УДК 621.315.1

 

МИНИСТЕРСТВО ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

 

СЛУЖБА ПЕРЕДОВОГО ОПЫТА И ИНФОРМАЦИИ СОЮЗТЕХЭНЕРГО

 

ГЛАВНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОСИСТЕМ

 

 

УТВЕРЖДАЮ:

Заместитель начальника

Главтехуправления Минэнерго СССР

К.М. Антипов

10 ноября 1980 г.

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ИЗМЕРЕНИЮ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОПОР ВЛ БЕЗ ОТСОЕДИНЕНИЯ ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА

 

 

Составлено Сибирским научно-исследовательским институтом энергетики

 

Составители: кандидаты техн. наук Ю.В. Целебровский, М.Ш. Микитинский

 

 

Главным инженерам энергосистем

 

Настоящие "Методические указания" разработаны Сибирским научно-исследовательским институтом энергетики в соответствии с поручением Главтехуправления Минэнерго СССР и утверждены в качестве "Временных" до проведения окончательного подтверждения точности предложенного способа, путем анализа массовых эксплуатационных данных.

Для указанной цели Главтехуправление просит Вас внедрить способ измерения сопротивления заземления опор ВЛ в соответствии с предлагаемой методикой. Данные измерений направлять в СибНИИЭ, по адресу: 630091, Новосибирск, 91, ул. Фрунзе, 9, в копии - Главтехуправлению.

 

Заместитель начальника Главтехуправления,

главный специалист-электрик                                                                                  К.М. Антипов

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

Настоящие Методические указания содержат описание метода и средств измерений сопротивлений заземления одностоечных металлических и железобетонных опор ВЛ, заземляющие устройства которых электрически соединены посредством грозозащитного троса.

При проведении массовых измерений сопротивления заземления рекомендуются приборы МС-08 и М-416 (с усилительной приставкой).

Вспомогательные приспособления, необходимые для осуществления данного способа измерений изготовляются непосредственно на предприятиях, ведущих эксплуатационный контроль заземляющих устройств.

Кроме указанных приборов, могут быть применены геофизический комплект ИКС-1, приборы для измерения сопротивлений по методу амперметра-вольтметра, обладающие достаточной чувствительностью и точностью.

 

2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ

 

2.1. Для измерения сопротивления заземления опоры, если грозозащитный трос не отсоединен от заземляющего устройства, используются дополнительные измерительные электроды П₁ и ВТ (рис. 1). В измерениях также применяются электроды П₂ и СЭ, которые при измерениях с отсоединенным грозозащитным тросом, играют роль соответственно потенциального и токового электрода.

 

Примечания:

1. Измерительные электроды изготовляются из стальных штырей.

2. Сопротивления измерительных электродов должны соответствовать требованиям применяемых измерительных приборов.

 

 

Рис. 1. Расположение измерительных электродов:

О - опора; П₁П₂ - потенциальные электроды; СЭ – сравнительный токовый электрод; ВТ - вспомогательный тоновый электрод.

 

2.2. Токовые цепи (с генератором тока и амперметром) и цепи для измерения напряжения (с вольтметром) при измерении образуют схемы а, б, в (рис. 2).

2.3. При соединении по схеме а измеряют сопротивление

,                                                               (1)

где U₁ - напряжение между заземляющим устройством опоры и измерительным электродом П₂, В;

I₁ - ток в заземляющем устройстве опоры, А;

K_отсI₁ - полный ток в токовой цепи, А;

K_отс - коэффициент отсоса; показывающий, во сколько раз ток, генерируемый в токовой цепи, больше тока в заземляющем устройстве опоры (за счет отсоса тока по тросу).

2.4. Сопротивление заземления опоры определяется по формуле

.                                                        (2)

Для определения коэффициента отсоса используют схемы б и в (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Схемы соединения при измерениях R₁, R₂, R₃:

 токовая цепь;цепь измерения напряжения

 

При соединении по схеме б измеряют сопротивление

,                                                                     (3)

где U₂ - напряжение между измерительными электродами П₁ и П₂, В;

I₂ - полный ток в токовой цепи, А.

При соединении по схеме в измеряют сопротивление

,                                                                (4)

где U₃ - напряжение между измерительными электродами П₁ и П₂, В;

K_отсI₃ - полный ток в токовой цепи, А.

Учитывая, что электрод ВТ наводит одинаковые потенциалы на электроды П₁ и П₂ напряжения U₂ и U₃ можно выразить как разность потенциалов точечных источников соответственно СЭ в O:

;                                                     (5)

,                                                     (6)

где r_э - эквивалентное удельное сопротивление грунта в месте измерения, Ом×м.

Сравнивая выражения (3) и (5); (4) и 46), имеем:

;                                                                  (7)

;                                                             (8)

.                                                                 (9)

Из выражений (2), (7), (9) следует:

;                                                              (10)

r_э = 40pR₂ » 126R₂.                                                       (11)

2.5. Выражение (10) должно содержать поправку (приложение 1)

,                                                      (12)

обусловленную принятым расположением электрода П₂ относительно опоры и сравнительного электрода. Поправку D можно не учитывать, если произведение  меньше нормируемого значения сопротивления заземления опоры.

 

3. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ

 

3.1. В качестве основных приборов при измерениях сопротивлений заземления опор ВЛ без отсоединения грозозащитного троса по методу, изложенному в разд. 2, рекомендуются приборы МС-08 и М-416. Вспомогательными приспособлениями являются переключающее устройство к прибору МС-08 и приставка.

3.2. Принципиальная схема переключающего устройства к прибору МС-08 представлена на рис. 3. Основным элементом схемы является четырехплатный пятипозиционный галетный переключатель, к входным зажимам которого I₁, E₁, E₂, I₂ присоединяется прибор МС-08, а к выходным зажимам 1-6 - измерительные электроды и заземлитель опоры. Позиции переключателя соответствуют: Т - измерение сопротивления токовых цепей; П - измерение сопротивления потенциальной цепи; R₁, R₂, R₃ - измерение сопротивления заземляющего устройства в соответствии с разд. 2.

3.3. Принципиальная схема приставки к прибору М-416 представлена на рис. 4. Основными элементами схемы являются шестиплатный шестипозиционный галетный переключатель, к входным зажимам которого Кл1, Кл2, Кл3, Кл4 присоединяется прибор М-416 и усилитель, вход (Вх) которого посредством переключателя соединяется с прибором М-416, а выход (Вых) - с измерительными электродами и заземлителем опоры.

 

 

Рис. 3. Схема переключающего устройства к прибору МС-08

 

Замыкание цепи источника питания усилителя (Б) производится переключателем. Выходные зажимы переключателя 1-6 (см. рис. 4) присоединяются к измерительным электродам (2-5) и заземлителю опоры (1, 6). Позиции переключателя соответствуют: Т - измерение сопротивления токовых цепей; П - измерение сопротивления потенциальной цепи; R₁, R₂, R₃ измерение сопротивления заземляющего устройства в соответствии с разд. 2;  измерение удельного сопротивления грунта.

3.4. Усилитель к прибору М-416 предназначен для измерения сопротивления заземления опор без отсоединения грозозащитного троса. Электрическая схема усилителя представлена на рис. 5. При подготовке к измерениям определяют в лабораторных условиях зависимость коэффициента усиления от сопротивления нагрузки. В соответствии с рис. 6 собирают цепь, в которой R_x (0,10 м) и R_н (магазин сопротивлений) соединены последовательно и подключены к выходу усилителя. Вход усилителя включен к зажимам 1 и 4 прибора М-416. Потенциальные зажимы (2, 3) прибора М-516 подключаются к участку токовой цепи R_x. Изменяют сопротивление R_н от 100 до 1000 Ом, производят компенсацию отсчет R по шкале прибора М-416 и вычисляют коэффициент усиления

.

3.5. Дополнительными приспособлениями, предназначенными для сокращения времени измерений, являются катушки и провода для единения приборов с измерительными электродами (рис. 7).

 

 

Рис. 4. Схема приставки к побору М-416

 

 

Рис. 5. Электрическая схема усилителя к прибору М-416:

Т₁, Т₂ - транзисторы П217 Г; Тр₁,Тр₂ - трансформаторы (магнитопровод серийного изделия ТВН.0.0005.091.ТУ, провод ПЭВ-1; диаметром 0,1 мм, перв. обм. Тр₁ и втор. обм. Тр₂ - 1000 витков, втор. обм. Tp₁ и перв. обм. Тр₂ - 2´150 витков); Б - батарея, послед. 5 элементов 3336Л

 

 

Рис. 6. Схема измерения коэффициента усиления

 

 

Рис. 7. Расположение проводов при измерении

 

Катушки укрепляются таким образом, чтобы провода могли разматываться в трех направлениях. Катушка А имеет три провода длиной 5, 15 и 15 м, катушка В - два провода 5 и 15 м, катушка С - один провод 30 м. Сечение проводов для токовых и потенциальных цепей не менее 2,5 мм с неповрежденной изоляцией.

 

4. ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

 

4.1. Катушки с проводами и измерительные электроды (штыри) располагают, как показано на рис. 7. Электроды погружают в грунт на глубину не менее 0,5 м. Вилочные контакты проводов соединяют с зажимами, которые крепят к электродам и опоре.

4.2. При использовании прибора МС-08:

- начала проводов на катушках соединяют с зажимами переключающего устройства 1-6 (см. рис. 3);

- зажимы переключающего устройства I₁, E₁, E₂, I₂ присоединяют к соответствующим зажимам прибора;

- переключатель устанавливают в положение Т и измеряют сопротивление токовой цепи R_тц, которое не должно превышать 500 Ом;

- переключатель устанавливают в положение П и доводят до нормы сопротивление потенциальных электродов, добиваясь положения стрелки прибора у красной отметки в положении "Регулировка";

- переключатель устанавливают в положение R₁ и производят отсчет, предварительно отрегулировав сопротивление потенциальной цепи;

- переключатель устанавливают в положение R₂ и производят отсчет, предварительно отрегулировав сопротивление потенциальной цепи; переключатель устанавливают в положение R₂ и производят отсчет, предварительно отрегулировав сопротивление потенциальной цепи;

- вычисляют сопротивление заземления опоры:

.

 

Примечание. При необходимости вычитают поправку (Ом)

;

 

- вычисляют удельное сопротивление (Ом×м) грунта

r_э = 126R₂;

- результаты измерений и вычислений заносят в протокол (приложение 2).

4.3. При использовании прибора М-416:

- начала проводов катушек соединяют посредством разъема с выходными зажимами приставки (см. рис. 4);

- зажимы приставки Кл1, Кл2, Кл3, Кл4 соединяют посредством штекеров с соответствующими зажимами прибора;

- переключатель устанавливают в положение Т и измеряют сопротивление токовой цепи R_тц которое не должно превышать 1000 Ом;

- переключатель устанавливают в положение П и измеряют сопротивление потенциальной цепи, которое не должно превышать 1000 Ом;

- переключатель устанавливают в положение R₁ и производят измерение этой величины прибором;

- переключатель устанавливают в положение R₂ и производят измерение этой величины прибором;

- переключатель устанавливают в положение R₃ и производят намерение этой величины прибором;

- переключатель устанавливают в положение  производят измерение этой величины прибором;

- вычисляют сопротивление (Ом) заземления опоры

.

 

Примечание. При необходимости вычитают поправку (Ом)

;

 

- вычисляют удельное (Ом×м) сопротивление грунта

r_э = 126;

- результаты измерений и вычислений заносят в протокол (приложение 2).

 

5. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ

 

5.1. Работы по измерению сопротивлений заземления опор ВЛ разрешается проводить на включенной линии в сухую погоду, при отсутствии росы на гирляндах изоляторов. Запрещается работать при приближении грозы и скорости ветра, превышающей расчетное значение для данной линии.

5.2. После размотки проводов и заглубления электродов измерительная цепь собирается таким образом, чтобы заключительным этапом было присоединение проводов к заземлителю опоры. Эту операцию производят в диэлектрических перчатках.

5.3. После сборки схемы и до начала ее разборки запрещается прикасаться к проводам и электродам. Прикосновение возможно лишь к изолированным корпусу и рукояткам приборов и приспособлений.

5.4. Заглубление электродов для уменьшения их сопротивления осуществляется кувалдой с сухой деревянной ручкой. Полив электродов солевым раствором производится в диэлектрических перчатках.

5.5. После проведения измерений отсоединяются от опоры проводники 1 и 6 (отсоединение производится в диэлектрических перчатках). Остальные проводники отсоединяются в произвольном порядке.

 

 

Приложение 1

 

ВЫВОД ВЫРАЖЕНИЯ А

 

Потенциалы на заземлителе j_з и потенциальном электроде j_п могут быть выражены системой уравнений:

j_з = a_ззI₁ - a_зтK_отсI₁;                                                        (П1)

j_п = a_пзI₁ - a_птK_отсI₁.

Коэффициент a_зз имеет смысл сопротивления, растеканию тока с заземлителя опоры; a_зт - взаимное сопротивление между заземлителем и токовым электродом; a_пз - то же между потенциальным электродом и заземлителем; a_пт – то же между потенциальным и токовым электродами.

Так как непосредственно определить потенциал заземлителя затруднительно, измеряют напряжение между заземлителем опоры и потенциальным электродом

U₁ = j_з - j_п = (a_зз - a_зтK_отс – a_пз + a_птK_отс)I₁.                                   (П2)

Прибор (МС-08 или М-416) показывает отношение напряжения к генерируемому току

,                                   (П3)

откуда сопротивление заземления опоры равно:

R_оп = a_зз = K_отсR₁ + K_отсa_зт - K_отсa_пт + a_пз                                     (П4)

или

R_оп = K_отсR₁ + D,

где

D = K_отсa_зт - K_отсa_пт + a_пз.                                               (П5)

Поправка D зависит от взаимного расположения электродов и заземлителя, удельного сопротивления грунта, а также коэффициента отсоса K_отс.

Выражение (П5) можно преобразовать, используя формулу потенциала точечного источника:

,                                                           (П6)

где коэффициенты взаимного сопротивления a_r выражены через соответствующие расстояния r:

,

,                                                       (П7)

.

Выражение для поправки получит вид

.                                                    (П8)

Так как, согласно выражению (11)

r_э = 40p,

то

.                                     (П9)

 

 

Приложение 2

 

ПРОТОКОЛ

измерений сопротивлений заземления опор ВЛ

___________________________________________

(наименование, класс напряжения)

 

Номер опоры	Rтц	R1	R2	R3		rэ = 126p			Rоп	Заключение
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11

 

Примечания:

1. При измерениях прибором МС-08

K = 1,  = R₂.

2. При измерениях прибором М-416 с усилителем

.

3. Поправка D в графе 9 вычисляется, если значения  в графе 8 больше нормируемого значения сопротивления заземления опоры.

4. R_оп вычисляется как разность значений граф 8 и 9.

Сопротивление измерялось прибором ___________________ № ____________

без отсоединения грозозащитного троса.

Измерения произвел ___________________________

(подпись, фамилия, дата)

 

ВЫВОД ВЫРАЖЕНИЯ K

(ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ R_оп ПРИБОРОМ М-416 С УСИЛИТЕЛЕМ)

 

Поскольку коэффициент усиления K_ус зависит от сопротивления нагрузки, в расчетные формулы (10) и (12) необходимо ввести поправки.

При измерениях по схемам б и в (см. рис. 2) используется усилитель тока, коэффициент усиления которого обозначим K_ус.

При измерениях по схеме б

.                                                         (П10)

При измерении по схеме в

,                                                         (П11)

где I₂₀ и I₃₀ - токи на входе усилителя;

I₂ и I₃ - токи в земле соответственно сравнительного электрода в схеме б и заземлителя опоры в схеме в, но в схеме б ток на выходе усилителя совпадает с током в земле, а в схеме в ток на выходе усилителя больше тока в земле в K_отс раз.

В зависимости K_ус(K_тц) учтено, что в схеме в токовый электрод СЭ заменяется заземлителем опоры, сопротивление которого по сравнению с токовым электродом ВТ настолько мало, что им можно пренебречь и, таким образом, сопротивление токовой цепи уменьшается в 2 раза.

Напряжения, которые измеряются на потенциальных зажимах прибора М-416, равны согласно выражениям (5) и (6):

по схеме б

;                                                    (П12)

по схеме в

.                                                    (П13)

Компенсирующие напряжений записываются:

по схеме б   R₂I₂₀                                                                                                                         (П14)

по схеме в   R₃I₃₀                                                                                                                         (П15)

Приравнивания (П12) и (П14), (П13) и (П15), получим

или

.                                                          (П16)

Подставив в (П16) выражения (П10) и (П12), имеем

,

откуда

.                                              (П17)

В результате

R_оп = K_отсR₁ = ;                                                  (П18)

,                                                    (П19)

где

.                                                         (П20)