Вестник МГТУ. 2018, №4.

Вестник МГТУ. 2018. Т. 21, № 4. С. 596-606. DOI: 10.21443/1560-9278-2018-21-4-596-606 Более обоснованным является использование в измерителях переходного импеданса ЗУ импульсов тока и напряжения прямоугольной формы с короткими (первые сотни наносекунд) фронтами. Такие импульсы позволяют точнее моделировать воздействие на ЗУ токов молнии, которые имеют широкий частотный спектр (если для первичного разряда молнии время нарастания составляет от 1 до 10 мкс, то для повторных разрядов - 0,1-1 мкс 2 [6]). Квазипостоянная на интервале измерения амплитуда U G (t) [или I G (t)] повышает точность определения переходного импеданса и стационарного сопротивления ЗУ. Экспериментально полученная временная зависимость переходного импеданса ЗУ Z G (t) на интервале измерения может обрабатываться по различным алгоритмам. Так, в программно-измерительном комплексе ZED-Meter 3 , предназначенном для измерения сопротивлений ЗУ опор ВЛ без отсоединения грозотроса, устанавливается медианное значение Z G (t), полученное на измерительном интервале 500 нс < t < 1000 нс. Начальный момент измерительного интервала определяется временем окончания переходных процессов и отражений волны тока от конструкционных элементов опоры и ее заземлителя, а конечный - приходом отражений от заземляющего электрода токового контура (1 000 нс при расстоянии от ЗУ до заземляющего электрода 100 м). ГИН комплекса формирует измерительный импульс прямоугольной формы с временем нарастания 100-150 нс и длительностью 1-1,5 мкс. Окончательное значение стационарного сопротивления опоры R f определяется с учетом того, что на интервале измерения параллельно ЗУ опоры включены два волновых сопротивления линии "грозотрос - поверхность земли" Z OHGW 4 . Для описания реакции отдельностоящих сосредоточенных ЗУ на импульсное воздействие используют простейшую R-L-C-схему замещения [6]. Если форма импульса тока, формируемого измерительной системой, на достаточном временном интервале близка к единичному импульсу (единичной функции Хэвисайда), то, нормируя переходное сопротивление с учетом реальной амплитуды импульса тока, получают переходную характеристику ЗУ z(t). Учитывая, что полученная переходная характеристика ЗУ не зависит от параметров импульса тока молнии, и используя интеграл Дюамеля, определяют напряжения, возникающие на ЗУ под воздействием грозовых импульсов тока различной формы и амплитуды. По передаточной характеристике с помощью различных алгоритмов синтезируют R-L-C-схему замещения ЗУ и используют ее при проведении комплексных расчетов по грозозащите [7]. Таким образом, кроме прикладного применения (для определения стационарного сопротивления ЗУ опор ВЛ под грозотросом), комплексы, использующие измерительные импульсы тока прямоугольной формы и определяющие переходный импеданс ЗУ на интервале измерения, могут применяться при решении более общих задач грозозащиты. Материалы и методы В Центре физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН проводятся многолетние исследования по грозозащите, включающие разработку методик и алгоритмов, позволяющих на основе экспериментально полученных временных зависимостей тока через ЗУ I G (t), падения напряжения на ЗУ U G (t) и расчетной кривой переходного импеданса Z G (t) определять параметры элементов простейшей R-L-C-схемы замещения сосредоточенного ЗУ при импульсном воздействии. В процессе изучения учитывается специфика грунтов Крайнего Севера, характеризующихся высоким удельным сопротивлением. В результате проведенных исследований были разработаны принцип действия, функциональная и принципиальная схемы генераторно-измерительного комплекса для экспериментального определения параметров ЗУ импульсным методом, испытаны несколько действующих макетов и создан опытный образец прибора для измерения сопротивления ЗУ опор ВЛ без отсоединения грозотроса (рис. 1). Методика измерений, этапы разработки схемы прибора, его устройство и принцип действия, а также результаты полевых испытаний были опубликованы ранее в ряде работ [1; 3; 4; 8]. Кроме требований к генератору импульсов тока измерительного комплекса, рассмотренных во введении (крутой фронт и постоянство амплитуды на интервале измерения), при выборе схемы генератора принимались во внимание следующие особенности определения сопротивления ЗУ импульсным методом: - в процессе измерения необходимо учитывать волновые свойства всех проводников, по которым протекает ток генератора. Как отмечалось выше, волновое сопротивление линии "грозотрос - поверхность земли" составляет 400-500 Ом 5 [3]; 2 IEEE 81-2012. IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Grounding System. New York, 2012. 86 p. 3 1008734. The EPRI Zed-Meter: a new technique to evaluate transmission line grounds. URL: https://ru.scribd.com/ document/352745356/1008734-the-EPRI-Zed-Meter. 4 См.: Там же; Methods for measuring the earth resistance of transmission towers equipped with earth wires. URL: file:///C:/Users/frolovala/Downloads/ELT_220_6.pdf. 5 1008734. The EPRI Zed-Meter: a new technique to evaluate transmission line grounds. URL: https://ru.scribd.com/ document/352745356/1008734-the-EPRI-Zed-Meter. 597