Разработка алгоритма расчета параметров заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера при условии обеспечения их надежности
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ых электродов включают источник тока, обычно стабилизированный, к потенциальным - вольтметр. Ток , проходящий по земле между токовыми электродами, наводит на электродах и потенциалы и . Частное от деления разности потенциалов и (напряжение ) на ток , имеющее размерность сопротивления, принято называть сопротивлением четырехэлектродной установки . Зависимость сопртивления четырехэлектродной установки от ее геометрических параметров и в случае, когда земля абсолютно однородна, позволяет определить потенциалы, наводимые током на электродах и :
; (2.3)
(отрицательные знаки соответствуют условно отрицательным направлениям токов, входящих в электрод).
Разность потенциалов
,
откуда
.
Считая все электроды точечными и определив взаимные сопротивления между ними
; ,
рассчитывается
.
Следовательно,
,(2.4)
где коэффициент характеризует геометрию расположения электродов установки.
Для земли с неоднородной электрической структурой формальное применение (2.4) приводит к определению кажущегося удельного сопртивления , численно равного такому однородной земли, при котором четырехэлектродная установка с теми же и будет иметь такое же , как и в исходной неоднородной земле.
Если в случае неоднородной электрической структуры земли изменяется хотя бы один из параметров и , то одновременно изменяются значения и . Поэтому, в частности, достаточным свидетельством неоднородности земли может служить изменение при изменении геометрических параметров установки.
Необходимый для анализа объем информации может быть получен в результате множественных измерений при увеличивающихся значениях . Значения d также приходится увеличивать из-за ограниченной чувствительности приборов. Действительно, если d и I неизменны, а увеличивается, то разность потенциалов уменьшается почти обратно пропорционально квадрату , достигая при определенном соотношении и d нижнего предела надежного использования прибора.
Рассчитав ряд значений по (2.4) получают экспериментальную зависимость от - кривую ВЭЗ, содержащую первичную информацию об электрической структуре земли на площадке, где производили ВЭЗ.
Метод интерпретации кривых ВЭЗ основан на их сравнении с рядом аналогичных теоретических зависимостей, рассчитанных для определенных типов электрических структур земли с заданными параметрами - палеткой. Для этого кривую ВЭЗ строят в прямоугольных билогарифмических координатах, откладывая по осям координат не сами значения и , а их десятичные логарифмы.
При применении билогарифмических координат целесообразен строго определенный порядок изменения расстояния между электродами четырехэлектродной установки, при котором точки кривой ВЭЗ располагаются на чертеже достаточно плотно и равномерно.
Ориентировочно по виду кривой ВЭЗ определяют тип электрической структуры земли.
Вертикальное электрическое зондирование для районов Крайнего Севера производят обычно летом, хотя летний период с точки зрения глубинности электрического зондирования является наихудшим, так как большая часть тока в это время года стремится пройти по верхнему оттаявшему слою, мощность которого в среднем составляет не более 3 м.
Особый интерес в исследовании параметров земли в районах многолетнемерзлого грунта представляет метод дипольного электромагнитного профилирования (ДЭМП). Простота и высокая производительность, отсутствие принципиальных трудностей при использовании в зимних условиях позволяют рекомендовать метод ДЭМП в комплексе с методом ВЭЗ. Кроме того, она позволяет выявлять качественные изменения, происходящие в геоэлектрическом разрезе к моменту наступления электроопасного сезона.
В основе метода ДЭМП лежит представление о магнитном диполе как источнике электромагнитного поля. Рамка генератора, горизонтально расположенная над плоской границей раздела двух сред воздух - земля с удельными электрическими сопротивлениями, диэлектрическими и магнитными проницаемостями , , и , , , излучает электромагнитное поле, поляризованное в вертикальной плоскости.
Рис. 2.3. Метод дипольного электромагнитного профилирования.
Магнитный момент рамки определяется выражением , где I - ток в рамке; S - площадь рамки. Составляющие переменного электромагнитного поля диполя - вертикальная и радиальная , параллельная плоскости рамки, - связаны с электромагнитными свойствами пород через безразмерный параметр
, (2.5)
где - модуль волнового числа исследуемой среды; r - расстояние между центром диполя и точкой наблюдения поля, м.
Квадрат волнового числа среды определяется комплексным выражением
,(2.6)
где C - скорость света, ; - удельная проводимость грунта, ; f - частота электромагнитного поля, Гц.
Так как магнитная проницаемость больше части исследуемых пород мало отличается от единицы, то в дальнейшем от ее учета можно отказаться. Выражение (2.6) состоит из двух частей: мнимой, зависящей от плотности тока, проводимости, и вещественной, которая зависит от плотности тока смещения. Соотношение этих составляющих является функцией частоты излучаемого электромагнитного поля. Для упрощения параметры электромагнитного поля определяют, как правило, без учета токов смещения. Это справедливо для исследования низкоомных сред полями низкой ч