Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для проверки коррозионного состояния электродов заземляющих устройств (ЗУ) подстанций различного вида и назначения без проведения вскрышных работ.
Известен ультразвуковой дефектоскоп для определения коррозионного состояния элементов заземляющих устройств. Ультразвуковой дефектоскоп состоит из анализатора, генератора зондирующих импульсов, генератора развертки и индикатора для фиксации [1].
С помощью ультразвукового дефектоскопа определяют длину коррозионного состояния вертикальных электродов заземляющего устройства.
Недостатками указанных приборов является отсутствие возможности определения значение влажности грунта и величины токов, протекающих через заземляющих электродов, затем оценки фактического состояния элементов заземляющих устройств.
Известно устройство для определения технического состояния заземляющего устройства, содержащая задающий генератор, токовый и потенциальный электроды, цифровой регистратор с блоками микроконтроллера, аналого-цифровой преобразователь, клавиатуры, индикации, хранения данных, передачи данных, согласующего устройства, датчики напряженности электрического и магнитного поля [2].
Недостатком вышеприведенного устройство является то, что коррозионное состояние элементов заземляющих устройств определяют путем проведения определение местонахождение элементов контура заземления (горизонтальных полос и заземляющих спусков) и участок возможного повреждения заземляющих спусков. Также данная аппаратура не имеет возможность передачи измеренных информации на дальней расстояний (для выполнения проведения мониторинга фактического состояния элементов заземляющих устройств).
Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении определения итогового, суммарного, интегрального коррозионного состояния элементов ЗУ без проведения, вскрытые грунта над элементами заземлителя.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для определения коррозионного состояния элементов заземлителя определяет среднегодовые значение влажности грунта в месте расположения заземляющих электродов и значение токов протекающих через заземляющих проводников, включает в себя микроконтроллер для вычисления полученных данных от датчиков ATmegaA328P-PU, датчик тока TA-12-100, емкостный датчик для измерения влажности грунта v2.0.
Для проведения непрерывного измерения влажности грунта и токов, протекающих по заземляющих проводников применяя известного метода [3] предлагается устройство, содержащее микроконтроллер для вычисления полуденных данных 4, датчик тока для измерения значения тока 5, емкостный датчик для измерения влажности грунта 6, и GSM-модуль для передачи информации 7.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фигуре 1 (приводятся структурная схема устройство), где:
На фиг. 1 указана - принципиальная электрическая схема устройство для определения коррозионного состояния элементов заземлителя.
При подключении устройство к источнику питания 3 микроконтроллер 4 отправляет соответственно импульсы к датчикам для измерения значения тока 5, установленный на заземляющий проводник 1, и емкостный датчик для измерения влажности грунта 6, погруженной в грунт место нахождения заземлителя 6. Значение тока протекающий через заземляющий проводник 1 и влажности грунта в месте заземлителя отправляется в портах микроконтроллера, который вычисляет цифровых кодов и передает значение тока и влажности грунта в GSM-модуль 7, который отправляет СМС на мобильное устройство. Измерение значения тока в заземлителе и влажности грунта в месте нахождения заземлителя производятся автоматический каждый 60 минут.
Используя полученные согласно [3] можно рассчитывать коррозионное состояние элементов заземлителя.
Для оценки коррозионного состояния элементов заземлителя необходимо определить их общую массу по ниже приведенной методике [3].
Определение общей массы элементов ЗУ. В действующих нормативных документах и методов оценки коррозионного состояния элементов заземляющих устройств отсутствуют сведения о потерях общей массы металла заземляющих электродов. Поскольку, коррозионное состояние заземлителя оцениваются при проведении визуальных осмотров и измерение толщина продуктов коррозии вокруг 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 заземлителя – 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)
|
|
Теорети-ческая,
кг
|
Предельные отклонения, %
|
|
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
|
|
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
|
+3,0
-4,0
|
|
36
|
10,180
|
7,990
|
|
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 [4].
Таблица 2 – Классы арматуры и марки стали для изготовления электродов
|
Класс арматурной стали
|
Диаметр профиля,
мм
|
Марка стали
|
|
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
|
|
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.
После определения вышеуказанных параметров для расчета состояния ЗУ определяются потеря массы заземляющих электродов и изменение сопротивления растеканию тока для десяти суток по уравнениям [4]:
y1 =0.1525–0.0205 X 1–0.02359X 2+ 0.0138X 12– 0.0568 X 22 – 0.08338X 1X 2 (5)
y2 =5,932–0,76928 X 1– 1,01368 X 2+0,3245X 12–2,39545 X 22 – 2,72325 X 1X 2 (6)
где X 1 и X 2 – значения влажности грунта и значение токов, протекающих через заземляющий проводник, при кодированном значении.
Переход от физических значений переменных к кодированным осуществляется с помощью уравнения:
Xi = 
(7)
где Xi – кодированное значение влажности грунта и значение токов, протекающих через заземляющий проводник;
Xiн – натуральное (физическое) значение влажности грунта (значение токов протекающих через заземляющий проводник);
Xi0 – нулевое (центральное) значение влажности грунта (значение токов протекающих через заземляющий проводник);
λi – интервал варьирования влажности грунта (значение токов, протекающих через заземляющий проводник).
Нулевое (центральное) значение влажности грунта и токов, протекающих через заземляющий проводник, приводятся на фиг.2.
Сопротивление растеканию тока ЗУ определялось до начала измерений и после истечения 10 суток, которое осуществлено методом амперметра-вольтметра.
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 kв1 потери массы металла, применяемого для изготовления заземляющих электродов и kв2 изменения сопротивления растеканию тока ЗУ по формулам:
kв1 
%/сут (8)
kв2 
%/сут (9)
где n = 10 - продолжительность измерения.
Для точного расчета потери массы заземляющих электродов или изменения сопротивлении растекания тока заземлители, умножаем значение kв на число, продолжительности эксплуатации ЗУ.
∆m = kв1 ∙ Т, % (10)
∆R = kв2 ∙ Т, % (11)
где ∆m – потеря массы электродов, ∆R – изменения сопротивления растекания тока ЗУ, Т – продолжительность эксплуатации ЗУ.
Предлагаемое устройство позволяет определить состояние степени коррозии элементов заземлителя и изменение сопротивления растеканию тока ЗУ, находящихся под влиянием различных по величине влажности грунта и значение токов, протекающих через заземляющий проводник. Также можно определить степень коррозионного состояния элементов заземлителя, находящихся любой период продолжительности в эксплуатации.
