108 Кроме этого, увеличивается отношение между

Вторая российская молодежная научная школа-конференция
«Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи»
Секция 1. Энергоэффективные технологии в электромеханике
Кроме этого, увеличивается отношение между сопротивлениями rx и xc , что
позволит получить информацию о координате через определение емкости и уменьшить
влияние rx, на точность измерения. Однако сдвиг рабочего диапазона преобразователей
в сторону увеличения частоты будет приводить к увеличению токов, поскольку
сопротивление стремительно снижается и уже на частоте 100 кГц становится меньше 1
кОм.
1.
2.
3.
4.
5.
ЛИТЕРАТУРА
Шишмарев, В. Ю. Средства измерений: учебник для студ. учреждений с проф.
образования / В. Ю. Шишмарев. – 4-е изд., стер. – М. Издательский центр
«Академия», 2010. – 320 с.
Сошинов, А. Г. Преобразователи неэлектрических величин: Учеб. пособие./
ВолгГТУ, Волгоград, 2002. – 36 с.
R.S. Khandpur. Handbook of Analytical Instruments. – 2nd Revised edition – London:
McGraw-Hill Professional, 2006. – 770 p.
Гринюк, Д. А. Устройство непрерывного измерения процесса смачивания/ Д. А.
Гринюк, И. О. Оробей, Н. М. Богослав // Труды БГТУ. Сер. VI, Физ.-мат. науки и
информатика. - 2011. - Вып. XVIII. - С.108–112.
Vladimir Mitrovic. Pico C.//Elektor Electronics №4 2011 – С. 24-29
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ ПРОЦЕССОВ
В ГРУНТАХ ПРИ СТЕКАНИИ ИМПУЛЬСНЫХ ТОКОВ С ЗЕЗЕМЛИТЕЛЕЙ
Ивонин В.В.
Кольский научный центр РАН, Россия, г. Апатиты
Заземляющее устройство является важным компонентом любой энергосистемы в
отношении защиты людей и оборудования от внутренних перенапряжений, а также от
внешних, вызванных разрядами молний. Основное требование к данным устройствам –
минимальные значения их сопротивления относительно удаленной земли для
обеспечения достаточно низкого потенциала на них. Известно, что сопротивление
заземлителей зависит от их конструкции и удельного сопротивления окружающего
грунта.
Грунт представляет собой совокупность веществ, включающих воду, воздух, гравий,
песок, глину, минеральные и органические соединения. Свойства этих веществ влияют
на электрические характеристики грунта. И хотя характеристики пробоя жидких,
твердых и газообразных диэлектриков хорошо изучены [1], физическая модель, которая
была универсальной в отношении характеристик пробоя составных грунтов ещё не
разработана. Поэтому изучению электромагнитных процессов, протекающих в
заземлителях и прилегающих к ним грунтах, уделяют большое внимание, особенно в
районах c высоким удельным сопротивлением грунта, к которым относится Кольский
полуостров.
Принято считать, что электрическое поле, созданное большими токами, приводит к
появлению искровых каналов в водной среде и по газовым включениям в грунте,
окружающем электрод [2]. Так как удельное сопротивление плазмы в этих каналах
ниже, чем удельное сопротивление окружающего грунта, происходит существенное
уменьшение сопротивления заземляющего электрода. Это явление обычно называют
ионизацией грунта или искрообразованием в грунте.
108
Вторая российская молодежная научная школа-конференция
«Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи»
Секция 1. Энергоэффективные технологии в электромеханике
В данной работе приведены результаты лабораторных исследований нелинейных
процессов при стекании импульсных токов с заземлителей. Целью работы было
определить зависимость импульсного сопротивления заземлителя от параметров
приложенного импульса (амплитуда и длительность) и влажности окружающего
грунта. Эксперименты проводились для заземлителей разной конфигурации.
Импульсным характеристикам грунта посвящено множество работ. Многие ученые
занимались изучением процессов искрообразования и ионизации грунта. Основным
параметром этих процессов является критическая напряженность электрического поля
(EС), при которой в грунте начинаются процессы ионизации и искрообразования.
В данной работе мы рассматриваем импульсное сопротивление заземлителей:
U (t )
Z (t ) 
I (t )
(1)
На рис. 1 приведена схема генераторной установки с ее основными параметрами,
сопряженной со стеклянным резервуаром с увлажненным кварцевым песком, в котором
был размещен электрод. Генератор импульсных напряжений (ГИН) выполнен по
классической схеме Аркадьева-Маркса. ГИН имеет емкость в ударе 0,05 мкФ.
Сопротивление формирующего резистора (Rдоп) изменялось в диапазоне от 50 Ом до 20
кОм. Напряжение на выходе ГИН регулировалось источником зарядного напряжения и
искровым шаровым промежутком.
Рис. 1. Схема генераторно-измерительной установки
Для измерения импульсных напряжений на электроде использовался омический
делитель, высоковольтное плечо которого равнялось RД = 20 кОм. Токи, протекающие
через грунт, регистрировались с помощью мостового шунта, выполненного по схеме
Пашена [3]. Сопротивление шунта RШ = 0,39 Ом.
Стеклянный резервуар использовался для проведения, помимо осциллографических
исследований, оптических наблюдений процессов искрообразования.
Исследования проводились для двух типов электродов (шара и диска) при разных
влажностях грунта (10% и 20%). Амплитуда генерируемого импульса изменялась от 10
до 60 кВ, длительность напряжения на полувысоте ( ) от 1 до 80 мкс, фронт импульса
равен примерно 1 мкс.
Электродная система с однородным полем вблизи электрода.
Электрод представляет собой латунный шар диаметром 30 мм. На рис. 2
представлены импульсные сопротивления электродной системы при разных
длительностях напряжения. Амплитуда импульса 30 кВ. Влажность грунта 10 %.
109
Вторая российская молодежная научная школа-конференция
«Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи»
Секция 1. Энергоэффективные технологии в электромеханике
Рис. 2. Импульсное сопротивление сферического электрода при разных длительностях
приложенного импульса напряжения
1 –  =35 мкс, 2 –  =45 мкс, 3 –  =64 мкс, 4 –  =80 мкс
Увеличение длительности импульса напряжения приложенного к электроду
приводит к резкому уменьшению импульсного сопротивления электрода, что в свою
очередь связанно с возникновением и увеличением искровых каналов в грунте. Однако,
как видно из рис. 2, увеличение длительности импульса более 64 мкс не приводит к
значительным изменениям импульсного сопротивления.
При увеличении влажности грунта до 20 % процессы искрообразования не
возникали вплоть до амплитуды импульса напряжения 48 кВ. При амплитуде 54 кВ
искровые процессы в грунте возникали, однако изменение длительности импульса не
приводило к значительным изменениям импульсного сопротивления электрода.
Оптически процессы искрообразования не наблюдались. Это связанно с тем, что
стекло сильно искажает распределение электрического поля вокруг сферического
электрода [4].
Электродная система с резконеоднородным полем вблизи электрода.
В данной серии опытов использовался электрод в виде тонкого диска, касающегося
стекла в емкости с влажным грунтом. Параметры диска: диаметр D = 21,5 мм, толщина
– 1 мм. Целью исследования было нахождение корреляции между параметрами
искрообразования, регистрируемыми осциллографическим и оптическим методами.
Ниже приведены результаты опытов при влажности грунта 10 %, напряжении ГИН
42 кВ и длительности импульса 2 – 70 мкс.
Рис. 3. Импульсные сопротивления электродной системы в виде диска при разных
длительностях приложенных импульсов напряжения
110
Вторая российская молодежная научная школа-конференция
«Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи»
Секция 1. Энергоэффективные технологии в электромеханике
В отличие от сферического электрода, в данной серии опытов искровые каналы
начали возникать в грунте уже при амплитуде импульса напряжения 30 кВ. Это
связанно с тем, что электрическое поле вокруг диска распространяется неравномерно и
концентрируется на боковой поверхности диска. Таким образом, даже при
относительно небольшой амплитуде импульса, напряженность электрического поля на
боковой поверхности диска будет достигать критического значения, в результате чего
от неё будут развиваться искровые каналы.
Как видно из рис. 3, при амплитуде импульса 42 кВ искровые процессы в грунте
возникают даже при очень коротких импульсах (2 мкс). Как и в предыдущей серии
опытов, увеличение длительности импульса приводит к уменьшению импульсного
сопротивления электродной системы.
Одновременно с осциллографическими исследованиями, в работе проводились
оптические наблюдения процессов искрообразования в грунте. На рис. 4 приведены
фотографии, полученные в результате данных экспериментов.
 =27 мкс
 =2 мкс
 =70 мкс
Рис. 4. Фотографии искровых процессов вокруг электрода
Полученные фотографии хорошо соответствуют полученным осциллограммам.
Увеличение длительности приложенных импульсов напряжения приводит к
увеличению интенсивности искровых каналов, их размерам и яркости. Единственное
расхождение наблюдается при длительностях импульса более 33 мкс, когда увеличение
длительности перестает оказывать влияние на импульсное сопротивление электрода,
хотя по полученным фотографиям видно, что характер процесса искрообразования
изменяется.
Заключение.
Импульсное сопротивление электрода в грунте зависит от уровня напряжения. С
ростом напряжения примерно пропорционально снижается значение установившегося
сопротивления электрода в грунте.
Процесс образования искровой зоны в грунте вокруг электрода, увеличивающий
поверхность стекания и, соответственно, снижающий сопротивление электрода
относительно грунта, является процессом крайне медленным относительно времени
нарастания напряжения.
При однородных полях вблизи электрода наблюдается запаздывание начала
искрообразования при напряженностях поля, превышающих напряженность начала
искрообразования. Время запаздывания в зависимости от напряжения лежит в
интервале от 1 до 15 мкс.
111
Вторая российская молодежная научная школа-конференция
«Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи»
Секция 1. Энергоэффективные технологии в электромеханике
Увеличение влажности грунта приводит к уменьшению стационарного
сопротивления заземлителя, однако в данном случае процессы искрообразования
начинаются при больших значениях амплитуды приложенного импульса напряжения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Костенко М.В. Техника высоких напряжений / под ред. М.В.Костенко. – М.: Высш.
шк., 1973. – 528 с.
2. Рябкова Е.Я. Заземления в установках высокого напряжения. – М.: Энергия, 1978. –
224 с.
3. Данилин А.Н. Разработка высоковольтных систем генерирования и регистрации
импульсов, моделирующих атмосферные перенапряжения в подземных
проводниках. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических
наук. – Ленинград, 1990. – 231 с.
4. Данилин А.Н., Ивонин В.В. Оценка корректности оптических наблюдений
процессов искрообразования вокруг электродов, размещенных в увлажненном
грунте // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. – 2013. – №4(17). – С.
32-38.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ИЗНОСА ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОННОГО ТОКА ПРИ ПОВТОРНОКРАТКОВРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ
Дрозд А.С.
Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск
Современные
тенденции
развития
электротехнической
промышленности
направлены на повышения уровня безопасности и качества эксплуатируемых изделий.
Одним из показателей качества является срок службы изоляции обмоток. Снижение
температуры нагрева обмоток позволяет уменьшить тепловой износ. Таким образом,
можно сделать вывод, что снижение температуры обмоток электродвигателя
постоянного тока для масляного насоса тепловоза и нахождение относительного
теплового износа изоляции является актуальным в настоящее время.
Целью работы является изучение теплового состояния базового электродвигателя
постоянного тока и нахождение способов уменьшения температуры электродвигателя
при эксплуатации с целью увеличения надежности обмоток.
Электродвигатель эксплуатируется в повторно-кратковременном режиме работы,
поэтому расчет температуры нагрева обмоток производится по особой методике,
учитывающий продолжительность включения и остывания электродвигателя [1]. Такой
метод теплового режима называется нестационарным, позволяющим найти диапазон
колебания температур электродвигателя в данном режиме. То есть, температура
электродвигателя варьируется между минимальным и максимальным значениями, при
этом температура не достигает установившейся и не опускается до температуры
окружающей среды.
Существует много разных конструктивных решений для улучшения охлаждения
электродвигателя. Для охлаждения якоря или ротора применяются вентиляционные
каналы [2].
Охлаждение станины и обмоток статора (индуктора) может быть наружным и
внутренним. Наружный обдув осуществляется вентилятором, который устанавливается
112