УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПОДЗЕМНЫХ ПРОВОДЯЩИХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к аппаратуре электромагнитных испытаний и контроля и может быть использована, прежде всего, для диагностики качества заземляющих устройств (ЗУ) различных энергообъектов, например, высоковольтных подстанций без вскрытия грунта.
В соответствии с современными нормативными требованиями к безопасности в задачи диагностики ЗУ входит выявление:
- наличия в грунте и реального расположения ЗУ (трасс прокладки), включая глубины залегания заземлителей;
- наличия и состояния связей оборудования с ЗУ;
- наличия или отсутствия связи в местах пересечений продольных и поперечных горизонтальных заземлителей;
- путей растекания аварийных токов с оборудования при ударах молнии или коротком замыкании (КЗ);
- сопротивления ЗУ электроустановок;
- напряжения прикосновения на территории электроустановки в потенциально опасных местах;
- удельного сопротивления грунта
(см. ГНД 34.20.303. - 2003 «Випробування та контроль стану заземлювальних пристроïв електроустановок. Типова iнструкцiя.». - Галузевий керiвний документ Мiн. палива та енергетики Украïни. - К. - 2003. - С.9-10, а также «Испытания и контроль состояния заземляющих устройств электроустановок. Типовая инструкция». - Отраслевой руководящий документ. Аутентичный перевод. - К. - 2003). Однако ни одно из известных на сегодняшний день устройств не позволяет контролировать все эти параметры.
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 также устройство для диагностики подземных проводящих объектов (измеритель сопротивления заземления) Ф 4103, содержащее задающий генератор, а также регистратор - избирательный вольтметр с зажимами для подключения токовых и потенциальных электродов. Последние также входят в состав устройства. (см. Измеритель сопротивления заземления Ф 4103-М1. - Уманское ПО «МЕГОММЕТР». - Паспорт. - Монастырище, районная типография. - 1991)
Это устройство позволяет измерять сопротивление ЗУ и удельное сопротивление грунтов. При помощи генератора создают контур тока через ЗУ. Для этого на некотором расстоянии размещают (забивают) токовый вспомогательный электрод и потенциальный вспомогательный электрод для измерения падения напряжения на сопротивлении исследуемого ЗУ (при прохождении через него тока). Избирательный вольтметр выделяет на фоне помех полезный сигнал, пропорциональный измеряемому сопротивлению ЗУ. Недостаток устройства, так же, как и предыдущего, состоит в функциональной узости.
Наиболее близким к полезной модели по технической сути и достигаемому результату является 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,
- возможность осуществлять впоследствии на основании этих данных расчет схемы распределения потенциалов.
Все перечисленное, как указывалось выше, входит в перечень нормативных требований к диагностике ЗУ.
В основу полезной модели поставлена задача создания усовершенствованного устройства с расширенными функциональными возможностями, позволяющего определять напряжение прикосновения, сопротивления ЗУ, сопротивления грунта, выявлять пути растекания токов с оборудования при ударах молнии или КЗ, а также на основании полученных экспериментальных данных осуществлять расчет схемы распределения потенциалов на территории энергообъекта.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для диагностики подземных проводящих объектов, содержащем задающий генератор, регистратор, датчик в виде индукционного преобразователя и токовый электрод, в соответствии с полезной моделью дополнительно введены потенциальные электроды и измеритель напряжений, при этом измеритель напряжений введен в регистратор.
Поставленная задача решается также тем, что индукционный преобразователь выполнен в виде воздушного трансформатора и помещен в дополнительно введенный немагнитный экран.
Введение потенциальных электродов в устройство для диагностики подземных проводящих объектов, а также измерителя напряжений в состав регистратора расширяет функциональные возможности устройства, привнося четыре дополнительные функции, а именно:
- 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.
С появлением этих дополнительных функций появляется также возможность расчета распределения потенциалов по территории обследуемого объекта.
Выполнение индукционного преобразователя в виде воздушного трансформатора и помещение его в дополнительно введенный немагнитный экран позволяет исключить влияние электростатического поля, а также вести подавление посторонних сигналов и, в конечном счете, дает возможность работы в условиях электромагнитных помех (в пределах подстанций).
Заявителю известно, как уже упоминалось, использование индукционного преобразователя и измерителя напряжений в составе регистратора в устройствах Ф 4103, EASYLOC и др. Однако в этих решениях указанные блоки применены порознь, для выполнения частных задач и не позволяют осуществлять комплексную диагностику энергообъекта.
Пример выполнения полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства.
В дальнейшем изложении полезная модель описывается в деталях, приведенных для данного конкретного примера, показанного на чертеже. Число примеров не ограничено указанным чертежом.
Устройство для диагностики подземных проводящих объектов, а именно для заземляющих устройств (ЗУ), содержит задающий генератор 1, регистратор 2, датчик 3, токовые и потенциальные электроды 4, 5 соответственно. В генераторе 1 предусмотрена возможность настройки на несколько различных фиксированных частот. Датчик 3 выполнен в виде индукционного преобразователя и конструктивно представляет собой воздушный трансформатор, помещенный в немагнитный экран (на схеме не показано). Регистратор 2 включает измеритель 6 напряженности магнитного поля и измеритель 7 напряжений. В рабочем состоянии устройство подключено к обследуемому ЗУ 8 и единицам оборудования 9, размещенным на территории, занимаемой ЗУ 8.
Устройство работает следующим образом.
С его помощью генерируют переменное напряжение и ток заданной частоты в ЗУ 8, измеряют их действующие значения и определяют наличие и величину создаваемого указанным током магнитного поля на объекте испытаний.
При определении реального расположения ЗУ (поиске трасс укладки заземлителей ЗУ 8) задающий генератор 1 подключают к двум разным отдаленным точкам ЗУ 8 (например, на открытых распределительных устройствах одна из точек - корпус трансформатора, а вторая - заземляющий спуск оборудования). В элементы ЗУ 8 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 регистратора 2 (его измерителя 6 напряженности магнитного поля). Постепенно переходя от одного узла ЗУ 8 к другому, устанавливают расположение заземляющих шин (трассу их укладки). По результатам измерения шина наносится на план объекта. Уменьшение максимума показаний измерителя 6 напряженности магнитного поля может говорить, например, о разветвлении заземлителя (ЗУ 8), либо об увеличении глубины его залегания.
При необходимости определить трассу укладки заземлителя, подключенного только с одной стороны, действуют следующим образом. К ЗУ 8 подключают один вывод генератора 1, а второй - к токовому электроду 4. При этом токовый электрод 4 забивают на предполагаемом месте размещения шин и, перемещая его вдоль трассы, по максимуму магнитного поля определяют расположение последней.
При измерении сопротивления ЗУ 8 создается цепь тока через испытываемое ЗУ. Для этого на некотором расстоянии от него забивают в землю токовый электрод 4 и потенциальный электрод 5 для измерения падения напряжения в сопротивлении испытываемого ЗУ 8 (при прохождении через него тока).
Генератор 1 подключают одним концом к единице оборудования 9, а другим к токовому электроду 4. Измеритель 7 напряжения подключают одним концом к выбранному заземленному оборудованию 9, а другим - к потенциальному электроду 5 и фиксируют его показания, после чего с его помощью измеряют падение напряжения на сопротивлении шунта (на чертеже не показано) генератора 1. Потенциальный электрод 5 перемещают, измеряя падение напряжения, до тех пор, пока не получают стационарное значение величин. Затем это значение делят на ток, протекающий через ЗУ 8, и получают сопротивление ЗУ 8.
Пути растекания тока при ударе молнии и КЗ определяют так. Генератор 1 подключают к корпусу оборудования 9. Измеряют напряженность магнитного поля в месте подключения и принимают полученное значение за 100%. Подносят регистратор 2 к каждому ответвлению от объекта (например, заземлителям, кабелю, трубопроводам, металлоконструкциям) и с помощью измерителя 6 определяют долю напряженности магнитного поля, наведенную протекающими в ответвлении токами. По полученным данным выявляют, куда идет основная часть тока. При этом если в заземлители попадает менее 50% тока, делают вывод о наличии неисправности ЗУ 8 и необходимости ее устранения.
Измерение напряжения прикосновения на территории электроустановок проводят следующим образом. Имитируют протекание тока замыкания через испытываемое оборудование 9. Для этого генератор 1 подключают одним концом к оборудованию 9, а другим - к токовому электроду 4. После чего измерителем 7 измеряют напряжение на сопротивлении 1 кОм, имитирующем сопротивление тела человека и подключенном между вспомогательным потенциальным электродом 5 (место расположения ног человека) и точкой возможного прикосновения к оборудованию 9. Затем с его помощью измеряют падение напряжения на сопротивлении шунта (на чертеже не показано) генератора 1. Напряжение прикосновения определяют расчетным путем.
Определение удельного сопротивления грунта осуществляют по методике Веннера.
Таким образом, предлагаемое устройство является универсальным по функциям и обеспечивает в полном объеме необходимые в соответствии с нормативными требованиями измерения. Устройство дает возможность определять трассу укладки шины, подключенной только с одной стороны, что не позволяет делать ни один из известных приборов аналогичного назначения.
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.