Программа Beroes ZU 3.1

Конструктор стандартных заземляющих устройств

Пример 3

Контурное заземляющее устройство

(многоугольный контур, различная длина вертикальных электродов, трехслойная земля)

Рассмотрим пример построения и расчета сопротивления растеканию контурного заземляющего устройства, конструкция которого включает многоугольный контур и вертикальные электроды различной длины. Заземляющее устройство располагается в трехслойной земле.

Далее в примере, для краткости, рядное заземляющее устройство будем называть ЗУ, а диалоговое окно «Конструктор стандартных заземляющих устройств» - диалог «Конструктор…» или просто - конструктор.

Исходные данные

Схема защищаемого объекта (размеры указаны в метрах):

Параметры горизонтального проводника:

- конструкция проводника: сталь полосовая 0,04x0,004 м;

- глубина заложения проводника: Т_{O_Г} = 0,7 м;

- длина горизонтального проводника контура: L_Г = 160 м; горизонтальный проводник контура прокладывается вдоль периметра объекта на расстоянии 1 м от его стен; при этом его длина составит 160 м (см. схему объекта).

Параметры вертикальных электродов:

- конструкция электрода: сталь круглая диаметром D_В = 0,02 м;

- глубина заложения электрода: Т_{O_В} = 0,7 м;

- порядок размещения электродов: контур.

Параметры многослойного грунта.

1-й слой:

- тип грунта: песок;

- удельное сопротивление слоя: r₁ = 500 Ом м;

- поправочный коэффициент для вертикального электрода: К_{П1_В} = 1,2;

- поправочный коэффициент для горизонтального проводника: К_{П1_Г} = 2,2;

- толщина слоя: Н₁ = 1,5 м.

2-й слой:

- тип грунта: супесок;

- удельное сопротивление слоя: r₂ = 300 Ом м;

- поправочный коэффициент для вертикального электрода: К_{П2_В} = 1;

- поправочный коэффициент для горизонтального проводника: К_{П2_Г} = 1;

- толщина слоя: Н₂ = 2,5 м.

3-й слой:

- тип грунта: суглинок;

- удельное сопротивление слоя: r₃ = 140 Ом м;

- поправочный коэффициент для вертикального электрода: К_{П3_В} = 1;

- поправочный коэффициент для горизонтального проводника: К_{П3_Г} = 1;

- толщина слоя: Н₃ = 6 м.

Дополнительные параметры.

Ориентировочный размер ЗУ – 40х30 м (параметр используется для выбора размеров плана, на котором будет располагаться схема ЗУ).

Координаты элементов схемы ЗУ и длины сторон контура будут иметь целочисленные значения (важно для выбора шага привязки – см. ниже).

Требуемое (предельно допустимое) сопротивление растеканию ЗУ – 4 Ом.

1. Создание проекта и определение его исходных параметров

Для создания нового проекта воспользуемся либо меню диалога «Конструктор…» (меню "Проект", пункт "Создать..."), либо кнопкой панели инструментов (1-я слева, всплывающая подсказка "Создать новый проект"). В появившемся диалоге «Параметры проекта» вводим данные проекта.

Обратите внимание на ввод значений следующих параметров:

- длину и ширину плана задаем соответственно 50 и 40 м (с учетом ориентировочного размера ЗУ - 40х30 м);

- шаг привязки выбираем равным 1 м (координаты элементов схемы и длины сторон контура будут иметь целочисленные значения);

- для порядка размещения вертикальных электродов выбираем значение «контур» (в примере рассматривается контурное ЗУ).

2. Ввод параметров слоев многослойного грунта

Для ввода параметров многослойного грунта используется вкладка "Грунты" многостраничной панели «Грунты / Заземлители / Модель / Краткое описание» диалога "Конструктор...". Данные слоев грунта непосредственно вносятся в таблицу «Параметры слоев». Для добавления в таблицу параметров слоя используется соответствующая кнопка управления слоями грунта (см. ниже - 1-я кнопка слева, всплывающая подсказка «Добавить слой грунта»).

При щелчке на указанной кнопке вызывается диалог «Параметры слоя многослойного грунта (для двух заземлителей)».

В диалоге нужно выбрать тип грунта, его удельное сопротивление и толщину, а также поправочные (сезонные) коэффициенты для вертикальных электродов и горизонтального проводника. После завершения работы с диалогом данные слоя будут добавлены в таблицу «Параметры слоев» конструктора. Для вставки в таблицу трех слоев грунта диалог «Параметры слоя…» нужно будет вызвать три раза. Параметры слоев грунта, подлежащие вводу в таблицу, указаны в исходных данных примера.

После заполнения таблица параметров слоев должна принять вид, указанный на скриншоте.

3. Ввод глубины заложения вертикальных электродов и горизонтального проводника, выбор их конструкций

Для ввода указанных параметров применяются элементы вкладки "Заземлители" многостраничной панели «Грунты / Заземлители / Модель / Краткое описание» диалога "Конструктор...".

Параметры вертикальных электродов задаются во встроенной вкладке «Исходные данные» панели «Вертикальные электроды». Глубина заложения электрода вводится в поле «То_в - расстояние от поверхности земли до верхнего края электродов, м» (в примере – 0,7 м), а его конструкция определяется значениями раскрывающихся списков «Конструкция» и «Размеры» (в примере - соответственно «сталь круглая» и «0,02») панели «Конструкция вертикального электрода» (см. скриншот ниже).

Параметры горизонтального проводника задаются во встроенной вкладке «Исходные данные» панели «Горизонтальный проводник». Глубина заложения проводника заносится в поле «То_г – глубина заложения горизонтального проводника, м» (в примере – 0,7 м), а его конструкция определяется значениями раскрывающихся списков «Конструкция» и «Размеры» (в примере – соответственно «сталь полосовая» и «0,04х0,004») панели «Конструкция горизонтального проводника».

4. Выполнение вспомогательного расчета

В данном примере мы не будем использовать вспомогательный расчет для ориентировочного определения параметров конструкции ЗУ - количества и длины вертикальных электродов, расстояния между электродами и длины горизонтального проводника. Попробуем просто ситуативно создать ЗУ в диалоге «Конструктор…», проверим сопротивление растеканию получившегося ЗУ и, если сопротивление окажется больше требуемого, то внесем соответствующие коррективы в один из параметров конструкции ЗУ – например, в длину вертикальных электродов.

5. Построение защищаемого объекта

Поскольку горизонтальный проводник контура должен быть проложен вдоль периметра защищаемого объекта, то начнем формирование схемы с вставки объекта, вокруг которого затем построим контур. Объект имеет сложную форму, поэтому в данной версии программы он будет сформирован как совокупность пяти простых прямоугольных объектов – центрального большого объекта и четырех угловых малых объектов.

Для вставки простого объекта в программе используется специальный диалог «Параметры объекта», вызываемый из конструктора (меню «Объект», пункт «Добавить…» или кнопка панели инструментов с подсказкой «Добавить объект», 13-я слева). Выполним настройку элементов управления диалога «Параметры объекта»:

- в поле «Наименование объекта» введем значение «Объект»;

- в поля «Х, м» и «Y, м» панели «Координаты левого верхнего угла объекта» введем одинаковые значения - 6;

- в поле «Длина объекта, м» введем значение 8;

- в поле «Ширина объекта, м» введем значение 5;

- цвет объекта оставим по умолчанию – серый;

- форму объекта оставим по умолчанию – прямоугольная;

- нажмем кнопку «Просмотр».

Диалог «Параметры объекта» примет следующий вид (см. скриншот ниже).

Завершаем работу с диалогом нажав кнопку «ОК». Объект будет вставлен в схему. Аналогично добавляем еще один простой объект с тем же наименованием «Объект», того же цвета и формы, но с координатами левого верхнего угла (6; 11) , длиной 38 м и шириной 18 м.

Оставшиеся три объекта добавляем путем копирования ранее вставленного 1-го объекта, поскольку размеры всех этих объектов совпадают (8х5 м). Для этого на плане схемы нужно щелкнуть правой кнопкой мыши на 1-м объекте и во всплывающем меню выбрать пункт «Дублировать объект». На схеме будет создан объект-копия, который необходимо переместить, например, в точку с координатами (36; 6) – правый верхний объект. Для перемещения нужно щелкнуть на объекте-копии левой кнопкой мыши и, не отпуская кнопки, переместить его в требуемое место, а затем отпустить кнопку. Такую же последовательность действий нужно выполнить в отношении еще двух объектов и разместить их, соответственно, в левом нижнем углу - координата (6; 29) - и правом нижнем углу - координата (36; 29). В результате диалог «Конструктор…» должен принять вид:

6. Построение многоугольного контура ЗУ

Начнем с построения многоугольного контура, который прокладывается вдоль периметра объекта на расстоянии 1 м от его стен. Для этого используется специальный диалог «Параметры контура ЗУ», вызываемого из конструктора (меню «Контур», пункт «Добавить…» или кнопка панели инструментов с подсказкой «Добавить контур», 8-я слева).

Выполним настройку элементов управления диалога «Параметры контура ЗУ» с учетом того, что контур прокладывается вдоль периметра объекта:

- в группе радиокнопок «Тип контура» выберем кнопку «сложный многоугольный» (контур прокладывается вдоль периметра 12-угольного объекта, соответственно, и сам контур должен быть 12-угольным);

- в группе радиокнопок «Режим ввода вершин контура» (панель «Параметры многоугольного контура») выберем кнопку «разметка»; данный режим ввода вершин контура наиболее удобен, когда стороны контура имеют целочисленные длины и вершины контура располагаются в точках плана, имеющих целочисленные координаты (как в нашем примере).

Теперь приступаем к созданию контура ЗУ. При построении контура в режиме разметки каждый щелчок левой кнопки мыши на плане схемы будет отмечать положение очередной вершины контура и, соответственно, конец предыдущей стороны контура и начала последующей. Так первый щелчок левой кнопки мыши на плане отметит положение 1-й вершины контура и начало его 1-й стороны, второй щелчок той же кнопки мыши отметит положение 2-й вершины контура, конец его 1-й стороны и начало 2-й, третий щелчок – положение 3-й вершины контура, конец его 2-й стороны и начало 3-й и т.д. Таким образом, для создания 12-угольного контура нужно 12 раз щелкнуть левой кнопкой мыши на плане в точках расположения вершин контура. Отметим, что при выполнении разметки контура важно сразу выбрать направление нанесения вершин контура (по часовой или против часовой стрелки) и соблюдать его при нанесении всех вершин. Нанесенные в ходе разметки вершины контура будут представлены на плане белыми окружностями, которые, при необходимости, можно перемещать, тем самым указывая другое положение ранее нанесенной вершины. Кроме того, с этими окружностями связано всплывающее меню, позволяющее добавлять, вставлять и удалять вершины. В ходе разметки стороны создаваемого контура будут отображаться бирюзовым цветом.

Выбираем направление нанесения вершин контура - по часовой стрелке. В качестве начала контура принимаем точку плана с координатами (5; 5) – на 1 м левее и выше левого верхнего угла защищаемого объекта. Щелкнем в этой точке левой кнопкой мыши. Переместим курсор мыши в точку с координатами (15; 5) – на 1 м правее и выше угла объекта с координатами (14; 6) - и выполним щелчок мыши. На схеме появится 1-я сторона контура длиной 10 м продольной ориентации (горизонтальная по отношению к экрану монитора). Переместим курсор мыши в точку с координатами (15; 10) – на 1 м правее и выше угла объекта с координатами (14; 11) - и снова выполним щелчок мыши. На схеме появится 2-я строна контура длиной 5 м поперечной ориентации (вертикальная по отношению к экрану монитора). Переместим курсор мыши в точку с координатами (35; 10) – на 1 м левее и выше угла объекта с координатами (36; 11) - и выполним щелчок мыши. На схеме появится 3-я сторона контура длиной 20 м продольной ориентации. Так и продолжаем обходить углы объекта по часовой стрелке, нанося вершины контура. Последний щелчок мыши должен быть выполнен в точке плана с координатами (5; 35) – на 1 м левее и ниже последнего угла объекта. В ходе разметки пользователь может контролировать координаты нанесенных вершин контура по таблице «Координаты вершин контура» (вкладка «Координаты вершин» панели «Координаты вершин / Длины сторон»).

По окончании расстановки вершин контура диалог «Параметры контура ЗУ» должен принять вид:

Замечания.

Отметим, что внутренние углы сложного контура могут иметь только два значения – 90 и 270 градусов. Соответственно, и стороны контура по отношению к экрану монитора могут быть только строго вертикальными или горизонтальными. В противном случае при попытке завершения работы с диалогом «Параметры контура ЗУ» последний не закроется и появится сообщение об ошибке, предписывающее выполнить правильную расстановку вершин контура.

Если при нанесении вершины произошла ошибка и она оказалась не в той точке плана, то вершину можно переместить – щелкнуть на соответствующей ей окружности левой кнопкой мыши и, не отпуская кнопки, переместить окружность в нужное место, затем отпустить кнопку.

В режиме разметки можно также вставлять вершины контура и удалять их. Для вставки новой вершины нужно щелкнуть правой кнопкой мыши на окружности вершины, ранее нанесенной на план и ближайшей по отношению к вставляемой вершине, и в появившемся всплывающем меню выбрать пункт «Вставить вершину до текущей вершины» или пункт «Вставить вершину после текущей вершины». На плане появится окружность, соответствующая добавленной вершине. После этого обычно необходимо переместить вставленную вершину в нужную точку плана. Для удаления вершины нужно щелкнуть правой кнопкой мыши на окружности этой вершины и в появившемся всплывающем меню выбрать пункт «Удалить вершину». После этого с поверхности плана исчезнет окружность, соответствующая вершине, и сама вершина.

По окончании работы с диалогом «Параметры контура ЗУ» диалог «Конструктор…» примет вид:

7. Расстановка горизонтальных проводников ЗУ

Продолжим построение схемы ЗУ расстановкой 8 горизонтальных проводников длиной по 1 м, которые прокладываются от контура к защищаемому объекту. Строить такие проводники в программе проще всего при помощи инструментов панели ускоренного (быстрого) ввода.

Настраиваем панель быстрого ввода:

· включаем режим быстрого вода (устанавливаем в нажатое положение 1-ю слева кнопку панели, подсказка «Включение режима ускоренного ввода элементов»);

· нажимаем в группе радиокнопок выбора типа элемента (кнопки панели со 2-й по 4-ю слева) кнопку со всплывающей подсказкой «Ускоренный ввод горизонтальных проводников» (1-я слева кнопка в группе, 2-я слева кнопка панели);

· нажимаем в группе радиокнопок выбора способа ввода элемента (кнопки панели со 5-й по 7-ю слева) кнопку со всплывающей подсказкой «Ввод одним щелчком мыши (по точке начала элемента и длине элемента)» (1-я слева кнопка в группе, 5-я слева кнопка панели);

· нажимаем в группе радиокнопок ориентации элемента (кнопки панели со 8-й по 9-ю слева) кнопку со всплывающей подсказкой «Продольная (горизонтальная) ориентация элемента» (1-я слева кнопка в группе, 8-я слева кнопка панели);

· в поле длины элемента «L, м» вводим значение 1.

Панель быстрого ввода настроена для ввода горизонтальных проводников продольной ориентации (горизонтальных по отношению к экрану монитора). Теперь приступаем к вставке проводников в схему ЗУ. При вставке каждый щелчок левой кнопки мыши на плане схемы (или элементе схемы) отметит начало проводника (координаты его левого края), после этого в схему будет добавлен и сам проводник продольной ориентации длиной 1 м. В нашем примере нужно добавить два таких проводника:

- 1-й проводник из точки с координатами (5; 20), лежащей на контуре; щелкнув левой кнопки мыши в этой точке мы получим проводник, проложенный от контура к объекту (координаты точки объекта – (6; 20));

- 2-й проводник из точки с координатами (44; 20), лежащей на границе объекта; щелкнув левой кнопки мыши в этой точке мы получим проводник, проложенный от объекта к контуру (координаты точки контура – (45; 20)).

Перестраиваем панель быстрого ввода, изменяя состояние только одной ее кнопки:

· нажимаем в группе радиокнопок ориентации элемента (кнопки панели со 8-й по 9-ю слева) кнопку со всплывающей подсказкой «Поперечная (вертикальная) ориентация элемента» (2-я слева кнопка в группе, 9-я слева кнопка панели).

Панель быстрого ввода настроена для ввода горизонтальных проводников поперечной ориентации (вертикальных по отношению к экрану монитора). Теперь приступаем к вставке проводников в схему ЗУ. При вставке каждый щелчок левой кнопки мыши на плане схемы (или элементе схемы) отметит начало проводника (координаты его верхнего края), после этого в схему будет добавлен и сам проводник поперечной ориентации длиной 1 м. В нашем примере нужно добавить шесть таких проводников:

- 1-й проводник из точки с координатами (15; 10), лежащей на контуре; щелкнув левой кнопки мыши в этой точке мы получим проводник, проложенный от контура к объекту (координаты точки объекта – (15; 11));

- 2-й проводник из точки с координатами (25; 10), лежащей на контуре; щелкнув левой кнопки мыши в этой точке мы получим проводник, проложенный от контура к объекту (координаты точки объекта – (25; 11));

- 3-й проводник из точки с координатами (35; 10), лежащей на контуре; щелкнув левой кнопки мыши в этой точке мы получим проводник, проложенный от контура к объекту (координаты точки объекта – (35; 11));

- 4-й проводник из точки с координатами (15; 29), лежащей на границе объекта; щелкнув левой кнопки мыши в этой точке мы получим проводник, проложенный от объекта к контуру (координаты точки контура – (15; 30));

- 5-й проводник из точки с координатами (25; 29), лежащей на границе объекта; щелкнув левой кнопки мыши в этой точке мы получим проводник, проложенный от объекта к контуру (координаты точки контура – (25; 30));

- 4-й проводник из точки с координатами (35; 29), лежащей на границе объекта; щелкнув левой кнопки мыши в этой точке мы получим проводник, проложенный от объекта к контуру (координаты точки контура – (35; 30)).

Отключаем режим ускоренного ввода (устанавливаем в ненажатое положение 1-ю слева кнопку панели ускоренного ввода). Диалог «Констуктор…» примет следующий вид.

Замечание.

При расстановке горизонтальных проводников пользователь может «промахнуться» и щелкнуть мышью не в ту точку плана, разместив проводник левее (правее, выше, ниже) требуемого места плана. В этой ситуации рекомендуется переместить проводник в нужное место при помощи соответствуюших кнопок перемещения (восемь кнопок с синими стрелками в правой части панели управления, см. ниже). Щелчок на такой кнопке позволяет переместить элемент в направлении, указанном стрелкой кнопки, на величину, равную шагу привязки (в нашем примере – 1 м).

Исправить положение элемента на плане схемы можно также переместив элемент при помощи мыши. Но, если при этом включен режим быстрого ввода, то сначала его надо отключить, затем переместить элемент схемы при помощи мыши, а потом снова включить режим быстрого ввода и продолжить в нем работу.

8. Расстановка вертикальных электродов

Теперь расставим по периметру многоугольного контура 16 вертикальных электродов длиной 4,5 м. Разместим электроды в вершинах контура и в центре четырех самых длинных сторон контура - в точках с координатами (5; 20), (45; 20), (25; 10) и (25; 30). Для решения этой задачи воспользуемся инструментами панели быстрого ввода.

Настраиваем панель быстрого ввода:

· включаем режим быстрого вода (устанавливаем в нажатое положение 1-ю слева кнопку панели, подсказка «Включение режима ускоренного ввода элементов»);

· нажимаем в группе радиокнопок выбора типа элемента (кнопки панели со 2-й по 4-ю слева) кнопку со всплывающей подсказкой «Ускоренный ввод вертикальных электродов» (2-я слева кнопка в группе, 3-я слева кнопка панели);

· в группе радиокнопок выбора способа ввода элемента (кнопки панели со 5-й по 7-ю слева) автоматически будет выбрана кнопка со всплывающей подсказкой «Ввод одним щелчком мыши (по точке начала элемента и длине элемента)» (1-я слева кнопка в группе, 5-я слева кнопка панели);

· в поле длины элемента «L, м» вводим значение 4,5.

Панель быстрого ввода настроена для ввода вертикальных электродов длиной 4,5 м. Теперь приступаем к вставке электродов в схему ЗУ. При вставке каждый щелчок левой кнопки мыши на плане схемы (или элементе схемы) отметит положение электрода. В нашем примере нужно будет 16 раз щелкнуть мышью в разных точках многоугольного контура. Можно, например, начать с точки с координатами (5; 5) и двигаться далее по часовой стрелке, продолжив точками с координатами (15; 5), (15; 10), (25; 10), (35; 10), (35; 5) и т.д. вплоть до точки с координатами (5; 20). Отключаем режим ускоренного ввода (устанавливаем в ненажатое положение 1-ю слева кнопку панели ускоренного ввода). Диалог «Констуктор…» примет следующий вид.

9. Выполнение расчета сопротивления ЗУ

Для выполнения расчета нужно нажать соответствующую кнопку панели инструментов (подсказка «Расчет модели проекта», 5-я кнопка слева) или выбрать пункт «Расчет модели» меню «Проект». В ходе расчета определяются параметры расчетной модели ЗУ, которые отображаются в полях вкладки «Модель» многостраничной панели «Грунты / Заземлители / Модель / Краткое описание» (см. скриншот ниже).

Сопротивление растеканию ЗУ получилось равным 4,14 Ом. Это значение пусть немного, но все же превышает требуемое сопротивление растеканию (4 Ом). Попробуем решить эту проблему, увеличив длину 4 вертикальных электродов, расположенных в наиболее удаленных от центра контура вершинах – в точках с координатами (5; 5), (45; 5), (45; 35) и (5; 35). Увеличим длину этих электродов с 4,5 до 6 м. С каждым из указанных электродов нужно выполнить следующую операцию: щелкнуть на электроде правой кнопкой мыши, во всплывающем меню выбрать пункт «Редактировать параметры вертикального электрода…», в появившемся диалоге «Параметры вертикального электрода» (см. ниже) изменить значение поля «Длина вертикального электрода, м» с 4,5 на 6 и нажать кнопку «ОК», завершив работу с диалогом.

После возвращения в диалог «Конструктор…» повторно выполним расчет сопротивления ЗУ, нажав кнопку панели инструментов с подсказкой «Расчет модели проекта» (5-я кнопка слева). Получим сопротивление растеканию ЗУ, равное 3,9 Ом, что вполне приемлемо.

Отметим, что суммарное расстояние между вертикальными электродами составило: Lsв = 160 м, что равняется длине горизонтального проводника контура и на 8 м меньше общей длины горизонтальных проводников (за счет 8 горизонтальных проводников длиной по 1 м, соединяющих контур с объектом). Средняя длина вертикальных электродов составила 4,88 м: Lв_ср = (12х4,5+4х6) / 16 = 4,88 м.

10. Просмотр расчетной модели ЗУ

Просмотреть фактическое расстояние между вертикальными электродами позволяет диалог «Просмотр расчетной модели ЗУ». Диалог вызывается из конструктора при помощи меню (меню «Проект», пункт «Просмотр расчетной модели…») или соответствующей кнопки панели инструментов (6-я кнопка слева, подсказка «Просмотр расчетной модели проекта»). На расчетной модели видно, что, фактическое расстояние между вертикальными электродами находится в пределах от 5 до 15 м.

После выполнения расчета можно выполнить следующие операции:

- просмотреть промежуточные данные результатов расчета для вертикальных электродов (многостраничная панель «Грунты / Заземлители / Модель / Краткое описание», вкладка "Заземлители", панель «Вертикальные электроды», панель «Исходные данные / Расчетные данные», вкладка «Расчетные данные») и горизонтального проводника контура (многостраничная панель «Грунты / Заземлители / Модель / Краткое описание», вкладка "Заземлители", панель «Горизонтальный проводник», панель «Исходные данные / Расчетные данные», вкладка «Расчетные данные»);

- просмотреть двухслойные модели земли для вертикальных электродов (меню «Электрод», пункт «Двухслойная модель…») и горизонтального проводника контура (меню «Проводник», пункт «Двухслойная модель…»); 2-слойные модели земли представлены ниже; для вертикальных электродов их, по сути, две – для электродов длиной 4,5 м и электродов длиной 6 м;

- просмотреть спецификацию материалов ЗУ (меню «Проект», пункт «Спецификация материалов…»);

- экспортировать результаты расчета в документ Microsoft Word (меню «Проект», пункт «Экспорт отчета в Microsoft Word…» или кнопка панели инструментов с подсказкой «Экспорт отчета в Microsoft Word», 7-я слева).

2-слойная модель земли для вертикальных электродов

Масштаб 1 : 400.

2-слойная модель земли для горизонтального проводника

Масштаб 1 : 400.

Главный вид.

Вид слева.

Вид сверху.