Разработка алгоритма расчета параметров заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера при условии обеспечения их надежности

(П1.32)

Сопротивление такого заземлителя

Rг =

(П1.33)

Если горизонтальный электрод расположен на границе между слоями, т. е. t = h, то расчёт сопротвления по (1.39) и (1.41) приводит к совпадающим результатам.

Электрическое поле и характеристики сложных заземлителей в однородной земле

Сложные заземлители рассчитываются по методу наведенного потенциала. Сущность этого метода состоит в том, что вычисляются собственный потенциал каждого из элементов заземлителя и потенциалы, наведенные на них токами, стекающими с остальных элементов. Теоретически просто эта задача решается для двух электродов.

Допустим, ток стекает с двух заземлителей полусферической формы. Сумма токов, стекающих с отдельных частей заземлителя, равна:

. (П1.34)

Потенциалы отдельных электродов заземлителя и одинаковы и равны потенциалу всего заземлителя:

. (П1.35)

Потенциал каждого из электродов создается стекающим с него током и током, стекающим с соседнего заземлителя:

, (П1.36)

где и - собственное сопротивление первого и второго электродов соответственно; - их взаимное сопротивление.

Решая совместно выражения:

и ,

можно определить сопротивление сложного заземлителя, Ом

. (П1.37)

Когда заземлители одинаковы, т.е. , формула упрощается:

Собственное сопротивление полусферического электрода, как указывалось ранее, вычисляется из выражения . Взаимное сопротивление двух точечных источников зависит от расстояния между ними х и равно:

. (П1.38)

Взаимное сопротивление, а следовательно, и наведенный потенциал всегда меньше собственного. Для двух полусферических электродов () оно равно:

(П1.39)

Подставляя значения собственного и взаимных сопротивлений в выражение , получим формулу для сопротивления всего заземлителя

. (П1.40)

Когда расстояние между электродами весьма велико, т.е. , то

, (П1.41)

что соответствует вычислению сопротивления по формуле параллельного соединения двух электродов. В действительности расстояния между электродами сложного заземлителя невелики. Поэтому сопротивление сложного заземлителя всегда будет больше сопротивления, вычисленного по этой формуле. Например, если расстояние между двумя полусферическими электродами мало, т.е. , то

. (П1.42)

Для того чтобы рассчитать сложный заземлитель, состоящий из большого числа вертикальных электродов и горизонтальных полос, необходимо определить токи, стекающие с каждого из электродов, и взаимные сопротивления, определяемые системой уравнений, аналогичных той формуле, которая была рассмотрена для ЗУ, состоящего из двух электродов:

.

Этот расчет является точным, но сложным. Его выполняют на ЭВМ, а для инженерных расчетов используют простые приближенные формулы.

Потенциалы на поверхности земли в поле сложного заземлителя вычисляются также методом наведенного потенциала.

Сопротивление горизонтальной полосы с вертикальными электродами в ряд

Вертикальные электроды, добавленные к горизонтальной полосе, уменьшают ее сопротивление за счет распространения зоны растекания тока в глубь земли. Сопротивление горизонтальной полосы с вертикальными электродами в ряд определяется по формуле

, Ом, (П1.43)

где , , t - длина, диаметр и глубина заложения полосы, м; - коэффициент, характеризующий уменьшение сопротивления полосы при добавлении к ней вертикальных электродов; - эквивалентное удельное сопротивление грунта для расчета сопротивления полосы с вертикальными электродами в ряд.

Из табл. 2 следует, что наиболее эффективным для снижения сопротивления полосы с вертикальными электродами является увеличение длины вертикальных электродов по отношению к длине горизонтального проводника: коэффициент при этом существенно уменьшается. Относительное расстояние между электродами следует принимать в пределах . Делать неэкономично, так как требует большой затраты электродов, а эффект снижения сопротивления мал.

Таблица П1.1. Значение коэффициентов

Сопротивление растеканию заземляющей сетки с вертикальными электродами

Сложный заземлитель, состоящий из сетки и вертикальных электродов, при расчете заменяется расчетной моделью, равновеликой по площади S, с одинаковыми горизонтальными электродами общей длиной L, глубиной их заложения t, числом n и длиной l вертикальных электродов.

Сопротивление растеканию сложного заземлителя зависит главным образом от его площади и относительной длины l вертикальных электродов: чем больше площадь и соотношение , тем больше зона растекания тока в нижних более проводящих слоях земли. Увеличение относительной длины вертикальных электродов свыше не только уменьшает сопротивление растеканию, но вызывает лучшее выравнивание потенциалов на поверхности земли благодаря уменьшению плотности тока на горизонтальных проводниках.

Целесообразно размещать вертикальные электроды по периметру сетки, так как ток преимущественно стекает с краев; кроме того, в этом случае вертикальные электроды будут менее препятствовать стеканию тока и с горизонтальных проводников сетки (здесь можно будет рассмотреть направление растекания тока с вертикальных и горизонтальных электродов с разным расположением).

Сопротивление заземляющих сеток с вертикальными электродами вычисляется по формуле

. (П1.44)

Коэффициент зависит от относительной длины вертикальных электродов :

0 0,0312 0,0625 0,125 0,25 0,5

0,44 0,42 0,39 0,36 0,32 0,26

В случае, когда заземлитель выполнен в виде контура без внутренних перемычек (сетки), то вместо в расчетную формулу подставляется длина периметра контура. Для сеток без вертикальных электродов эта формула упрощается

. (П1.45)

Первый член указанных формул численно равен минимальному сопротивлению сплошного металлического заземлителя с контурными размерами действительного. Сопротивление растеканию не может быть меньше этой величины.

Величина определяется, как указывалось ранее, по формуле

,

куда подставляется , соответствующее рассматриваемой конструкции заземлителя и структуре грунта.

Сопротивление растеканию естественных заземлителей.

В качестве естественных заземлителей используются находящиеся в земле трубопроводы, металлические конструкции и арматура железобетонных конструкций, обсадные трубы, металлические части гидросооружений, оболочки кабелей и т.д.

Сопротивление заземления неизолированных металлических трубопроводов в земле равно:

, (П1.46)

где - расчетное удельное сопротивление грунта, ; - длина трубопровода,; - его наружный диаметр, ; - глубина заложения трубопровода в землю, равная расстоянию от поверхности земли до середины трубы, .

Железобетонные фундаменты и сваи во влажной, хорошо проводящей земле обладают достаточно высокой и стабильной проводимостью. Поэтому железобетонные сваи являются заземлителями. ПУЭ (1.7.16) рекомендуют арматуру железобетонных фундаментов в качестве заземлителей в земле с удельным сопротивлением, не превышающим 300 .

4. Электрическое поле и характеристики сложных заземлителей в многослойной земле

Эквивалентное удельное сопротивление поверхностных сеточных, пластинчатых и одиночных горизонтальных электродов

Эквивалентное удельное сопротивление земли поверхностных сеточных, пластинчатых и одиночных горизонтальных электродов в многослойных структурах земли определяется по формуле

, (П1.47)

где - удельное сопротивление второго слоя земли; - коэффициенты, зависящие от параметров геоэлектрического разреза земли и характерного размера заземляющего устройства. Значения коэффициентов , принимаются согласно табл. 4.

Таблица П1.2. Значения коэффициентов

Значения коэффициентов определяются из следующих соотношений:

; ,

где - эквивалентное удельное сопротивление слоев земли, простирающихся ниже второго слоя,

, (П1.48)

где , - соответственно удельное сопротивление и мощность i-го слоя земли; а - характерный размер заземлителя.

Эквивалентное удельное сопротивление земли для вертикальных заземлителей

Эквивалентное удельное сопротивление для вертикальных заземлителей определяется по формуле

, (П1.49)

при этом число слоев земли должно быть ограничено только теми слоями, которые контактируют с вертикальным электродом.

Эквивалентное удельное сопротивление земли для протяженных заземлителей

Эквивалентное удельное сопротивление земли для горизонтальных протяженных заземлителей с границами раздела слоев земли, параллельными оси заземлителя

; (П1.50)

для вертикального заземлителя с границами раздела слоев земли, перпендикулярными оси заземлителя

, (П1.51)

где - удельное сопротивление i-го слоя земли; hi - глубина залегания i-го слоя земли; n- число слоев; l- длина заземлителя, пересекающего границы раздела грунтовой структуры, , м; - максимальное удельное сопротивление грунта по трассе заземлителя;

- приведенная длина заземлителя.

Расчет сопротивлений растеканию различных заземляющих устройств в многослойной структуре земли

Расчет сопротивлений растеканию зданий

Учет фундаментов зданий как естественных заземлителей производится путем расчета сопротивления растеканию металлической пластины, уложенной на поверхности грунта и вписанной в контур здания, либо заземлителя, представленного в виде сплюснутого эллипсоида вращения вокруг малой оси, отражающегося на поверхность земли основанием, равновеликим площади, ограниченной контуром фундамента. При этом выбор расчетной модели производится в зависимости от степени насыщения нулевого цикла металлом или железобетоном и глубины погружения свай.

Степень насыщения нулевого цикла характеризуется следующими параметрами

; , (П1.52)

где n- количество свай данного фундамента; - суммарная площадь всех металлоконструкций фундамента, м2; S - площадь нулевого цикла здания или сооружения, м2.

Сопротивление растеканию эквивалентной модели свайного фундамента в двухслойной электрической структуре грунта может быть определено выражением

, (П1.53)

где - половина большой полуоси эллипсоида вращения; - половина фокусного расстояния эллипсоида вращения;

(П1.54)

Расчёт сопротивлений растеканию скважинного заземлителя

Расчёт сопротивлений растеканию скважинного заземлителя производится по формуле

, (П1.55)

где l - длина вертикального заземлителя, м; d - диаметр трубы скважинного заземлителя, м; - эквивалентное удельное сопротивление, .

Расчёт сопротивлений растеканию поверхностного пластинчатого заземлителя

Расчёт сопротивлений растеканию поверхностного пластинчатого заземлителя производится следующим образом

, (П1.56)

где - эквивалентный размер стороны квадратной пластины, вписанной в площадь заземляющего устройства площадью S.

Размещено на Allbest.ru