Сопротивление многослойной земли
При расчёте заземлителей обычно принимают допущения, что земля во всем своем объеме однородна, то есть в любой точке обладает одинаковым удельным сопротивлением 
, 
В действительности земля имеет слоистое строение, хотя в большинстве случаев явно выраженных границ между слоями нет. Слои земли расположены практически горизонтально и представляют собой грунты различного рода, с разным минеральным составом, разной структурой, пористостью, плотностью и температурой, а также с различным содержанием влаги, солей и пр. Поэтому удельные сопротивления различных слоев земли неодинаковы и могут значительно отличаться друг от друга. Обычно верхние слои имеют большее удельное сопротивление, по сравнению с нижележащими. В отдельных случаях бывает наоборот, например, когда под поверхностью земли находятся горные породы, обладающие, как правило, весьма малой проводимостью.
Кроме того, значение 
верхних слоев земли колеблется в течение года, причем в значительных пределах в связи с изменением погодных условий, влекущих за собой изменение температуры грунта, содержания в нем влаги, солей и т.п. Эти изменения принято называть сезонными, а толщину слоя земли, подверженного сезонным изменениям, принято называть слоем сезонных изменений и обозначать буквой 
.
Глубоко лежащие слои земли, как менее подверженные воздействию погодных условий, имеют обычно незначительные сезонные колебания удельного сопротивления.
|
|
|
В последние годы все шире начинает внедряться в практику метод расчёта заземлителей, при котором условно принимается, что земля имеет два слоя, обладающих каждый своим удельным сопротивлением 
и 
(рис.13.1).
При этом верхний слой подвержен непосредственному воздействию погодных условий и его удельное сопротивление имеет значительные сезонные колебания, которые подлежат учёту при расчётах заземлителей.
Рис.13.1. Двухслойная модель земли.
и 
- удельные сопротивления соответственно верхнего и нижнего слоев земли;
- мощность (толщина) верхнего слоя;
Учёт неоднородности земли, то есть наличия в ней горизонтальных слоев с разными сопротивлениями значительно усложняет расчёт заземлителей. С другой стороны, учёт слоистости земли значительно повышает точность расчёта заземлителей и, следовательно, удешевляет их сооружение.
Удельное сопротивление земли определяется методом зондирования с помощью контрольного зонда (электрода) - сплошного стержня или трубы диаметром 4-5 см с острым наконечником. При глубоком зондировании (4 - 5 м и более) целесообразно в качестве контрольного электрода использовать прутковую сталь диаметром не менее 10 мм. Контрольный зонд погружается в землю вертикально. После погружения зонда измеряется его сопротивление растеканию тока 
, Ом при данной глубине его погружения, то есть длине погруженной в землю части зонда 
,м. Затем для значения 
вычисляется измеренное удельное сопротивление земли, соответствующее данной глубине погружения зонда, 
;
|
|
|
(13.1)
где d – диаметр зонда, м.
Формула (13.1) получена из формулы для вычисления сопротивления стержневого заземлителя круглого сечения;
(13.2)
Сезонные изменения удельного сопротивления учитываются с помощью так называемого коэффициента сезонных изменений, значение которого зависит от климатической зоны данной местности и состояния (увлажненности) земли во время измерений. Климатическая зона определяется по таблице 13.1, после чего по таблице 13.2 определяется толщина слоя сезонных изменений 
и коэффициент сезонности 
.
Расчётные значения удельного сопротивления верхнего слоя грунта, то есть лежащего в пределах , определяются путем умножения вычисленных по (3) 
на коэффициент 
:
= 
(13.3)
Все остальные слои (лежащие ниже Нс) считаются не подверженными сезонным изменениям, поэтому их расчётные значения 
оказываются равными измеренным, то есть
|
|
|
= 
(13.4)
Таблица 13.1
Признаки климатических зон для определения коэффициента сезонности
| Характеристика климатической зоны | Климатические зоны | ||||
| I | II | III | IV | ||
| Средняя многолетняя низшая температура (январь), °С | от -20 до -15 | от -14 до -10 | от -10 до 0 | от 0 до +5 | |
| Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С | от +16 до +18 | от +18 до +22 | от +22 до +24 | от +24 до +26 | |
| Среднегодовое количество осадков см. | ~ 40 | ~ 50 | ~ 50 | 30-50 | |
| Продолжительность замерзания воды. дни | 190-170 | 150 | 100 | 0 | |
Таблица 13.2
Коэффициенты сезонности для слоя сезонных изменений в многослойной земле
| Климатическая зона | Условная толщина слоя сезонных изменений , м
| Влажность земли во время измерений ее сопротивления | ||
| повышенная | нормальная | малая | ||
| I | 2.2 | 7.0 | 4.0 | 2.7 |
| II | 2.0 | 5.0 | 2.7 | 1.9 |
| III | 1.8 | 4.0 | 2.0 | 1.5 |
| IV | 1.6 | 2.5 | 1.4 | 1.1 |
ПРИМЕЧАНИЕ: Земля считается повышенной влажности, если измерению ее сопротивления предшествовало выпадение большого количества (свыше нормы) осадков (дождей); нормальной (средней) влажности - если измерению предшествовало выпадение близкое к норме осадков; малой влажности - если земля сухая, количество осадков в предшествующий измерению период было ниже нормы.
|
|
|
Защитное заземление
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землёй или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала и т.п.).
Замыкание на корпус - случайное электрическое соединение токоведущих частей с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.
Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.
Заземлители безопасности могут состоять из двух частей: искусственной и естественной. Естественный заземлитель – сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления. Естественными заземлителями служат трубы, опоры, фундамент и т.д. Искусственные заземлители выполняются из электродов, заглубленных в грунт.
По условиям безопасности обслуживающего персонала заземление должно обладать сравнительно малым сопротивлением, обеспечить которое можно путем увеличения геометрических размеров одиночного заземлителя (электрода) или применением нескольких параллельно соединенных горизонтальными полосами электродов, именуемых групповым заземлителем.
Используя групповой заземлитель, можно выровнять потенциал на территории, где размещаются заземляющие электроды, что в ряде случаев играет решающую роль в обеспечении безопасности обслуживающего персонала.
Распределение потенциала на поверхности земли при использовании группового заземлителя и значение потенциала самого группового заземлителя (электродов) зависит от количества используемых электродов, их формы и размеров, а также от расстояния между электродами.
При выполнении заземлителей нужно чтобы его сопротивление было не выше нормированной величины, и в тоже время его конструкция была экономически рациональной. Снижение стоимости заземлителя можно получить учитывая при расчёте многослойность земли со слоями разной проводимости. Такой учёт позволяет выполнить расчёт заземлителя с более высокой точностью по сравнению с расчётом, выполненным при предположении однородности грунта. Повышение точности расчёта приводит к снижению стоимости заземлителя.
Сопротивление растекания тока заземлителей зависит от конструктивных особенностей его выполнения: длины и диаметра электродов, их числа и расстояния между ними. При достаточно близком расположении вертикальных электродов друг от друга начинает проявляться эффект их взаимного экранирования, в результате чего результирующее сопротивление группового заземлителя повышается по сравнению с заземлителем такой же конструкции (те же длина, диаметр и количество электродов), но электроды которого расположены на большем расстоянии. Значения коэффициента использования определяются в частях 2 и 3 лабораторной работы.
Расчёт заземлителя
Рассчитать заземление это значит определить необходимое количество вертикальных электродов, при котором сопротивление растекания тока заземлителя будет равно нормированной величине.
Исходными данными являются: нормированное значение сопротивления растекания тока, удельное сопротивление слоев грунта и глубина верхнего слоя, полученные по табличным данным, исходя из климатических характеристик местности, где будет располагаться заземлитель, а так же коэффициента взаимного экранирования.
Сопротивление заземлителя, состоящего из одного вертикального электрода, определяется по формуле (13.5).
(13.5)
где L – длина электрода, м.
d – диаметр электрода, м.
- эквивалентное удельное сопротивление земли, Ом*м.
Расчёт эквивалентного удельного сопротивления земли производится по формуле (6) и нужен для учёта влияния двуслойности земли.
(13.6)
где 
- удельное сопротивление верхнего слоя, Ом*м.
- удельное сопротивление нижнего слоя, Ом*м.
Н – глубина верхнего слоя, м.
t – глубина залегания электрода, м
Обычно заземлители устанавливают на некоторой глубине под поверхностью земли с целью снижения влияния сезонных изменений в грунте. Обычно эта глубина равна 0.5-0.8 метрам.
Если заземлитель состоит из n вертикальных электродов, то его суммарное сопротивление будет рассчитываться по формуле (13.7)
(13.7)
где n – количество вертикальных электродов
R – сопротивление одного отдельно взятого электрода, Ом.
ɳ – коэффициент использования.
Коэффициент использования показывает, как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни, тем общее сопротивление заземляющего контура больше.
Это явление учитывается коэффициентом использования вертикальных заземлителей, величина которого зависит от типа и количества одиночных заземлителей, их геометрических размеров и взаимного расположения в грунте.
Значение коэффициента использования зависит от расстояния между соседними электродами и их числа. С увеличением расстояния уменьшается взаимодействия полей единичных заземлителей и ɳ возрастает; при расстоянии больше 40 м проводимость заземлителей используется полностью и ɳ =1. Как правило, при расчёте заземлителей определение коэффициента использования расчётным путем оказывается сложным. Поэтом при расчёте заземляющих устройств значения ɳ берутся из таблиц и кривых, составленных на основании опытов (табличные значения).
Так как все вертикальные электроды соединены горизонтальной шиной, то она также вносит свой вклад в общее сопротивление заземлителя, снижая его. Сопротивление одной горизонтальной соединительной полосы рассчитывается по формуле (13.8).
(13.8)
где l – длина соединительной полосы, м
b – ширина полосы, м
Суммарное сопротивление группового заземлителя рассчитывается по формуле (13.9)
(13.9)
где 
– сопротивление вертикального электрода, Ом
– сопротивление горизонтальной соединительной пластины, Ом
n – количество вертикальных электродов.
Применяемое оборудование
Работа выполняется на компьютере в программе, интерфейс которой показан на рис.13.2.
Рис.13.2. Меню выбора варианта
Перед тем как приступить к выполнению работы студент должен выбрать номер варианта задания, соответствующий номеру бригады. Для того что бы приступить к выполнению работы нажмите кнопку «1 часть».
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 321; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!