Изследване степента на корозия на заземителни електроди с помощта на трансформаторен датчик



Дата14.01.2017
Размер72.09 Kb.
ГОДИШНИК на Минно-геоложкия университет “Св. Иван Рилски”, Том 56, Св.IІІ, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, 2013

ANNUAL of the University of Mining and Geology “St. Ivan Rilski”, Vol. 56, Part ІІІ, Mechanization, electrification and automation in mines, 2013



Изследване степента на корозия на заземителни електроди с помощта на трансформаторен датчик
Петър Петров
Технически университет – Габрово, 5300 Габрово, petrov_p_tu@abv.bg
Резюме. Корозията на заземителните електроди в разпределителните уредби на електроцентралите и подстанциите е предпоставка за влошаване на съпротивлението на заземяване на територията на обекта, а от там и за неправилната работа на средствата за защита от пренапрежения, релейните защити, режима на работа на мрежата и най вече води до опасност за обслужващия персонал при експлоатация на електрооборудването. В тази връзка е разработен математически модел на трансформаторен датчик, с помощта на който в реално време може да се следи степента на корозия на стоманените заземители и по този начин да се реагира своевременно, преди заземителната уредба да стане опасна.
CORROSIONONG RATE STUDY OF GROUNDING ELECTRODES BY MEANS OF A TRANSFORMER SENSOR

Petar Petrov

Technical University of Gabrovo, 5300 Gabrovo, petrov_p_tu@abv.bg
ABSTRACT. The corrosion of grounding electrodes in outdoor switch gear of electrical power stations and substations is a prerequisite for an increase of the resistance to ground at the site’s grounding installation. As a result the proper operation of the over voltage protection, the protection systems and the work of the overall power network are disturbed. Also there is an electrical safety hazard for the personnel working with electrical power equipment. In that scope, a mathematical model of a transformer sensor for real time measurements has been developed in order to monitor continuously the rate of corrosion of steel grounding electrodes and respond timely before the grounding installation gets unsafe.


Въведение
Основните цели на заземителните уредби са осигуряване на електробезопасност на хората, надеждност при работа на електрооборудването, осигуряване на отлично контактно съпротивление и връзка между елементите на заземителната инсталация и заобикалящата почва при протичане на аварийни токове през земята и за ограничаване на импулсни пренапрежения от атмосферен и комутационен характер.
За подсигуряване на горните изисквания в дългосрочен план трябва да бъде отчитана корозията на металните заземители и елементи, осъществяващи електрическа връзка със земята. Корозията на металните електроди по своята същност представлява разрушаването и последващата загуба на метал, поради нежелано химическо или електрохимическо разяждане на електрода от средата, където е положен. Това от своя страна води до намаляване на активната площ на заземителите, влошаване на контактното им съпротивление с почвата и от там увеличаване съпротивлението на заземяване (Ray et al., 1999; Глазов и Сторожевский, 1978).

Очевидно е, че за отговорни електроенергийни обекти степента на корозия на заземителните електроди в процеса на експлоатация на заземителната уредба трябва да се отчита периодично.

В настоящата публикация е разработен математически модел на трансформаторен датчик за непрекъснат контрол на степента на корозия на поцинковани стоманени заземители в състава на заземителните уредби.

Приложението на такъв датчик в практиката би спомогнало за повишаване на нивото на електро­безопасност на електроенергийните обекти и по-устойчива и надеждна работа на електрооборудването.



Принцип на действие на трансформаторния преобразувател
Трансформаторният преобразувател има конструкция, аналогична на индуктивния преобразувател. Отличава се от него по наличието на вторична намотка. Той представлява всъщност трансформатор, на който се подава сигнал на първичната намотка, а промяната на въздушната междина води до изменение на взаимната индуктивност и от там промяна на изходния сигнал във вторичната намотка. Промяната на въздушната междина се дължи на намаляване на сечението на металния електрод в следствие на образуването на корозионен слой.

На фиг. 1 е показана принципната схема на трансфор­маторен преобразувател, предназначен за констатиране степента на корозия в метални стоманени електроди, използвани като заземители или свързващите ги метални шини.


Фиг. 1. Принципна схема на трансформаторен преобразувател за контрол на степента на корозия


Трансформаторният преобразувател от фиг. 1 се състои от П - образен магнитопровод 1, на който са монтирани входящата намотка 3 и изходящата намотка 4. Котвата представлява металния електрод на заземителя или металната свързваща шина между електродите. С 5 е показан образувалият се корозионен слой с дебелина при начална дебелина на стената на електрода . При това изменение на въздушната междина се изменя магнитното съпротивление и взаимната индуктивност , което от своя страна води до промяна на вторичното напрежение на намотка 4.

Изменението на вторичното напрежение се дава с връзката:


, (1)

където:



- комплексна ефективна стойност на изходното напрежение;

- комплексна ефективна стойност на тока в първичната намотка 3.

Известно е, че коефициентът на взаимна индуктивност представлява коефициент, който е пропорционален на отношението между пълният поток на вторичната намотка и тока, който протича през първичната намотка:


, (2)

където: - брой навивки на вторичната намотка
Токът, който протича през първичната намотка е свързан с магнитодвижещото напрежение със закона за пълния ток:
, (3)

където: - брой навивки на първичната намотка.

От равенство (2), след заместване, може да се получи следния израз:


, (4)

където: - взаимно магнитно съпротивление.


Допускаме, че разсейването на магнитния поток е малко, при което може да се приеме следното равенство:
и следователно . (5)
Като се вземе в предвид (1) и (4) може да се получи израз за комплексната ефективна стойност на вторичното напрежение :
. (6)
Магнитната верига на трансформаторния преобразувател е аналогична на тази на индуктивния датчик от (Петров и Велев, 2011):
, (7)

където: - магнитно съпротивление на П-образния магнитопровод;

- магнитно съпротивление на въздушната междина;

- магнитно съпротивление на корозиралия слой метал;

взаимно магнитно съпротивление.



- магнитно съпротивление на резултантното сечение от заземителния електрод (шина).
; ;

(8)


; , където:

- ширина на профила на П - образния магнитопровод.
След заместване на стойностите на магнитните съпротивления от (8) в (6) се получава:
(9)
Магнитните съпротивление в стоманените участъци са много по-малки от тези във въздушната междина и в корозиралия слой. Това дава основание те да бъдат пренебрегнати от получения израз (9):
(10)

Полученият израз (10) е валиден за стойността на при наличие на корозионен слой. При отсъствие на такъв (при първоначален монтаж на електрода), изразът ще има вида:
(11)
Ако се направи отношението на (10) и (11) се получава:
(12)
След преработване на (12) може да се получи израз за дебелината на корозиралия слой :
(13)
За практическо реализиране може да се построи функционалната зависимост , което позволява без изчисления да се определи степента на корозия на стоманения електрод.
Практическа реализация на трансформаторен преобразувател за отчитане на степента на корозия



Фиг. 2. Конструкция на трансформаторен преобразувател

Практическата реализация е показана на фиг. 2. Трансформаторният преобразувател се изработва в пластмасова заливка или в заливка от епоксидна смола 1. Оставят се достатъчно дълги изводи към двете намотки. Задължително трябва да има светъл отвор 3 за да не се възпрепятства допира на метала с агресивната почва. С 2 е показан винкелов стоманен електрод. Като такъв може да се използва и стоманена лентова шина. Диелектрич­ната подложка 4 служи за уплътняване и стабилно закрепване на трансформаторния датчик върху стома­нения електрод.



Заключениe


  • Предложеният трансформаторен преобразувател е лесен за практическа реализация;

  • При свързването на такъв датчик към специално проектирана към него микропроцесорна система може да се следи в реално време степента на корозия на стоманените електроди и съединителни шини на заземителни уредби;

  • Трансформаторният преобразувател има значително по-добра чувствителност в сравнение с предложения индуктивен датчик в (Петров и Велев, 2011);

  • Работата на преобразувателя може да се оптимизира при изменение на честотата и големината на приложеното върху първичната му намотка входно напрежение .



Литература
Ray, G.V., R. Ganesan, S. K. Das. 1999. The chemistry behind grounding, 2-nd Crass Road CIT Campus, SAMEER-Centre of Electromagnetics, Taramani, Chennai 113, India.

Глазов, М. П., И. В. Сторожевский. 1978. Методы контроля и измерения при защите подземныx сооружении от корозии, М.

Галимов, Р.К., А. В. Изосимов et. аl. 2003. Методоло­гические аспекты, стохасической динамики корозионых процесов, Защита металов, Том 39, №2, С.200-206.

Евтихиев Н. Н., Я. А. Кунергимид и др. 1990. Измерение электрических и неэлектрических велечин. М., Енергоатомиздат.

Манойлов, В.Е. 1986. Основы электобезопасности, Ленинград, Энергия.

Петров, П. К., Г. Ц. Велев. 2011. Нов метод за определяне степента на корозия на стоманени заземители чрез използване на индуктивни датчици – Годишник на Минно-геоложкия Университет „Св. Иван Рилски” – София, Свитък III: Механизация, електрификация и автоматизация на мините.








База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница