Розробка та моделювання електродів підвищеної провідності розтіканню для складних заземлювальних пристроїв

Abstract

Проведено аналіз методів розрахунку електричних характеристик заземлювачів при протіканні аварійних струмів промислової частоти по елементах заземлювальних пристроїв. Запропоновано метод вдосконалення складних заземлювальних пристроїв електроустановок шляхом оптимізації їх конструктивних параметрів. Пропонований метод полягає у встановленні штучного електрода заземлення зі збільшеною площею контакту його поверхні з ґрунтом, що дозволяє підвищити провідність розтіканню заземлювача. Використання зазначених електродів на території проектованих або діючих електроустановок забезпечує доведення величин нормованих параметрів заземлювальних пристроїв до припустимих значень. Використання методу наведеного потенціалу при розрахунках складних заземлювальних пристроїв вимагає заміщення об’ємних заземлювачів сукупністю лінійних вертикальних електродів. Розрахункова модель обґрунтовується по рівнозначним електричним характеристикам стосовно двошарової моделі електричної структури землі. Еквівалентна модель була отримана шляхом досягнення заданого наближення електричних характеристик сукупності прямолінійних електродів в процесі нарощування їх числа до рівнозначних характеристик еталонної моделі. В свою чергу визначення електричних характеристик еталонної моделі було здійснено безпосередньо за допомогою вирішення крайової задачі для потенціалу, яка задовольняє рівнянню Лапласа, методом кінцевих різниць. Проведено теоретичні дослідження з використанням методу наведених потенціалів і методів розрахунку розгалужених електричних кіл із розподіленими параметрами для розрахунку електричного поля і опору складного нееквіпотенціального заземлювача в землі з двошаровою структурою. Розроблені електроди підвищеної провідності розтіканню змонтовані як експериментальні зразки і беруть участь у формуванні електричних характеристик заземлювального пристрою.

The analysis of methods for calculating the electrical characteristics of earth electrodes in case of emergency currents of industrial frequency flowing through the elements of earthing arrangements is carried out. A method for improving complex earthing arrangements of electri cal installations by optimization of their design parameters is proposed. The proposed method consists in installing an artificial earth electrode with an increased contact area of its surface with the ground, which makes it possible to increase the conductivity of earthing spreading. The use of these electrodes on the territory of projected or operating electrical installations ensures that the values of the normalized parameters of earthing arrangements are brought to permissible values. The use of the method given in the calculations of earthing arrangements requires the replacement of volumetric еarth electrodes with a set of linear vertical electrodes. The design model is substantiated by equivalent electrical characteristics relative to the two-layer model of the electrical structure of the earth. The equivalent model was obtained by a given approximation of the electrical characteristics of a set of straight electrodes in the process of increasing their number to the equivalent characteristics of the reference model. In turn, the determination of the characteristics of the reference model was carried out directly by solving the boundary value problem for the potential satisfying Laplace equation using finite difference method. Theoretical investigations using induced potential method and methods of calculation of branched electric circuits with distributed parameters for calculation of electric field and resistance of the complex non-equipotential earth electrode in the ground with two-layer structure have been carried out. The developed electrodes of increased spread conductivity are mounted as experimental samples and are involved in the formation of the electrical characteristics of the earthing arrangements.