На базе рассмотренного алгоритма создана программа для персональных компьютеров. Пользователю достаточно освоить ввод исходных данных и вывод результатов, чтобы рассчитывать сложные заземлители в однородных средах. Рассмотрим ряд примеров, которые помогут в этом вопросе.
Пример 1. Рассчитать электрическое поле вертикального стержня (рис.2.3) радиуса r=0.01м, длиной L=5м и глубиной погружения h=1м. Ток заземлителя I=100А, удельное сопротивление земли r=100 Ом/м. Влияние поверхности земли во всех задачах автоматически учитывается как симметрия системы по оси Z.
Рис.2.3
Запустив программу, увидим окно 1 с названием задач
Окно 1
| Задача 1 | |
| Задача 2 | |
| ... | |
| n | Задача n |
Нашей задачи в списке нет, ее надо создать. Для этого, установив курсор на последней строке, нажмем клавишу F5. Появится вопрос:
“Копировать строку? Да Нет”
Установим курсор на слово Да и нажмем Enter. Появится новое окно, в котором набирается название задачи. Перед названием условимся указывать фамилию и группу студента. Например,
Иванов А.А. ЭС-51 Вертикальный стержень
Закончив ввод, нажмите Enter. С этого момента окно 1 будет выглядеть следующим образом
Окно 1
| Задача 1 | |
| Задача 2 | |
| ... | |
| n | Задача n |
| n+1 | Иванов А.А. ЭС-51 Вертикальный стержень |
Загрузим файл задачи. Для этого нажмем Enter и появится окно 2
Окно 2
| Симметрия заземлителей по оси X= Нет | |
| Симметрия заземлителей по оси Y= Нет | |
| Удельное сопротивление земли= 100 | |
| Множитель по X=1 | |
| Множитель по Y=1 | |
| Глубина погружения=1 | |
| Длина вертикальных стержней=5 | |
| Границы | |
| Внеграничные точки | |
| Расчет | |
| Интегральные характеристики границ | |
| Плотность тока на границах | |
| Потенциал и напряженность вне границ |
В п.1,2 зададим отсутствие симметрии по осям X,Y. Для этого установим курсор на нужную строку, нажмем Enter, выберем ответ “Да” и вновь нажмем Enter. В п.3 зададим значение r. Для этого необходимо нажать Enter, после появления курсора набрать число и вновь нажать Enter. В п.4,5 задаем множители геометрических размеров по осям x,y. В большинстве случаев они равняются 1. В п.6,7 укажем глубину погружения и длину вертикальных стержней. Все размеры задаются в метрах.Установим курсор на п.8 “Границы” и нажмем Enter. Появится окно 3, которое в наших задачах будет всегда содержат 1 строку
Окно 3
| Заземлитель 1 |
Нажмем Enter и откроем параметры этого заземлителя в окне 4
Окно 4
| Общие параметры | |
| Стержень 1 |
Установим курсор на п.1 и нажмем Enter. Появится окно 5, содержащее общие для всего заземлителя параметры.
Окно 5
| Задан потенциал U или ток I=I | |
| Потенциал U= | |
| Ток I=100 | |
| Сопротивление= | |
| Радиус стержней=0.01 | |
| Число отрезков=10 |
Установив значения окна 5, закроем его, нажав на клавишу Esc, расположенную слева-вверху клавиатуры. Мы вновь находимся в окне 4. Опустим курсор на п.2 этого окна с названием “Стержень 1”. Нажмем Enter и откроем окно 6, содержащее параметры данного стержня.
Окно 6
| Расчет=Да | |
| Стержень вертикальный=Да | |
| X;Y начала=0;0 | |
| X;Y конца=0;0 | |
| ---при наклонном стержне--- | |
| Z начала= | |
| Z конца= | |
| ---при отличии от общих--- | |
| Радиус стержня= | |
| Число отрезков= |
В п.1 указываем, что этот стержень надо учитывать при расчете, в противном случае программа его пропустит. В п.2 указываем, что стержень вертикальный, что позволяет программе определить координаты z по заданной в окне 2 длине вертикальных стержней. Пункты 5-10 оставить пустыми. Закроем данное окно, нажав на клавишу Esc. Мы вернулись в окно 4. Еще дважды нажав на Esc последовательно закроем окна 4 и 3, вернувшись в окно 2. Опустим курсор на п.9 этого окна “Внеграничные точки”. Эти точки обычно располагают на поверхности земли для определения распределения потенциала и напряжения прикосновения. Нажмем Enter и откроется окно 7.
Окно 7
| На отрезке 1 |
Нажмем Enter и откроем окно 8 с параметрами отрезка, на котором располагаются внеграничные расчетные точки.
Окно 8
| Расчет=Да | |
| X;Y;Z начала=0;0;0 | |
| X;Y;Z конца=10;0;0 | |
| Число отрезков=10 |
Установим параметры окна 8. Далее, нажимая на Esc, последовательно закроем все окна до окна 2. Опустим курсор до п.10 “Расчет” и нажмем Enter. Появляется индикатор, информирующий об этапах решения. Однако расчет данной задачи слишком скоротечен, чтобы заметить его на экране. Поэтому сразу опустим курсор на п.11 “Интегральные характеристики границы” окна 2 и, нажав Enter, получим таблицу:
| N | Задан | Потенциал | Ток | Сопротивление | ... |
| I | 20.11 | ... |
Таблица закрывается при нажатии на Esc. Пропустим п.12 окна 2 “Плотность тока на границах” и остановимся на п.13 “Результаты во внеграничных точках”. Нажав Enter получим таблицу
| N | x | y | z | U | Uпр | ... | E |
| 572.8 | |||||||
| 513.1 | 91.21 | ||||||
| 424.7 | 80.4 | ||||||
| 354.2 | 61.27 | ||||||
| 300.6 | 46.7 | ||||||
| 259.4 | 36.22 | ||||||
| 227.2 | 28.64 | ||||||
| 201.5 | 23.05 | ||||||
| 180.6 | 18.86 | ||||||
| 163.5 | 15.65 | ||||||
| 149.1 | 13.17 |
На основании данных таблицы строятся графики распределения потенциала и напряженности на поверхности земли - рис.2.4.
Рис.2.4
Пример 2. Рассчитать горизонтальный заземлитель (рис.2.5), выполненный из стержневых электродов радиуса R=0.01м в виде квадрата со стороной 40м. Глубина погружения h=0.5м, ток заземлителя I=100А, удельное сопротивление земли r=100 Ом/м.
Рис.2.5
Создание файла задачи и ввод данных аналогичен предыдущему случаю, поэтому ниже приводятся лишь отличия новой задачи. Как видно из рис.2.5, заземлитель обладает симметрией по направлению осей X и Y. Стороны 1 и 4, 8 и 5 симметричны по координате X, стороны 2 и 7, 3 и 6 симметричны по координате Y. Задав симметрию в окне 2, в дальнейшем рассматриваем только отрезки 1 и 2.
Окно 2
| Симметрия заземлителей по оси X= Да | |
| Симметрия заземлителей по оси Y= Да | |
| Глубина погружения=0.5 |
При симметрии по двум осям, как в данном случае, программа автоматически учитывает и центральную симметрию. Влияние земли, как было уже сказано, учитывается автоматически. Окно 4 будет содержать 2 стержня, если скопировать строку п.2, нажав на клавишу F5, ответив “Да” и нажав Enter, как было описано ранее.
Окно 4
| Общие параметры | |
| Контур.стержень 1 | |
| Контур.стержень 2 |
Для первого стержня окно 6 имеет вид
Окно 6
| Стержень вертикальный=Нет | |
| X;Y начала=20;0 | |
| X;Y конца=20;20 |
Для второго стержня окно 6 имеет вид
Окно 6
| Стержень вертикальный=Нет | |
| X;Y начала=20;20 | |
| X;Y конца=0;20 |
Окно 8 с отрезком внеграничных расчетных точек
Окно 8
| Расчет=Да | |
| X;Y;Z начала=0;0;0 | |
| X;Y;Z конца=30;0;0 | |
| Число отрезков=15 |
