Рабочее задание. 1. Получить приближенное аналитическое решение поставленной задачи

1. Получить приближенное аналитическое решение поставленной задачи. В расчетной модели принять, что:

1.1 длинный заземлитель (краевые эффекты не учитываются) в сечении представляет собой окружность с радиусом м;

1.2 электрическая проводимость земли равна = 0,01 (задается каждым студентом индивидуально);

1.3 ток заземлителя выбирается каждым студентом в пределах от 500 до 1500 А, по согласованию с преподавателем;

1.4 для расчета плотности тока и напряженности электрического поля рекомендуется использовать метод суперпозиции и выбрать цилиндрическую систему координат, совместив ее начало с осью симметрии заземлителя;

1.5 шаговое напряжение представляет собой функцию координаты Х, ее начало располагается над осью симметрии заземлителя на поверхности земли, направлена координата перпендикулярно вертикальной оси заземлителя. (Например, если х = 0, то шаговое напряжение измеряется между точками Х = - 0,5 м и Х = + 0,5 м);

2. Посчитать и построить графическую зависимость шагового напряжения, как функцию координаты Х.

3. Найти сопротивление (проводимость) заземлителя.

4. С помощью программы «FEMM 4.2» получить точное решение поставленной задачи. При построении модели (рис. 2) следует учесть:

Рис. 2

а) вход в программу «FEMM 4.2» следует начитать с Problem – Current Flow Problem, т.е. с задачи расчета электрического поля в проводящих средах;

б) при формировании библиотеки материалов проводимость заземлителя по координатам x и y можно принять примерно равной 10 000 Сим/м, а проводимость земли – 0.01 Сим/м. Размер сетки в Mesh Sire принять равным 0.5;

в) при формировании библиотеки токов и потенциалов проводников, необходимо задать три проводника: заземлитель с выбранной величиной тока 500 – 1500 А; поверхности 1 и 2 с потенциалами равными нулю и удаленными от заземлителя на «бесконечно большое» расстояние (левая и правая границы расчетной области). Например, чтобы задать ток заземлителя левой клавишей мыши нажимаем Properties – Add Property – Conductors, вместо New conductor набираем zazem, далее в окне Total current набираем требуемое значение тока;

г) при описании характеристики задачи - Problem, выбираем декартовую систему координат – Planar, единицы длины – метр, глубину – не менее 10 м, частоту тока заземлителя принимаем равной нулю.

5. По картине эквипотенциалей (рис. 3) построить распределение силовых линий напряженности электрического поля.

Рис. 3

6. Перемещая курсор вдоль поверхности земли, рассчитать с помощью операции интегрирования тангенциальной составляющей напряженности поля несколько значений шагового напряжения. Построить график . Самостоятельно выбрать несколько контрольных точек. Сравнить в них значения напряженностей, найденных с помощью точной и приближенной (аналитической) моделей.

6. На мониторе компьютера показать преподавателю график изменения шагового напряжения. Сравнить его с данными приближенного расчета.

7. На экране монитора повернуть заземлитель вокруг своей продольной оси на угол . Повторить п.п. 4 – 6.

8. Сравнить графики шаговых напряжений. Выбрать оптимальный вариант заземлителя. Свое решение мотивировать.