Разработка алгоритма расчета параметров заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера при условии обеспечения их надежности
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
изменило общую картину естественных протяженных заземлителей. В таких условиях оказалось практически невозможным с помощью обычных заземлителей, размещаемых в пределах площадей электроустановок, обеспечить требуемые нормами значения сопротивления и напряжения заземлителей относительно земли. Для достижения требуемых нормами параметров приходилось расширять территорию, занимаемую заземлителем, либо выполнять глубинные заземлители. И то и другое заметно повышало стоимость заземляющих устройств.
Данное обстоятельство привело к применению в пределах сравнительно небольших территорий подстанций заземляющих сеток (преимущественно состоящих из горизонтальных элементов), ограничивающих напряжения прикосновения и шага до безопасных величин. Однако сопротивления и напряжения на заземлителе, как правило, при этом оказывались значительно выше нормируемых значений.
На основании опыта сооружения и эксплуатации заземляющих устройств стало видно, что в большинстве случаев их характеристики, найденные расчетом, не совпадали с действительными значениями. Отклонения достигали сотен процентов. Анализ ошибок показал, что основным их источником было отсутствие должного учета реальной неоднородности удельного сопротивления земли. Теперь в расчетах заземляющих устройств вместо проводящего полупространства с однородным удельным сопротивлением была введена [27] новая расчетная модель в виде полупространства, состоящего из двух или нескольких слоев земли с однородным в пределах слоя удельным сопротивлением и поверхностями раздела между слоями, параллельными границе полупространства.
Двухслойная расчетная модель в основном отражала изменения удельного сопротивления по глубине поверхностных слоев земли, вызванные, в первую очередь, закономерными изменениями влажности и температуры, и сыграла важную роль в развитии теории заземляющих устройств и в улучшении их технико-экономических показателей.
Вместе с тем введение двухслойной расчетной модели привело к необходимости использовать при анализе электрического поля заземлителей гораздо более сложный и громоздкий математический аппарат. Было применено известное в геофизике решение краевой задачи об электрическом поле точечного источника тока, находящегося в двухслойном проводящем полупространстве, и получены выражения для потенциала электрического поля и сопротивления простых заземлителей (вертикального стержня, горизонтальной полосы, кольца), расположенных в земле с двухслойной электрической структурой.
Выполненные расчеты показали, что при наличии двухслойной структуры земли значение эквивалентного удельного сопротивления существенно различно для вертикального и горизонтального электродов и зависит при прочих равных условиях от их длины и глубины заложения. Этот вывод одновременно показал, что повсеместно принятый способ экспериментального определения удельного сопротивления земли на площадках, предназначенных для сооружения заземляющих устройств, с помощью одиночного пробного электрода или однократным измерением по четырехэлектродной схеме является одной из главных причин значительных расхождений между расчетными и действительными значениями характеристик заземлителей.
Кроме того, источником значительных ошибок при проектировании заземляющих устройств были поправочные (сезонные) коэффициенты, учитывающие возможное увеличение измеренного удельного сопротивления земли вследствие промерзания грунта. Сезонные коэффициенты также не учитывали влияния размеров и конструкции заземлителей на удельное сопротивление. Коренной пересмотр сложившейся теории заземляющих устройств, методов их расчета, проектирования и эксплуатационного контроля стал неизбежен.
Дальнейшее развитие теории заземляющих устройств пошло в двух основных направлениях:
- разрабатывали теоретические основы методов расчета заземлителей в земле с неоднородным удельным сопротивлением грунта;
создавали и совершенствовали методы определения расчетных значений параметров электрической структуры земли на площадках, предназначенных для сооружения заземлителей.
Результатом разработок явилось доказательство принципа соответствия электрических полей, позволившее получить точное решение задачи об установившемся электрическом поле некоторых одиночных заземлителей, имеющих форму тел вращения (вытянутый и сплюснутый полуэллипсоиды, полусфера) и расположенных в земле с весьма сложными электрическими структурами. Применительно к сложным заземлителям был разработан и получил полное теоретическое обоснование метод наведенного потенциала, включавший в качестве частных случаев известные методы среднего потенциала в характерной точке.
На основе метода наведенного потенциала был разработан алгоритм расчета электрического поля и сопротивления эквипотенциальных сложных заземлителей, работающих в земле с двухслойной электрической структурой. Многочисленные сопоставления результатов расчетов по этому алгоритму с данными, полученными в условиях натурного и физического моделирования, подтвердили высокую точность алгоритма.
Заметную роль в развитии теоретической базы нетрудоемких методов расчета сыграли работы [28, 29] по обоснованию критериев подобия заземлителей. Недостаток этого метода заключался в необходимости использовать многочисленные графические зависимости эквивалентного удельного сопротивления двухслойной земли от парамет