Разработка алгоритма расчета параметров заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера при условии обеспечения их надежности
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
>
Приложения
Введение
Электрозащитная функция заземляющего устройства состоит в ограничении до допустимых пределов напряжения, под которое может попасть человек, прикоснувшийся к заземленному корпусу электроустановки (к металлическим конструкциям электроустановки, нормально не находящимся под напряжением), во время замыкания фазы на корпус или землю, или в обеспечении достаточной для срабатывания релейной защиты проводимости цепи замыкания находящихся под рабочим напряжением частей электроустановки на заземленный корпус или землю.
Проблема электробезопасности в электроустановках, сооружаемых и эксплуатируемых в условиях многолетнемерзлых грунтов, исключительно многогранна, и ее качественное решение немыслимо без использования новейших достижений в области электротехники, геофизики, вычислительной математики и т. д. На протяжении почти всей истории электротехники вопросам теории поля тока при замыканиях на землю, расчетам и эксплуатации заземляющих устройств уделялось огромное внимание. Развитие теории заземляющих устройств совершенствовалось с развитием взглядов на механизм поражения человека и животных электрическим током. Исследования электрического поля и характеристик заземлителей, оказывающих непосредственное влияние на напряжение, под которое могли попадать люди, обслуживающие электроустановки, с самого начала относились к категории сложных задач электротехники. Трудности обусловливались в основном сложностью электрической структуры земли, невозможностью получения достоверной информации о строении грунта, изменчивостью параметров земли в зависимости от природно-климатических условий: колебаний температуры, уровней грунтовых вод и т. д.
В основе всех разделов теории заземляющих устройств (математического описания их рабочего процесса, методов предпроектных изысканий, расчета, эксплуатационного контроля) лежит модель системы заземлитель-земля. Модель, как известно, должна наиболее полно отражать влияние факторов, определяющих рассматриваемое явление, однако их выделение возможно лишь путем изучения явления. В свою очередь, большое влияние на изучение явления оказывает развитие и совершенствование моделей системы.
Применительно к заземляющим устройствам до настоящего времени в основном использовали два вида моделей: математические, т. е. описания изучаемых явлений с помощью строго определенных математических символов и операций над ними (при некоторых допущениях), и физические, т. е. такие материальные системы, в которых изучаемые свойства явления имеют такую же физическую сущность, что и в оригинале.
Важной абстракцией, сильно упростившей ранние аналитические исследования электрического поля заземлителей и его физическое моделирование, явилось представление земли в виде проводящего однородного полупространства (однородная земля). Использование подобной модели и теории поля позволило глубоко проанализировать установившиеся электрические поля простых одиночных заземлителей и наметить методы исследования и расчёта электрических полей сложных заземлителей, состоящих из нескольких электродов, в частности, метод определения взаимного потенциального влияния их электродов. Многочисленные, преимущественно экспериментальные исследования взаимного потенциального влияния электродов сложных заземлителей привели к созданию справочных таблиц коэффициентов использования, коэффициентов напряжения прикосновения и шага.
Метод расчета сопротивления сложных заземлителей с применением коэффициентов использования, однако, не позволял учитывать основные конструктивные параметры заземлителей (размеры и взаимное расположение вертикальных и горизонтальных элементов и т. д.), что привело к необходимости разработки аналитических методов расчета сложных заземлителей, основанных на применении математического аппарата теории поля. В соответствии с этой теорией электрическое поле сложного заземлителя находят аналитически как результирующее поле токов, выходящих в землю с его электродов. При этом потенциал в любой точке пространства, окружающего заземлитель, получают наложением потенциалов, создаваемых токами электродов.
Токораспределение между электродами сложного заземлителя определялось решением системы уравнений с собственными и взаимными сопротивлениями, аналогичными собственным и взаимным потенциальным коэффициентам в системе заряженных тел. Такой подход к анализу электрического поля сложных заземлителей дал возможность определять наряду с сопротивлением заземлителя и распределение потенциала на поверхности земли, а, следовательно, и напряжение прикосновения и шага.
С ростом уровней напряжения электроустановок увеличились значения токов замыкания на землю. При этом для обеспечения допустимых значений напряжения на заземлителе его сопротивление должно было иметь ничтожно малую величину. Устройство таких заземлителей в большинстве случаев оказывалось технически неосуществимым, тем более в районах с большим удельным сопротивлением грунта.
Параллельно с общей теорией заземляющих устройств развивались и приближенные инженерные методы их расчета, максимально упрощающие проектные работы, но обеспечивающие требуемую степень точности расчетных показателей.
Широкое внедрение комплектных распределительных устройств привело к заметному уменьшению территорий электроустановок. Применение кабельных линий без металлических оболочек