Контрольные вопросы
Что из себя представляет программный пакет ELCUT?
Какие типы задач позволяет решать данный программный пакет?
Что такое вершина и шаг дискретизации?
Что такое ребро и блок?
Чему равен потенциал на поверхности экрана?
Чему равен заряд внутри проводника?
Лабораторная работа №8 Решение задачи на растекание токов
Цель работы: научиться использовать программный пакет ELCUT для моделирования растекания токов в полусферическом заземляющем устройстве.
Условие лабораторной работы
Номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки, потенциал принять равным 3 кВ для всех вариантов.
Таблица 8.1
Исходные данные
№ Варианта |
Наименование грунта |
Удельное
сопротивление грунта,
|
0 |
Сухой гравий |
2000 |
1 |
Каменистое основание |
1500 |
2 |
Очень сухой песок |
500 |
3 |
Песок |
300 |
4 |
Влажный гравий |
200 |
5 |
Суглинок |
100 |
6 |
Рыхлая земля |
120 |
7 |
Глина |
50 |
8 |
Садовая земля |
40 |
9 |
Торф |
20 |
Описание модели
На рисунке 8.1 изображена модель заземляющего устройства которая состоит из: ABCE – квадрат, со стороной 3 м, DF – дуга с центром в точке E и радиусом 0,15 м. Так как модель симметрична, строится только ее половина. DC – ось симметрии, AF – поверхность грунта, AB и AC – бесконечно удаленные внешние границы расчетной модели (нулевые потенциалы), область ABCDF – проводящая среда.
Р
ис.
8.1. Модель заземляющего устройства
Краткие теоретические сведения
Задача расчета электрического поля постоянных токов используется при анализе различных массивных проводящих систем и при расчете сопротивления заземления (утечки). Величины представляющие интерес при анализе: напряжение, плотность тока, мощность тепловыделения.
Движение электрических зарядов в проводящей среде характеризуется плотностью тока. С постоянным током неразрывно связано электрическое и магнитное поле. Эти поля формально не зависят друг от друга и могут рассматриваться отдельно.
Заземление
Заземлением называют преднамеренное надежное электрическое соединение с землей некоторых элементов электрической установки, служащее для защиты людей и оборудования от опасного воздействия электрического тока, а также для обеспечения заданных режимов работы установки. Заземление осуществляется посредством заземляющего устройства, состоящего из заземлителей и соединительных проводов (заземляющих проводников). Заземлители представляют собой металлические проводники (электроды) или группы проводников, соединенных между собой, которые располагаются в земле и создают непосредственный контакт с ней.
Прохождение тока в зеле носит специфический характер, вызванный особыми свойствами земли как заземлителя по значительному объему земли, при этом плотность тока имеет наибольшее значение вблизи заземлителя. По мере удаления от заземлителя ток проходит по все большему сечению земли и плотность тока уменьшается. Необходимо отметить, что в земле линии тока не уходят в бесконечность, а собираются у другого электрода или места повреждения изоляции (например, при замыкании на землю). Однако это явление при значительном расстоянии между электродами не оказывает заметного влияния на распределение линий тока коло электродов.
Главной характеристикой заземляющего устройства является величина электрического сопротивления растеканию тока, которое в идеальном случае должно быть равно нулю.
Сопротивление растеканию состоит из сопротивления пути растекания тока в землю и переходного сопротивления от заземлителя к почве. Однако переходное сопротивление имеет незначительную величину и им можно пренебречь. Сопротивление земли зависит от проводящих свойств грунта и от распределения тока в зеле, которое определяется размерами и формой заземлителей, а также их взаимным расположение.
Растекающийся по грунту, обладающему некоторым электрическим сопротивлением, электрический ток обусловливает воздействие на человека, находящегося вблизи места расположения заземлителя, так называемого шагового напряжения, которое представляет собой разность потенциалов между двумя точками на поверхности почвы, отстоящими на 0,8 м (средняя длина шага человека) друг от друга. В результате человек, приближающийся к зарытому в землю электроду, может оказаться под опасным для здоровья напряжением, которое в соответствии с принятыми нормами не должно превышать 150 В. По мере удаления от заземлителя величина шагового напряжения уменьшается. Напряжение шага может быть равным нулю и в непосредственной близости к заземлителю, если обе ноги человека находятся на одной эквипотенциальной поверхности.