СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЕРЕНОСНОГО ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК H01R4/66 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к защитным и рабочим заземлителям передвижных электроустановок, и может быть использовано для обеспечения безопасности при эксплуатации передвижных электроустановок.

Известен способ эксплуатации поверхностного переносного электролитического заземлителя, выполненного в виде резервуара с дном в виде пористой пробки, заключающийся в установке заземлителя на грунт, заливке в него электролита через отверстие в резервуаре для заливки электролита [1].

Недостатком известного способа является невозможность регулирования величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте и длительности непрерывной работы заземлителя без доливки раствора электролита.

Известен способ эксплуатации поверхностного переносного электролитического заземлителя, выполненного в виде резервуара с дном в виде пористой пробки и имеющего дополнительную пористую пробку, которая устанавливается в отверстие в резервуаре для заливки раствора электролита, заключающийся в установке заземлителя на грунт, заливке через отверстие в резервуаре заземлителя раствора электролита и по достижении заземлителем нормированного значения сопротивления растеканию электрического тока установке в это отверстие дополнительной пористой пробки для повышения длительности непрерывной работы заземлителя без доливки электролита [2].

К недостаткам известного способа следует отнести относительно ограниченную возможность регулирования величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте и длительности непрерывной работы заземлителя без доливки раствора электролита.

В качестве прототипа выбран способ эксплуатации поверхностного переносного электролитического заземлителя, выполненного в виде резервуара с дном в виде пористой пробки и с приспособлением дросселирования воздуха, заключающийся в заливке через отверстие в резервуаре заземлителя раствора электролита, установке в отверстие в резервуаре заземлителя приспособления дросселирования воздуха, переводе приспособления дросселирования воздуха в положение "Закрыто", установке заземлителя на грунт, переводе приспособления дросселирования воздуха в положение "Открыто", использовании заземлителя по назначению, переводе приспособления дросселирования воздуха в положение "Закрыто" по окончании непосредственного использования заземлителя, снятии заземлителя с грунта [3].

Недостатком известного способа является относительно ограниченная возможность регулирования величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте и длительности непрерывной работы заземлителя без доливки раствора электролита.

Цель изобретения - обеспечение возможности регулирования величины сопротивления растеканию электрического тока поверхностного электролитического заземлителя в грунте и длительности непрерывной работы заземлителя без доливки раствора электролита путем изменения величины объемного расхода раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя посредством перевода приспособления дросселирования воздуха из состояния "Закрыто" через ряд промежуточных положений, обеспечивающих минимальный объемный расход Q_min раствора электролита, достаточный для поддержания величины сопротивления R_з растеканию электрического тока заземлителя в грунте, не превышающего нормированного значения R_з^н, т.е. R_з ≅ R_з^н, в состояние "Открыто".

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе эксплуатации поверхностного переносного электролитического заземлителя, выполненного в виде резервуара с дном в виде пористой пробки и с приспособлением дросселирования воздуха, заключавшегося в заливке через отверстие в резервуаре заземлителя раствора электролита, установке в отверстие в резервуаре заземлителя приспособления дросселирования воздуха, переводе приспособления дросселирования воздуха в положение "Закрыто", установке заземлителя в грунт, переводе приспособления дросселирования воздуха в положение "Открыто", использовании заземлителя по назначению, переводе приспособления дросселирования воздуха в положение "Закрыто" по окончании непосредственного использования заземлителя, снятии заземлителя с грунта, дополнительно введены новые операции: измерения сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте; перевода приспособления дросселирования воздуха по достижении величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з значения менее нормированного R_з^н в положение, обеспечивающее минимальный объемный расход Q_min раствора электролита; измерения сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте; перевода приспособления дросселирования воздуха при превышении величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з нормированного значения R_з^н в промежуточное положение, обеспечивающее объемный расход раствора электролита, достаточный для поддержания величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте, не превышающей нормированного значения.

Введение в дополнение к известной совокупности операции новых перечисленных операций позволяет при необходимости изменять внешнее давление на свободную поверхность раствора электролита в резервуаре заземлителя-изобретения Р_о^и за счет реализации в приспособлении дросселирования воздуха процесса адиабатического дросселирования, называемого также процессом Джоуля-Томпсона, т. е. медленного необратимого перехода от высокого атмосферного давления Р_А к низкому Р_о^и внутри резервуара заземлителя без сообщения или отнятия тепла извне.

Если приспособление дросселирования воздуха находится в состоянии "Открыто", то внешнее давление на свободную поверхность раствора электролита в резервуаре заземлителя-изобретения Р_о^и будет равно атмосферному Р_А, т. е. Р_о^и = Р_А. При этом скорость фильтрации раствора электролита U^и одинакова со скоростью фильтрации раствора электролита через пористую пробку для резервуара заземлителя-прототипа U^п, поскольку значение перепада давлений
Δ Р^и = Р^и_вх - Р^и_вых,
Δ Р^п = Р^п_вх - Р^п_вых, где Р^и_вх и Р^п_вх - давления электролита в резервуаре заземлителя-изобретения и заземлителя-прототипа соответственно в слое, соприкасающегося с пористым дном резервуара;
Р^и_вых и Р^п_вых - давления на поверхности грунта, соприкасающейся с дном резервуара заземлителя-изобретения и заземлителя-прототипа соответственно, определяемые соотношениями
Δ Р^и = Р_А + d_эh - Р_вых,
Δ Р^п = Р_А + d_эh - Р_вых, при условии
Р^и_вых = Р^п_вых = Р_вых, одинаковы как в начале фильтрации раствора электролита, когда глубина раствора электролита в резервуаре заземлителя относительно свободной поверхности раствора электролита h = h_max, так и в процессе вытекания раствора электролита из резервуара заземлителя, когда 0 ≅h≅ h_max. Уменьшение скорости фильтрации раствора электролита вследствие гидростатического давления d_эh (d_э - удельный вес раствора электролита) по мере вытекания раствора электролита из резервуара заземлителя в соответствии с линейным законом фильтрации Дарси также одинаково как для изобретения, так и для прототипа. Следовательно, для рассматриваемого состояния приспособления дросселирования воздуха объемный расход раствора электролита как для изобретения, так и для прототипа один и тот же.

Если приспособление дросселирования воздуха находится в любом промежуточном состоянии между состоянием "Открыто" и "Закрыто", то внешнее давление на свободную поверхность раствора электролита в резервуаре заземлителя-изобретения Р_о^и будет меньше атмосферного давления Р_А, т.е. Р_о^и < Р_А. При этом скорость фильтрации раствора электролита U^и заземлителя-изобретения из-за меньшего значения перепада давлений
Δ Р^и = Р^и_вх - Р_вых = Р_о^и + d_эh - Р_вых по сравнению с соответствующим перепадом у заземлителя-прототипа при фиксированном состоянии приспособления дросселирования воздуха меньше на величину
ΔU^ип = > 0 , где С - коэффициент проницаемости дна резервуара заземлителя в виде пористой пробки;
μ - коэффициент динамической вязкости электролита;
L - толщина пористой пробки дна резервуара заземлителя. Отсюда следует, что при фиксированном промежуточном состоянии приспособления дросселирования воздуха объемный расход раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя-изобретения, меньше чем у заземлителя-прототипа на величину
ΔQ^ип = ΔU^мп ·S = · S > 0 , где S - общая площадь поверхностного слоя пористой пробки дна резервуара заземлителя.

В общем случае при нахождении приспособления дросселирования воздуха в различных промежуточных состояниях в среднем объемный расход раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя-изобретения, меньше чем у заземлителя-прототипа на величину
ΔUИПср

= · · S ,
Pио_ср = , где Т_зп - длительность непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита. Вследствие указанного длительность непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита увеличивается по сравнению с длительностью непрерывной работы заземлителя-прототипа на величину
ΔT_зип= - = V_э , где V_э - объем раствора электролита в резервуаре заземлителя;
Q^п_ср - средний объемный расход раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя-прототипа. Численное значение приращения длительности непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита к соответствующей длительности непрерывной работы заземлителя-прототипа Т_зип регулируется путем изменения состояния приспособления дросселирования воздуха, приводящего к изменению величины внешнего давления на свободную поверхность раствора электролита заземлителя-изобретения Р_о^и. Оно изменяется от величины
Δ Т_зип = 0
при нахождении приспособления дросселирования воздуха только в состоянии "Открыто" в процессе применения заземлителя по назначению до величины Δ Т_зип = = Δ Т_зип^max при нахождении приспособления дросселирования воздуха в состояниях, все время обеспечивающих минимальный объемный расход Q_min раствора электролита, достаточный для поддержания величины сопротивления R_з растеканию электрического тока заземлителя в грунте менее нормированного значения R_з^н, т.е. R_з < R_з^н. Тогда регулируется и численное значение длительности непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита Т_зи от величины
Т_зи^min = T_зп при условии, что
Δ Т_зип = 0, до величины
Tmaзи^x = T_зп+ V при условии, что
Δ Т_зип = Δ Т_зип^max. Таким образом, достижение положительного эффекта при осуществлении предложенного способа эксплуатации поверхностного переносного электролитического заземлителя подтверждается обеспечением возможности регулирования длительности непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита от величины длительности непрерывной работы заземлителя-прототипа
Т_зи^min = T_зп до величины
Tmaзи^x = T_зп+ V В предельном случае такое регулирование позволяет увеличить длительность непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита по сравнению с заземлителем-прототипом на
ΔT%з_ип= · 100 процентов или в
N = раз.

Кроме того, в процессе применения заземлителя-изобретения по назначению регулируется численное значение скорости фильтрации раствора электролита через дно резервуара заземлителя от величины наибольшей, находящийся в интервале
U_omax^k≅U_max^и≅U_omax^н,
Uк0

_max= Uнo_max = , при нахождении приспособления дросселирования воздуха в состоянии "Открыто" в процессе применения заземлителя по назначению до величины наименьшей, определяемой зависимостью
U^и_min = Q_min^. S^-1 при нахождении приспособления дросселирования воздуха в состояниях, все время обеспечивающих минимальный объемный расход раствора электролита, достаточный для поддержания величины сопротивления R_з растеканию электрического тока заземлителя в грунте менее нормированного значения R_з^н, т.е. R_з < R_з^н. В связи с этим регулируется и объем раствора электролита, который добавляется к почвенному раствору грунта, соприкасающегося с пористым дном заземлителя, в единицу времени от величины наибольшей, находящейся в интервале
Q^k_omax ≅ Q^и_max ≅ Q^н_omax;
Qкo_max = · · S
Qнo_max = · · S при нахождении приспособления дросселирования воздуха в состоянии "Открыто" в процессе применения заземлителя по назначению до величины наименьшей, определяемой равенством
Q^и_min = Q_min при нахождении приспособления дросселирования воздуха в состояниях, все время обеспечивающих поддержание величины сопротивления R_з растеканию электрического тока заземлителя в грунте менее нормированного значения R_з^н, т.е. R_з < R_з^н. Таким образом, удельное количество раствора электролита в грунте, т.е. влажность грунта, также регулируется от величины наименьшей
W_min= , где m_ро - масса почвенного раствора грунта до установки заземлителя на грунт, содержащегося в объеме области растекания электрического тока в грунте;
М_г - масса грунта, содержащегося в области растекания электрического тока в грунте, до величины наибольшей W_max= , где V_э - объем раствора электролита в резервуаре заземлителя;
γ_э - плотность раствора электролита, содержащегося в резервуаре заземлителя;
М_р - масса почвенного раствора грунта, вытекающая из объема области растекания электрического тока в грунте за время непрерывной работы заземлителя-прототипа без доливки раствора электролита Т_зп. Это, в свою очередь, обеспечивает регулирование удельного электрического сопротивления грунта в месте установки заземлителя от величины наибольшей
ρ_г^max = K_во^-2,15. ρ_гв, где ρ_гв - удельное электрическое сопротивление грунта в состоянии полной влагонасыщенности;
К_во - коэффициент, равный отношению объема части порового пространства, занятого влагой до установки заземлителя на грунт, к полному объему порового пространства в области растекания электрического тока в грунте,- до величины наименьшей
ρ_г^min = ρ_гв. Отсюда величина сопротивления самого грунта R_г в области растекания электрического тока, а следовательно, и величина сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з также регулируются.

В случае, если дно резервуара заземлителя изготовлено в виде круглой пластины, величина сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте регулируется от величины наибольшей
Rmз

^ax = = . где D - диаметр дна резервуара заземлителя,- до величины наименьшей Rmзⁱⁿ = = .

Таким образом, достижение положительного эффекта при осуществлении предложенного способа эксплуатации поверхностного электролитического переносного заземлителя подтверждается обеспечением возможности регулирования величины сопротивления растеканию электрического тока поверхностного электролитического переносного заземлителя в грунте R_з.

Для заземлителя с дном в виде круглой пластины, например, регулирование обеспечивается от величины наибольшей
Rmз

ⁱⁿ = до величины наименьшей
Rmзⁱⁿ = В предельном случае такое регулирование позволяет изменять величину сопротивления растеканию электрического тока при эксплуатации заземлителя-изобретения с дном в виде круглой пластины на
ΔR%з = · 100 = · 100 = (1-K-2во^,15) · 100
процентов или в
M = = K-2во^,15 раз.

Изложенное доказывает соответствие предложенного технического решения критерию "положительный эффект".

Сущность изобретения заключается в обеспечении возможности регулирования величины сопротивления растеканию электрического тока поверхностного переносного электролитического заземлителя в грунте R_з и длительности непрерывной работы заземлителя без доливки раствора электролита Т_зи за счет изменения величины объемного расхода Q^и раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя, путем управления величиной скорости фильтраций раствора электролита U^и через дно резервуара заземлителя посредством изменения внешнего давления Р_о^и на свободную поверхность раствора электролита в резервуаре заземлителя благодаря изменению состояния приспособления дросселирования воздуха в диапазоне от состояния "Открыто" до состояния "Закрыто".

На чертеже показан продольный разрез устройства для осуществления предлагаемого способа при открытом положении приспособления дросселирования воздуха.

При непосредственном использовании по назначению поверхностный переносный электролитический заземлитель содержит резервуар 1, корпус которого выполнен из электропроводящего материала, зажим 2 для подключения заземляемого объекта, расположенный на корпусе резервуара, отверстие 3 в резервуаре заземлителя для заливки электролита, в которое установлено приспособление 4 дросселирование воздуха, раствор электролита 5, дно 6 в виде пористой пробки.

Способ эксплуатации поверхностного электролитического переносного заземлителя характеризуется выполнением следующих операций: заливают через отверстие 3 в резервуаре 1 заземлителя раствор электролита 5; устанавливают в отверстие 3 в резервуаре 1 заземлителя приспособление 4 дросселирования воздуха; переводят приспособление 4 в положение "Закрыто"; устанавливают заземлитель на грунт; переводят приспособления 4 в положение "Открыто"; используют заземлитель по назначению; измеряют сопротивление растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з; переводят приспособление 4 по достижении величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з значения менее нормированного R_з^н в положение, обеспечивающее минимальный объемный расход Q_min раствора электролита; измеряют сопротивление растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з; переводят приспособление 4 при превышении величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з нормированного значения R_з^н в промежуточное положение, обеспечивающее объемный расход раствора электролита, достаточный для поддержания величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте, не превышающей нормированного значения; переводят по окончании непосредственного использования заземлителя приспособления 4 в положение "Закрыто"; снимают заземлитель с грунта.

Техническое преимущество изобретения по сравнению с прототипом заключается в достижении возможности регулирования величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з и длительности непрерывной работы заземлителя без доливки раствора электролита Т_зи за счет изменения величины объемного расхода раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя, посредством изменения скорости фильтрации раствора электролита U^и через дно резервуара заземлителя путем изменения внешнего давления Р_ои на свободную поверхность раствора электролита в резервуаре заземлителя благодаря изменению состояния приспособления дросселирования воздуха в диапазоне от состояния "Открыто" до состояния "Закрыто".

Положительный эффект в результате использования изобретения состоит в следующем.

1) В регулировании длительности непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита от величины длительности непрерывной работы заземлителя-прототипа
Т_зи^min = Т_зп до величины
Tmaзи

^x = T_зп+V_э· , где V_э - объем раствора электролита в резервуаре заземлителя;
Q^п_ср - средний объемный расход раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя-прототипа;
Q^ип_cp.max - наибольшая средняя разность объемного расхода раствора электролита у заземлителя-прототипа и заземлителя-изобретения.

В предельном случае такое регулирование позволяет увеличить длительность непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита по сравнению с заземлителем-прототипом на
ΔT%з

_ип = · 100 процентов или в
N = раз;
2) В регулировании величины удельного электрического сопротивления грунта ρ_г в месте установки заземлителя, например, от величины наибольшей
ρ_г^max = K_во^-2,15. ρ_гв до величины наименьшей
ρ_г^min = ρ_гв, где К_во - коэффициент, равный отношению объема части порового пространства, занятого влагой до установки заземлителя на грунт, к полному объему порового пространства в области растекания электрического тока в грунте;
ρ_гв - удельное электрическое сопротивление грунта в состоянии полной влагонасыщенности. Это, в свою очередь, обеспечивает регулирование величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте R_з. Например, для заземлителя с дном в виде круглой пластины регулирование обеспечивается от величины наибольшей
Rmз^ax = до величины наименьшей
Rmзⁱⁿ = . В предельном случае такое регулирование позволяет изменять величину сопротивления растеканию электрического тока при эксплуатации заземлителя-изобретения с дном в виде круглой пористой пластины на
Δ R_з^% = (1 - К_во^2,15) ^.100 процентов или в
М = К_во^-2,15 раз.

Ожидаемый экономический эффект от использования изобретения на одной передвижной электроустановке в предельном случае Δ С может быть определен путем сопоставления стоимости раствора электролита, необходимого для обеспечения эксплуатации заземлителя-изобретения и заземлителя-прототипа в течение всего срока эксплуатации передвижной электроустановки Т_пэо по формуле
ΔC = qC_эV · SWi , где q - количество поверхностных электролитических переносных заземлителей, используемых на одной передвижной электроустановке;
С_э - стоимость единицы объема раствора электролита;
V_э - объем раствора электролита, заливаемого в резервуар заземлителя;
Q^п_ср - средний объемный расход раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя-прототипа;
Δ Q^ип_ср.max - наибольшая средняя разность объемного расхода раствора электролита у заземлителя-прототипа и заземлителя-изобретения;
Т_зи^max - наибольшая длительность непрерывной работы заземлителя-изобретения без доливки раствора электролита;
swi(x) - наименьшее целое, которое больше или равно х.

Сущность изобретения: способ состоит в заливке через отверстие в резервуаре заземлителя раствора электролита, установке в отверстие резервуара заземлителя приспособления дросселирования воздуха и заливке через него электролита. После измерения сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте при открытом положении приспособления дросселирования и установлении величины сопротивления растеканию менее нормированного значения переводят приспособление дросселирования воздуха в положение, соответствующее минимальному расходу электролита. Повторно измеряют сопротивление растеканию электрического тока заземлителя в грунте и при превышении его величины нормированного значения переводят приспособление дросселирования воздуха в положение, обеспечивающее расход электролита, достаточный для поддержания величины указанного сопротивления, не превышающей нормированного значения. 1 ил.

СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЕРЕНОСНОГО ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ, выполненного в виде резервуара с дном в виде пористой пробки и с приспособлением дросселирования воздуха, заключающийся в заливке через отверстие в резервуаре заземлителя раствора электролита, установке в отверстие в резервуаре заземлителя приспособления дросселирования воздуха, переводе приспособления дросселирования воздуха в положение "Закрыто", установке заземлителя на грунт, переводе приспособления дросселирования воздуха в положение "Открыто", использовании заземлителя по назначению, перевода приспособления дросселирования воздуха в положение "Закрыто" по окончании непосредственного использования заземлителя, снятие заземлителя с грунта, отличающийся тем, что, с целью регулирования величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте и длительности непрерывной работы заземлителя без доливки раствора электролита путем изменения величины объемного расхода раствора электролита, залитого в резервуар заземлителя, после перевода приспособления дросселирования в положение "Открыто" измеряют сопротивление растеканию электрического тока заземлителя в грунте и при достижении этой величины значения менее нормированного переводят приспособление дросселирования воздуха в положение, обеспечивающее минимальный расход электролита, затем снова измеряют сопротивление растеканию электрического тока заземлителя в грунте и при превышении величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте нормированного значения переводят приспособление дросселирования воздуха в промежуточное положение, обеспечивающее расход раствора электролита, достаточный для поддержания величины сопротивления растеканию электрического тока заземлителя в грунте, не превышающей нормированного значения.