CC BY
102
13. Лабораторные исследования нелинейных входных сопротивлений заземлителей электроэнергетических устройств в условиях высокого удельного сопротивления грунта / А.Н.Данилин, В.Н.Селиванов, ПИПрокопчук, ВВКолобов, М.Б.Баранник // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. - 2011. - N° 2(5). - С. 39-54.
14.Экспериментальное моделирование импульсных процессов в элементах заземляющих устройств / А.Н.Данилин, В.Н.Селиванов // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. - 2012. - № 1(8). - С. 25-38.
15. Лабораторные исследования процессов искрообразования в увлажненном грунте в зависимости от амплитуды и длительности импульсного напряжения на заземленном устройстве / А.Н.Данилин, В.В.Ивонин, Д.В.Куклин // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. - 2013. - № 4(7). - С. 38-56.
16. Моделирование процессов искрообразования в грунте при импульсных воздействиях / А.Н.Данилин, Б.В.Ефимов, В.Н.Селиванов // Труды третьей Российской конференции по молниезащите.
Сведения об авторах
Данилин Аркадий Николаевич,
заведующий лабораторией высоковольтной электроэнергетики и технологии
Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А
эл.почта: danilin@ien.kolasc.net.ru
Ивонин Виктор Владимирович,
аспирант Кольского научного центра РАН
Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А
эл.почта: ivoninviktor@mail.ru
УДК 621.311
В.В.Колобов, М.Б.Баранник, В.Н.Селиванов
РАЗРАБОТКА ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ОБЪЕКТОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ АРКТИЧЕСКОГО РЕГИОНА
Аннотация
В статье описан прибор для измерения импульсных характеристик заземляющих устройств электроустановок. Прибор позволяет проводить измерения в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением, характерных для Арктического региона. Приведены структурная схема, описание принципа работы и технические характеристики прибора.
Ключевые слова:
импульсное сопротивление, заземляющее устройство, схема замещения, генератор импульсов тока, индуктивный накопитель энергии, измерительный прибор, Арктический регион.
V.V.Kolobov, M.B.Barannik, V.N.Selivanov
DEVELOPMENT OF AN INSTRUMENT FOR MEASURING IMPULSE RESPONSE OF GROUNDING IN THE ARCTIC REGION
Abstract
An instrument for measuring impulse response of power equipment grounding is described. The instrument allows measurements in the Arctic region with high soils resistivity. The aspects of electronic circuit design and characteristics of the unit are presented.
Keywords:
Impulse impedance, grounding, equivalent circuit, current pulse generator, inductive energy storage, measuring instrument, Arctic region.
33
Величина импульсных сопротивлений заземляющих устройств (ЗУ) подстанций и опор линий электропередачи является важным фактором, влияющим на надежность защиты электроустановок. Под локальным импульсным сопротивлением заземления понимается расчетная величина, равная отношению мгновенных значений импульсного напряжения на заземлителе и импульсного тока через него, при временах, не превышающих первых единиц микросекунд, когда растекание происходит лишь с ближней зоны заземляющего устройства аппарата и не охватывает все заземляющие устройства электроустановки [1]. Импульсное сопротивление заземлителя - величина комплексная, поэтому в схему замещения ЗУ входят также реактивные элементы. Простейшая схема замещения заземлителя при импульсном воздействии показана на рис. 1а.
Так как при импульсных воздействиях не существует такой общепринятой характеристики заземляющих устройств, как понятие стационарного сопротивления R при низкочастотных воздействиях, то для определения импульсных характеристик заземляющих устройств необходимо иметь кривые тока и напряжения на ЗУ, которые затем могут обрабатываться с помощью различных алгоритмов. Примеры экспериментальных кривых тока и напряжения на ЗУ и расчетного мгновенного сопротивления приведены на рис. 1б.
Рис.1. К определению импульсного сопротивления ЗУ:
а - простейшая схема замещения сосредоточенного заземлителя при импульсном воздействии; б - экспериментальные кривые тока через ЗУ, падения напряжения на ЗУ, расчетного мгновенного сопротивления
Такой подход к решению задач грозозащиты, когда от существующей резистивной модели ЗУ, описываемой стационарным сопротивлением, переходят к RLC моделям, а также моделям, включающим элементы с распределенными параметрами, учитывающим реальный активно-реактивный характер сопротивления ЗУ на частотах грозового импульса, требует развития новых средств измерения. На рынке уже сейчас представлены зарубежные коммерческие разработки, в большей или меньшей степени отвечающие задаче измерения импульсных характеристик ЗУ. Методика экспериментального определения импульсных характеристик заземляющих устройств, используемая в таких приборах, основана на способе измерения сопротивлений методом трех электродов [1]. В состав устройства для измерения импульсных характеристик ЗУ в общем случае входят генератор импульсных токов (ГИТ), два протяженных проводника, которые в случае импульсных измерений образуют токовую и потенциальную линии, первичные датчики тока и напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок, осуществляющий цифровую обработку импульсов тока и напряжения и вычисление импульсных характеристик ЗУ (рис.2).
34
Рис.2.Обобщенная структурная схема устройства для измерения импульсных характеристик ЗУ:
ЗЭ - заземляющий электрод; ГИТ - генератор импульсных токов; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; БЦОВ - блок цифровой обработки и вычисления
Подробный обзор приборов для измерения импульсных характеристик ЗУ, информация о которых имеется в свободном доступе, представлен в [1]. Здесь лишь приведем фотографии внешнего вида и основные технические характеристики устройств.
Тестер импульсных импедансов (Surge Impedance Tester) PET-7 (рис.3) [2] разработан компанией Hokkei Industries (Япония) для измерения полного сопротивления ЗУ опор ЛЭП. В комплект поставки PET-7 кроме генераторно-измерительного блока весом 6 кг входит набор принадлежностей весом 13 кг: десять заземляющих электродов длиной 440 мм, две катушки провода длиной по 65 м, соединительные провода и кабели.
Прибор формирует импульс тока амплитудой 0.4 А, временем нарастания 1 мкс и длительностью 256 мкс. Напряжение на нагрузке не превышает 1500 В. Диапазон измеряемых сопротивлений составляет от 1 до 999 Ом. Результатом процесса измерения является отношение среднего значения напряжения, достигнутого в течение выборки длительностью 1 мкс, к значению тока (оно задается источником тока). Как отмечается в [1], прибор PET-7 следует, скорее всего, отнести к разновидности измерителей импульсного сопротивления (equivalent earth resistance), определяемого как отношение максимальных значений падения напряжения на ЗУ и тока через ЗУ, причем эти величины могут достигаться в различные моменты времени [3].
На рис. 4 приведен внешний вид измерителя импульсных сопротивлений (Earthing Impulse Meter) WG-407, выпускаемого польской компанией «ATMOR s.c.» [4]. Генераторно-измерительный блок имеет размеры 100* 195 *40 мм и вес 0.4 кг. Встроенный аккумулятор обеспечивает выполнение до 1000 измерений. В комплектацию прибора входят также две катушки с проводом длиной 40 и 30 м для создания токового и потенциального контуров, два заземляющих электрода длиной 0.6 м. Сопротивление потенциального и токового электродов не должно превышать 1000 Ом, в противном случае измеритель выдает ошибку. Импульс тока, формируемый устройством, имеет амплитуду до 1 А и длительность фронта порядка 4 мкс. Максимальное значение напряжения на ЗУ не превышает 1000 В, при этом диапазон измеряемых сопротивлений лежит в пределах 0-200 Ом. Частота следования - 5 импульсов в секунду. Результатом измерения, как и в PET-7, является импульсное сопротивление ЗУ соответствующее определению, данному в [3].
В описании прибора указано, что областью его применения является, в том числе, измерение сопротивления опор без отсоединения грозотроса. Однако при фронте 4 мкс и скорости пробега волны 300 м/мкс отраженные волны от соседних опор вернутся еще на фронте импульса тока, что исказит результат измерения. Информация об опыте эксплуатации прибора отсутствует, поэтому трудно оценить эффективность использования данного метода измерения.
35
Разработка программно-измерительного комплекса ZED-meter [5] ведется в Институте электроэнергетических исследований EPRI с 2004 года. Разработка до сих пор поддерживается, но в эксплуатацию прибор еще не внедрен и в свободной продаже отсутствует. В свободном доступе информации по комплексу мало, в основном она касается результатов выполненных измерений. Внешний вид прибора приведен на рис.5.
Рис.3. Общий вид тестера импульсных импедансов PET-7
Рис. 4. Общий вид комплекта поставки измерителя импульсных сопротивлений WG-407
Рис.5. Внешний вид комплекса ZED-meter
В состав комплекса входят: выполненный в виде кейса генераторно-измерительный блок (генератор импульсов, датчики тока и напряжения, аналого-цифровой преобразователь), персональный компьютер со специализированным программным обеспечением, коаксиальные кабели для создания токового и потенциального контуров.
На выходе генератора на холостом ходу формируется прямоугольный импульс напряжения амплитудой до 200 В и длительностью 1.4 мкс. Так как проблема измерения импульсных характеристик ЗУ состоит не столько в получении мгновенных зависимостей тока и напряжения на ЗУ, сколько в последующей обработке этих сигналов и получении значимых для эксплуатации результатов, то в проекте ZED-meter наибольшее внимание уделяется именно разработке алгоритмов цифровой обработки сигналов. Входящий в состав программно-измерительного комплекса компьютер используется как для управления генератором, так и для обработки входных данных и визуализации ее результатов. В отличие от приборов PET-7 и WG-407, ZED-meter позволяет получить не только значение импульсного сопротивления ЗУ, но и увидеть кривую мгновенного сопротивления и оценить по ней импульсные характеристики ЗУ. Однако нет информации о том, можно ли с помощью ZED-meter получить какие-либо количественные оценки параметров схемы замещения заземлителей.
36
Подытоживая краткий обзор, можно заключить, что предлагаемые в настоящее время приборы, принцип действия которых основан на импульсном воздействии на ЗУ, в реальности предназначены для получения единственной импульсной характеристики: либо эквивалентного сопротивления (PET-7, WG-407),
либо значения стационарного сопротивления сосредоточенных заземлителей, таких например, как опоры ЛЭП без отсоединения грозозащитного троса (ZED-meter) [1]. При этом получить временную зависимость мгновенного сопротивления ЗУ (для визуальной оценки и дальнейшей обработки) позволяет только комплекс ZED-meter.
Кроме того, эксплуатация такого оборудования в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением, характерных для регионов Крайнего Севера Арктики, имеет свои особенности. Высокое активное сопротивление токового контура приводит к тому, что в начале импульсов возникают продолжительные переходные процессы, длительность которых может превысить промежуток времени до прихода отраженной волны от конца токовой линии. В этом случае результаты измерений будут некорректными. С другой стороны в грунтах с высоким удельным сопротивлением сложно обеспечить допустимое сопротивление заземляющих электродов. Так, например, прибор WG-407 выдает ошибку при сопротивлении заземляющих электродов превышающем величину 1 кОм. Таким образом, разработка генераторно-измерительного комплекса в виде функционально законченного устройства, обеспечивающего получение набора импульсных характеристик, адекватно отражающих поведение ЗУ при грозовом воздействии (в том числе ЗУ расположенных в плохопроводящих грунтах), и позволяющего синтезировать простейшие схемы замещения для использования их при анализе молниезащиты электроустановок по-прежнему является актуальной задачей.
В ЦФТПЭС КНЦ РАН долгое время проводятся исследования в этом направлении. Предложен новый подход к решению всего комплекса задач грозозащиты, основанный на повышении адекватности расчетных моделей ЗУ, применении нового экспериментального оборудования и современного математического и программного обеспечения. Предлагается перейти от существующей резистивной модели ЗУ, описываемой стационарным сопротивлением, к RLC моделям, а также моделям, включающим элементы с распределенными параметрами, учитывающим реальный активно-реактивный характер сопротивления ЗУ на частотах грозового импульса. Одновременно ведется разработка автономного аппаратно-измерительного комплекса, предназначенного для экспериментального определения и исследования стационарного сопротивления и импульсных характеристик ЗУ опор линий электропередач (с грозозащитным тросом и без него) и распределительных устройств. Методика и результаты измерений локальных импульсных сопротивлений ЗУ представлены в ряде работ [6-8].
В 2014 г. закончена разработка прибора для измерения импульсных характеристик заземляющих устройств. Устройство предназначено для экспериментального определения и исследования:
- стационарного сопротивления и импульсных характеристик ЗУ опор линий электропередач с грозозащитным тросом и без него;
- импульсных характеристик ЗУ распределительных устройств и защитных аппаратов.
Прибор обеспечивает получение импульсных характеристик, адекватно отражающих поведение заземляющего устройства при грозовом воздействии, и определяет параметры элементов простейшей схемы замещения ЗУ при импульсном воздействии (рис.1а). Устройство также определяет величину условного импеданса заземления (conventional earthing impedance),
37
соответствующую определению, приведенному в ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 [9]: «отношение пикового значения напряжения в контуре заземления к пиковому значению тока в контуре заземления, которые в общем случае наблюдаются не одновременно».
Общая структура прибора соответствует схеме, приведенной на рис.2. Более подробно остановимся на генераторе импульсных токов (ГИТ), формирующем импульсы тока через ЗУ с необходимыми амплитудными и временными характеристиками. Традиционно в подобных устройствах в качестве ГИТ используется импульсный источник тока на основе емкостного накопителя. В таком источнике формирование импульса тока происходит при срабатывании искрового разрядника с последующим разрядом накопительной емкости на нагрузку. Опыт применения устройств с ГИТ на основе емкостного накопителя показал, что существует рад факторов, которые приводят к искажению формы анализируемых импульсов тока и напряжения и затрудняют достоверное определение импульсного сопротивления заземления. Одним из таких факторов является неравномерное распределение волнового сопротивления вдоль токовой линии. Другим фактором, искажающим форму импульса тока, является наличие отражения волны от конца токовой линии при отсутствии согласования. Отсутствие согласования может быть вызвано как разомкнутой на конце линией (режим холостого хода), так и неравенством величины сопротивления заземления на конце линии и волнового сопротивления токовой линии, составляющего величину порядка 400 Ом. Кроме того, в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением в начале импульсов напряжения возникают длительные переходные процессы (фронты регистрируемых импульсов напряжения затягиваются) [10].
Чтобы избежать описанных выше искажений, необходимо обеспечить постоянство формы импульса в токовой линии независимо от ее согласования и распределения волнового сопротивления вдоль нее. Такое постоянство формы импульса тока может быть обеспечено применением в качестве генератора источника тока с индуктивным накопителем энергии.
Схемотехника и преимущества применения источника импульсного тока на основе индуктивного накопителя при исследовании импульсных сопротивлений ЗУ подробно рассмотрены авторами в [10]. Здесь лишь приведем сравнительные осциллограммы тока (рис.6) и кривые напряжения и расчетного мгновенного сопротивления (рис.7), полученные для одного и того же ЗУ при использовании ГИТ различного типа. Перегиб кривой тока (1 на рис.ба) в районе 0.3 мкс вызван значительным изменением волнового сопротивления токовой линии. На рис.бб кривая тока 1 при времени 0.9 мкс имеет резкий перегиб, вызванный отражением волны тока из-за отсутствия согласования на конце линии. Применение импульсного источника тока на основе индуктивного накопителя энергии позволяет получить практически неискаженную форму импульса тока в линии (кривая 2 на рис.6) и, тем самым, обеспечить измерение импульсной характеристики ЗУ с высокой степенью точности (рис.7б).
Кроме того, как мы уже отмечали в [10], импульсный источник тока на основе индуктивного накопителя энергии обладает другими достоинствами - имеет внешнее управление, позволяет с точностью до единиц наносекунд синхронизировать момент запуска, обеспечивает регулировку энергетических параметров выходного импульса тока, что дает возможность использовать его в качестве ГИТ в автоматизированных устройствах экспериментального определения импульсных характеристик заземляющих устройств (рис.2).
Структурная схема прибора для измерения импульсных характеристик ЗУ приведена на рис.8.
38
> J-l
Рис. 6. Сравнительные осциллограммы импульсов тока через заземляющее устройство при использовании генератора на основе емкостного (кривая 1) и индуктивного накопителей (кривая 2):
а - случай неравномерного распределения волнового сопротивления вдоль токовой линии; б - случай плохого согласования токовой линии и наличия отраженной волны
Рис. 7. Пример экспериментальных кривых тока через ЗУ, напряжения на ЗУ и расчетной кривой мгновенного сопротивления при использовании ГИТ на основе емкостного (а) и индуктивного (б) накопителя
39
Рис.8. Структурная схема измерителя импульсных характеристик заземляющих устройств:
ГИТ - генератор импульсов тока; АКБ - аккумуляторная батарея; ПП - преобразователь питания; АЦП - аналого-цифровой преобразователь; МК - микроконтроллер; ЧРВ - часы реального времени; ЭНП - энергонезависимая память; СД - сенсорный дисплей; ПК - персональный компьютер; ЗУ - зарядное устройство; ЗЭ - заземляющий электрод
ГИТ на основе индуктивного накопителя по комавде от микроконтроллера формирует импульс тока в токовом контуре. Аналоговые сигналы, пропорциональные току через ЗУ и напряжению на ЗУ, снимаются с шунта ЯШ и делителя напряжения R^-R^. Далее эти сигналы поступают на регулируемые масштабирующие преобразователи, приводящие амплитудный диапазон входных сигналов тока и напряжения к входному диапазону АЦП. Первичным результатом измерений являются переведенные в цифровой вид экспериментальные кривые тока и напряжения на ЗУ: 13y(t), U3y(t), сохраненные в памяти микроконтроллера. На основе этих данных микроконтроллер по определенным алгоритмам вычисляет:
— кривую мгновенного сопротивления Z(t);
— максимальные значения импульсов тока и напряжения (Umax, 1„аХ}, а также величину Rmx, равную отношению максимальных значений напряжения и тока;
— расчетные величины элементов простейшей схемы замещения ЗУ:
Цкв, СэкВ, RКВ.
Для увеличения точности определения расчетных величин в ходе одного измерения могут обрабатываться усредненные данные, накопленные при воздействии на ЗУ нескольких импульсов тока. Число импульсов в одном измерении Nmii лежит в диапазоне от 1 до 100 и задается через меню настроек прибора.
Длительность переходного процесса в ЗУ под воздействием импульса тока зависит от геометрической протяженности ЗУ. Чтобы обрабатываемые экспериментальные кривые тока и напряжения на ЗУ содержали информацию о полном переходном процессе необходимо изменять длительность интервала обработки экспериментальных кривых 13y(t) и U3y(t). При фиксированном числе точек дискретизации сигнала по времени интервал обработки, выраженный в реальном времени, можно изменять, меняя частоту дискретизации АЦП. В разработанном приборе частота дискретизации лежит
в диапазоне 20-200 МГц и выбирается в меню настроек прибора. При коротких переходных процессах используются большие значения частоты дискретизации.
40
Экспериментальные кривые тока и напряжения на ЗУ и рассчитанные величины - кривая мгновенного сопротивления, электрические параметры импульса, значения элементов схемы замещения ЗУ, количество импульсов тока в одном измерении и частота дискретизации АЦП - отображаются на дисплее прибора сразу после проведения измерений (рис. 9).
Рис.9. Сенсорный экран прибора с отображаемой измерительной информацией и строкой меню:
1 - область виртуальной клавиатуры: запуск процесса измерения (12), сохранение файла (13), открытие файла (14), вход в меню настроек прибора (15);
2 - экспериментальные кривые тока и напряжения на ЗУ; 3 - кривая расчетного
мгновенного сопротивления заземляющего устройства; 4 - простейшая
схема замещения сосре оточенного заземлителя при импульсном воз ействии; 5 - пиктограмма уровня заряда аккумулятора; 6 - поле отображения измерительной информации: номер файла (7), максимальные значения тока через ЗУ и напряжения на ЗУ (8), расчетные величины элементов схемы замещения (Ьэкв Сэкв, Rжв) и значение Rmax, соответствующее определению «условный импеданс заземления» по ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 (9), число импульсов тока Ыимп по которым проводилось определение параметров ЗУ (10); частота дискретизации входных сигналов тока и напряжения(11)
Экспериментальные кривые тока и напряжения на ЗУ (Isfi) и Uyt)) в цифровом виде могут быть сохранены в энергонезависимой памяти (ЭНП на рис.8) в виде файла. В файл автоматически добавляется информация о времени и дате проведения измерений, поступающая в МК из часов реального времени (ЧРВ на рис.8). При необходимости можно сохранить в файле словесный комментарий (например, место поведения измерения), который вводится с виртуальной клавиатуры, отображаемой на дисплее. В памяти прибора можно сохранить до 2000 файлов.
41
При открытии ранее сохраненного файла экспериментальные кривые тока и напряжения на ЗУ заново обрабатываются микроконтроллером, и измерительная информация выводится на экран, при этом можно использовать два разных метода расчета значений элементов схемы замещения ЗУ и задавать параметры фильтрации первичных данных тока и напряжения на ЗУ.
Информация из файлов, хранящихся в ЭНП прибора, может быть перенесена на персональный компьютер через интерфейс USB. Для передачи информации по этому протоколу используется специализированный приемо-передающий модуль (USB на рис.8).
Для вывода измерительной информации и управления прибором используется сенсорный дисплей (СД на рис.8) резистивного типа (Resistive touchscreen). Такой тип дисплея не подвержен ложным срабатываниям при контакте с влагой. Все элементы управления (кнопки, виртуальная клавиатура, ползунки и полосы прокрутки), отображаемые на дисплее, имеют достаточные размеры для комфортного управления пальцами руки без использования стилуса.
Питание прибора осуществляется от встроенного литий-ионного (Li-Ion) аккумулятора (АКБ на рис.8) напряжением 3/7 В. Для формирования необходимых питающих напряжений всех блоков прибора (ГИТ, масштабирующих преобразователей, АЦП, МК, СД, ЧРВ, USB) служит преобразователь питания (ПП). Основу ПП составляет многоканальный импульсный преобразователь. В состав ПП также входит схема контроля заряда АКБ. Заряд аккумулятора прибора можно проводить от сети 220 В с помощью зарядного устройства с выходным напряжением 5 В или от USB порта персонального компьютера.
Внешний вид прибора для измерения импульсных характеристик ЗУ приведен на рис. 10. На рис.11 приведена схема внешних подключений прибора. Для подключения проводников токовой и потенциальной линии и проводника подключения к ЗУ используются приборные гнезда, расположенные на верхней стороне корпуса прибора. Там же размещен разъем mini-USB для подключения прибора к сетевому зарядному устройству или персональному компьютеру.
Рис.10. Внешний вид прибора для измерения импульсных характеристик ЗУ
42
Рис. 11. Схема внешних подключений прибора для измерения импульсных характеристик ЗУ
Ниже приведем основные технические характеристики прибора для измерения импульсных характеристик ЗУ.
1. Параметры импульса тока:
- энергия импульса: 1 Дж;
- амплитуда напряжения: до 5.5 кВ;
- амплитуда тока: до 5 А;
- длительность фронта: 0.1-0.2 мкс;
- длительность импульса до полуспада: 50 мкс при сопротивлении токового контура 1 кОм.
2. Диапазон измерения:
- напряжения: до 5000 В (восемь автоматически выбираемых поддиапазонов);
- тока: до 8 А (четыре автоматически выбираемых поддиапазона);
- импульсного сопротивления: до 5 кОм.
3. Частота дискретизации: изменяемая в диапазоне от 20 до 200 МГц.
4. Питание: от встроенного литий-ионного (Li-Ion) аккумулятора напряжением 3.7 В и емкостью 2800 мАч. В приборе имеется система контроля заряда аккумулятора. Емкости батареи хватает для генерации около 10000 импульсов тока (для проведения одного измерения в зависимости от настроек используются от 1 до 100 импульсов тока) или для 6 часов непрерывной работы в режиме отображения информации.
5. Дисплей: монохромный резистивный сенсорный дисплей (Resistive touchscreen) диагональю 5.1 дюйма (13 см), разрешением 320x240 (QVGA).
6. В качестве токовой и потенциальной линии используются проводники из изолированного провода длиной 50 или 100 м.
6. Рабочий диапазон температур от -20 до +50°С.
7. Размеры: 195x145x67 мм.
8. Вес прибора без проводов и заземляющих электродов: 1 кг.
43
Разработанный в ЦФТПЭС КНЦ РАН прибор для измерения импульсных характеристик ЗУ превосходит все представленные на рынке аналогичные устройства по функциональным возможностям. Кроме того, что прибор, так же как устройства PET-7 и WG-407, вычисляет импульсное сопротивление (условный импеданс заземления), соответствующий определению ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010, он обеспечивает получение импульсных характеристик, адекватно отражающих поведение заземляющего устройства при грозовом воздействии и описываемых экспериментальными кривыми I3y(t), U3y(t) и расчетной зависимостью мгновенного сопротивления Z3y(t). Единственный зарубежный аналог, вычисляющий зависимость Z3y(t) - программно-аппаратный комплекс ZED-meter - не является функционально законченным устройством и имеет несравнимые габариты и массу. Кроме того, ZED-meter до сих пор находится в стадии разработки.
Разработанный прибор способен вычислять параметры элементов простейшей схемы замещения ЗУ для дальнейшего их использования при анализе молниезащиты электроустановок.
Прибор для измерения импульсных характеристик ЗУ, являющийся по сути программно-измерительным комплексом, имеет компактные размеры и малый вес. Устройство обладает современным интерфейсом пользователя на основе сенсорного дисплея. После проведения измерения можно визуально оценить импульсные характеристики ЗУ и, при необходимости, изменить настройки прибора (частоту дискретизации, количество импульсов тока в измерении). Измерительная информация сохраняется в энергонезависимой памяти прибора и в дальнейшем может быть перенесена на персональный компьютер для хранения и анализа.
Использование в приборе ГИТ на основе индуктивного накопителя энергии позволяет получить практически неискаженную форму импульса тока в токовом контуре, что обеспечивает измерение импульсных характеристик ЗУ с высокой степенью точности и снижает требования к качеству заземления электродов токового и потенциального контура. Разработанный прибор позволяет проводить измерения импульсных параметров ЗУ при сопротивлении токового контура до 5 кОм. С одной стороны это повышает удобство эксплуатации, так как облегчает подготовку токовой и потенциальной линии, а с другой - позволяет проводить измерения импульсных характеристик ЗУ в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением, характерных для регионов Крайнего Севера Арктики.
Литература
1. Джура Д.А., Селиванов В.Н. Приборы для измерения импульсного сопротивления заземляющих устройств // Труды КНЦ РАН. Энергетика. Выпуск 7. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2013. - 139 с. С. 56-65.
2. Surge impedance tester model PET-7 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://pands.co.kr/2010/bbs/downloadFiles.html?bo_table=pns_product_7&wr_id=1&num=10 1&filen=2+PET-7+%BB%E7%BF%EB%BC%B3%B8%ED%BC%AD.pdf
3. IEC-61024-1 (1990-04): Protection of structures against lightning - Part 1: General principles.
4. User manual - Earthing impulse meter type WG-407 [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.atmor.pl/User_manual_WG407.pdf
5. EPRI Zed-Meter Construction Guide [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://www.epri .com/abstracts/Pages/ProductAbstract.aspx?Productld=000000000001022221
6. Данилин А.Н., Колобов В.В., Селиванов В.Н., Прокопчук П.И. Методика импульсных измерений сопротивления растеканию заземлителей опор высоковольтных линий электропередачи под грозозащитным тросом // Технико-экономические и электрофизические проблемы развития энергетики Севера - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2007. - С.79-85.
44
7. Данилин А.Н., Куклин Д.В. Импульсные измерения заземлителей аппаратов высоковольтных подстанций и опор ВЛ на подходах // Труды 8-го международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. - Санкт-Петербург, 16-19 июня 2009 г. - С. 54-57.
8. Данилин А.Н., Колобов В.В., Селиванов В.Н. Методика и результаты измерений локальных импульсных сопротивлений заземлителей оборудования подстанций // Технологии ЭМС. 2007. №> 4. С. 12-15.
9. ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы.
10. Баранник М.Б., Колобов В.В. Разработка источника тока с индуктивным накопителем энергии для измерения импульсных сопротивлений заземляющих устройств // Труды КНЦ РАН. Энергетика. Выпуск 7. - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2013. - 139 с. С. 101-107.
Сведения об авторах
Колобов Виталий Валентинович,
ведущий научный сотрудник лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера
Федерального государственного бюджетного учреждения науки Кольского научного центра Российской академии наук, к.т.н.
Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А эл.почта: 1_i@mail.ru
Баранник Максим Борисович,
ведущий инженер лаборатории электроэнергетики и электротехнологии Центра физико-технических проблем энергетики Севера
Федерального государственного бюджетного учреждения науки Кольского научного центра Российской академии наук,
Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А эл.почта: maxbar@ien.kolasc.net.ru
Селиванов Василий Николаевич,
заместитель директора Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН, кт.н. Россия, 184209, Мурманская область, г.Апатиты, мкр.Академгородок, д.21А эл. почта: selivanov@ien.kolasc.net. ru
45
