучения количества опасных грозовых ударов на кабельные линии, опасности электрической коррозии металлических элементов в земле.
В реальных условиях земля является проводником электрического тока и поэтому по земле протекают различные, так называемые, «блуждающие» токи. Как например, на ж.д. транспорте, таким током является «обратный» тяговый ток, который имеет значительные величины (при электрической тяге постоянного тока - порядка нескольких тысяч ампер).
В этой связи, при эксплуатации различных сооружений расположенных в земле возникают процессы вызывающие разрушение (электрокоррозию), например, оболочки кабеля, арматуры различных опор и строительных элементов, разрушение водо- и газотрубопроводов.
Для создания защиты от этого явления применяют активные и пассивные методы защиты, которые можно успешно реализовать только после предварительного исследования процесса «растекания» тока по земле, который в свою очередь зависит от сопротивления слоя (слоев) земли, в котором расположены или будут расположены конкретные сооружения.
Для изучения этого явления и предназначен заявляемый стенд.
Известен стенд контроля электрического сопротивления слоя земли и его мощности, содержащий первую цепь, состоящую из последовательно соединенных между собой первого токового электрода, источника постоянного тока, амперметра, провода первой измерительной цепи, второго токового электрода; вторую цепь, состоящую из последовательно соединенных между собой первого потенциального электрода, вольтметра, провода второй измерительной цепи, второго потенциального электрода, пульт и физическую модель сопротивления слоя земли, состоящую из последовательной цепочки из N резисторов, каждый из которых имитирует электрическое сопротивление элементарного участка земли (Патент РФ №47125, МПК: G09В 9/04, B61L 3/16, Стенд контроля электрического сопротивления слоя земли и его мощности, авторов Леушина В.Б., Митрохина В.Е., опубл. 10.08.2005 г., БИ №22).
Недостатком стенда является отсутствие возможности изучения влияния влажности земли на электрическое сопротивление слоев земли.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение достоверности информации и наглядности стенда при изучении особенностей электрического сопротивления слоев земли и их мощности.
Технический результат достигается тем, что в стенд контроля электрического сопротивления слоя земли и его мощности, содержащий первую цепь, состоящую из последовательно соединенных между собой первого токового электрода, источника постоянного тока, амперметра, провода первой измерительной цепи, второго токового электрода; вторую цепь, состоящую из последовательно соединенных между собой первого потенциального электрода, вольтметра, провода второй измерительной цепи, второго потенциального электрода, пульт и физическую модель сопротивления слоя земли, состоящую из последовательной цепочки из N резисторов, первая цепь посредством первого токового электрода соединена через пульт с выходом первого сопротивления физической модели и посредством второго токового электрода соединена через пульт с входом N-го резистора физической модели, вторая цепь посредством первого и второго потенциальных электродов соединена через пульт с выходами и входами любых резисторов физической модели, симметрично расположенных относительно средней точки последовательной цепочки из N резисторов, дополнительно содержит имитатор влажности земли, а каждый из N резисторов состоит из параллельно соединенных составляющих, одна из которых имитирует электрическое сопротивление земли, зависимое только от химического состава земли, а вторая имитирует электрическое сопротивление земли, зависимое только от влажности земли, причем выход имитатора влажности земли соединен с входом составляющей каждого из N резисторов физической модели, зависимой только от влажности земли.
Введение в стенд модели дополнительных элементов повышает достоверность информации и наглядность контроля электрического сопротивления слоев земли и их мощности.
На фиг.1 представлена функциональная схема стенда для контроля электрического сопротивления слоя земли и его мощности.
Стенд для контроля электрического сопротивления слоя земли и его мощности содержит первый токовый электрод 1, источник постоянного тока 2, амперметр 3, провод первой измерительной цепи 4, второй токовый электрод 5, первый потенциальный электрод 6, вольтметр 7, провод второй измерительной цепи 8, второй потенциальный электрод 9, пульт 10, физическую модель электрического сопротивления слоя земли 11, состоящую из последовательной цепочки резисторов первого 12, второго 13, третьего 14, N-го 15, каждый из которых состоит из составляющих, параллельно соединенных между собой, первые из которых 16, 17, 18, 19 имитируют электрическое сопротивление элементарных участков земли, зависящее только от химического состава слоя земли, вторые из которых 20, 21, 22, 23 имитируют электрическое сопротивление элементарных участков земли, зависящее только влажности слоя земли, имитатор влажности земли 24.
Стенд работает следующим образом.
Первая цепь (токовая), в которую входят первый токовый электрод 1, источник постоянного тока 2, амперметр 3, провод первой измерительной цепи 4, второй токовый электрод 5, посредством первого 1 и второго 2 токовых электродов через пульт 10 подключена к входу первого 12 и входу N-го 15 резисторов физической модели электрического сопротивления слоя земли 11.
Вторая цепь (потенциальная), в которую входят первый потенциальный электрод 6, вольтметр 7, провод второй измерительной цепи 8, второй потенциальный электрод 9, посредством первого 6 и второго 9 потенциальных электродов подключена через пульт 10 к выходам и входам любых составляющих 16-19, имитирующих электрическое сопротивление элементарных участков земли, зависящее только от химического состава слоя земли, и 20-23, имитирующих электрическое сопротивление элементарных участков земли, зависящее только влажности слоя земли, резисторов 12-15 физической модели.
Посредством имитатора влажности земли 24 устанавливается величина сопротивления каждой из составляющей 20-23, имитирующей электрическое сопротивление элементарных участков земли, зависящее только влажности слоя земли, резисторов 12-15 физической модели..
Производятся измерения величин тока в первой цепи и уровень напряжения во второй цепи, согласно выражения
экв
ρ=K·U/I,
где K - коэффициент установки, зависящий от расстояния между электродами;
U - уровень напряжения между потенциальными электродами;
I - величина тока в первой (токовой) цепи,
устанавливается эквивалентное электрическое сопротивление земли.
Коэффициент установки «K» определяется как величина 2 πа, где а - расстояние между электродами [Линейные сооружения связи. Издание второе, дополненное и переработанное / И.И.Гроднев, Н.Д.Курбатов. М.: Издательство «Связь», 1968, стр.388-389].
Во время эксперимента (измерения) через величины падения напряжения в слое земли между потенциальными электродами и тока в токовой цепи, протекающего по слою земли между токовыми электродами, по закону Ома устанавливается электрическое сопротивление слоя земли, а при умножении этой величины на коэффициент K устанавливается удельное (эквивалентное) сопротивление слоя земли. На основании полученных данных по империческим таблицам определяется мощность слоя земли.
Изучающим этот процесс на предлагаемом стенде не известно общее сопротивление всей цепочки и величины сопротивления конкретного резистора потому, что параметры этих элементов задаются преподавателем. Обучающиеся на стенде специалисты определяют величину сопротивления этих резисторов экспериментально и таким образом познают процесс измерения электрического сопротивления слоя земли в реальных условиях.
Предлагаемый стенд позволяет повысить наглядность не только изучение процесса подключения токовых и потенциальных электродов к слою земли за счет возможности располагать эти электроды в лабораторных условиях в любой ординате слоя земли находясь на одном рабочем месте, что в реальных условиях при использовании прототипа выполнить достаточно сложно, но и исследовать зависимость сопротивления слоя земли в зависимости от влажности и химического состава слоя земли.
Достоверность информации об электрическом сопротивлении земли повышается за счет введения в физическую модель двух составляющих электрического сопротивления слоя земли, зависящую только от химического состава слоя земли и зависящую только от влажности слоя земли, что в свою очередь позволяет максимально приблизить исследования к реальным условиям эксплуатации.