Результат интеллектуальной деятельности: Способ измерения сопротивления растеканию тока

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для измерения сопротивления растеканию тока.

Известен «Способ и устройство для измерения сопротивления заземлителя» по патенту РФ №2321009, МПК G01R 27/20 (2006.01), опубл. 27.03.08 г., Бюл. №9. Способ заключается в измерении сопротивления заземляющего устройства в минимальный отрезок времени, исключающий срабатывание защиты от замыкания на землю от замыкания на землю фазного провода.

Недостатком данного способа является узкая область его применения, обусловленная тем, что в способе-аналоге требуется наличие фазного провода электрической сети напряжением 220 В и цифрового тиристорного измерителя тока замыкания на землю.

Известен также «Способ измерения сопротивления заземляющего устройства при электроснабжении по кабельной линии» по патенту РФ №2761012 от 10.09.12 г., Бюл. №25, позволяющего проводить оценку соответствия сопротивления заземляющего устройства требованиям ПУЭ без отключения электроустановки. Способ включает измерение с помощью токоизмерительных клещей тока в нулевой жиле кабельной линии и одновременно тока, протекающего через заземляющее устройство.

Недостатком данного способа является узкая область его применения, обусловленная тем, что в способе-аналоге измерение сопротивления заземляющего устройства возможно только в предположении, что в кабельной линии постоянно протекает электрический ток.

Известны различные способы для измерения сопротивления заземляющего устройства (С.И. Коструба Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств. Монография. - М.: Энергоатомиздат, 1983 г. В.С. Азаров, Ю.М. Куприянович. Эксплуатационный контроль условий электробезопасности на подстанциях. - М.: Изд-во МГОУ).

Суть известных способов измерения сопротивления заземляющего устройства заключается в проведении через заземляющее устройство измерительного электрического тока, определении значения этого тока, определении значения электрического потенциала на заземляющем устройстве и вычислении искомого сопротивления заземляющего устройства по формуле, основанной на законе Ома.

Основным недостатком всех известных аналогов является высокая трудоемкость на измерение сопротивления растеканию тока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения сопротивления заземляющего устройства по методу амперметра и вольтметра, выбранный прототипом. Схема, поясняющая суть традиционного способа измерения сопротивления заземляющего устройства, представлена на фиг. 1.

Ближайший аналог (прототип) включает в себя следующую последовательность действий:

отсоединяют от заземляющего устройства 1 нулевой защитный провод (РЕ, PEN или N) электрической сети;

пропускают через заземляющее устройство 1 и забитый в землю 2 на достаточно большом расстоянии вспомогательный токовый электрод 7 электрический ток от переносного источника измерительного электрического тока (генератора) через амперметр 3, который показывает значение измерительного тока I (внутренний источник измерительного тока 8);

измеряют вольтметром 4, включенным между заземляющим устройством 1 и забитым в землю на достаточно большом расстоянии вспомогательным потенциальным электродом 5, возникшее при этом электрическое напряжение U на заземляющем устройстве;

определяют искомое сопротивление заземляющего устройства 6 по следующей известной из закона Ома формуле для неполной цепи, то есть без учета внутреннего сопротивления источника тока:

где U - напряжение, измеренное вольтметром, В;

I - ток, измеренный амперметром, А.

Однако недостатком способа-прототипа является то, что требуется наличие переносного источника измерительного электрического тока (генератора), токового электрода, который нужно забивать в землю, а затем извлекать его из земли, и наличие катушки с соединительными проводами, что делает способ сравнительно сложным и относительно дорогим.

Предлагаемый способ базируется на известных результатах практики [http://meandr.org/archives/24328] и их теоретическом обобщении [http://elektroprovodnik.ru/soedinenie-mednyx-i-alyuminievyx-provodov.html; http://electricalschool.info/main/390-pro-raznost-potencialov.html; http://fazaa.ru/uroki-elektrotexniki/ximicheskie-istochniki-elektricheskoj-energii.html, дата обращения 31.10.2015 г.].

Техническим результатом от использования заявленного способа является снижение трудоемкости и затрат на измерения сопротивления растеканию тока.

Технический результат достигается тем, что в известном способе измерения сопротивления растеканию тока, заключающемся в том, что отсоединяют от заземляющего устройства нулевой защитный провод электрической сети, устанавливают вспомогательный потенциальный электрод, отличающемся тем, что определяют внешнюю контактную разность потенциалов между заземляющим устройством и вспомогательным потенциальным электродом с помощью вольтметра с высоким внутренним сопротивлением, соединяют заземление и вспомогательный потенциальный электрод через высокоомное нагрузочное сопротивление и последовательно включенный амперметр, измеряют ток, протекающий через нагрузочное сопротивление, вычисляют сопротивление растеканию тока, применяя закон Ома для полной цепи.

Заявленное техническое решение поясняется следующими чертежами:

фиг. 1 - схема, поясняющая традиционный метод измерения сопротивления растеканию тока.

фиг. 2 - схема, поясняющая предлагаемый способ.

Заявленный способ реализуется следующим образом.

Известно [http://www.xumuk.ru/encyklopedia/914.html, Еремин В.В., Каргов С.И., Успенская И.А., Кузменко Н.Е., Лунин В.В. Основы физической химии. Теория и задачи: учебное пособие для вузов, Гальванические элементы и батареи // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т.и 4 доп.). - СПб., 1890-1907, http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_tech/268.], что два разнородных по применяемому материалу проводника, помещенные в электролит, являются гальваническим элементом, параметрами которого являются:

U - разность потенциалов между электродами гальванического элемента;

R_вн - внутреннее сопротивление источника, то есть искомое сопротивление земли.

Фрагмент данных о попарной разности потенциалов для разнородных материалов представлен в таблице:

Одним из вариантов пары с максимальной разностью потенциалов является «цинк-медь». При этом разность потенциалов существенно зависит и от качества среды между разнородными по материалам электродами, то есть фрагмента земной поверхности (земли). Ее (землю) можно рассматривать как своеобразный электролит с различными свойствами, от которого зависит внутреннее сопротивление рассматриваемого гальванического элемента, то есть искомого сопротивления земли.

На фиг. 2 представлена схема, поясняющая суть заявленного способа.

На некотором расстоянии от измеряемого заземления 1 монтируется в землю 2 вспомогательный потенциальный электрод 5 из материала, образующего пару по отношению к заземлителю с максимальной разностью потенциалов. В целом разность потенциалов на зажимах 1', 5' зависит от качества земли между двумя электродами (своеобразный электролит: вода и растворимые минералы в различных сочетаниях).

Напряжение на зажимах 1', 5' измеряют вольтметром 4 и запоминают. Параллельно вольтметру на зажимы 1' и 5' подключается последовательно цепь из высокоомного нагрузочного сопротивления R_N и амперметра 3. Измеряют ток и его значение запоминают. По формуле закона Ома для полной цепи

Путем математического преобразования получаем выражение для R_вн (внутреннее сопротивление гальванического элемента, то есть сопротивление земли 6 R_з)

В выражение подставляют запомненные значения U, I, R_н и рассчитывают внутреннее сопротивление гальванической пары, то есть полное сопротивление заземления R_вн(з) 6. При этом сопротивление земли 6 R_вн(з) представлено эквивалентной схемой из множества параллельно соединенных сопротивлений (R₁, Ri, R_n+1), каждое из которых может быть представлено совокупностью последовательно соединенных сопротивлений.

Благодаря использованию одного вспомогательного электрода и применению закона Ома для полной цепи обеспечивается снижение трудоемкости и затрат на измерения сопротивления растеканию тока, тем самым достигается сформулированный технический результат.