УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И БЛУЖДАЮЩИХ ТОКОВ НА ПРОЦЕСС КОРРОЗИИ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Полезная модель относится к экспериментальным установкам для проведения исследований в области электробезопасности, в частности, для изучения влияния факторов окружающей среды на коррозионное состояние элементов заземляющих устройств.
В настоящее время установок для исследования влияния факторов окружающей среды и блуждающих токов на процесс коррозии элементов заземлителей не существует.
Известно устройство, содержащее генератор переменного сигнала, выносной токовой электрод, датчик напряженности магнитного поля, измерительные каналы, блок сравнения фаз, логический элемент «И», пороговый и сигнальные электроды. (Чикаров Ю.А. Разработка метода и технических средств контроля состояния элементв заземляющих устройств: дис. …канд. техн. наук. / Чикаров Ю.А. - Хабаровск: ГОУВПО ДВГУПС, 2005, 134 с). Прибор способен определять трассировку сетки заземляющего устройства и повреждения (обрывы) заземляющего электрода.
Известен ультразвуковой дефектоскоп для определения коррозионного состояния элементов заземляющих устройств. Ультразвуковой дефектоскоп состоит из анализатора, генератора зондирующих импульсов, генератора развертки и индикатора для фиксации. (Авдеева К.В. Совершенствование методов и программно-аппаратных средств определения технического состояния заземляющих устройств тяговых подстанций: дис. …канд. техн. наук. / Авдеева К.В. - Омск: ГОУВПО ОмГУПС (ОмИИТ), 2009, 140 с).
С помощью ультразвукового дефектоскопа определяют длину коррозионного состояния вертикальных электродов заземляющего устройства.
Недостатками указанных приборов является отсутствие возможности определения влияния таких факторов как влажность, температура, химико-минеральный состав, вид и электропроводность грунта, а также блуждающих токов на процесс коррозии элементов заземляющих устройств.
Известен также экспериментальный стенд для исследования коррозионной активности почв грунта, содержащий источник питания постоянного тока, миллиамперметр, регулятор тока, милливольтметр, ячейку (металлическая ванна, выполняющая функции наружных электродов) и внутренние электроды (Стариков, Е.Ю. Исследование коррозионной активности почв и грунта / Е.А. Стариков - Вестник КузГТУ 2007. №2. С. 52 -55.).
Недостатком этой установки является ограничение напряжения питания стенда. Ограничение напряжения вызывает слабые токи, протекающие по электродам. Слабые токи в своего очередь замедляют процесс электрохимической коррозии, что приводит к увеличению времени проведения исследования.
Технический результат заявляемой установки заключается в определении зависимости потери массы металла заземляющих электродов от факторов окружающей среды и блуждающих токов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что установка для исследования влияния факторов окружающей среды и блуждающих токов на процесс коррозии заземляющих устройств, содержит лабораторный авотрансформатор ЛАТР, подключенный к разделительному трансформатору, заземляющие электроды, соединенные последовательно с милиамперметром и параллельно с вольтметром, и погруженные в грунт, засыпанный в диэлектрические ванны, на дне которых расположена медная фольга, при этом в грунт дополнительно погружены электроды прибора для измерения влажности и кислотности грунта.
Медная фольга размешается на дне диэлектрической ванны для создания контура протекания тока. В качестве материала для электродов заземляющих устройств используется сталь без антикоррозионного покрытия. Все электроды соединены между собой параллельно и составляют контур заземления.
Для исследования влияния факторов окружающей среды и блуждающих токов на процесс коррозии заземляющих устройств в каждую диэлектрическую ванну засыпался грунт с разным удельным электрическим сопротивлением.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлена электрическая схема установки для исследования влияния факторов окружающей среды и блуждающих токов на процесс коррозии заземляющих устройств; на фиг. 2 представлен общий вид установки для исследования влияния факторов окружающей среды и блуждающих токов на процесс коррозии заземляющих устройств; на фиг. 3 представлена зависимость коррозии электродов заземляющих устройств от влажности грунта; на фиг. 4 представлен общий вид заземляющих электродов (образец «а» - до проведения эксперимента, образец «б» - после проведения эксперимента).
Заявляемая установка содержит источник питания - лабораторный авторансформатор ЛАТР 1, разделительный трансформатор 2, диэлектрические ванны 3, медную фольгу 4, грунт с разным удельным сопротивлением 5, заземляющие электроды 6, миллиамперметр 7, вольтметр 8, прибор 9 для измерения влажности и кислотности (рН) грунта. Пропорция геометрических размеров заземляющих электродов 6 заявляемой установки была определена согласно теории подобия и моделирования (Абдуллоев Р.Т. Моделирование заземляющих устройств [Текст] / Р.Т Абдуллоев // Энергетика в современном мире: VI Международная заочная научно-практическая конференция 2-6 декабря 2013 г.: сборник статей, Чита: ЗабГУ, 2013. С. 30-33., Абдуллоев Р.Т. Стенд для исследования заземляющих устройств [Текст] / Р.Т. Абдуллоев, А.Б. Тряпицын // Материалы LIII международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» / под ред. докт. техн. наук П.Г. Свечникова. - Челябинск: ЧГАА, 2014. - Ч. IV. С. 98-102.).
В таблице 1 представлены геометрические размеры и электрические параметры заземляющих электродов 6 заявляемой установки.
Для обеспечения безопасности исследования предусмотрены следующие мероприятия:
1. Максимальное подаваемое напряжение на заземляющие электроды ограниченно 75 В;
2. Плавное изменение амплитуды напряжения (диапазон регулирования 0…75 В);
3. Применение разделительного трансформатора с коэффициентом трансформации Кт=1;
4. Диэлектрические ванны выполнены из диэлектрического материала.
Установка работает следующим образом. При подключении к сети ЛАТРа 1, с помощью рукоятки устанавливается значение начального напряжения, равного 20 В. Переключатель милиамперметра 7 устанавливают на значение 700 мА. Поворачивая рукоятку ЛАТРа 1, с шагом 2,5 В, фиксируют токи, протекающие через заземляющие электроды 6 и грунт 5 милиамперметром 7. Полученные значение токов при измерении заносятся в таблицу. В такой последовательности производится 7 опытов и определяется среднее значения тока. Исходя из полученных данных определяется сопротивление заземляющих электродов 6 согласно закону Ома. Остальные факторы, влияющие на процесс коррозии заземляющих электродов 6 (влажность, кислотность (рН)) варьируются в определенном диапазоне, и измеряются с помощью прибора 9 для измерения влажности и рН грунта. Химико-минеральный состав грунта определяется лабораторным методом.
Пример: проводились исследования влияния факторов окружающей среды и блуждающих токов на скорость коррозии заземляющих устройств.
-
2-
4
Задавали уровни влажности в каждой диэлектрической ванне 3, фиксировали кислотность (рН) и химико-минеральный состав грунта 5 и подключали установку к сети, т.е. проводили эксперимент только при варьировании влажности грунта 5. Таким образом было зафиксированы следующие показатели: рН=7,5, химико-минеральный состав (Cl, SO )=0,1%.
Диапазон варьирования влажности грунта 5 приняли от 5-7 до 28-30%, поскольку наиболее значимое влияние влажности на коррозию заземляющих устройств наблюдается именно в этом диапазоне.
Измерение влажности грунта 5 осуществляли прибором 9 для измерения влажности и кислотности (рН) грунта типа TK100S, который имеет достаточный диапазон 0-60% и допустимую погрешность измерения ±5%. Для определения адекватности настроек показания прибор 9 для измерения влажности и кислотности (рН) грунта 2-3 раза проверяли (3 раза в процессе эксперимента) лабораторным методом. Для определения адекватности настроек прибора 9 для измерения влажности и кислотности (рН) брали пробы грунта 5 из каждой диэлектрической ванны 3, заполняли в тигли (на фиг. не показаны), взвешивали и просушивали пробы грунта 5 в сушильном шкафу при температуре не более 105°C. Продолжительность сушки составила 5 ч.
После прохождения процесса сушки взвешивали сухой грунт на лабораторных электронных весах с точностью 0,0001 г и по потере массы определяли влажность грунта. Измерения влажности грунта лабораторным методом осуществляли следующим образом:
- взвешивали и фиксировали массу тиглей;
- из каждой диэлектрической ванны 3 пробой грунта 5 заполняли отдельный тигель и взвешивали, и фиксировали их общую массу;
- ставили все тигли в сушильный шкаф, задавая температуру 105°C и начинали процесс сушки;
- после завершения процесса сушки взвешивали общую массу каждого тигля. Разница массы до и после процесса сушки позволила определить
содержание влаги в грунте, расчет которой приведен ниже.
Так, в таблице 2 приведены массы тиглей до и после процесса сушки, а в таблице 3 представлена общая масса тиглей с заполненным грунтом.
Определяли влажность грунта следующим образом.
Пример для тигля №1:
в
где: где B - искомая влажность, % от массы сухого грунта;
B - масса тигля, г;
B1 - масса тигля, заполненного грунтом до сушки, г;
B2 - масса тигля, заполненного фунтом после сушки, г.
Результаты определения влажности грунта для оставшихся тиглей приведены в таблице 4.
Таким образом, была определена влажность грунта 3 в каждой диэлектрической ванне 5 лабораторным методом.
Изменение влажности грунта осуществляли следующим образом:
- для уменьшения влажности высушивали грунт в сушильном шкафу;
- для увеличения влажности распыляли дистиллированную воду так, чтобы она равномерно распространилась в грунте.
Длительность эксперимента 15 дней. В течение эксперимента контролировали и фиксировали уровни влажности грунта 3 во всех диэлектрических ваннах 5 каждый день. Полученные результаты приведены в таблице 5.
Определение коррозионного состояния элементов заземляющих устройств происходило следующим образом.
Перед испытанием поверхность заземляющих электродов 6 очищали, обезжиривали и взвешивали на электронных лабораторных весах (в нашем случае использовались лабораторные весы типа RV412D).
Значение массы электродов занесены в таблицу 6.
После окончания эксперимента извлекали заземляющие электроды 6 из каждой диэлектрической ванны 5, очищали и промывали. После удаления продуктов коррозии с заземляющих электродов 6, промывали их в дистиллированной воде, высушивали и взвешивали с точностью до 0,0001 г. Полученные значения массы заземляющих электродов 6 после эксперимента заносили в таблицу 6. Далее - определяли потерю массы заземляющих электродов 6. Полученные значения также представлены в таблице 6.
Пример определения потери массы для одного заземляющего электрода.
Э1.1
где: m масса электрода до эксперимента;
Э1.2
m - масса электрода после эксперимента.
Таким же образом определяли потерю массу для оставшихся заземляющих электродов.
Определение потери массы металла (для заземляющего электрода) в процентах, например, для третьего заземляющего электрода:
Э1.1
где: Δm - масса заземляющего электрода до эксперимента, г;
Э1.2
m - масса заземляющего электрода после эксперимента, г.
Полученные значения занесены в таблицу 7.
Анализ результатов эксперимента показал, что наиболее ускоренный процесс разрушения заземляющих электродов наблюдается в районе 25% влажности грунта.
Использование заявляемой установки позволяет определять влияние факторов грунта (влажность, рН, химико-минеральный состав) и блуждающих токов на процесс коррозии элементов заземляющих устройств. Определение влияния указанных факторов на процесс коррозии в дальнейшем позволит определить эффективный срок эксплуатации заземляющих устройств, что будет способствовать нормальному режиму работы электроустановки и обеспечит электробезопасность персонала.