Разработка алгоритма расчета параметров заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера при условии обеспечения их надежности
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ского электрода.
При этом эквипотенциальные поверхности электрического поля точечного источника тока будут сферами, одна из которых совпадает с поверхностью сферического электрода.
Однако, использование указанных методов возможно лишь, когда электроды имеют форму гладких тел вращения, поэтому их применение ограничено лишь простыми заземлителями.
Для исследования полей сложных заземлителей строгие математические методы отсутствуют из-за формы заземлителей, обеспечивающей трехмерность задачи.
Поэтому их описывают с помощью упрощенного метода наведенного потенциала.
В этом случае электрическое поле сложных заземлителей аналитически находят как результирующее поле токов, выходящих в землю с каждого из его электродов.
Следовательно, потенциал в любой точке пространства тогда получают наложением потенциалов, создаваемых токами этих электродов.
Токораспределение между электродами сложного заземлителя определяется 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 развитием математического аппарата, применяемого для исследования картины электрического поля простых и сложных заземлителей в однородной среде стало возможным учитывать многослойность структуры земли при расчете характеристик заземлителей.
Сравнительно широкие возможности для расчета электрического поля простых заземлителей в многослойной структуре земли даёт метод замещения заземлителя совокупностью точечных источников тока и метод наведенного потенциала.
Основу этих методов составляет решение задачи об поле точечного источника тока в земле с двухслойной электрической структурой.
В пределах каждого слоя среда принимается однородной, следовательно, поле точечного источника обладает осевой симметрией.
Если второй слой тоже однороден, то искажение плотности тока при переходе во вторую среду также будет симметрично. (Единственно, где это можно показать, это на чертеже ВЭЗ. Не хватает картинок о цилиндрической и сферической системах координат, может быть хоть в формате А4 сделать, или дорисовать на схеме ВЭЗ внизу справа)
Таким образом, электрическое поле в многослойной среде обладает осевой симметрией и при его исследовании можно использовать цилиндрическую систему координат с осью, перпендикулярной границе раздела сред и проходящей через указанный точечный источник тока.При решении уравнений в цилиндрической системе координат остается только определить коэффициенты, обусловленные проводимостью каждого слоя.
Подобные рассуждения применимы и к протяженным вертикальным заземлителям, которые в этом случае представляются в виде совокупности точечных источников тока, расположенных вдоль оси электрода.
Задача усложняется, если вертикальный электрод пересекает оба слоя с различными удельными проводимостями.
Из-за разности удельных проводимостей слоев, плотности токов, стекающих с электрода в первый и второй слой, также будут различными.
Полагая, что:
) плотности тока в слоях прямо пропорциональны удельным проводимостям слоев;
) сумма токов, выходящих в тот и другой слои равна полному току заземлителя;
) среднее значение линейной плотности тока равняется отношению тока заземлителя к его длине, -
составляют систему уравнений и определяют потенциал, наведенный током заземлителя в отдельных точках того и другого слоя как сумму потенциалов, наведенных точечными источниками тока, расположенных вдоль оси электрода.
Основы теории расчета многослойных структур земли базируются, кроме всего прочего, на условной замене многослойной структуры земли со слоями с различным удельным сопротивлением в виде системы параллельно или последовательно включенных проводников (в зависимости от того, протекает ток вдоль или поперек слоев), суммарную (эквивалентную) проводимость которой легко определить по формуле параллельного или последовательного соединения.
Наряду с указанными методами расчета электрических характеристик заземляющих устройств, при проектировании сети заземления широко используют приближенные инженерные методы, позволяющие определять параметры заземлителей по их конструктивным особенностям и наоборот.
Как указывалось ранее, для расчета поля любого заземлителя в многослойной земле необходимы максимально достоверные сведения о структуре грунта, причем, в соответствии с ПУЭ для того сезона, когда нормируемая характеристика заземляющего устройства принимают наибольшее значение.
В настоящее время известен ряд методов предпроектных изысканий, однако практическое применение получили методы пробного электрода и ВЭЗ, физическая сущность которых представлена на плакате. (+ метод электромагнитного профилирования)
В процессе проектирования заземляющих устройств должны быть рассчитаны оптимальные конструктивные параметры, обеспечивающие нормативные показатели электробезопасности при наименьших капитальных затратах, учтена надежность функционирования заземляющей сети.
Для каждой конструкции заземляющей системы существует функциональное условие сохранения параметров в заданных пределах, зависящее