РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МЕТОДИКИ ДИАГНОСТИКИ
ЗУ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Как отмечалось в разделе 1, получение наиболее полной информации о ЗУ позволит не только обеспечить требования техники безопасности и охраны труда обслуживающего персонала, но и нормальное функционирование оборудования объектов электроэнергетики. Таким образом, необходимо в первую очередь проанализировать факторы, влияющие на точность измерения глубины залегания ЗУ, найти решение задачи об обнаружении заземлителей, расположенных в непосредственной близости к объемным металлическим объектам, а также способ определения месторасположения вертикальных заземлителей и шин, неприсоединенных с одной стороны (обрывы).
2.1. Исследование факторов, влияющих на точность измерения глубины залегания ЗУ
2.1.1. Для определения глубины залегания заземлителей ЗУ используют индукционный метод [67], который основан на анализе величины и топологии магнитного поля токов, протекающих по элементам ЗУ, выполненного в виде заземляющей сетки.
Определение параметров магнитного поля производится с помощью индукционного датчика (ИД), основным элементом которого является катушка, количество витков которой зависит от требуемой чувствительности. Сигнал с катушки поступает в электронное устройство, в котором величина электродвижущей силы, наводимой переменным магнитным полем, преобразуется в величину пропорциональную напряженности магнитного поля.
Точность определения глубины залегания заземлителей ЗУ весьма важна и необходима для [74]:
- проверки соответствия глубины залегания горизонтальных заземлителей ЗУ требованиям нормативных документов [2] (она должна составлять 0,5 - 0,7 м как для продольных, так и для поперечных заземлителей);
- определения глубины шурфования для исследования степени коррозионного износа заземлителей;
- проведения исследований переходных процессов в ЗУ при аварийных режимах работы оборудования объекта.
При определении глубины залегания заземлителей, по которым протекает ток, измеряется величина напряженности магнитного поля в определенных точках пространства, окружающего проводник, в которых теоретические расчеты позволяют установить однозначную связь между отношением величин напряженности магнитных полей с отношением расстояний от точек до проводника [67]. Для этой цели удобно выбрать точки, лежащие на одной прямой, проходящей через ось заземлителя перпендикулярно поверхности грунта, как показано на рис. 2.1.
Тогда в предположении, что исследуемый заземлитель, находящийся в грунте, достаточно тонкий и длинный, глубина залегания может быть определена из соотношения, основанного на законе полного тока [75]:
, (2.1)
где R - глубина залегания заземлителя;
Х - расстояние точки измерения от поверхности грунта;
rД - радиус корпуса датчика;
Н1 - напряжённость магнитного поля, создаваемого током, протекающим в исследуемом заземлителе, определенная на расстоянии R+rД от его оси;
Н2 - напряжённость магнитного поля, создаваемого током, протекающим в исследуемом заземлителе, определенная на расстоянии Х+R от его оси.
Рис. 2.1. Определение глубины залегания горизонтального заземлителя
С практической точки зрения целесообразно добиваться, чтобы отношение Н1/Н2 = 2, т.к. при этом глубина залегания проводника R равна высоте перемещения датчика Х и в полевых условиях не требуется производить каких-либо дополнительных вычислений для определения глубины залегания (обычно R >> rД и влиянием размеров датчика пренебрегают, что практически оправдано).
Однако в реальных условиях при измерениях необходимо учитывать следующие факторы, которые могут повлиять на точность определения глубины залегания заземлителя по соотношению (2.1):
- наличие магнитных полей, создаваемых токами, протекающими в проводниках сложного заземлителя, расположенных рядом с исследуемым проводником;
- ограниченность длины исследуемого проводника;
- конечность размеров сечения исследуемого проводника;
- конечность размеров катушки индукционного датчика.
ИД реагирует на магнитное поле всех заземлителей ЗУ (в пределах чувствительности датчика), но, учитывая, что элементы сетки перпендикулярные исследуемому заземлителю не вносят свой вклад в суммарное магнитное поле, проведем оценку величины погрешности, вносимой близлежащими заземлителями, находящимися по обе стороны от исследуемого (см. рис. 2.2).
Рис. 2.2. Взаимное расположение проводников ЗУ
Установим погрешность при измерении глубины исследуемого заземлителя в условиях наличия рядом пролегающих элементов ЗУ с протекающим по ним током. Пусть три бесконечно длинных горизонтальных заземлителя (В1=В2=?) с одинаковыми токами расположены в пространстве как показано на рис. 2.2 и при перемещении датчика от поверхности грунта вверх на расстояние Х его показания уменьшились в два раза. Требуется определить величину K=R/X для следующих вариантов исходных данных: Х=0,1...1,5 м, А = 1...20 м (диапазон изменения величины А выбран с учетом рекомендаций, приведенных в нормативных документах, регламентирующих выполнение ЗУ [2], величины Х - с учетом реальных условий измерений).
На рис. 2.3 приведены компоненты напряженности магнитного поля, наводимые тремя заземлителями в точке 1 (т. 1), расположенной на поверхности грунта, и в точке наблюдения 2 (т. 2). Запишем для т. 1 полную напряженность магнитного поля, наводимую каждым заземлителем.
Напряженность, создаваемая заземлителем 1:
. (2.2)
Так как ток, протекающий по заземлителям, одинаков и расстояние между заземлителями 1 и 2 равно расстоянию между проводниками 2 и 3, то напряженности, создаваемые заземлителями 1 и 3 будут равны между собой и имеют вид:
. (2.3)
Рис. 2.3. Компоненты напряженности магнитного поля, наводимые тремя
заземлителями при измерении глубины залегания
Так как рассматриваемый индукционный датчик фиксирует только составляющую по оси ОХ, найдем из результирующих напряженностей Х - вую составляющую. Для заземлителя 2 она будет равна полной,
- Київ+380960830922