Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и возможно его использовать для оценки значение сопротивления растеканию тока заземляющего устройства различных зданий и сооружений.
Известен способ контроля состояния заземляющих устройств [1], при котором измеряют значение сопротивление растекания тока заземляющих устройств применением специальных измерительных приборов.
Основной недостаток этого способа заключается в том, что количественная оценка степени коррозионного износа производится выборочно по участкам контролируемого элемента ЗУ путем измерения характерных размеров, зависящих от вида коррозии, и также требует вскрытия грунта. Выборочное вскрытие грунта не позволяет в полном объеме определить коррозионное состояние всех вертикальных и горизонтальных электродов, а также питтинговые очаги коррозии.
В качестве наиближайшего аналога выбран способ определения состояния элементов заземляющего устройство [1], при котором определяют коррозионное состояние элементов заземляющих устройств без проведения вскрышных работ. Коррозионное состояние элементов заземляющих устройств можно определить с помощью разработанной математической модели (уравнения регрессии второго порядка).
где
и
- значения влажности грунта и величины блуждающих токов соответственно (при кодированном значении);
Процесс перехода от физических значений переменных к кодированным описывается следующим уравнением:
Xi = 
где Xi – кодированное значение влажности грунта и величины блуждающего тока;
Xiн – физическое (натуральное) значение влажности грунта (величины блуждающего тока);
Xi0 – нулевое (центральное) значение влажности грунта (величины блуждающего тока);
λi – величина измеряемого интервала варьирования влажности грунта (величины блуждающего тока).
определяют коэффициент времени kв1 потери массы металла, применяемого для изготовления заземляющих электродов и kв2 изменения сопротивления растеканию тока ЗУ по формулам:
kв1 
%/сут
kв2 
%/сут
где n = 10 - продолжительность измерения.
При использовании данного метода все свойственные характеристики элементов заземляющих устройств определяются с использованием результатов 10-ти дневных измерений.
Недостатком указанного способа является то, что при определении коррозионного состояния элементов заземляющих устройств применять однородный грунт, что маловероятно в практике.
Цель заявляемого изобретения заключается в обеспечении процедура определения коррозион-ного состояния элементов заземляющих устройств зданий различного назначения, который находятся в неоднородном грунте. Технический результат заявляемого изобретения заключается в достовер-ном обеспечении определение итогового, суммарного, интегрального коррозионного состояния элементов ЗУ без вскрытия грунта.
Цель достигается за счет того, что способ определения коррозионного состояния ЗУ проведения процедуры включает в себя определение среднегодовых значений влажности грунта в точках расположения заземляющих электродов и блуждающих токов, временных факторов эксплуатации ЗУ, тотальной массы вертикальных и горизонтальных электродов, а также потери массы металла, которая применяется с целью изготовления заземляющих электродов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлены кодированные значения влажности грунта и блуждающих токов в качестве расчетных параметров; уравнением 4, с помощью которой определяется общая масса электродов ЗУ; уравнением 5 по которым, определяют потерю массы металла, которая применятся с целью изготовления заземляющих электродов ЗУ в течение 20 суток. Уравнением 6 служит для перевода физических значение влажности грунта и величины блуждающих токов в кодовое, необходимое для расчета потери массы металла, применяемого для изготовления заземляющих электродов и изменения сопротивлению растекания тока ЗУ; при помощи уравнение 7 можно определит величину «коэффициента времени» нужного исходя из расчета нахождения состояния ЗУ от эксплуатационной продолжительности и по уравнении 8 определяется потерь массы металла, которая применяется для изготовления элементов заземляющих электродов в течение необходимых времени.
Определение общей массы элементов ЗУ
В литературных источниках отсутствуют сведения о потерях общей массы металла заземляющих электродов. Исходя из параметров нормативной документации ЗУ (по количеству, сечению, длине и марке электродов) можно определить полную массу вертикальных и горизонтальных электродов и их длительность нахождения в эксплуатации. ………………………
Основными геометрическими размерами элементов заземлителя, определяющими его массу, являются:
- диаметр, сечение и марка стали из которой изготовлены электроды;
- количество и длина параллельных (вертикальных) электродов;
- общая длина горизонтальных электродов.
Исходя из указанных размеров общую длину вертикальных электродов определяют по формуле 1:
L∑в = n ∙ Lв, (1)
где n - количество вертикальных электродов, Lв - длина одного вертикального электрода.
Длина горизонтальных электродов указывается в паспортных данных ЗУ. Общую массу вертикальных и горизонтальных электродов определяют по формулам 2 и 3, а общую массу заземлителей – по 4.
mв = L∑в ∙ k (2)
mг = Lг ∙ k (3)
mΣ = mв + mг (4)
где Lг -длина горизонтальных электродов; k - удельная масса профиля (стержня) на погонный метр, значение которой в зависимости от марки стали определяется по табл.1.
Таблица 1
Номинальные размеры и удельные массы электродов
|
Диаметр электродов, мм
|
Площадь поперечного сечения стержня, см2
|
Масса 1 м профиля (k)
|
|
Теоретическая,
кг
|
Предельные отклонения, %
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
6
|
0,283
|
0,222
|
+9,0
-7,0
|
|
8
|
0,503
|
0,395
|
|
10
|
0,785
|
0,617
|
+5,0
- 6,0
|
|
12
|
1,131
|
0,888
|
|
14
|
1,540
|
1,210
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
16
|
2,010
|
1,580
|
+3,0
- 5,0
|
|
18
|
2,540
|
2,000
|
|
20
|
3,140
|
2,470
|
|
22
|
3,800
|
2,980
|
|
25
|
4,910
|
3,850
|
|
28
|
6,160
|
4,830
|
|
32
|
8,040
|
6,310
|
|
36
|
10,180
|
7,990
|
+3,0
-4,0
|
|
40
|
12,570
|
9,870
|
|
45
|
15,000
|
12,480
|
|
50
|
19,630
|
15,410
|
+2,0
4,0
|
|
55
|
23,760
|
18,650
|
|
60
|
28,270
|
22,190
|
|
70
|
38,480
|
30,210
|
|
80
|
50,270
|
39,460
|
Удельную массу вертикальных и горизонтальных электродов ЗУ (значение k) можно также определить по классу арматуры и марке стали, из которой изготовлены заземляющие электроды, табл. 2 (ГОСТ 5781-82. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Введ. 1983 – 07 – 01. – М.: ИПК Изд-во стандартов. 1985. – 17 c). ………………………
Таблица 2
Классы арматуры и марки стали для изготовления электродов
|
Класс арматурной стали
|
Диаметр профиля, мм
|
Марка стали
|
|
1
|
2
|
3
|
|
A-I (А240)
|
6 – 40
|
Ст3кп, Ст3пс,
Ст3сп
|
|
A-II (А300)
|
10 – 40
40 – 80
|
Ст5сп, Ст5пс
И8Г2С
|
|
Aс-Н (Ас300)
|
10 – 32
(36 – 40)
|
10ГТ
|
|
A-III (А400)
|
6 – 40
6 – 22
|
35ГС, 25Г2С
32Г2Рпс
|
|
A-IV (А600)
|
10 – 18
(6 – 8)
|
80С
|
|
1
|
2
|
3
|
|
A-IV (А600)
|
10 – 32
(36 – 40)
|
20ХГ2Ц
|
|
A-V (А800)
|
(6 – 8)
10 – 32
(36 – 40)
|
23Х2Г2Т
|
|
A-VI (А1000)
|
10 – 22
|
22Х2Г2АЮ, 22Х2Г21Р,
20Х2Г2Ср
|
Исходя из класса арматуры и марки стали, применяемой для изготовления заземляющих электродов, по табл. 2 определяют диаметр вертикальных и горизонтальных электродов.
Определение влажности грунта в месте нахождении ЗУ
Влажность грунта является основным параметром, существенно влияющим на процесс коррозии элементов ЗУ, соответственно её значение весьма важно для расчета состояния ЗУ.
Для определения состояния заземлителя необходимо знать среднее значение влажности грунта в период ввода в эксплуатацию и до проверки коррозионного состояния элементов ЗУ. Методика определения влажности грунта приведена в (ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. – Введ. 24.10.1984. – М.: ИПК Изд-во стандартов. 1985. – 17 c). Определить влажность грунта в месте нахождения ЗУ можно с помощью специальных приборов (влагомеров).
Определение наличия блуждающих токов
Наличие и величина блуждающих токов существенно влияют на процесс коррозии элементов ЗУ (РД 153-39.4-091-01 Инструкция по защите городских подземных трубопроводов от коррозии http://www.znaytovar.ru/gost/2/RD_ 15339409101 _Instrukciya_po.html). Под действием блуждающих токов коррозия становится электрохимической и потеря массы металла, применяемого для изготовления заземляющих электродов, увеличивается.
Наличие блуждающих токов характерно, прежде всего, для тяговых подстанций переменного и постоянного токов.
Применительно к системам электроснабжения промышленных предприятий наличие блуждаю-щих токов будет обусловливаться применением различных преобразовательных агрегатов, широким применением в технологических процессах электросварки и т.п.
В городских электрических сетях наличие блуждающих токов вызывается рельсовым электрифицированным транспортом.
В системах электроснабжения сельскохо-зяйственных потребителей блуждающие токи, как правило, отсутствуют.
Однако на всех подстанциях указанных систем электроснабжения существует вероятность протекания по элементам ЗУ токов нулевой последовательности при возникновении в электрических сетях несимметричных режимов и замыкание на землю.
Поэтому учет наличия и величин блуждающих токов необходим на любых главных понизительных подстанциях.
Величину токов нулевой последовательности определяют одним амперметром, подключенным к трансформатору тока нулевой последователь-ности, охватывающим любой из заземляющих спусков.
После определения вышеуказанных парамет-ров для расчета состояния ЗУ определяются потеря массы заземляющих электродов и изменение сопротивления растеканию тока для двадцати суток по уравнениям:
y =0.2521–0.0392 X 1–0.05147X 2+ 0.0262X 12– 0.0971 X 22 – 0.1302X 1X 2 (5)
где X 1 и X 2 – значения влажности грунта и величины блуждающих токов при кодированном значении.
Переход от физических значений переменных к кодированным осуществляется с помощью уравнения: ……………………………..
Xi = (6)
где Xi – кодированное значение влажности грунта и величины блуждающего тока;
Xiн – натуральное (физическое) значение влажности грунта (величины блуждающего тока);
Xi0 – нулевое (центральное) значение влажности грунта (величины блуждающего тока);
λi – интервал варьирования влажности грунта (величины блуждающего тока).
Нулевое (центральное) значение влажности грунта и блуждающих токов приводятся на фиг.1.
Учитывая это, определяется «коэффициент времени» kв для всего периода эксплуатации заземляющих электродов (так как на заземляющие электроды в реальных условиях (на подстанциях, в электроустановках и т.д.) воздействует более длительный процесс коррозии).
Определяем kв потери массы металла, применяемого для изготовления заземляющих электродов ЗУ по формуле:
kв %/сут (7)
где n = 20 - продолжительность измерения.
Для точного расчета потери массы заземляющих электродов или изменения сопротивлении растекания тока заземлители, умножаем значение kв на число, продолжительности эксплуатации ЗУ.
∆m = kв ∙ Т, % (8)
где ∆m – потеря массы электродов, тока ЗУ, Т – продолжительность эксплуатации ЗУ.
Предлагаемый способ позволяет определить состояние степени коррозии элементов заземлителя, находящихся под влиянием различных по величине влажности грунта и блуждающих токов. Также можно определить степень коррозионного состояния элементов заземлителей, находящихся любой период продолжительности в эксплуатации
