Измерение сопротивлений заземления опор ВЛ - Приборы и устройства для измерения сопротивлений заземляющих устройств

4. ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ
ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ ОПОР ВЛ
БЕЗ ОТСОЕДИНЕНИЯ ГРОЗОЗАЩИТНОГО ТРОСА
Применение трансформаторов тока. Для получения правильного результата при измерениях, когда грозозащитный трос не отсоединен, недостаточно знать напряжение на заземляющем устройстве: необходимо определить ток, стекающий с заземлителя испытуемой опоры.
Наиболее простым средством определения тока, протекающего через заземлитель опоры, могут служить токоизмерительные клещи (разъемные трансформаторы тока), а напряжение на заземлителе измеряют с помощью вольтметра и потенциального зонда. Одной из модификаций этого способа является использование для металлических опор четырех трансформаторов тока, обмотки которых соединены последовательно и включены на измеритель тока. На рис. 18 представлена схема измерения тока трансформаторами (автор И. А. Носков-Дукельский). Измеритель тока А должен иметь достаточно высокую чувствительность, так как применение источников тока большой мощности в полевых условиях затруднительно.
От индивидуального источника тока можно отказаться, если в качестве измерительного использовать ток, наводимый в грозозащитном тросе и стекающий в землю через заземлитель опоры (автор способа С. М. Попов) . Для измерения тока по этому методу (рис. 19) используются токоизмерительные клещи и микроамперметр (мкА); для определения напряжения на заземлителе опоры служит зонд, который устанавливают на расстоянии не менее 30 м от опоры (предполагаемая зона нулевого потенциала).

Рис 18. Схема измерения тока трансформаторами: 1 - металлическая опора; 2 - трансформаторы тока

Рис 19. Схема измерения тока без постороннего источника

Для обеспечения достаточной чувствительности прибора используют усилители измеряемых напряжений и токов, к схемам которых предъявляются высокие конструктивные требования. Существенным недостатком прибора являются сложность изготовления и необходимость периодической калибровки в заводских условиях.
В Дальэнерго с 1972 г. эксплуатируется портативный прибор, работающий по этому принципу. Стекающий в землю ток измеряют микроамперметром типа М-24 или М-265М. Вольтметр подключается к опоре и потенциальному электроду экранированным кабелем. Потенциальный электрод располагается перпендикулярно к линии электропередачи на расстоянии не менее 30 м. Если с обеих сторон линии, на которой производят измерения, на расстоянии менее 30 м установлены опоры параллельных линий, то потенциальный электрод устанавливают вдоль линии. Усилителями для цепей напряжения и тока являются трехкаскадные усилители переменного тока с емкостной связью, собранные на транзисторах типа МП-ЮЗ. В схеме использованы терморезисторы, включенные в каждый каскад усилителя. Сердечник токоизмерительных клещей сечением 10 * 10 мм2 навит лентой пермаллоя марки 79МН толщиной 0,3мм и подвергнут специальной термообработке. Внутренний диаметр токоизмерительных клещей 450 мм. На каждой половине клещей наложены обмотки из провода ПЭВ-2 сечением 0,41 мм2 по 1000 витков каждая, соединенные последовательно. Поверх обмоток наложен экран из одного слоя медной фольги толщиной 0,1 мм и шириной 10 мм, соединенный с землей. Каждая половина клещей залита эпоксидным компаундом.
При использовании трансформаторов с разъемными сердечниками необходим источник тока большой мощности, причем напряжение должно быть понижено до безопасного значения. Безопасность и упрощение производства измерений могут быть обеспечены при измерении сопротивлений повторных заземлений нулевого провода в сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью (способ измерения разработан в ВЮСХ, авторы М. И. Верхоглядов и В. Р. Король). В качестве источника электрической энергии используется потенциал нулевого провода четырехпроводной сети. Вследствие несимметрии однофазной нагрузки по нулевому проводу проходит ток, который создает падение напряжения. В результате этого на всех повторных заземлителях постоянно присутствуют потенциалы, которые вызывают протекание тока через заземлители в землю. Для определения сопротивления заземлителя вольтметром измеряют напряжение на заземлителе и силу тока в заземляющем спуске и в соответствии с законом Ома делят напряжение на силу тока. Вольтметр одним зажимом присоединяют к заземлителю, а другим — к потенциальному электроду, расположенному на расстоянии не менее 20 м. Значение тока, протекающего через заземлитель, измеряют амперметром с помощью токоизмерительных клещей, не разрывая цепи заземляющих спусков.

Рис. 20. Принципиальная схема импульсного измерителя сопротивлений
Способ косвенного определения тока, стекающего в землю, лежит в основе измерений по схемам 2 и 3 рис. 13.
Высокочастотные устройства. При повышении частоты измерительного тока в большей степени проявляется индуктивность опоры и троса, сопротивление которых значительно превышает сопротивление заземляющего устройства. Поэтому при измерении соседние опоры влияния не оказывают.
Высокочастотный прибор для измерения сопротивлений выпущен одной из фирм ФРГ. В приборе применен кварцевый генератор тока частотой 25 кГц, а интегральные схемы обеспечивают неизменное значение измерительного тока при сопротивлении вспомогательного токового электрода не более 1000 Ом. Для измерения напряжения используется усилитель с входным сопротивлением 250 кОм, так что сопротивление потенциального электрода не сказывается на результатах измерений. Активный широкополосный фильтр пропускает на усилитель составляющую напряжения только от измерительного тока. Ресурс работы прибора без подзаряда аккумуляторов — 300 измерений. Сопоставление результатов измерений, выполненных при помощи высокочастотного прибора и полученных обычными методами при измерительном токе низкой частоты, показывает, что при сопротивлении более 15 Ом результаты получаются заниженными, а при сопротивлении менее 3 Ом — завышенными.
Импульсные измерители. Схема импульсного измерителя сопротивлений показана на рис. 20. Метод измерения с помощью катодного осциллографа был предложен в 1952 г. В 1955 г. сотрудники Гданьского политехнического института предложили метод, основанный на сравнении двух напряжений: на сопротивлении заземляющего устройства опоры и на последовательно включенном известном сопротивлении.
Конденсатор С емкостью 20 пф служит источником импульсов. Тиратрон тлеющего разряда Т повторяет импульс тока в цепи, содержащей сопротивление заземляющего устройства опоры RK и сопротивление вспомогательного токового электрода RT. Напряжение, создаваемое импульсом, равно примерно 1000 В, а сила тока в цепи — 1 А. Цепь разряда содержит два постоянных элемента R i = 240 Ом и L1 — 400 мкГн и один из сменных элементов: R2 = 240 Ом либо Li = 1000 мкГн, присоединяемых с помощью переключателя 1. При использовании сопротивления R? фронт формируемого импульса тока имеет длительность около 0,5 мкс, при использовании Ь2 — около 3 мкс.
Если пролет линии не очень короток, то измеренное сопротивление при длительности фронта импульса 0,5 мкс определяется выражением
(17)
где R — истинное сопротивление заземляющего устройства; Z — волновое сопротивление грозозащитного троса. Если R = 10 Ом; Z = 200 ^ 400 Ом, то Ли = (0,91 - 0,95)К.
Следовательно, измеренное сопротивление RK почти равно истинному сопротивлению. При длительности фронта импульса 3 мкс измеренное сопротивление будет меньше из-за отражения волн от соседних опор, особенно в тех случаях, когда длина пролета мала. Если сопротивление вспомогательного токового электрода не превышает 1000 Ом, то ошибки из-за отражения от него импульсов, как установлено дополнительными измерениями, незначительны.
Известные сопротивления R0 со значениями 2, 5, 10, 20, 50, 100 Ом включаются переключателем 2. Электронный вольтметр V с переключателем 3 служит для измерения двух сравниваемых напряжений: на заземлителе опоры (между заземлителем и потенциальным электродом) и на известном сопротивлении R0 *
Электроды RT и располагают по обе стороны линии на расстояниях 50 м от нее.
Для питания прибора служит батарея напряжением 6 В и током 2,8 А. Преобразователь на двух транзисторах выдает переменное напряжение в 1 кВ для импульсного генератора и 200 В для электронного вольтметра. Напряжение на конденсатор С подается через кремниевый выпрямитель. Импульсы повторяются около 220 раз в секунду. Точность измерения Rli можно оценить в 5 — 10%. Размеры прибора 370 х 280 х 130 мм, масса составляет 4,7 кг.
В Сибтехэнерго разработан опытный образец импульсного измерителя. Его размеры 180 х 250 х 350 мм, масса без источников питания составляет 7 кг. Измеритель отличается тем, что с целью повышения точности измерения введены стабилизатор импульсного тока и расширитель импульсов с отделением помех.

Рис. 21. Схема уравнивания потенциалов на соседних опорах
Способы и устройства с уравниванием потенциалов на опорах. Способ, предложенный Л. Е. Эбиным, заключается в том, что от источника тока, используемого для измерений, одновременно подается сигнал на две соседние опоры, расположенные слева и справа от испытуемой. Значение этого сигнала регулируется таким образом, что разность потенциалов между опорами равна нулю. Такое потенциальное соотношение исключает отвод тока по тросу от испытуемой опоры и легко позволяет зафиксировать ток, стекающий через заземлитель. Способ иллюстрируется схемой на рис. 21. Ток, подводимый к опоре 1, будет проходить вдоль линии влево; ток, подводимый к опоре 2 — только вправо. Через заземлитель будет протекать ток, подводимый к испытуемой опоре 3. В этих условиях цепь средней (испытуемой) опоры может быть использована для измерений так же, как и при отсутствии троса. Переключатель 4 служит для измерения разностей потенциалов между опорами. В положении переключателя а измеряется разность потенциалов между левой и правой опорами; b — между средней и одной из крайних опор. Питание схемы осуществляется от аккумуляторной батареи 12, подключаемой через механический преобразователь 13 и повышающий трансформатор. Таким образом, используется пульсирующий ток, который должен исключить влияние электрохимической поляризации.

Рис. 22. Компенсационное устройство с уравниванием потенциалов на опоре
В начале измерений уравниваются потенциалы опор. Для этой цели служат регулировочные реостаты 8-10 и нулевой гальванометр 5, включенный последовательно с выпрямителем 7 через измерительный трансформатор 6. В положении а переключателя гальванометр устанавливается в нулевое положение с помощью двух крайних регулировочных реостатов 8 и 10. После этого переключатель переводится в положение b, и гальванометр вторично устанавливается в нулевое положение среднего реостата 9.
Измерение сопротивления заземления производится в положении с переключателя 4, при этом потенциометром 11 добиваются нулевого отклонения гальванометра. Положение движка потенциометра зависит от тока, протекающего через опору, следовательно, и от сопротивления заземления.
Существенным недостатком рассмотренного способа является необходимость прокладки трехжильных коммуникаций к соседним опорам.
Рассмотрим устройство, в котором уравнивание потенциалов производится на самой опоре (автор А. И. Королев). На рис. 22 представлено компенсационное устройство с уравниванием потенциалов на опоре. Существенным элементом является перемычка 11, выполненная из толстого медного провода и присоединенная к опоре в точках, к которым подключаются основная 2 и дополнительная 3 измерительные ветви, питаемые генератором.

Рис 23. Структурная схема устройства с прибором М-416 и усилителем тока:
1 - источник постоянного тока; 2 - преобразователь постоянного тока в переменный; 3 — реохорд; 4 — усилитель тока; 5 - усилитель напряжения; б — нульидикатор; 7 — токовые электроды; 8 — потенциальные электроды: R - сопротивление резистора; l о — ток в реохорде; Uо — напряжение на резисторе; Rx - измеряемое сопротивление; 1Х — ток в заземлителе; Ux - напряжение на заземлителе
Регулировку тока 1\ основной ветви и тока /2 дополнительной ветви осуществляют переменными резисторами 4 и 8. Если ток в перемычке равен нулю (видно по нулевому показанию индикатора 13, включенного через трансформатор тока 12), то ток, стекающий через заземлитель опоры, равен току основной измерительной ветви: Ix=I1
при этом ток дополнительной ветви отсасывается в трос, т. е. I2=It
Напряжение 1XRX на заземлителе опоры компенсируется напряжением резистора 6, о чем свидетельствует нулевое показание индикатора 14. Изменение положения переключателя 7 может быть использовано для измерения сопротивления заземлителей соседних опор: компенсация в этом случае осуществляется резистором 10. На рисунке показаны индуктивности 5 и 9.
Усилительная приставка к измерителю М-416. Применение усилителя тока на выходе прибора позволяет снизить предел измеряемых сопротивлений примерно до 0,005 Ом. На рис. 23 представлена структурная схема устройства с прибором М-416 и усилителем тока. Вход усилителя тока 4 присоединяется к токовым зажимам прибора, выход усилителя - к токовым электродам цепи заземляющего устройства опоры.
На рис. 24 приведена электрическая схема усилителя, которая обеспечивает измерительный ток в 80 мА при сопротивлении нагрузки 500 Ом. При этом коэффициент усиления имеет следующую зависимость от сопротивления нагрузки R:

Эту зависимость определяют в лабораторных условиях по схеме рис. 25. Для этого собирают цепь с набором резисторов RH от 100 до
Рис. 25. Схема измерения коэффициента усиления

Рис. 24. Электрическая схема усилителя к прибору М-416:
GB - батарея (5x4,5 В; 3336JI); FT,, VT2 - транзисторы П217Г; Ти Тг - трансформаторы (магнитопровод серийного изделия ТВН. 0.0005.091.ТУ; провод ПЭВ-1 0,01 мм; число витков: 1000 - первичная обмотка Т\ и вторичная обмотка Т%; 2 х150 — вторичная обмотка и первичная обмотка Т2)
1000 Ом и фиксированным резистором Rx- Если через прибор М-416 проходит ток /0, а компенсация осуществляется сопротивлением R„, то

(18)
(19)
В переключающем устройстве (рис. 26) предусмотрен контроль сопротивления токовой и потенциальной цепей, а также возможность измерения удельных сопротивлений грунта вблизи опоры. Приставка имеет габариты 200 х 100 х 100 мм и массу 2 кг, включая источники питания, один комплект которых достаточен для измерения сопротивления 50 опор. В комплект вспомогательных приспособлений входят катушки с набором проводов фиксированной длины, обеспечивающие точность измерений и достаточно высокую производительность. Для определения сопротивления заземляющего устройства опоры используют схемы рис. 13. При использовании прибора М-416 с усилительной приставкой выражение (14) для коэффициента отсоса измерительного тока можно записать так:

(20)
где К - коэффициент, учитывающий зависимость коэффициента усиления тока от сопротивления токовой цепи RTil.
Коэффициент К равен отношению коэффициентов кус усилителя при измерениях R3 (схема 3 на рис. 13) и R2 (схема 2 на рис. 13):


Рис. 26. Схема приставки к прибору М-416 для измерения сопротивлений заземляющих устройств опор без отсоединения грозо защитно го троса
где RTц — суммарное сопротивление сравнительного (СЭ) и вспомогательного (ВТ) электродов (см. рис. 13).
При измерении R3 сопротивление токовой цепи вдвое меньше, т. е. 0,5 RTlx, так как сопротивление заземлителя во много раз меньше сопротивления вспомогательного электрода ВТ.