CC BY
36
УДК 621.311 Д. В. Куклин
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ И ПРОВОДНИКОВ ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛУЧЕВЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ
Аннотация
Расчетным способом выполнена оценка влияния на результаты измерений расположения токового и потенциального контуров друг относительно друга и их расположения по отношению к проводникам заземлителя.
Ключевые слова:
метод конечных разностей во временной области, заземлитель.
D. V. Kuklin
INFLUENCE OF MUTUAL ARRANGEMENT OF MEASUREMENT LEADS AND GROUNDING WIRES ON GROUNDING SURGE CHARACTERISTICS MEASUREMENT RESULTS
Abstract
An estimation of influence of potential lead, current lead and grounding wires arrangement relative to each other on measurement results is made in the article by calculations.
Keywords:
finite-difference time-domain method, grounding.
При выполнении измерений импульсного сопротивления заземлений опор линий электропередачи необходимо знать, в какой степени взаимное расположение измерительных контуров влияет на результаты измерений. Также при выполнении измерений часто неизвестно расположение проводников заземлителя, ток в которых также может влиять на результаты. Для оценки данных факторов можно рассмотреть случаи с различными грунтами, заземлителями, взаимными расположениями контуров. Экспериментальное осуществление такой задачи является трудоемким, поэтому были проведены расчеты.
Поскольку заземлители опор чаще всего являются лучевыми, были выполнены расчеты для заземлителей с различным числом лучей при разном расположении токового и потенциального контуров. Расчеты проведены для трех взаимных расположений токового и потенциального контуров: при углах 45, 90 и 180 о между ними. Длины токового и потенциального контуров -по 200 м. Проводники заземлителя расположены на глубине 0.75 м. Контуры расположены на высоте 0.75 м. Суммарная длина проводников одинакова для разных вариантов заземлителей. Измерительные контуры на концах присоединены к вертикальным электродам, погруженным в грунт на 0.75 м (хотя данные расчеты выполнены до момента прихода волн, отраженных от концов измерительных контуров, на результаты это не влияет).
Дря расчетов использовался метод конечных разностей во временной области [1]. Размер расчетной сетки равен 0.5 м. Проводники моделировались методом, описанным в работе [2].
10
Расчеты проводились до момента прихода отраженных волн от концов измерительных контуров. В рассматриваемых случаях этот момент времени составляет не менее 1.4 мкс. Рассчитывалось лишь напряжение между заземлителем и потенциальным контуром.
Ток задавался при помощи функции Хейдлера с временем фронта 0.25 мкс и временем полуспада 100 мкс [3]. Использовался идеальный источник тока.
Варианты взаимных расположений проводников заземлителей и измерительных контуров, для которых проводились расчеты, представлены на рис.1.
Рис.1. Рассмотренные варианты взаимного расположения проводников заземлителей и измерительных контуров (ТК - токовый контур, ПК - потенциальный контур)
На рис.2, 3 представлены результаты расчетов напряжения между заземлителем и потенциальным контуром для грунта с удельным сопротивлением 500 Ом-м (относительная диэлектрическая проницаемость s равна 12) и суммарной длиной проводников 100 м.
На рисунках 4, 5 представлены результаты расчетов для грунта с удельным сопротивлением 2000 Ом-м (s равна 7,1) и суммарной длиной проводников 200 м.
11
Рис. 2. Результаты расчетов напряжения между заземлителем и потенциальным контуром. Удельное сопротивление грунта 500 Ом-м, общая длина проводников лучей равна 100 м.
Рис. 3. Результаты расчетов напряжения между заземлителем и потенциальным контуром. Удельное сопротивление грунта 500 Ом-м, общая длина проводников лучей равна 100 м.
Рис. 4. Результаты расчетов напряжения между заземлителем и потенциальным контуром. Удельное сопротивление грунта 2000 Ом-м, общая длина проводников лучей равна 200 м.
<3
tr
п
45 градусов
Угол между ТК и ПК 90 градусов
180 градусов
Рис. 5. Результаты расчетов напряжения между заземлителем и потенциальным контуром. Удельное сопротивление грунта 2000 Омм, общая длина проводников лучей равна 200 м.
Из рисунков видно, что взаимное расположение измерительных контуров существенно влияет на результат расчетов (измерений). При этом разница между углами 90 и 180 о меньше, чем между углами 45 и 90 о. Взаимное влияние между измерительными контурами минимально, когда угол между ними составляет 90 о. Влияния со стороны лучей заземлителей, по всей видимости, невозможно избежать при любом лучевом заземлителе, и можно лишь говорить о разнице между результатами измерений при различных расположениях измерительных контуров.
Можно заметить уменьшение влияния расположения измерительных контуров (при сохранении угла между ними) относительно заземлителя с увеличением числа лучей, а также увеличение этого влияния с ростом удельного сопротивления грунта. Можно видеть, что среди результатов выделяются те случаи, когда один и, особенно, два измерительных контура оказываются над лучами заземлителей. Для остальных случаев разница между результатами не столь велика.
Для корректного сравнения характеристик заземлителя, очевидно, необходимо пользоваться одинаковым расположением токового и потенциального контуров. Поэтому для измерений необходимо выбрать какое-либо одно взаимное расположение токового и потенциального контуров. Так как перпендикулярное их расположение обеспечивает наименьшее взаимное влияние между контурами, а также приводит к относительно небольшой разнице между результатами для различных заземлителей (за исключением того случая, когда оба контура оказываются над лучами заземлителя), то такое расположение, по всей видимости, можно считать более предпочтительным.
Литература
1. Taflove A., Hagness S. C. Computational electrodynamics: the finite-difference time-domain method. Boston: Artech House, 2005.
2. Guiffaut C., Reineix A., Pecqueux B. New oblique thin wire formalism in the FDTD method with multiwire junctions // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2012. Vol. 60. № 3. P. 1458-1466.
3. Куклин Д. В. Моделирование проводников бесконечной длины при применении методов, использующих телеграфные уравнения совместно с методом конечных разностей во временной области // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. Вып. 10. Т. 2. 2015. С. 81-86.
Сведения об авторе
Куклин Дмитрий Владимирович,
научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН.
Россия, 184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок, д. 21А эл. почта: kuklindima@gmail.com
16
