В настоящее время задача измерения сопротивления заземляющих устройств становится все более актуальной. Эта зависимость вытекает из фактора износа электрических аппаратов и устройств, в том числе с их естественным старением [1–3]. Для определения сопротивления в статье предложен подход, основанный на измерении сопротивления заземляющего устройства [4–6] с использованием имитационных моделей программного комплекса Scilab. Данная программная среда содержит пакеты инструментов, которые дают возможность провести визуализацию зависимостей измерений, проводимых экспериментальным и аналитическим путем, в графическом представлении в виде 2D и 3D измерений [7–9]. Помимо вышеуказанных свойств в данном программном обеспечении имеется возможность управления параметрами графиком с нанесением на каждый из них текстовых комментариев. Также представляется возможным построение графических изображений по наперед заданным функциям с дальнейшей их корректировкой в реальном времени. Для работы с функциями и их применением удобно использовать текстовый редактор SciNotes с дальнейшей выгрузкой в отдельные файлы и работой с ними. Каждый график, полученный при использовании программной среды Scilab выводится в виде отдельного графического окна. Удобным представляется возможность использования одного графического окна для построения нескольких функций и графиков. Помимо этого существует возможность разбития определенных областей функций и отдельной работы с ними. В каждой области функций также возможно построение отдельных зависимостей и наложение их друг на друга. Имитационное моделирование позволяет проводить косвенные оценки измерений необходимых параметров с использованием различных программных сред [10–12]. В свою очередь, данное свойство программного обеспечения дает преимущество над конкурентными программными продуктами.
Наиболее значимыми и ключевыми признаками, по которым можно измерить сопротивление заземляющего устройства электрической подстанции, являются:
- соответствие модели реальной схеме;
- измерение по методу амперметра- вольтметра;
- признак немонотонности кривой со- противления;
- достоверность результатов анализа.
Наиболее часто применяется метод двухсерийных измерений при расстоянии от подстанции до токового электрода, равном двукратной и трехкратной величине большего линейного размера заземляющего устройства rЭт = 2∙Д и rЭт = 3∙Д, где rЭт – расстояние от подстанции до токового электрода, Д – наибольший линейный размер заземлителя. Кривые отображают на графике.
Для приборов, с помощью которых производились измерения, были предъявлены технические требования: они должны обладать должным уровнем помехозащищенности и обладать необходимыми свойствами по электромагнитной совместимости. В работе для определения сопротивления заземляющего устройства предложена схема амперметра-вольтметра, так как измерения производятся напряжения на заземлении и тока, стекающего в землю.
Методика измерений
В качестве исследуемого контура заземляющего устройства был выбран контур заземления подстанции ПС-72 ПАО «Россети». Для измерения параметров заземления был выбран трехпредельный измеритель заземления МС-08. На рис. 1 приведена схема измерения сопротивления растеканию одиночных вертикальных заземлителей. В результате измерений была выявлена зависимость от расстояния между электродами. Результаты выявленной зависимости сведены в табл. 1.
Рис. 1. Измерение сопротивления растеканию тока одиночных вертикальных заземлителей
E1 – напряжение на входе заземляемого оборудования
E2 – напряжение на выходе заземляемого оборудования
I1 – ток на входе заземляемого оборудования
I2 – ток на выходе заземляемого оборудования
rЭт – расстояние от токового электрода до подстанции
rЭП – расстояние от потенциального электрода до подстанции
ПЗ – потенциальный заземлитель
ТЗ – токовый заземлитель
Д – линейный размер заземлителя (наибольший)
Таблица 1
Зависимость расстояний при измерении
|
Марка измерителя |
Зависимость расстояний |
|
МС-08 |
при Д ≤ 6 м: rЭт = 40 м; rЭп = 25 м; при Д > 6 м: rЭт = 6Д м; rЭп = 0,5rЭт; при Д < 10 м: rЭт = 40 м; rЭп = 20 м; при 10 м ≤ Д ≤ 40 м: rЭт ≥ 80 м; rЭп = 0,5rЭт; при Д > 40 м: rЭт = 24 м; rЭп = 4 м |
Рис. 2. Зависимость измеренного сопротивления заземляющего устройства от положения потенциального электрода
При проведении экспериментальных измерений была построена зависимость измеренного сопротивления заземляющего устройства от положения потенциального электрода, представленная на рис. 2.
Во время проведения измерений были приняты некоторые условия:
- в 1,5–2 раза увеличивались расстояния до токового электрода, при условии если значения сопротивлений отличались более чем на 10 %;
- для измерительной аппаратуры (в том числе трансформаторов тока) класс точности задавался не менее 2,5;
- проверялось наличие напряжения между заземлителем и потенциальным электродом при отключенном источнике измерительного тока. Данная операция производилась для исключения влияния сторонних токов на результаты измерений;
- при наличии сторонних токов выявлялись их источники с последующим возможным отключением либо компенсацией. В качестве компенсации применялись повышение измерительного напряжения и отстройка по частоте.
В ходе проведения измерений было установлено, что летом при высыхании земли или зимой при ее промерзании заземлитель имеет максимальное значение сопротивления. При проведении измерений сопротивления заземляющего устройства в другие сезоны необходимой является корректировка значений сопротивлений с учетом сезонного коэффициента сопротивления заземлителя.
Имитационное моделирование
Далее предлагается разработанная модель системы заземляющего устройства в среде Scilab, позволяющей производить такие расчеты. На рис. 3 изображена имитационная схема моделирования измерения сопротивления заземления по методу амперметра-вольтметра.
Рис. 3. Имитационная схема моделирования измерения сопротивления заземления по методу амперметра-вольтметра
Рис. 4. Результаты моделирования метода амперметра-вольтметра для измерения сопротивления заземления подстанции
Результаты моделирования метода амперметра-вольтметра для измерения сопротивления заземления подстанции приведены в табл. 2 и на рис. 4.
Таблица 2
Значения сопротивления заземления
|
r, м |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
Rизм, Ом |
0,135 |
0,145 |
0,150 |
0,165 |
0,165 |
0,165 |
0,18 |
0,195 |
0,22 |
Разнос электродов для измерения напряжения при имитационном моделировании было произведено с помощью ключей S1–S9, тем самым предоставив возможность перемещать электрод в место измерений. В результате было смоделировано 9 точек измерения, результаты приведены в табл. 2.
При моделировании метода «Амперметра-вольтметра» величину генераторного тока приняли равной 400 мА. Применение этого значения объясняется получением более точных значений напряжения между электродами.
Результаты полученных значений сопротивления были выбраны на основе реальных измерений подстанции.
При сравнении результатов имитационного моделирования с кривой на рис. 2 можно заметить некоторую погрешность. Данная погрешность появилась из-за разницы показаний напряжения при реальных измерениях и моделированных значений. Погрешность, не превышающая 3 %, является достаточным условием для практического применения. На измерения сопротивления заземляющих устройств также может оказывать влияние расположение подземных и надземных коммуникаций. В таком случае зависимость измеренного сопротивления будет отличаться от прямо пропорциональной зависимости, изображенной сплошной линией. Для примера на рис. 2 изображена штриховая линия. В данном случае целесообразно произвести повторные измерения. Для этого рекомендуется расположить токовый электрод в других направлениях от заземляющих устройств.
Заключение
В результате предложенной модели имитационного моделирования в среде Scilab становится возможным производить косвенные измерения сопротивления заземляющих устройств и в дальнейшем осуществлять прогноз сроков вывода из работы и осуществления плановых ремонтов, а также предусмотреть возможность расчета сопротивлений в случае модернизации структуры существующих заземляющих устройств. Для более точных измерений сопротивления заземляющего устройства рекомендуется использовать различные методики измерений и производить их сопоставление. Также при проведении измерений необходимо разбивать измерения по нескольким контрольным точкам, что, в свою очередь, позволит снизить ошибку измерений, по конструкциям инженерных устройств, влияющих на протекание токов в земле. В качестве дальнейшего продолжения работы планируется разработать модели, позволяющие учитывать износ заземляющих устройств в процессе естественного старения и корректировать значение сопротивления при расчетах.
Библиографическая ссылка
Морозов И.Н., Маркова Е.Д. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПОДСТАНЦИИ // Современные наукоемкие технологии. – 2021. – № 11-2. – С. 261-265;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=38921 (дата обращения: 03.12.2024).