Разработка алгоритма расчета параметров заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера при условии обеспечения их надежности
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?верхности земли.
Круглая пластина, лежащая на поверхности земли, является предельным случаем половины сплюснутого эллипсоида вращения, опирающегося на поверхность земли, когда его малая полуось уменьшается до нуля. Поэтому для получения формул, с помощью которых рассчитывают электрическое поле и сопротивление круглой пластины, решают задачу об электрическом поле половины сплюснутого эллипсоида вращения, опирающегося на границу однородного проводящего полупространства (рис. П1.8).
Полуэллипсоид дополняют по методу зеркальных изображений до полного сплюснутого эллипсоида вращения, далее выводят формулу для расчета его электрической поля в той же последовательности, что и в случае вытянутого полуэллипсоида вращения, выходящего на поверхность земли.
Рис. П1.8. Половина сплюснутого эллипсоида вращения, опирающегося на поверхность земли, и естественная эллиптическая вращения и цилиндрическая система координат.
Потенциал определяется по формуле
= 3[arcsin(a0/q1)]/arcsin(a0/q1,0) (П1.20)
Ток I3, выходящий из полуэллипсоида в землю при заданном потенциале полуэллипсоида 3= 2 (П1.21)
Сопротивление заземлителя в виде полуэллипсоида вращения, опирающегосся на поверхность земли
= (П1.22)
При b > 0 сплюснутый эллипсоид вращения приобретает форму круглой пластины, лежащей на поверхности земли. При этом и сопротивление
= ?/4r0 = 0,443?0/ (П1.23)
Электрическое поле и характеристики простых заземлителей в неоднородной земле
Электрическое поле и сопротивление вертикального электрода в двухслойной земле.
Случай, когда вертикальный цилиндрический электрод целиком расположен в верхнем слое земли с двухслойной электрической структурой. Принимаем, что заземлитель имеет неизменную по всей длине плотность тока.
= I3l
Рис. П1.9. Вертикальный электрод выходит на поверхность земли и целиком расположен в верхнем слое двухслойной электрической структуры
Потенциал заземлителя
(П1.24)
Сопротивление заземлителя
в = (П1.25)
Случай, когда длина вертикального электрода больше h, т. е. вертикальный электрод пересекает весь первый слой двухслойной электрической структуры земли и входит во второй слой (рис. П1.10).
Рис. П1.10. Вертикальный электрод, выходящий на поверхность земли и пересекающий границу раздела между слоями двухслойной электрической структуры
Потенциал заземлителя и потенциал на поверхности земли существенно изменяются в случае неоднородного грунта. На рис. П1.11 показан вертикальный электрод, работающий в двухслойном грунте: и - удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев, - толщина верхнего слоя; нижний слой не ограничен. Когда проводимость верхнего слоя выше, чем нижнего (например, ), то кривая распределения потенциала 1 более пологая, чем в однородном грунте (кривая 2). Наоборот, когда верхний слой плохо проводит ток, (например, ), то спад потенциала становится более крутым (кривая 3). Величина потенциала заземлителя (и, следовательно, сопротивления растеканию) значительно меньше (при ) или больше (при ), чем в однородном грунте с удельным сопротивлением .
Рис. П1.11. Распределение потенциала вертикального цилиндрического электрода в двухслойном грунте, выходящего на поверхность земли и пересекающего второй слой.
Влияние неоднородности земли принято учитывать с помощью ее эквивалентного удельного сопротивления () - такого удельного сопротивления однородной земли, при котором сопротивление рассматриваемого заземлителя имеет ту же величину, что и в реальной неоднородной. В расчетные формулы вместо однородной земли подставляется , Омм:
, (П1.26)
где - относительное эквивалентное удельное сопротивление земли. Эти значения зависят от соотношения удельных сопротивлений слоев, конфигурации заземлителя и от отношения толщины верхнего слоя (с учетом глубины заложения электрода) к длине l вертикального электрода или горизонтальной полосы .
Потенциал, наводимый током I3 заземлителя в точках М1 (r1, z1), М2 (r2, z2) при z1 ? h, z2 ? h (рис. 12)
(П1.26)
(П1.27)
где С1 = .
Сопротивление электрода, выходящего на поверхность земли и перессекающего весь первый слой двухслойной земли
В = (П1.28)
Электрическое поле и сопротивление горизонтального электрода
в двухслойной земле.
Случай, когда горизонтальный электрод находится в верхнем слое двухслойной земли рис. П1.12.
Рис. П1.12. Горизонтальный электрод, расположенный в верхнем слое двухслойной электрической структуры земли
Принимаем линейную плотность тока J одинаковой по всей длине электрода. Заменяя электрод совокупностью точечных источников тока, расположенных вдоль оси электрода, находится наводимый ими потенциал в точке М1 с координатами xm, ym, zm (точка М1 также расположена в первом слое). При этом учитывается связь между цилиндрическими и декартовыми системами координат, а также расположение оси горизонтального электрода в плоскости xOz
r2 = (х - хМ)2 + (у - уМ)2 (П1.29)
(П1.30)
Сопротивление такого электрода находится из (1.30) с учётом малого значения r0 по сравнению с 0,5 l
г =
(П1.31)
&