УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Полезная модель относится к аппаратуре электромагнитных испытаний и контроля и может быть использована, прежде всего, для контроля качества заземляющих устройств (ЗУ) различных энергообъектов, например, высоковольтных подстанций без вскрытия грунта согласно РД 153-34.0-20.525-00, который предусматривает следующие задачи диагностики:
- наличие в грунте и реального расположение ЗУ (трасс прокладки), включая глубины залегания заземлителей;
- наличие и состояние связей оборудования с ЗУ;
- наличие или отсутствие связи в местах пересечений продольных и поперечных горизонтальных заземлителей;
- пути растекания аварийных токов с оборудования при ударах молнии или коротком замыкании (КЗ);
- сопротивление ЗУ электроустановок;
- напряжение прикосновения на территории электроустановки в потенциально опасных местах;
- удельное сопротивление грунта
Однако ни одно из известных на сегодняшний день устройств не позволяет контролировать все эти параметры с необходимыми точностью и производительностью.
Известно устройство для диагностики подземных проводящих объектов EASYLOC (см. А.Ю.Саулов Металлоискатели. СПб. - Наука и техника. - 2004. - С.190). Оно содержит задающий генератор и регистратор (приемник). Указанное устройство позволяет определять трассу заземляющих устройств по магнитным полям, индуцируемым переменным током, создаваемым генератором, или токами от внешних источников.
Недостатками устройства являются невозможность определения напряжения прикосновения и сопротивления ЗУ, удельного сопротивления грунта, а также выявления путей растекания токов с оборудования при ударах молнии или КЗ.
Известно устройство для диагностики подземных проводящих объектов КАИ-80, ГК-80 (см. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 92.2.899.001 ТО. - Мин. энергетики и электрификации СССР, ПО “Союзэнергоавтоматика”, Львовское специализированное производственное предприятие “Спецэнергоавтоматика”). Оно содержит задающий генератор, регистратор (приемник), а также датчик в виде индукционного преобразователя и токовый электрод.
Указанное устройство позволяет обнаруживать трассы прокладки и выявлять глубину залегания подземных проводящих объектов, а именно, кабелей. Однако его недостатком, как и у описанных выше решений, является функциональная узость. Устройство, хотя и может при необходимости выполнять диагностику ЗУ, но лишь в указанном выше объеме, поскольку регистрирует только наличие магнитного поля вокруг шин.
Помимо этого, следует также отметить, что в нем отсутствуют: возможность определения напряжения прикосновения в потенциально опасных местах (на оборудовании), возможность измерения сопротивления ЗУ, возможность измерения сопротивления грунта, возможность выявлять пути растекания токов с оборудования при ударах молнии или КЗ, т.е. токов в случае аварии. Все перечисленное, как указывалось выше, входит в перечень нормативных требований к диагностике ЗУ.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является устройство для диагностики подземных проводящих объектов (см свидетельство на полезную модель №50316 авторов Борисова Р.К. и Колиушко Г.М.).
Данное устройство для диагностики подземных проводящих объектов, а именно для заземляющих устройств (ЗУ), содержит задающий генератор, регистратор, датчик, токовые и потенциальные электроды. В генераторе предусмотрена возможность настройки на несколько различных фиксированных частот. Датчик выполнен в виде индукционного преобразователя и конструктивно представляет собой воздушный трансформатор, помещенный в немагнитный экран (на схеме не показано). Регистратор включает измеритель напряженности магнитного поля и измеритель напряжений. В рабочем состоянии устройство подключено к обследуемому ЗУ и единицам оборудования, размещенным на территории, занимаемой ЗУ. Указанное сочетание функциональных элементов устройство позволяет реализовать:
- возможность измерения напряжения прикосновения на оборудовании,
- возможность измерения сопротивления ЗУ,
- возможность измерения сопротивления грунта,
- возможность выявления путей растекания токов с оборудования при ударах молнии или КЗ, т.е. токов в случае аварии.
В основу предложенной полезной модели поставлена задача создания усовершенствованного устройства с целью обеспечения более высоких метрологических характеристик и более высокой производительности измерений.
Поставленная задача решается тем, что в регистратор устройства для контроля состояния заземляющих устройств электроустановок, содержащее задающий генератор, регистратор, датчик магнитного поля, потенциальный и токовый электроды, измеритель напряженности магнитного поля, измеритель напряжения, дополнительно введены энергонезависимая память, измеритель частоты, формирователь калибровочного сигнала, аналоговый коммутатор, вычислитель и приемо-передатчик.
Введение измерителя частоты, формирователя калибровочного сигнала, аналогового коммутатора в устройство для контроля состояния заземляющих устройств электроустановок позволяет устранить составляющую погрешности измерений, вызванную несоответствием настройки частоты узкополосного фильтра измерителя напряжений и частоты задающего генератора вследствие температурных воздействия рабочих условий применения. Это достигается за счет того, что перед измерениями в условиях воздействия температуры окружающей среды производят измерение частоты задающего генератора, формируют тестовый сигнал измеренной частоты и определяют реальный коэффициент передачи измерителя напряжения. Измеренные калибровочные коэффициенты сохраняются в энергонезависимой памяти. Периодичность калибровки определяется практической целесообразностью.
Кроме этого введение вычислителя, энергонезависимой памяти и приемопередатчика устраняет при проведении измерений целый ряд «ручных» операций, таких как фиксация на твердой копии результатов измерений, расчет показателя по измеренным значениям напряжения и тока и подготовка протоколов испытаний.
Пример выполнения полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства.
Устройство для контроля состояния заземляющих устройств электроустановок содержит задающий генератор 1, регистратор 2, датчик магнитного поля 3, измеритель напряженности магнитного поля 4, токовые 5 и потенциальные 6 электроды, шунт 7, аналоговый коммутатор 8, измеритель 9 частоты, формирователь 10 калибровочного сигнала, измеритель 11 напряжений, вычислитель 12, энергонезависимая память 13, и приемопередатчик 14.
Устройство для контроля состояния заземляющих устройств электроустановок работает следующим образом.
В начале определяют реальное расположение ЗУ 15 (трассы укладки заземлителей ЗУ 15). Для этого задающий генератор 1 подключают к двум разным отдаленным точкам ЗУ 15 (например, на открытых распределительных устройствах одна из точек - корпус трансформатора, а вторая - заземляющий спуск оборудования). В элементы ЗУ 15 генерируют переменный ток заданного напряжения и частоты. Ток растекается по ЗУ 8, наводя при этом магнитное поле, наличие которого и определяют для выявления объекта в грунте. Начиная движение от одной из точек присоединения, с помощью датчика 3 находят направление на поверхности земли, соответствующее максимуму показаний измерителя 4 напряженности магнитного поля. Постепенно переходя от одного узла ЗУ 15 к другому, устанавливают расположение заземляющих шин (трассу их укладки). По результатам измерения шина наносится на план объекта. При необходимости определить трассу укладки заземлителя, подключенного только с одной стороны, действуют следующим образом. К ЗУ 15 подключают один вывод генератора 1, а второй - к токовому электроду 5. При этом токовый электрод 5 забивают на предполагаемом месте размещения шин и, перемещая его вдоль трассы, по максимуму магнитного поля определяют расположение последней.
Далее проводят калибровку измерителя напряжений. Для этого выход задающего генератора 1 подключают на вход измерителя 9 частоты и определяют значение частоты генератора 1 в рабочих условиях. После этого подключают формирователь 10 калибровочного сигнала через аналоговый коммутатор 8 на вход измерителя И напряжений, при этом частота калибровочного сигнала устанавливается равной измеренному значению. Измеряют действующее значение сигнала и определяют коэффициент передачи измерительного канала измерителя 11 напряжений. Полученное значение сохраняют в энергонезависимой памяти 13.
Измерение параметров ЗУ проводят путем построения измерительных схем по аналогии с прототипом. Измеренные значения напряжения и тока поступают в вычислитель 12, где рассчитываются значения параметров ЗУ, которые сохраняются в энергонезавимой памяти 13. После проведения всего комплекса измерений выход приемо-передатчика 14 устройства подключают к последовательному порту персонального компьютера, который принимает данные и формирует протоколы испытаний ЗУ.
Таким образом, предлагаемое устройство является универсальным по функциям и обеспечивает более высокие метрологические характеристики и высокую производительность контроля по сравнению с известными устройствами.
Помимо этого, следует отметить существенное улучшение эксплуатационных параметров: небольшие вес и габариты, возможность одновременной работы на исследуемом участке нескольких бригад с устройствами благодаря использованию избирательных фильтров и нескольких фиксированных частот задающего генератора.