close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Методы снижения сопротивления заземляющих устройств в многолетнемерзлых грунтах

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: Васильев Павел Филиппович Шифр научной специальности: 05.14.02 - электрические станции и электроэнергетические системы Шифр диссертационного совета: Д 212.269.10 Название организации: Томский политехнический университет Адрес организ
На правах рукописиĊ
ĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊ
ĊĊĊĊĊĊĊ
ĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊ
Васильев Павел ФилипповичĊ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХĊ
УСТРОЙСТВ В МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХĊ
Ċ
Ċ
СпециальностьĊ
Ċ
ĚğĘěĞĘĚĜĊƀĊЭлектрические станции и электроэнергетические системыĊ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Автореферат диссертации на соискание ученой степениĊĊ
кандидата технических наукĊ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
ТомскĊƀĊĜĚěĜĊ
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномĊ
учреждении наукиĊ ƕИнститутĊ Ċ физико-техническихĊ Ċ проблемĊ Ċ СевераĊ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ
имĘĊВ.ПĘĊЛарионоваƥĊСО РАНĖĊгĘĊЯкутскĊ
Ċ
д.т.нĘĊ
Научный руководитель<,
Кобылин Виталий ПетровичĊ
ĊĊ
ĊĊ
Ċ
Официальные оппоненты<, Хрущев Юрий ВасильевичĊ
д.т.нĘĖĊпрофессорĖĊ
Национальный исследовательскийĊ
Томский политехнический университетĖĊ
профессор кафедры электрических сетейĊĊ
и электротехникиĊ
Ċ
Гайворонский Александр СергеевичĊ
к.т.нĘĖĊ
ОАОĊƕСибНИИЭƥĖĊгĘĊНовосибирскĖĊ
директор испытательного центраĊ
высоковольтного электрооборудованияĊ
Ċ
Ċ
Ведущая организация<,
ФГОУ ВПОĊƕНовосибирскаяĊ
государственная академия водногоĊ
транспортаƥĊ
Ċ
Ċ
Ċ
Защита состоитсяĊ ƕĜğƥĊ апреляĊ ĜĚěĜĊ гĘĊ вĊ ěğĚĚ чĘĊ на заседанииĊ
диссертационного совета ДĊ ĜěĜĘĜĠģĘěĚĊ при ФГБОУ ВПОĊ ƕНациональныйĊ
исследовательский Томский политехнический университетƥĊ по адресуĤĊ
ĠĝĞĚğĚĖĊгĘĊТомскĖĊпрĘĊЛенинаĖĊĝĚĘĊ
Ċ
Ċ
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПОĊ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ
НИ Томского политехнического университетаĘĊ
Ċ
Ċ
Автореферат разосланĊƕěĞƥĊмартаĊĜĚěĜĊгĘĊ
Ċ
Ċ
Ученый секретарьĊ
Ċ
диссертационного совета ДĊĜěĜĘĜĠģĘěĚĊ
А.ВĘĊКабышевĊ
Ċ
Ċ
Ċ
ĜĊ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ,
Актуальность темы0 Важнейшими техническими задачами энергеė
тики являютсяĤĊ обеспечение безопасной работы обслуживающего персоė
налаĖĊбезаварийная работа электрических систем и установокĖĊгрозозащитаĊ
зданийĖĊ различных сооружений и линий связи сĊ Ċ помощью устройстваĊ
надежных заземленийĖĊ удовлетворяющих требованиям Правил устройстваĊ
электроустановокĊĒПУЭēĊв течение всего годаĘĊ
В связи с темĖĊ что распространение многолетнемерзлых грунтов наĊ
земле имеет глобальный характерĖĊ в этих условиях существует проблемаĊ
снижения сопротивления растеканию тока заземляющих устройствĖĊ аĊ
также его дальнейшая стабилизация в зимний периодĖĊкоторая включает вĊ
себя исследования распространения многолетнемерзлых грунтовĖĊ ихĊ
составаĖĊ особенностей и характеристикĘĊ Так в условиях многолетнеė
мерзлых грунтов выполнение заземляющих устройств в соответствии сĊ
требованиями ПУЭ сопряжено с дополнительными трудностямиĖĊ чтоĊ
обусловливает высокие затраты составляющиеĊĝĚėĝğďĊсметной стоимостиĊ
объектаĘĊ НапримерĖĊ на одной из подстанцийĊ ěěĚĊ кВ в посĘĊ Усть-НераĖĊ
расположенной на территории Республики СахаĊ ĒЯкутияēĖĊ для полученияĊ
расчетного сопротивления заземленияĊĚĖğĊОм потребовалосьĊĝĚĠĚĚĊгазовыхĊ
труб длиной поĊ ĝĊ м иĊ ěěĚĊ км полосовой стали сечениемĊ ĞĚхĞĊ ммĘĊ ОбщаяĊ
масса стали для одного контура составилаĊ ĞģĚĊ тĖĊ а для размещения всехĊ
электродов потребовалась площадь околоĊ ěĊ кмĜĘĊ Снижение капиталоė
вложений за счет использования рациональных конструкций заземлителейĊ
и методов их выполненияĖĊ а также повышение надежной работы энергоė
систем и обеспечение безопасности персонала являются очень актуальė
ными задачамиĘĊ
Работа выполнена в отделе электроэнергетики Института физикоė
технических проблем Севера СО РАН в рамках программ НИРĊĒшифрĊĠĘěĘġĊ
«Анализ прогнозного фона и выявление ключевых задач нового этапаĊ
развития энергетики региона СевераĊ Ēна примере Республики СахаĊ
(ЯкутияēēƥĥĊ шифрĊ ĝĘěĘěĘĠĊ ƕКомплексный анализ потенциала эффективė
ности использования топливно-энергетических ресурсовĖĊ надежности иĊ
экологической безопасности систем энергетики Республики СахаĊĒЯкутияēĊ
при формировании энергетических центров Востока России в первойĊ
четверти ХХijĊвекаƥĘĊ
Целью работы является разработка научных основĖĊметодов и средствĊ
снижения и круглогодичной стабилизации сопротивления растеканию токаĊ
заземляющих устройствĖĊ вмещенных в многолетнемерзлые грунтыĖĊ наĊ
основе электроподогрева деятельного слоя грунта коаксиальными электроė
дами-нагревателямиĘĊ
Для достижения цели были решены следующие задачи<,
-обзор существующих методов снижения и стабилизации сопротивė
ления заземляющих устройств в многолетнемерзлых грунтахĥĊ
-разработка метода создания круглогодично проводящего слоя грунтаĊ
Ċ
ĝĊ
на основе электродов-нагревателей коаксиальной конструкцииĥĊ
-разработка технического решения заземляющих устройств коаксиальė
ной конструкции для стационарных и мобильных электроустановокĥĊ
-разработка методики расчета заземляющих устройств с применениемĊ
электродов-нагревателей коаксиальной конструкцииĥĊ
-разработка метода вмещения заземляющих устройств в высокоė
проводящие слои многолетнемерзлых грунтовĘĊ
Методы исследования0,В работе используются методыĤ,
-математического моделированияĥĊĊ
-системного анализаĥĊ
-интегрального теплового балансаĥĊ
-анализа экспериментальных данныхĥĊ
-припасовыванияĥĊ
-теории вероятностиĘĊ
Положения.,выносимые на защиту<,
ěĘМетод снижения сопротивления растеканию тока в многолетė
немерзлых грунтах и его стабилизация в зимний период времени на основеĊ
электродов-нагревателей коаксиальной конструкцииĘĊ
ĜĘМетодика расчета электродов-нагревателей коаксиальной конструкė
цииĖĊ как дополнение к стандартным методам расчета заземляющихĊ
устройствĘĊ
ĝĘСпособ заложения заземляющих устройств в высокопроводящиеĊ
слои многолетнемерзлых грунтовĘĊ
ĞĘМетодика определения действия сил вертикальной деформации наĊ
электроды заземляющих устройств и ее решение посредством защемленияĊ
в вечномерзлый слой грунтаĘĊ
Научная новизна,работы заключается в следующемĤ,
ěĘРазработан метод снижения сопротивления заземляющих устройствĊ
путем искусственного создания таликовой зоны вокруг электродовė
нагревателей коаксиальной конструкции для стационарных и мобильныхĊ
электроустановокĘĊ
ĜĘРазработана методика расчета электродов-нагревателей коаксиальė
ной конструкцииĖĊкак дополнение к стандартным методамĘĊ
ĝĘПредложены способĖĊ и устройствоĖĊ вмещения заземляющихĊ
устройств в высокопроводящие слоиĖĊ обеспечивающий снижение на дваĊ
порядка сопротивления контура заземления в зимний период времениĘĊ
ĞĘВпервые предложен метод борьбы с силами вертикальной дефорė
мации контура заземления путем защемления расчетной части электродовĊ
многолетнемерзлым грунтомĘĊ
Практическая значимость результатов работы<,
Предложенный новый метод снижения сопротивления растеканиюĊ
тока имеет практическое применение в энергоснабжающих и промышė
ленных предприятияхĖĊ находящихся в зоне распространения многолетнеė
Ċ
ĞĊ
мерзлых грунтовĘĊ Внедрение данного метода снижает сопротивлениеĊ
растеканию тока до требуемыхĖĊ уменьшает затраты на сооружениеĊ
заземляющих устройств энергообъектовĖĊ повышает надежность работыĊ
релейной защиты и автоматикиĖĊобеспечивает электробезопасность работыĊ
обслуживающего персоналаĘĊ
Совокупность полученных результатов, представлена в диссерė
тацииĖĊ как теоретическое обобщение и решение важной научноė
технической проблемыĖĊимеющей большое хозяйственное значениеĘĊ
Достоверность и обоснованность, научных положений обеспеченыĊ
применением современной экспериментальной техники и методик иĊ
подтверждены результатами натурных испытанийĘĊ
Реализация работы0, РезультатыĖĊ полученные в диссертационнойĊ
работеĖĊ внедрены Якутскими городскими электрическими сетями и вĊ
учебный процесс кафедры электроснабжения СВФУĊ Ēимеются актыĊ
внедренияēĘĊ
Апробация
работы0, Основные
положения
и
результатыĊ
диссертационной работы докладывались и обсуждались наĤĊ ijijijĖĊ ijŀĖĊ ŀĊ
Международных Евразийских симпозиумах по проблемам прочностиĊ
материалов и машин для регионов холодного климатаĊĒЯкутскĖĊĜĚĚĠĖĊĜĚĚĢĖĊ
ĜĚěĚēĥĊ Ĝėм Международном форумеĊ ƕАктуальные проблемы современнойĊ
наукиƥĊ ĒСамараĖĊ ĜĚĚĠēĥĊ ġģėм заседании международного научногоĊ
семинара имĘĊЮ.НĘĊРуденкоĊƕМетодические вопросы исследования надежė
ности больших систем энергетикиƥĊ Ċ ĒВологдаĖĊ ĜĚĚġēĥĊ ijŀĊ ЛарионовскихĊ
чтенияхĊ ĒЯкутскĖĊ ĜĚĚģēĥĊ ijłĊ Международном симпозиуме по развитиюĊ
холодных регионовĊijĽĭĹļĮĊĜĚěĚĊĒЯкутскĖĊĜĚěĚēĘĊ
Личный вклад0, Постановка научно-исследовательских задач и ихĊ
решенияĖĊ научные положенияĖĊ выносимые на защитуĖĊ основные выводы иĊ
рекомендации диссертации принадлежат авторуĘĊ Личный вклад в работыĖĊ
опубликованные в соавторствеĖĊсоставляет не менееĊğĚďĘĊ
Публикации0 Содержание работы изложено вĊ ěĝĊ научных трудахĖĊ вĊ
том числеĊěĊстатья в периодическом издании по перечню ВАКĘĊ
Структура и объем работы0, Диссертационная работа состоит изĊ
введенияĖĊ четырех главĖĊ заключенияĖĊ списка литературы изĊ ěĝĢĊ
наименованийĘĊМатериал диссертации изложен наĊěĚĞĊстраницах машиноė
писного текста и включаетĊĜěĊрисунков иĊěĞĊтаблицĖĊа такжеĊġĊприложенийĊ
наĊěěĊстраницахĘĊ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ,
Во введении обоснована актуальность темы исследованияĖĊ сформуė
лированы цели и научные задачи исследованияĥĊ приведены основныеĊ
научные результатыĖĊ выносимые на защитуĥĊ показана научная новизнаĊ
объекта исследованийĥĊ оценена практическая значимость результатовĥĊ
Ċ
ğĊ
даны структура и объем диссертационной работыĖĊ а также объемĊ
публикацийĘĊ
В первой главе дан критический анализ работ по характеристикамĊ
электрофизических свойств многолетнемерзлых грунтов и водоемов вĊ
условиях Крайнего СевераĖĊа также конструкций заземлителейĖĊметоды ихĊ
расчетов и реализацииĘĊ Проанализированы основные принципыĊ
выполнения заземляющих устройств в условиях холодного климата иĊ
методы снижения сопротивления растеканию тока заземляющих устройствĊ
вмещенныхĖĊв многолетнемерзлые грунтыĘĊ
В разные годы решением проблемы снижения и стабилизации сезонė
ных вариаций сопротивления заземляющих устройств в многолетнеė
мерзлых грунтах занимались и внесли значительный вклад А.ИĘĊ ЯкобсĖĊ
Н.НĘĊ МаксименкоĖĊ В.ВĘĊ БургсдорфĖĊ Э.БĘĊ АльтшулерĖĊ В.НĘĊ ГрачевĖĊ Ю.ВĘĊ
ЦелебровскийĖĊВ.СĘĊЯкуповĖĊМ.ВĘĊЯкушевĖĊВ.АĘĊСедалищевĖĊН.АĘĊЦытовичĊ
и дрĘĊ
Для снижения сопротивления заземлителей в многолетнемерзлыхĊ
грунтахĖĊ имеющих высокое удельное электрическое сопротивлениеĖĊ
рекомендуют следующие способыĤĊ применение глубинных заземлителейĖĊ
специальную обработку грунтаĖĊ вынос заземлителей в подозерный илиĊ
подрусловый таликĖĊустройство заземлителей в деятельном слоеĘĊ
Одним из наиболее эффективных путей уменьшения сезонногоĊ
изменения сопротивления заземления в условиях холодного климата иĊ
многолетнемерзлых грунтов является сохранение части средыĖĊ вмещаюė
щей заземлителиĖĊ в талом состоянии в зимний период времениĘĊ В этомĊ
случае сезонные изменения сопротивления заземления будут определятьсяĊ
сезонным изменением объема таликовой зоныĖĊ которая сохранится кĊ
началу сезонного протаиванияĘĊ Сохранение или искусственное созданиеĊ
таликовых зон в мерзлых породах и их электропроводность эффективноĊ
управляются с помощью электроподогреваĘĊ
Методами снижения сезонных вариаций сопротивления заземленияĊ
электроподогревом путем использования греющего кабеля или пропусė
канием тока между заземлителями занимались такие исследователи какĊ
Э.БĘĊАльтшулерĖĊЮ.ВĘĊШевцовĖĊВ.СĘĊЯкуповĖĊВ.НĘĊГрачевĖĊЮ.ГĘĊШасткевичĊ
и дрĘĊ
Главным недостатком данных методов является непрерывная работаĊ
греющих элементовĖĊ которые обусловливают высокие эксплуатационныеĊ
затраты потребления электроэнергииĘĊ
Таким образомĖĊ на основе выполненного анализа методов и средствĊ
снижения сопротивления растеканию тока автором предлагается методĊ
электроподогрева грунта на основе электродов-нагревателей коаксиальė
ной конструкцииĖĊ как наиболее эффективный с минимальнымиĊ Ċ эксплуаė
тационными затратамиĘĊ
Во второй главе описаны основные принципы построения заземляюė
щих устройств с применением электродов-нагревателей коаксиальнойĊ
конструкцииĖĊ также рассмотрены способы выполнения заземляющихĊ
Ċ
ĠĊ
устройств для мобильных электроустановок в условиях Крайнего СевераĘĊ
Электроды-нагреватели коаксиальной конструкции представляютĊ
собой разновидность стальных нагревателей для низкотемпературногоĊ
нагреваĘĊВ простейшем случае коаксиальный электронагревательĊƀĊэто дваĊ
цилиндрических проводникаĖĊ соединенные последовательно такимĊ
образомĖĊ что один из них по всей длине расположен соосно внутриĊ
другогоĖĊобразуя цилиндрический бифилярĘĊНапримерĖĊнаĊрис0= в качествеĊ
проводников используется стерженьĊ > внутри трубыĊ = с электрическойĊ
изоляциейĊ?,между нимиĘĊ
Ċ
РисунокĊěĘĊКоаксиальный электрод-нагреватель в разрезеĊ
С одной стороны концы проводников свариваютĖĊ образуяĊ
последовательное соединениеĖĊ а к противоположным подводят напряжеė
ниеĘĊТаким образомĖĊэлектрический ток во внутреннем и наружном проводė
никах протекает встречно и при взаимодействии электромагнитных полейĊ
близко расположенных проводников в них возникает эффект вытесненияĊ
электрического тока к обращенным друг к другу поверхностям проводė
никовĘĊПри этом на наружной поверхности внешнего проводника электроė
магнитное поле практически отсутствуетĖĊ и при безопасных напряженияхĊ
электронагреватель может применяться без электрической изоляцииĘĊ ЭтаĊ
особенность коаксиального электрода-нагревателя позволяет его помещатьĊ
непосредственно в нагреваемую средуĘĊ
Для того чтобы электромагнитная волна полностью затухалаĖĊтолщинаĊ
стенки наружной трубы должна быть не менееĊ ĜĖğĊммĖĊ т.кĘĊ эквивалентнаяĊ
глубина проникновения токов в сталь при частотеĊ ğĚĊ Гц в среднемĊ
составляет околоĊ ěĖğĊ ммĘĊ При значительных токах и повышенииĊ
температуры нагревателя глубина проникновения возрастает доĊ ĝėĞĊ ммĘĊ
Массивные проводники нагревателей обладают очень малым сопротивė
лением и для их питания необходим понизительный трансформатор соĊ
вторичным напряжением в пределахĊ ĠėĜĞĊ В и рабочим током доĊ ěĊ кАĖĊ
поэтому токопроводы должны быть рассчитаны на термическуюĊ
стойкостьĘĊ Поскольку коаксиальный нагреватель представляет активноė
индуктивную нагрузкуĖĊто его коэффициент мощности меньше единицы иĊ
находится в пределахĊĚĖĢğėĚĖģğĊв зависимости от сортамента сталиĘĊ
К достоинствам коаксиальных нагревателей относятся их простотаĖĊ
надежность и долговечностьĘĊЭти качества особенно важны при использоė
вании их в заземляющих устройствах электроустановокĘĊ
Принцип построения заземляющего устройстваĖĊ вмещенного в деяė
тельный слой в комплексе с электроподогревом в виде электродовė
Ċ
ġĊ
нагревателей коаксиальной конструкцииĖĊ представлен наĊ рис0>ĘĊ ЗдесьĊ
показана схема размещения в деятельном слоеĊ9 устройства заземленияĊAĖĊ
гальванически связанного проводникомĊ 8 с проводникомĊ > нагревателяĊ =Ċ
(таликовая зонаĊ; заштрихованаēĘĊ
Ċ
РисунокĊĜĘĊЗаземляющее устройство в комплексеĊĊ
с электродом-нагревателем коаксиальной конструкцииĤĊ
ěĊ ƀĊ электрод-нагревательĥĊ ĜĖĊ ĝĊ ƀĊ соосные цилиндрические проводникиĥĊ ĞĊ ƀĊ
изоляционный промежутокĥĊğĊƀĊустройство заземленияĥĊĠĊƀĊтокопроводĥĊġĊƀĊдеятельныйĊ
слойĥĊĢĊƀĊтонкий слой талого грунтаĥĊģĊƀĊискусственная таликовая зонаĊ
Размещение устройства автором предлагается выполнить в двухĊ
вариантахĤĊ
ěēĊ главный контур заземленияĊ = гальванически связать со вспомогаė
тельным контуром заземленияĊ > в виде одного или ряда электродовė
нагревателей коаксиальной конструкцииĖĊ расположенным в непосредė
ственной близостиĊĒрис0?ēĥĊ
ĜēĊ главным контуром заземления выступает ряд электродов-нагреваė
телей коаксиальной конструкцииĊ>ĖĊразмещенный по площади подстанцииĊ
Ēрис0@ēĘĊ
Ċ
Ċ
ěĊ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
ИП,
Ċ
САУ,
ИП,,,,,
Ĝ
Ċ
САУ,
ĜĊ
РисунокĊĞĘĊСхема размещения контураĊ
заземления в виде коаксиальныхĊ
электродов-нагревателейĊ
РисунокĊĝĘĊСхема размещенияĊ
вспомогательного контура заземления вĊ
виде коаксиальных электродовė
нагревателей в непосредственнойĊ
близости от главногоĊ
ěĊ ƀĊ главный контур заземленияĥĊ ĜĊ ƀĊ контур в виде электродов-нагревателейĊ
коаксиальной конструкцииĥĊИПĊƀĊисточник питания электродов-нагревателейĥĊСАУĊ
ƀĊсистема автоматического управленияĊ
Ċ
ĢĊ
Размещение главного контура заземления в деятельном слое вĊ
комплексе со вспомогательным контуром коаксиальной конструкцииĊ
решает проблему обеспечения таликовой зоны в переходный зимнеė
весенний периодĊ Ēначала таяния снежного покроваĖĊ когда появляетсяĊ Ċ
тонкий высокопроводящий поверхностный слойēĘĊ В это время возникаетĊ
наибольшая вероятность поражения электрическим током обслужиė
вающего персоналаĖĊпоскольку основная масса грунтаĖĊв который помещенĊ
главный контур заземленияĖĊ находится в мерзлом состоянии и имеетĊ
высокое удельное сопротивлениеĘĊ Основную функцию заземляющегоĊ
устройства принимает на себя вспомогательный контурĖĊ связанныйĊ
электрически с главным контуром и имеющий связь с талым высокоė
проводящим слоем за счет наличия таликовых зон вокруг электродовĘĊ
Таким образомĖĊ обеспечивается надежная работа заземления и защитыĊ
обслуживающего персонала от напряжения прикосновенияĘĊ
В зимний период времениĖĊ в момент резкого повышения сопротивė
ления растеканию тока главным контуромĖĊ которым являются электродыė
нагреватели коаксиальной конструкцииĖĊ создается талик с удовлетвоė
ряющим требованиям ПУЭ сопротивлением растеканию токаĘĊ ДанноеĊ
значение сопротивления поддерживается системой автоматическогоĊ
управленияĘĊ
Для заземления мобильных электроустановок доĊ ěĚĚĚĊ В с краткоė
временной дислокацией предлагаются разработанные автором способ иĊ
устройство поверхностного переносного заземлителя коаксиальнойĊ
конструкцииĖĊ которое предназначено для оперативного обеспеченияĊ
нормативных величин сезонного сопротивления растеканию токаĊ
заземляющих устройств в условиях многолетнемерзлых грунтовĘĊ
НаĊ рис0AĊ (а., б+ представлено устройство поверхностного заземлителяĊ
коаксиальной конструкцииĖĊ электродыĊ = которого изготовлены изĊ
листовой стали толщинойĊ ěĖğĊ ммĖĊ плоской прямоугольной формыĖĊ
размещенные в теплозащитном корпусеĊ > с отражателемĖĊ внутренняяĊ
поверхность которого зеркальнаяĘĊ Контактный болтĊ ? предназначен дляĊ
подключения нулевого провода источника электропитания и корпусаĊ
заземляемого объектаĘĊ Источник питанияĊ @ рассчитан наĊ ĠėěĜĊ ВĘĊ
Стабилизатор температурного режима грунта, A, работает в комплексе сĊ
датчиком температурыĊ AĘĊ Для снижения переходного сопротивленияĊ
между устройством заземления и землей применяется балластный грузĊ 9Ċ
массой не менееĊ ĞĚĊ кгĘĊ Электроды-нагреватели покрываются электроė
изоляционным термостойким лакомĘĊ Перед установкой устройстваĊ
проводится очистка грунта от снегаĘĊ При подключении устройства кĊ
источнику тока электроды разогреваютсяĖĊ и под заземлителем создаетсяĊ
таликовая зонаĘĊ Устройством стабилизации температурного режимаĖĊ вĊ
свою очередьĖĊ выбирается оптимальный режим работы поверхностногоĊ
заземлителяĘĊ
Ċ
ģĊ
Ċ
Ċ
Ċ
A,
СтĊŞ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
8, Ċ
Ċ
Ċ
ĚĊ
@,
ИПĊ
>,
?,
=,
ЗаземляемыйĊ
объектĊ
ЗаземляемыйĊ
объектĊ
9,
>,
Ċ
Ċ
Ċ
Ċ
аĊ
@,
ИПĊ
A,
=,
?,
8,
СтĊŞĚĊ
бĊ
РисунокĊğĘĊПоверхностный переносной заземлитель коаксиальной конструкцииĤĊ
аĊƀĊсхема электрических соединений электродов-нагревателейĊ
бĊƀĊвид со стороны подключения ИПĊ
ěĊƀĊкоаксиальные электроды-нагревателиĥĊĜĊƀĊкорпус заземлителяĥĊĝĊƀĊконтактный болтĥĊ
ĞĊ ƀĊ источник питанияĥĊ ğĊ ƀĊ стабилизатор температурного режима грунтаĥ, ĠĊ ƀĊ датчикĊ
температурыĥĊĊġĊƀĊгрузĊ
Предлагаемый поверхностный заземлитель по сравнению сĊ
традиционными имеет следующие преимуществаĤĊ отпадает необходиė
мость транспортировки и эксплуатации буровой установки для устройстваĊ
заземления передвижных электроустановокĥĊисключается обработка грунтаĊ
солеėĊ и кислотосодержащими средствамиĖĊ так как при таянии мерзлогоĊ
грунта создается более эффективная таликовая зона с низким удельнымĊ
сопротивлениемĥĊ достигается низкое сопротивление заземления сĊ
меньшими затратами времениĖĊ труда и материальных средствĖĊ исключаяĊ
вынужденную засоленность почвыĖĊ которая в условиях многолетнеė
мерзлых грунтов в летний период мигрирует в надмерзлотном слоеĖĊ
концентрируясь в низких местах и оказывая негативное воздействие наĊ
почву и растительный покровĘĊ
Вторым предлагаемым в данной работе методом является заложениеĊ
заземлителейĖĊ при котором используют в качестве высокопроводящейĊ
среды тонкие высокоминерализованные слоиĊ ĒкриопэгиēĊ или грунтыĖĊ
которые сохраняют достаточно высокую проводимость круглогодичноĘĊ
Под тонким проводящим слоем понимается слой легких пылеватыхĊ
суглинков или водоносных горных породĖĊ имеющих удельноеĊ
электрическое сопротивление в пределах отĊěĚėěĚĚĊОмĔмĖĊтолщинуĊĚĖěėğĊмĊ
и находящихся на глубине отĊěėĜĚĊмĘĊ
Ċ
ěĚĊ
В качестве заземлителя предлагается использовать плоскостнойĊ
электрод в виде пластины или диска сравнительно небольших размеровĖĊ
погружаемых в слойĘĊ
Данный метод менее затратный по сравнению с аналогамиĘĊ Ċ ТонкиеĊ
проводящие слои имеют преимущество перед предлагаемым электроė
нагревом в том случаеĖĊ если они расположены в непосредственнойĊ
близости от заземляемых объектов на небольшой глубинеĘĊ
НаĊрис08,и,9 показаны варианты расположения заземлителя в высокоė
проводящем слоеĤĊвариантĊěĊƀĊпластина в надмерзлотном таликеĥĊвариантĊĜĊ
ƀĊдиск в межмерзлотном таликеĘĊ
На территории проектируемого объекта производятся съемка поĊ
площади и зондирование высокочастотными методами электроразведкиĘĊ
По результатам съемки оконтуривается распространение тонкогоĊ
проводящего слоя по исследуемой площади и выбирается место заложенияĊ
заземленияĖĊ определяются глубина залеганияĖĊ удельное электрическоеĊ
сопротивление и толщина слояĘĊ По этим параметрам рассчитываетсяĊ
необходимая площадь электрода заземлителяĘĊВ зависимости от расчетнойĊ
площади электрода и глубины залегания тонкого проводящего слояĊ
выбирается способ рационального доступа к слоюĤĊлибо рытье шурфа илиĊ
траншеиĖĊлибо шнековое бурение скважиныĘĊ
Заложение заземлителя по вариантуĊ ěĊ Ēрис08ēĊ производится в тонкийĊ
проводящий слойĊĒнадмерзлотный таликēĊ?ĘĊПосле выемки грунта пластинаĊ
9 закладывается в тонкий проводящий слойĊ? в плоскости его простиранияĊ
на глубинеĖĊ соответствующей половине мощности слояĘĊ Затем обесė
печивается ее соединение заземляющим проводникомĊ : с объектомĊ
заземленияĘĊ
По вариантуĊ ĜĊ Ēрис09ēĊ заложение заземлителя в тонкий проводящийĊ
слойĊ? может быть произведено на любой глубинеĘĊВозможности этого ваėĊ
Ċ
РисунокĊĠĘĊПластина в надмерзлотнойĊ
таликовой зонеĊ
РисунокĊġĘĊДиск в межмерзлотнойĊ
таликовой зонеĊ
ěĊƀĊдеятельный слойĥĊĜĊƀĊграница сезонного оттаиванияĥĊĝĊƀĊнадмерзлотный или межė
мерзлотный таликиĥĊ ĞĊ ƀĊ кровля сплошной многолетней мерзлотыĥĊ ğĊ ƀĊ многолетнеė
мерзлый грунтĥĊĠĊƀĊграница выемки грунтаĥĊġĊƀĊпластина или дискĊ
,
Ċ
ěěĊ
-рианта ограничиваются доступной величиной диаметра шнекаĖĊ которыйĊ
должен быть больше чем диаметр дискаĊ 9 с минимальной площадьюĖĊ
обеспечивающей требуемое сопротивление заземлителя в слоеĘĊ СкважинаĊ
бурится до заглубления в тонкий проводящий слойĖĊ в который иĊ
погружается дискĘĊ При обеспечении соединения диска с объектомĊ
заземления заземляющим проводникомĊ: может служить стальная полосаĖĊ
приваренная к диску и вместе с ним опущенная в скважинуĘĊ ЗасыпкаĊ
скважины выполняется проводящим материаломĊĒбентонитомĖĊглиной илиĊ
угольной крошкойēĘĊ
Недостатком широкого применения данного метода является тоĖĊ чтоĊ
тонкие проводящие слои имеют очаговое распространениеĘĊ
В третьей главе предложена методика расчета коаксиальныхĊ
электродов-нагревателей и приведены результаты экспериментальныхĊ
исследований по нейĖĊа также представлена эффективность ее примененияĥĊ
описаны способ и устройство стабилизации требуемого сопротивленияĊ
заземляющих устройствĥĊ приведены результаты оценочного сравненияĊ
подстанции на основе данного метода заземленияĘĊ
Для
решения
задачи
определения величины протаиванияĊ
предполагаемĖĊ что скважина радиусомĊ |Ě обогревается электродомė
нагревателем
коаксиальной
конструкцииĖĊ имеющим
удельноеĊ
тепловыделениеĊ{ĘĊ
Тепловой расчет электрода сводится к определению их термическогоĊ
сопротивления и удельной поверхностной мощности или рабочейĊ
температурыĘĊ
ПредположимĖĊчто скважина радиусомĊ|Ě обогревается нагревательнымĊ
электродомĖĊимеющим удельное тепловыделениеĊ{ĘĊ
Для математического моделирования данного процесса сформуė
лируем осесимметричную задачу теплопроводности с учетом фазовогоĊ
перехода влагиĖĊ насыщающей грунтĖĊ то есть его протаивания за счетĊ
действия нагревателя в скважинеĘĊЗапишем в безразмерном виде основныеĊ
уравненияĖĊ а также соответствующие физике процесса начальные иĊ
граничные условияĘĊ
Для талой зоныĤĊ
Для мерзлой зоныĤĊ
¶`Ĝ ě ¶ æ ¶`Ĝ ö
=
ç|
÷ Ė Ċ ,ĊĒ- ē £ | £ ¥ ĖĊĊĊĊĊĊĊĒĞēĊ
| ¶| è ¶| ø
¶`Ĝ ( | Ė Ě ) = ` ĖĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒğēĊ
ě ¶ æ ¶`ě ö
¶`ě
=c
ç|
÷ ĖĊĊ ě £ | £ , ( - ) ĖĊĊĒěēĊ
¶| ¶| è ¶| ø
Ċ `ě ( ,Ė - ) = Ě ĖĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒĜēĊ
-
¶`ě
¶|
`Ĝ ( ,Ė - ) = Ě ĘĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒĠēĊ
= { ĖĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒĝēĊ
| =ě
Ċ
На границе протаивания ставится условие СтефанаĤĊ
-lě
¶`ě
¶`
,
+ lĜ Ĝ =
ĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒġēĊ
¶|
¶| -
и условие равенства температур на этой границе температуре фазовогоĊ
переходаĖĊчто выражается граничными условиямиĊĒĜēĊиĊĒĠēĘĊ
Ċ
ěĜĊ
Здесь приняты следующие обозначенияĤĊ
`" =
`
`"
|
-c
,
{
c
l`
Ė Ċ` = Ė Ċ| = Ė Ċ - = Ĝ Ĝ Ė Ċ, = Ė Ċc = ě Ė Ċl" = " Ě Ė Ċ{ =
Ė Ċ" = ěĖ Ĝ ĊĊĊ
`Ě
`Ě
|0
|0
|0
cĜ
c Ĝ r 0%
Ĝp !lě`Ě
ĒěĊ ƀĊ талая зонаĖĊ ĜĊ ƀĊ мерзлая зонаēĘĊ Переменные с чертойĊ ƀĊ размерныеĊ
значения температурыĖĊ радиальной координатыĖĊ отсчитываемой от осиĊ
скважиныĖĊвремениĖĊкоординаты фронта фазового переходаĖĊкоэффициентаĊ
теплопроводности грунта и мощности нагревателяĘĊ
Для решения поставленной нелинейной задачи воспользовалисьĊ
методом интегрального теплового балансаĖĊ который успешно испольė
зуется для изучения теплового взаимодействия нефтяных и газовыхĊ
скважин с мерзлыми горными породамиĘĊ Этот метод позволяет свестиĊ
исходную задачу для уравнений в частных производных к решению задачиĊ
Коши для системы двух обыкновенных дифференциальных уравненийĘĊ ВĊ
данном случае видоизменяем решение с учетом специфики процессаĖĊ чтоĊ
отражается в виде граничного условияĊ ĒĝēĖĊ которое выражает постоянствоĊ
теплового потока на поверхности скважиныĖĊ в которой расположенĊ
нагревательный элементĘĊ
В соответствии с методом интегрального теплового баланса вводимĊ
радиус теплового влиянияĊ T ( - ) ĖĊкоторый определяется из соотношенийĤĊ
` = ` Ė
¶`
=Ċ Ě приĊ | = T ( - ) ĘĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒĢēĊ
¶|
УсловияĊ ĒĢēĊ заменяют собой начальное условиеĊ ĒğēĊ и условиеĊ
ограниченности решения на бесконечностиĘĊ Вспомогательная переменнаяĊ
T ( - ) определяется из интеграла теплового балансаĖĊ который выводитсяĊ
путем интегрирования дифференциального уравненияĊĒĞēĊи имеет видĤĊ
-
T(- )
ò
,( - )
|`Ĝ ( | Ė - ) | = ` T
¶`
T
-, Ĝ
¶|
-
ĘĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒģēĊ
| = ,(- )
В результате простыхĖĊ но громоздких вычислений для определенияĊ
безразмерного радиуса протаивания получаем систему двух обыкновенė
ных дифференциальных уравнений следующего видаĤĊ
lĜ` ( . - ě)
, lě{
=
+
,
, ( . ŖŘ . + ě - . )
T
ě
=
- ŖŘ . . Ĝ + . + ě + ĚĘĜğ ě - . Ĝ
Ġ
(
)
(
)
ĊĊĊĊĊĊĊĒěĚēĊ
æě
, æ . ĝ .
ě öö
çç ( . ŖŘ . + ě - . ) - ç + - . ŖŘ . - ÷ ÷÷
- è ěĜ Ğ
ĝ øø
è,
Для ее однозначного решения необходимо задать начальные условияĊ
следующего видаĤĊ
, ( Ě ) = ěĖ T (Ċ Ě ) = Tw ĖĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒěěēĊ
где начальное значение радиуса влияния определяется путем решенияĊ
следующего трансцендентного уравненияĤĊ
`
Tw ŖŘ Tw
= ě - ĘĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒěĜēĊ
Tw - ě
{
Ċ
ěĝĊ
Второе условие вĊ ĒěěēĊ означаетĖĊ что протаивание мерзлого грунтаĊ
начнется через некоторое время после включения нагревателяĖĊ за котороеĊ
радиус теплового влияния увеличится до величиныĊ Tw ĘĊ
Математическая модельĊĒěěēėĒěĜēĊ может быть использована не толькоĊ
для расчетов протаивания при работе нагревательного устройстваĖĊ но иĊ
смерзания грунта при его отключенииĘĊ Для этого в уравненияхĊ ĒěěēĊ
необходимо положитьĊ { = Ě ĖĊ а в начальных условияхĊ ĒěĜēĊ заменить значеė
нияĊ , ( Ě ) Ė T Ċ( Ě ) на величиныĖĊполученные на предыдущем этапе вычисленийĘĊ
И в томĖĊ и в другом случае соответствующая задача Коши решаетсяĊ
методом Рунге-Кутта четвертого порядка точностиĘĊ
Расчеты выполнялись для грунтовĊĒпесковĖĊсупесейĖĊсуглинков и глинēĊ
в зависимости от объемного весаĖĊ дисперсностиĖĊ влажности и тепловыхĊ
характеристикĘĊ Значения объемного веса грунтовĖĊ коэффициентов теплоė
проводностиĖĊ объемной теплоемкости при влажностях равныхĊĚĖĜĚĊ иĊĚĖĝğĘĊ
Дополнительно использовались следующие значения параметровĤĊ наружė
ный радиус скважиныĊ ƀĊ ĚĖĚěĝğĊ мĥĊ теплота плавления льдаĊ ƀĊ ĢĚĊ ккал/кгĥĊ
начальная температура грунтаĊ-ĊėĞĚСĖĊėĢĚСĥĊдиаметр электродаĊ-ĊĚĖĚĜġĊмĘĊ
Пример динамики изменения радиуса зоны талого грунтаĊ ĒсупесиēĊ
представлен наĊрис0:ĘĊ
Ċ
РисунокĊĢĘĊДинамика изменения радиуса зоны талого грунта приĤĊ
включенномĊĒĚĦŞ≤ĢĊсутĘēĊи выключенномĊĒĢĦŞ≤ěĠĊсутĘēĊнагревательном процессеĊ
Нижние кривые на рисунке относятся к случаюĖĊ когда влажностьĊ
грунта составлялаĊĚĖĝğĖĊверхниеĊƀĊĚĖĜĚĘĊАнализ графиков позволяет сделатьĊ
следующие выводыĤĊ во-первыхĖĊ в соответствии с физикой процессаĊ
скорость протаивания главным образом зависит от влажности грунтаĊ
окружающего нагревательное устройствоĥĊ во-вторыхĖĊ величина проė
таивания практически не зависит от начальной температуры грунтаĖĊ этоĊ
объясняется большой мощностью нагревателяĥĊ в-третьихĖĊ скоростьĊ
протаивания значительно выше скорости смерзанияĘĊ Таким образомĖĊ дляĊ
обеспечения нормируемого сопротивления заземляющего устройства вĊ
зимне-весенний период от мерзлого грунта в талое достаточно одноразоė
вого включения электродов-нагревателейĘĊ
Ċ
ěĞĊ
С целью подтверждения правомерности теоретических разработокĊ
была выбрана подстанция мощностьюĊ ěĠĚĊ кВАĊ ěĚęĚĖĞĊ кВĖĊ питающейĊ
экспериментальное хозяйство Ботанического сада Якутского научногоĊ
центра СО РАНĘĊ
Перед началом эксперимента были сняты характеристики грунтовыхĊ
условийĤĊ грунтĊ ƀĊ суглинокĥĊ влажность грунтаĊ ƀĊ ĚĖĝğėĚĖĞĥĊ сопротивлениеĊ
растеканию тока коаксиального электродаĊ ƀĊ ģĠĚĊ ОмĥĊ удельное сопротивė
ление землиĊƀĊěĜ ěĚğ Ом мĘĊ
Питание вспомогательного контура заземления из электродовė
нагревателей осуществлялось от специально изготовленного трансė
форматора с напряжением питанияĊ ěĜĊ ВĘĊ При этом сопротивление элекė
тродов составлялоĊ ĚĖĚěĢĊ ОмĘĊ Экспериментальным путем установленоĖĊ чтоĊ
коаксиальные электроды-нагреватели представляют собой в основномĊ
активную нагрузку с коэффициентом мощностиĊ Oy,φħĚĖģğĖĊ мощностьĊ
Ĕ
электродов
K=
Ĕ
составилаĊ R =
a Ĝ × Oy,j
= ġĖĠ кВтĖĊ а
Tн
установившийся
токĊ
a
= ĠĠĠĖĠ АĘĊ
Tн
Нагрев грунта производился в весенний периодĖĊкогда на поверхностиĊ
земли образовалась тонкая проводящая пленкаĘĊЭтот период соответствуетĊ
времени максимальных удельных сопротивлений грунта иĖĊследовательноĖĊ
повышенной вероятности поражения обслуживающего персонала электриė
ческим током из-за отказов защитных средств автоматики и релейной заė
щитыĘĊДля создания таликовой зоны вĊěĖğĊм потребовалосьĊĢĊсутокĊĒěģĜĊчēĊ
непрерывной работы вспомогательного контураĖĊсвязанного гальваническиĊ
с главным контуромĘĊ Потребление электроэнергии на создание данногоĊ
талика составилоĊЭ=Р -ħġĖĠ ěģĜħěĞĠĚĊкВт чĘĊ
В конце оттайки грунта замерялась температура на расстоянияхĊĚĖĊĝĚĖĊ
ğĚĖĊěĚĚĊиĊěğĚĊсм от электродовĘĊ
,
Ĕ
Ĕ
Температурный режим грунта в зоне электронагреваĊ
Расстояние отĊĊ
нагревателяĖĊсмĊ
ĚĊ
ĝĚĊ
ğĚĊ
ěĚĚĊ
ěğĚĊ
Температура грунтаĖĊĚСĊ
расчетнаяĊ
экспериментальнаяĊ
ĢĚĖĜĊ
ĢğĖĚĊ
ġġĖğĊ
ġĜĖģĊ
ĞĚĖģĊ
ĝĠĖěĊ
ĜĢĖĚĊ
ĜĝĖĝĊ
ěĖĝĚĊ
ěĖĚĚĊ
Значения температур экспериментальных и расчетных данныхĊ
приведены в таблицеĘĊ При этом объем талика составилĊ ěĢĊ мĝĘĊ
Сопротивление растеканию тока коаксиального электрода-нагревателяĊ
составилоĊĞĖĜĊОмĘĊ
Необходимо отметитьĖĊ что сопротивление грунта при смерзании иĊ
оттаивании носит скачкообразный характер и происходит вблизиĊĚĊĚСĘĊ
Ċ
ěğĊ
Сходимость расчетных и экспериментальных данных находится вĊ
допустимых пределахĘĊ Снизить погрешность можно за счет обработкиĊ
внутренней поверхности наружной трубыĊĒубрать заусенцы на шве сваркиēĊ
и внутреннего стержняĘĊТаким образом уменьшается изоляционный зазор иĊ
повышается эффект нагреваĖĊ снижаются потери на разогрев электродовė
нагревателейĘĊ
Для круглогодичной стабилизации нормированного сопротивленияĊ
растеканию тока с заземляющего устройства необходимо обеспечить вĊ
зимний и зимне-весенний периоды включение системы контроля иĊ
управления стабилизирующим устройствомĘĊДля достижения данной целиĊ
автором предлагаются два решенияĤĊ
ěēĊ для эксплуатируемой подстанции с главным контуром следует вĊ
момент полного промерзания деятельного слояĊ Ēвесенний периодēĊ вклюė
чить вспомогательный контур заземления коаксиальной конструкции иĊ
создать таликовую зонуĖĊ которая обеспечит требуемое сопротивлениеĊ
растеканию тока вплоть до начала естественной оттайкиĥĊ
ĜēĊдля новых подстанций с устройством заземления в виде контура изĊ
электродов-нагревателей коаксиальной конструкции в момент началаĊ
промерзания деятельного слояĊ Ēрезкого повышения сопротивленияĊ
растеканию токаēĊот системы стабилизации подается сигнал на включениеĊ
источника питания контураĘĊВключение и выключение источника питанияĖĊ
зависят от температуры грунта вокруг электродов-нагревателейĖĊ котороеĊ
контролируется заложенными в грунт термодатчикамиĘĊ
В технико-экономическом расчете затраты на сооружение контураĊ
заземления электродами-нагревателями коаксиальной конструкции вĊ
большей степени будут складываться из затрат на изготовление электроė
дов-нагревателей и затрат на специальный трансформаторĘĊ
Стоимость одного электрода-нагревателя без учета затрат наĊ
изготовление будет определяться длинойĖĊдиаметром наружной и внутренė
ней трубĖĊтолщиной их стенок и типа изоляционного материалаĘĊ
Оценочный расчет показалĖĊ что сооружение заземляющего контураĊ
электродами-нагревателями коаксиальной конструкции взамен вертиė
кальных стальных электродов удорожает затраты в пределахĊğďĘĊ
Четвертая глава посвящена оценке влияния вертикальной дефорė
мации грунта на эксплуатационную надежность работы заземляющихĊ
устройств в условиях многолетнемерзлых грунтовĘĊ
При промерзании в зимний период времени деформирующих грунтовĊ
за счет увеличения их объемаĖĊвследствие расширения воды при переходе вĊ
твердую фазуĖĊ существует реальная угроза деформации и целостностиĊ
контура заземленияĖĊ что влечет к разрыву и повышению егоĊ
сопротивленияĘĊ
На Севере деятельный слой многолетнемерзлых грунтов достигаетĊ
ĚĖĜėĞĊ м в зависимости от рельефа местностиĖĊ экспозиции склоновĖĊ
растительного покроваĖĊ состава грунтовĖĊ влагосодержания и другихĊ
факторовĘĊГлубина заложения контура заземления определяется условиямиĊ
Ċ
ěĠĊ
протаивания деятельного слоя без учета надежного защемления вĊ
мерзлотеĖĊпротиводействующего силам вертикальной деформацииĘĊ
ИзвестноĖĊ что при замерзании воды в грунте вследствие объемногоĊ
расширенияĊ Ēувеличение объема воды наĊ ģĖěďēĊ возникают внутренниеĊ
силыĖĊ которые перемещают минеральные частицы и изменяют строениеĊ
грунтаĘĊ Поскольку промерзание грунта сопровождается увеличением егоĊ
объема за счет расширения воды при переходе в твердую фазуĖĊ вĊ
результате чего поверхность земли в зимнее время деформируетсяĊ
(выпираетсяēĊнаĊğėěĚĊсм и болееĘĊЭто явление начинается при температуреĊ
отĊ ėĚĖğůėĚĖĢĚС и заканчивается приĊ ėĝůėğĚСĘĊ Интенсивная деформацияĊ
длится около полутора месяцевĘĊДеформация грунтаĊƀĊпроцессĖĊв основномĊ
обратимыйĖĊ но вертикальная деформация контура заземления подĊ
влиянием давления льда вверхĊƀĊпроцесс накапливаемыйĖĊнеобратимыйĘĊ
Анализ экспериментальных исследований показалĖĊ что наибольшейĊ
деформации подверглись объектыĖĊ заглубленные наĊĜĊ мĘĊ Это объясняетсяĊ
темĖĊчто большая часть их длины находилась в деятельном слоеĖĊа нижняяĊ
часть опиралась на многолетнемерзлые грунтыĖĊ которые препятствовалиĊ
просадке при оттаивании деятельного слояĖĊ а заглубленных наĊ ĜĖğėĝĊ мĊ
силам вертикальной деформации препятствовала удерживающая силаĊ
смерзания грунта с поверхностью объектаĖĊ находящейся в зоне многоė
летнемерзлых грунтовĘĊ
Расчетное минимальное значение глубины защемления электродов вĊ
многолетнемерзлый грунтĖĊ при которой силы смерзания и деформацииĊ
равныĤĊ
!М = $ ×
t Н × R - P ěН
ĖĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĊĒěĝēĊ
TН × .
гдеĊ $Ċ ƀĊ коэффициент однородности грунтаĥĊ t Н Ċ ƀĊ нормальное значениеĊ
касательной силы вертикальной деформации грунтаĖĊ принимаемое наĊ
основании опытных данныхĖĊ кг/смĜĊ Ēпри отсутствии опытных данныхĊ
допускается принимать равнымĊ ĚĖĢĊ кг/смĜ для районов с температуройĊ
грунтов нижеĊėĝĊ ĚС или в зависимости от деформации грунтов для сильнойĊ
степениĊ ƀĊ ěĖĚĖĊ для среднейĊ ƀĊ ĚĖĢĖĊ для слабойĊ ƀĊ ĚĖĠēĥĊ RĊ ƀĊ площадь боковойĊ
поверхности части электродаĖĊ находящейся в пределах деятельного слояĖĊ
смĜĥĊ PěН Ċ ƀĊ нормативное значение постоянной нагрузкиĖĊ кгĥĊ TН Ċ ƀĊ нормаė
тивное сопротивление мерзлых грунтов сдвигу по боковой поверхностиĊ
смерзания для расчетной температуры в серединеĊ ěėго слоя многолетнеė
мерзлого грунтаĥ,.ĊƀĊсреднее значение периметра электродаĖĊсмĘĊ
Решение проблемы достигаетсяĤĊ во-первыхĖĊ защемлением вертикальė
ных электродов контура заземления в многолетнемерзлый грунт на расчетė
ную величинуĥĊ во-вторыхĖĊ использованием контуров заземляющегоĊ
устройства коаксиальной конструкции с созданием таликовых зонĖĊ вокругĊ
которых отсутствуют действия сил вертикальной деформацииĘĊ
,
Ċ
ěġĊ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ,
Результаты работы вносят вклад в решение важной научнойĊ
проблемыĖĊимеющей большое хозяйственное значениеĊƀĊснижение и кругė
логодичная стабилизация нормированного сопротивления растеканию токаĊ
заземляющих устройствĖĊвмещенных в многолетнемерзлые грунтыĘĊ
Основные научные и практические результатыĖĊ обобщенные вĊ
диссертацииĖĊзаключаются в следующемĤĊ
ěĘРазработанный метод размещения устройства вспомогательногоĊ
контура заземления коаксиальной конструкцииĖĊ как дополнение кĊ
главному контуру заземляющего устройстваĖĊ вмещенному в деятельныйĊ
слойĖĊ решает проблему снижения сопротивления растеканию тока вĊ
зимний и в переходный зимне-весенний периодыĖĊ когда появляетсяĊ
тонкийĖĊ талый высокопроводящий поверхностный слойĘĊ При этомĊ
основную функцию заземляющего устройства принимает на себяĊ
вспомогательный контур заземляющего устройстваĘĊ
В ходе проведения эксперимента выявленоĖĊ что использованиеĊ
электродов-нагревателей коаксиальной конструкции снизило сопротивė
ление растеканию токаĊĊсĊģĠĚĊдоĊĞĖĜĊОмĘĊ
ĜĘПредложенное техническое решение стабилизации сопротивленияĊ
заземляющего устройства с программным управлением температурногоĊ
режима таликовой зоны вспомогательного контура заземляющегоĊ
устройства коаксиальной конструкции обеспечивает работу заземления сĊ
минимальными эксплуатационными затратамиĘĊ
ĝĘПредложенная методика расчета с помощью решения осесимė
метричной нелинейной задачи теплопроводности с учетом фазовогоĊ
перехода влагиĖĊ насыщающей грунт методом интегрального тепловогоĊ
балансаĖĊ позволяет определить динамику изменения радиуса зоны талогоĊ
грунтаĘĊ Определение этой зоны необходимо для минимизации эксплуатаė
ционных затратĘĊ
Погрешность между расчетными и экспериментальными величинамиĊ
температур грунта находится в удовлетворительных пределахĘĊ СнизитьĊ
погрешность можно за счет обработки внутренней поверхности наружнойĊ
трубы и внутреннего стержняĘĊТаким образом уменьшается изоляционныйĊ
зазор и повышается эффект нагреваĖĊ снижаются потери на разогревĊ
электродов-нагревателейĘĊ
ĞĘТехническое решение устройства заземления для передвижныхĊ
мобильных электроустановок доĊ ěĚĚĚĊ В на базе электродов-нагревателейĊ
коаксиальной конструкции успешно решает проблему их заземления вĊ
условиях многолетнемерзлых грунтовĘĊ
ğĘМетод заложения заземлителей в тонкие высокопроводящие слоиĊ
следует использоватьĖĊ когда вынос заземлителя в подозерный илиĊ
подрусловый талик невозможен или экономически нецелесообразенĘĊ
Обнаружение тонкого проводящего слоя производится в любое время годаĊ
по результатам высокочастотных электромагнитных зондирований сĊ
Ċ
ěĢĊ
поверхности грунтаĖĊ позволяющих оперативно получить информацию сĊ
малыми затратамиĘĊ В качестве заземлителей следует применятьĊ
плоскостные электродыĖĊпогружаемые в слойĘĊ
ĠĘМетод борьбы с негативным действием сил вертикальной дефорė
мации на электроды-заземлители путем защемления расчетной части элекė
тродов многолетнемерзлым грунтом обеспечивает долговечность и надежė
ность работы заземляющего контураĘĊ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ<,
Научная работа.,опубликованная в издании.,рекомендованном ВАК<,
ěĘВасильев.,П.Ф0ĊĊМетоды снижения сопротивления растеканию токаĊ
в многолетнемерзлых грунтахĊ ęĊ В.ПĘĊ КобылинĖĊ В.АĘĊ СедалищевĖĊ Р.ПĘĊ Лиė
Фир-СуĖĊ П.ФĘĊ ВасильевĊ ęęĊ ИзвĘĊ РАНĘĊ ЭнергетикаĘĊ ƀĊ МĘĖĊ ĜĚĚĢĘĊ ƀĊ №ěĘĊ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ
ƀĊСĘĊěěġƀěĜěĘĊ
Научные работы., опубликованные в сборниках научных трудов,
международных и российских конференций<,
ĜĘВасильев., П.Ф0 Способ создания талика для заземления в многоė
летнемерзлых грунтахĊ ęĊ П.ФĘĊ ВасильевĖĊ В.ПĘĊ КобылинĖĊ В.АĘĊ СедалищевĖĊ
Р.ПĘĊ Ли-Фир-СуĊ ęęĊ ijijijĊ Евразийский симпозиум по проблемам энергетикиĊ
СевераĤĊсбĘĊтрĘĊЧĘĊijijĘĊƀĊЯкутскĖĊĜĚĚĠĘĊƀĊСĘĊĢĠƀģěĘĊ
ĝĘВасильев.,П.Ф0 Методы снижения сопротивления растеканию токаĊęĊ
П.ФĘĊ ВасильевĊ ęęĊ Актуальные проблемы современной наукиĤĊ сбĘĊ доклĘĊ ijijĊ
междунарĘĊфорумаĊƀĊСамараĖĊĜĚĚĠĘĊƀĊСĘĊğƀĢĘĊ
ĞĘВасильев., П.Ф0 Методы снижения и стабилизация сопротивленияĊ
растеканию тока в условиях многолетнемерзлых грунтовęĊП.ФĘĊВасильевĊęęĊ
Наука на рубеже тысячелетийĤĊ сбĘĊ доклĘĊ ijijijĊ междунарĘĊ заочĘĊ научĘėпрактĘĊ
конфĘĊƀĊТамбовĖĊĜĚĚĠĘĊƀĊĭĘĊĢġƀĢģĘĊ
ğĘВасильев., П.Ф0 Методы расчета параметров коаксиальныхĊ
нагревателей заземляющих устройств для создания таликовой зоныĊęĊП.ФĘĊ
ВасильевĊ ęęĊ Проблемы энергоснабжения в условиях Крайнего СевераĤĊ сбĘĊ
доклĘĊконфĘĊƀĊЯкутскĖĊĜĚĚġĘĊƀĊĭĘĊĝĞƀĝġĘĊ
ĠĘВасильев., П.Ф0 Методы стабилизации сопротивления контураĊ
заземления в условиях многолетнемерзлых грунтовĊ ęĊ П.ФĘĊ ВасильевĊ ęęĊ
Научно-практическая конференция молодых ученыхĤĊ сбĘĊ доклĘĊ ƀĊ ТомскĖĊ
ĜĚĚġĘĊƀĊСĘĊĜĚƀĜĝĘĊ
ġ.Васильев.,П.Ф0 Метод создания таликовой зоны для заземляющегоĊ
устройстваĖĊ вмещенного в многолетнемерзлый грунтĊ ęĊ П.ФĘĊ ВасильевĖĊ Ċ Ċ
В.ПĘĊ КобылинĖĊ В.АĘĊ СедалищевĖĊ Р.ПĘĊ Ли-Фир-СуĊ ęęĊ МатематическиеĊ
модели и методы исследования надежности либе-рализованных системĊ
энергетикиĤĊ сбĘĊ доклĘĊ междунарĘĊ научĘĊ семинара имĘĊ Ю.НĘĊ РуденкоĘĊ ġģėеĊ
заседаниеĘĊƀĊМĘĖĊĜĚĚĢĘĊƀĊĭĘĊĜĢĞƀĜģĚĘĊ
ĢĘВасильев., П.Ф0 Методы снижения сопротивления заземляющихĊ
устройств вмещенных в многолетнемерзлые грунтыĊ ęĊ П.ФĘĊ ВасильевĊ ęęĊ
Форум научной молодежи РСĊ ĒЯēĖĊ посвященныйĊ ġĚėлетию академикаĊ Ċ Ċ Ċ
В.ПĘĊЛарионоваĤĊсбĘĊработĘĊƀĊЯкутскĖĊĜĚĚĢĘĊƀĊСĘĊěĠģƀěġĞĘĊ
Ċ
ěģĊ
ģĘВасильев., П.Ф0 Искусственное понижение удельного сопроė
тивления многолетнемерзлых грунтовĊęĊП.ФĘĊВасильевĖĊВ.ПĘĊКобылинĖĊВ.АĘĊ
СедалищевĊęęĊijŀĊЕвразийский симпозиум по проблемам энергетики СевераĤĊ
сбĘĊтрĘĊЧĘĊijijĘĊƀĊЯкутскĖĊĜĚĚĢĘĊƀĊСĘĊěĝěƀěĝĞĘĊ
ěĚĘВасильев., П.Ф0 Метод создания таликов для заземляющегоĊ
устройстваĖĊ вмещенного в многолетнемерзлый грунт с помощьюĊ
электрода-заземлителя коаксиальной конструкцииĊ ęĊ П.ФĘĊ ВасильевĊ ęęĊ
Актуальные вопросы современной наукиĖĊ техники и технологийĤĊ сбĘĊ
материаловĊijijĊВсеросĘĊнаучĘėпрактĘĊконфĘĊƀĊМĘĖĊĜĚěĚĘĊƀĊСĘĊġĢƀĢĚĘĊ
ěěĘВасильев., П.Ф0 Влияние вертикальной деформации грунта наĊ
эксплуатационную надежность работы заземляющих устройствĊ ęĊ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ
П.ФĘĊ ВасильевĖĊ В.ПĘĊ КобылинĊ ęęĊ ijłĊ международный симпозиум поĊ
развитию холодных регионовĊ ijĽĭĹļĮĊ ĜĚěĚĤĊ сбĘĊ трĘĊ ƀĊ ЯкутскĖĊ ĜĚěĚĘĊ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ
ƀĊСĘĊěĚĞƀěĚĠĘĊ
ěĜĘВасильев., П.Ф0 Способы заземления передвижных электроė
установок в зоне распространенияĊ Ċ многолетнемерзлых грунтовĊ ęĊ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ Ċ
П.ФĘĊВасильевĖĊВ.АĘĊСедалищевĖĊР.ПĘĊЛи-Фир-СуĊęęĊŀĊЕвразийский симпоė
зиум по проблемам энергетики СевераĤĊсбĘĊтрĘĊƀĊЯкутскĖĊĜĚěĚĘĊƀĊСĘĊĠġƀĠģĘĊ
ěĝĘВасильев., П.Ф0 Методика расчета заземлителя скин-эффектнойĊ
конструкцииĖĊ вмещенного в многолетнемерзлые грунтыĊ ęĊ П.ФĘĊ ВасильевĖĊ
В.ПĘĊКобылинĖĊР.ПĘĊЛи-Фир-СуĊęęĊŀĊЕвразийский симпозиум по проблемамĊ
энергетики СевераĤĊсбĘĊтрĘĊƀĊЯкутскĖĊĜĚěĚĘĊƀĊСĘĊĢĝƀĢĠĘĊ
Ċ
ĜĚĊ
Документ
Категория
Технические науки
Просмотров
91
Размер файла
1 034 Кб
Теги
кандидатская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа