WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Оценка состояния металлических конструкций по действующему ГОСТ 9.602-2005 – качественная (сильная, средняя, слабая коррозия). Однако названный стандарт не учитывает конструкции заземляющего устройства и не указывает, что в катодных зонах разрушения не происходит. Для устранения перечисленных недостатков предложен количественный графоаналитический метод оценки коррозии, позволяющий определять, в каком режиме (анод или катод) работает каждый из электродов многоэлектродной заземляющей системы. Физической основой метода расчета является теория многоэлектродных электрохимических систем Н. Д. Томашова и Г. В. Акимова.

Согласно алгоритму метода составляется система уравнений в виде матриц:

, (1)

где Rij – собственные и взаимные значения поперечных сопротивлений между i-м и j-м элементами; Ij – поперечный ток, стекающий (втекающий) с j-го элемента; U0 – компромиссный потенциал системы рассматриваемых элементов, соединенных «звездой»; Ui – исходные (задаваемые) электродные потенциалы одиночных элементов (до их соединения в систему).

Собственное (i = j) значение поперечного сопротивления определяется по выражению:

, (2)

где – сопротивление растеканию «металл – грунт»; – сопротивление поляризации (анодное или катодное) рассматриваемого элемента.

Система уравнений решается относительно неизвестных коррозионных токов и компромиссного потенциала системы. Погрешность предложенного метода расчета составляет 9 %.

Результаты расчетов коррозионных токов при различных конструктивных изменениях ЗУ совпали с качественными рекомендациями ГОСТ 9.602-2005.

При внедрении цифровой техники в системы электроснабжения необходимо рассчитывать параметры электробезопасности: напряжение «до прикосновения» (Uдп) и напряжение на металле (Uме), так как в аварийных и нормальных режимах работы электроустановки значения именно этих параметров ЗУ могут быть приложены к корпусам различного цифрового оборудования.

Расчет указанных параметров выполнен как для эквипотенциального, так и для неэквипотенциального ЗУ.

Параметры эквипотенциального ЗУ вычисляются методом аналогичным определению коррозионных токов, но при этом в расчете не учитываются такие параметры, как сопротивление поляризации и электродные потенциалы.

Так как матрицы заполненные, возрастают время их расчета и трудоемкость вычислений, поэтому для упрощения вычислений использовался итерационный метод расчета с погрешностью расчета 1 %.

На первом шаге итерации токи с элементов принимаются равными

, (3)

затем подсчитывается среднее значение потенциала

, (4)

далее определяется разность потенциалов, в соответствии с которой корректируются значения токов:

. (5)

После этого проводятся следующие циклы итераций до тех пор, пока величина потенциалов на каждом элементе не совпадет с их средним значением с заданной точностью.

Определив значения стекающих с элементов токов, рассчитывают напряжения «до прикосновения» и напряжение на металле.

Расчет параметров неэквипотенциального ЗУ выполняется аналогично расчету эквипотенциального ЗУ, но при этом вводится вторая система уравнений, связывающая падение напряжений с продольными сопротивлениями и токами:

, (6)

где, и – потенциалы в начальном и конечном узлах i-го элемента;, и – продольные токи в начале и в конце i-го элемента; Ij – стекающие с элементов (поперечные) токи; Iо – вводимый в заземлитель ток.

Пренебрегая индуктивными связями между элементами ЗУ, можно представить систему в виде:

(7)

где Zii – продольное сопротивление i-го элемента.

При итерационном способе расчёта для n-го узла решение систем уравнений (6) и (7) сводится к уравнению:

, (8)

где Gi – суммарная продольная проводимость i-го элемента, примыкающего к n-му узлу; gi – поперечная проводимость i-го элемента; Ui – потенциал на противоположном конце от n-го узла этого элемента; i-е число примыкающих элементов (не более четырех).

Положив на первом итерационном цикле Ui равным U0 (как на эквипотенциальном ЗУ), получим первое приближение для значения входного потенциала ЗУ:

(9)

Далее определяются потенциалы на противоположных от n-го узла концах i-х элементов по уравнению:

, (10)

где Gj и gj – продольная и поперечная проводимость для примыкающих к n-му узлу j-х элементов; Gi и gi – продольная и поперечная проводимость для i-х элементов, примыкающих к n-му узлу.

Точность расчетов оценивалась как на теоретических, так и на практических моделях. Погрешность выполненных расчетов не превышает 9 %.

На значения потенциалов на металле (Uме) и напряжения «до прикосновения» (Uдп) влияет ряд факторов, исследованных в работе: частота вводимого в ЗУ тока, нелинейность внутреннего продольного сопротивления стальных искусственных заземлителей, неэквипотенциальность ЗУ, магнитное влияние токовой линии.

Расчет и экспериментальная проверка влияния частоты вводимого в ЗУ тока на напряжение «до прикосновения» проводился для внешнего короткого замыкания. Установлено, что использование частоты 180 Гц в измерительном приборе (ПИНП) по отношению к частоте 50 Гц приводит к повышению напряжения «до прикосновения» в области ввода тока неэквипотенциальных заземлителей на 22 – 47 %. Для эквипотенциальных заземлителей измерение напряжения «до прикосновения» на частоте 180 Гц дает отклонение от результата на частоте 50 Гц всего 3 %.

При использовании для измерения напряжения на металле частоты 180 Гц (прибор ПИНП) значение данного параметра для неэквипотенциальных заземлителей составляет от 0,5 до 10 В, что не превышает нормы по ГОСТ Р 51317.2.5-2000. Однако при пересчете на реальный ток КЗ, например 5 кА, значение электромагнитного возмущения (ЭМВ) превышает нормируемое в 36 раз.

Максимальное значение потенциалов на металле наблюдается в месте ввода тока, в месте удаленном от точки ввода тока отмечается понижение потенциала на металле (2,5 % для эквипотенциальных ЗУ; 29,3 % – для неэквипотенциальных). Максимальное значение напряжения «до прикосновения» наблюдается в месте удаленном от точки ввода тока (увеличение на 15 – 20 % – для эквипотенциальных, уменьшение в 1,5 раза – для неэквипотенциальных).

Нелинейность внутреннего продольного сопротивления максимальное влияние оказывает на неэквипотенциальные заземлители в области ввода тока. Так, для тока 200 А увеличение Uдп наблюдается в 2,5 раза, а для Uм имеет место увеличение на 20 – 30 % (по сравнению с током 1 А и 5 кА).

При вводе тока в 1А в модель эквипотенциального заземляющего устройства потенциал в месте ввода тока составляет 337 мВ, что превышает нормируемое значение (90 мВ) потенциала на ЗУ. В случае неэквипотенциального ЗУ потенциал в месте ввода тока составляет 41,2 мВ и не превышает нормы.

Оценено также влияние эквипотенциальности заземляющего устройства на электромагнитную обстановку.

Эквипотенциальные заземляющие устройства электроустановок (удельное сопротивление грунта г = 100 Омм и более) имеют отличие потенциала в месте ввода тока и в месте удаленном от точки ввода тока не более чем 5 – 10 %, что объясняется хорошей проводимостью металла и выравниванием потенциала по металлу (ухудшением электромагнитной обстановки при всех видах помех можно пренебречь). Следует учитывать ухудшение электромагнитной обстановки при воздействии напряжения «до прикосновения», так как во всех случаях его увеличение наблюдается на 20 – 40 %.

У неэквипотенциальных заземляющих устройств электроустановок отмечается ухудшение электромагнитной обстановки, так как наблюдается перепад потенциала по металлу на 15 – 30 %. Следует учитывать существенное ухудшение электромагнитной обстановки при воздействии напряжения «до прикосновения», так как наблюдается его изменение в 1,5 – 2,5 раза.

Таким образом, воздействие электромагнитных возмущений (частота тока, нелинейность внутреннего продольного сопротивления элементов ЗУ и др.) в ряде случаев превышает нормируемые значения, поэтому их необходимо учитывать для обеспечения надежной работы цифровой техники и, как следствие, принимать меры для выравнивания потенциала по элементам ЗУ.

Третья глава посвящена рассмотрению вопросов выравнивания потенциала на ЗУ с целью обеспечения одноточечного заземления цифрового оборудования, снижения влияния возмущений от ЗУ и улучшения электромагнитной обстановки в зоне расположения зданий с электронной аппаратурой с помощью покрытия из бетэла. Проведен сравнительный расчет выравнивания потенциала с помощью экрана из бетэла и стального листа на поверхности грунта. Результаты расчета (рисунок) показывают, что бетэл с удельным электрическим сопротивлением до 0,49 Омм и прочностью на сжатие до 20 МПа дает практически эквипотенциальное покрытие на расстоянии до 100 – 200 м от места ввода тока и, следовательно, полное выравнивание потенциала, тем самым улучшает электромагнитную обстановку на электроустановке

Выравнивание потенциала на ЗУ с помощью бетэла:

1 – сталь,  = 0,135 Оммм2/м; 2 – бетэл, – 0,16, прочность на сжатие 14 МПа; 3 – бетэл, – 34, прочность – 16,4; 4 – бетэл, – 0,49, прочность – 20; 5 – бетэл, – 0,9 Оммм2/м; прочность – 32,6 МПа

Применение защитного экрана из бетэла позволяет также снизить скорость коррозии стальных искусственных заземлителей: скорость максимальной коррозии в два – три раза, средней – в пять раз.

В четвертой главе определена степень снижения воздействия возмущений на параметры ЗУ после внедрения экрана из бетэла (таблица).

Установлено, что воздействие на параметры эквипотенциального ЗУ минимально и, как следствие, минимально влияние на цифровую технику, а воздействие возмущений на параметры неэквипотенциального ЗУ максимально.

Оценка степени снижения воздействия возмущений

Факторы, влияющие на параметры ЗУ

Степень снижения воздействия возмущений, %

Uмет

Uдп

Магнитное влияние вводимого в ЗУ тока

Нелинейность внутреннего продольного сопротивления элементов ЗУ

Частота вводимого в ЗУ тока

Неэквипотенциальность ЗУ

92,4

20,3

97

91,1

46,3

25,8

94

57,9

Внедрение защитного экрана из бетэла для подстанции ПС 35/10/6 кВ дает чистый дисконтированный доход в 394 тыс. р., при этом индекс доходности больше единицы, срок окупаемости внедрения экрана – 3,5 года.

Использование предложенного графоаналитического метода расчета коррозионных токов дает экономический эффект в 15 – 20 тыс. р. в год.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

  1. Оценена степень влияния искажающих факторов (коррозии заземлителей, частоты вводимого тока, нелинейности внутреннего продольного сопротивления стальных искусственных заземлителей, неэквипотенциальности ЗУ) на значения напряжения «до прикосновения» и напряжения на металле, установлено существенное (при пересчете на реальный ток КЗ 5 кА увеличение в 36 раз) влияние возмущений на параметры неэквипотенциального ЗУ.
  2. Разработан графоаналитический метод расчета коррозионных токов в ЗУ с упрощенным определением режима работы электродов (анод или катод), позволяющий при проектировании и эксплуатации электроустановок количественно оценивать опасность грунтовой коррозии и электрокоррозии от воздействия блуждающих токов, с погрешностью 9 %.
  3. Проведены расчеты коррозионных токов при различных конструктивных изменениях заземляющих систем (строительство новых ОРУ, прокладка дополнительных кабелей, трубопроводов, ВЛ и т. п.), позволившие оценить опасность коррозии количественно.
  4. Предложено выравнивать потенциал на заземляющих устройствах в зоне помещений с цифровой техникой с помощью электропроводного бетона (бетэла): бетэл с удельным электрическим сопротивлением до 0,49 Омм и прочностью на сжатие до 20 МПа дает эквипотенциальное покрытие на расстоянии до 100 м и устраняет влияние параллельных (неконтролируемых) цепей заземления, т. е. улучшает электромагнитную обстановку, при этом экран снижает скорость средней коррозии в пять раз, а максимальной – в два – три раза.
  5. Доказано существенное (до 97 %) снижение влияния возмущений на параметры ЗУ (потенциалы на металле, напряжение «до прикосновения») после внедрения экрана из бетэла.
  6. При обследовании технического состояния ЗУ тяговых подстанций Дальневосточной железной дороги ПС Волочаевка ЭЧЭ-9 Хабаровской дистанции электроснабжения ЭЧ-2 и ПС Фридман ЭЧЭ-30 Владивостокской дистанция электроснабжения ЭЧ-4 установлено, что на указанных тяговых подстанциях параметры электробезопасности (сопротивление растеканию, напряжение прикосновения) не превышают нормируемых по ГОСТ Р 12.1.038-2001 значений, при этом значение напряжения «до прикосновения» при пересчете на реальные токи КЗ (например, 5 кА) приближается к 1 кВ, что недопустимо при внедрении цифровых систем, следовательно, необходимо найти способы выравнивания потенциалов по элементам ЗУ подстанции.
  7. Применение защитного экрана из бетэла для подстанции ПС 35/10/6 кВ дает чистый дисконтированный доход в 394 тыс. р. в год, при этом индекс доходности больше единицы, срок окупаемости внедрения экрана составит 3,5 года.

Использование предложенного графоаналитического метода расчета коррозионных токов дает экономический эффект в 15 – 20 тыс. р. в год.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Разработка методики расчета и анализ влияния электромагнитных помех на параметры электробезопасности заземляющего устройства / Г. В. Иванов, Ю. В. Демин и др. // Известия Томского политехн. ун-та. 2008. № 4. Т.312. С. 66 70.

2. Графоаналитический инженерный метод расчета коррозионных токов многоэлектродной системы / Г. В. Иванов, Ю. В. Демин и др. // Известия Томского политехн. ун-та. 2007. № 2. Т. 310. С. 81 84.

3. Коррозия и защита электросетевых конструкций / Г. В. Иванов, Б. С. Кравченко и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2007. № 2. С. 86 – 95.

4. Оценка использования электропроводного бетона (бетэла) для выравнивания электрического потенциала на заземляющем устройстве / Г.В. Иванов, Ю.В. Демин и др. // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2007. № 2. С. 78 – 80.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»