Программа Beroes ZU 3.1

Конструктор стандартных заземляющих устройств

 

Пример 1

Рядное заземляющее устройство

(одна ветвь, одинаковая длина вертикальных электродов, четырехслойная земля)

 

Рассмотрим пример построения и расчета сопротивления растеканию рядного заземляющего устройства, конструкция которого включает горизонтальный проводник в виде 1 ветви и вертикальные электроды одинаковой длины. Заземляющее устройство располагается в четырехслойной 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

Параметры вертикальных электродов:

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

- глубина заложения электрода: ТO_В = 0,7 м;

- длина электродов: LВ = 6 м;

- порядок размещения электродов: ряд.

Параметры горизонтального проводника:

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

- глубина заложения проводника: ТO_Г = 0,7 м.

Параметры многослойного грунта.

1-й слой:

- тип грунта: песок;

- удельное сопротивление слоя: r1 = 700 Ом м;

- поправочный коэффициент для вертикального электрода: КП1_В = 1,5;

- поправочный коэффициент для горизонтального проводника: КП1_Г = 3,5;

- толщина слоя: Н1 = 1 м.

2-й слой:

- тип грунта: супесок;

- удельное сопротивление слоя: r2 = 400 Ом м;

- поправочный коэффициент для вертикального электрода: КП2_В = 1,5;

- поправочный коэффициент для горизонтального проводника: КП2_Г = 3,5;

- толщина слоя: Н2 = 2,3 м.

3-й слой:

- тип грунта: суглинок;

- удельное сопротивление слоя: r3 = 150 Ом м;

- поправочный коэффициент для вертикального электрода: КП3_В = 1;

- поправочный коэффициент для горизонтального проводника: КП3_Г = 1;

- толщина слоя: Н3 = 3 м.

4-й слой:

- тип грунта: глина;

- удельное сопротивление слоя: r4 = 50 Ом м;

- поправочный коэффициент для вертикального электрода: КП4_В = 1;

- поправочный коэффициент для горизонтального проводника: КП4_Г = 1;

- толщина слоя: Н4 = 3,7 м.

Дополнительные параметры.

Ориентировочный размер ЗУ – 70х50 м (параметр используется для выбора размеров плана, на котором будет располагаться схема ЗУ).

Координаты элементов схемы и длины горизонтальных проводников ЗУ 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 80 и 60 м (с учетом ориентировочного размера ЗУ - 70х50 м);

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

- для порядка размещения вертикальных электродов выбираем значение «ряд» (в примере рассматривается рядное 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 четырех слоев грунта диалог «Параметры слоя…» нужно будет вызвать четыре 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

 

Он используется для ориентировочного расчета конструкции ЗУ, а именно - для определения приблизительных значений количества и длины вертикальных электродов, расстояния между электродами и длины горизонтального проводника. Вспомогательный расчет выполняется в расчетном диалоге «Стандартное заземляющее устройство в многослойной земле (2-слойная модель)» (далее – расчетный диалог), который вызывается из конструктора (меню "Справочники", пункт "Вспомогательный расчет..."). Отметим, что информация о параметрах слоев многослойного грунта, конструкции и глубине заложения заземлителей, порядке размещения электродов будет передана из диалога «Конструктор…» в расчетный диалог автоматически.

В расчетном диалоге воспользуемся функцией автоматического подбора параметра. Зададимся требуемым сопротивлением ЗУ 3,5 Ом (значение принято с запасом, фактически требуемое значение в исходных данных примера - 4 Ом) и длиной вертикального электрода 6 м (предполагаемая длина электрода в исходных данных, используем как заданный параметр). Теперь выполним автоматический подбор одного из параметров ЗУ. В этой ситуации можно выбрать один из двух путей: задать фиксированное количество вертикальных электродов и подобрать расстояние между ними и, наоборот, задать фиксированное расстояние между электродами и подобрать их количество. Выберем 1-й путь: зададим фиксированное количество электродов 10 шт. и подберем значение расстояния между ними. Щелкнем правой кнопкой мыши на поле «S – расстояние между электродами, м» и выберем пункт всплывающего меню «Подбор параметра». В результате подбора расстояние получится равным 12 м при сопротивлении ЗУ 3,49 Ом и длине горизонтального проводника 108 м (см. скриншот ниже). Таким образом, были получены следующие ориентировочные параметры ЗУ:

- длина вертикального электрода - 6 м;

- количество электродов - 10 шт.;

- расстояния между электродами – 12 м;

- длина горизонтального проводника - 108 м.

Закрываем расчетный диалог и возвращаемся в диалог «Конструктор…».

Замечание.

Выполнение вспомогательного расчета не является обязательным, как не является обязательным и строгое следование полученным при вспомогательном расчете результатам.

 

 

 

 

5. Построение горизонтального проводника ЗУ

 

Попробуем реализовать параметры модели ЗУ, полученной в ходе вспомогательного расчета.

Начнем с построения горизонтального проводника. Не вдаваясь в подробности, предположим, что мы имеем дело со сложным горизонтальным проводником, состоящим из трех простых проводников. Длины этих проводников соответственно равны 20, 50 и 38 м (суммарная длина – 108 м, как во вспомогательном расчете). Простые проводники образуют цепочку (ветвь, ломаную), в которой конец 1-го проводника совпадает с началом 2-го, а конец 2-го – с началом 3-го. Строить такие ветви 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 последовательными щелчками мыши (конец предыдущего элемента является началом последующего элемента)» (3-я слева кнопка в группе, 7-я слева кнопка панели).

Теперь приступаем к вставке горизонтальных проводников в схему ЗУ. При вставке первый щелчок левой кнопки мыши на плане схемы отметит начало 1-го проводника, второй щелчок той же кнопки мыши отметит конец 1-го проводника и начало 2-го, третий щелчок – конец 2-го проводника и начало 3-го, а четвертый щелчок – конец 3-го проводника. Таким образом, четырежды щелкнув кнопкой мыши на плане можно построить наш проводник. Пусть начало сложного проводника будет в точке плана с координатами (10; 5). Щелкнем в этой точке левой кнопкой мыши. Переместим курсор мыши в точку с координатами (30; 5) и выполним щелчок мыши. На схеме появится 1-й проводник длиной 20 м продольной ориентации (горизонтальный по отношению к экрану монитора). Переместим курсор мыши в точку с координатами (30; 55) и снова выполним щелчок мыши. На схеме появится 2-й проводник длиной 50 м поперечной ориентации  (вертикальный по отношению к экрану монитора). Переместим курсор мыши в точку с координатами (68; 55) и выполним щелчок мыши. На схеме появится 3-й проводник длиной 38 м продольной ориентации. Отключаем режим ускоренного ввода (устанавливаем в ненажатое положение 1-ю слева кнопку панели ускоренного ввода). Диалог «Констуктор…» примет следующий вид.

 

 

 

6. Расстановка вертикальных электродов

 

Продолжим реализовывать параметры модели ЗУ, полученной в ходе вспомогательного расчета. Для этого нужно расставить по длине сложного горизонтального проводника 10 вертикальных электродов длиной 6 м на расстоянии 12 м друг от друга. Воспользуемся соответствующей функцией, реализованной на базе диалога «Расстановка вертикальных электродов по длине горизонтального проводника», вызываемого из конструктора (меню «Проводник», пункт «Расстановка электродов…» или кнопка панели инструментов с подсказкой «Расстановка вертикальных электродов по длине горизонтального проводника»).

Выполним настройку элементов управления диалога «Расстановка…»:

- установим флажок индикатора «Применить ко всем горизонтальным проводникам проекта», распространив выполнение операции на все горизонтальные проводники проекта;

- в группе радиокнопок «Расстановка вертикальных электродов» выберем кнопку «по заданному количеству электродов»;

- в поле «Отступ от концов проводника, м» оставим нулевое значение (или введем нулевое значение, если текущее значение ненулевое);

- в поле «Количество электродов, шт.» введем значение 10;

- в поле «Длина вертикальных электродов, м» введем значение 6;

- нажмем кнопку «Просмотр».

Диалог «Расстановка…» примет следующий вид (см. скриншот ниже).

 

 

В панели «Просмотр» вертикальные электроды расположатся так, как будут располагаться в диалоге «Конструктор…» после завершения работы с диалогом «Расстановка…». Нажимаем кнопку «ОК» и возвращаемся в диалог «Конструктор…».

 

 

7. Выполнение расчета сопротивления ЗУ

 

После расстановки вертикальных электродов диалог «Конструктор…» примет следующий вид.

 

 

Для выполнения расчета нужно нажать соответствующую кнопку панели инструментов (подсказка «Расчет модели проекта») 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 3,53 Ом. Это близко сопротивлению модели ЗУ, полученной при вспомогательном расчете (3,49 Ом), поскольку конструкция созданного ЗУ достаточно близка модели вспомогательного расчета.

Отметим следующие особенности результатов расчета:

- суммарное расстояние между вертикальными электродами составило: Lsв = 103,14 м, а не 108 м (длина сложного горизонтального проводника Lг = 108 м); это связано с тем, электроды расположены не в точках соединения простых горизонтальных проводников, а рядом с ними; поскольку программа определяет расстояние между соседними электродами не по очертаниям горизонтального проводника, а по кратчайшему расстоянию между электродами, то и получается, что суммарное расстояние между вертикальными электродами оказалось меньше длины горизонтального проводника;

- соответственно, среднее расстояние между вертикальными электродами получается равным: а = 11,46 м, где а = Lsв / (Nв-1) = 103,14 / (10-1) = 11,46; т.е. фактическое среднее расстояние между электродами меньше расстояния, полученного при вспомогательном расчете (12 м); причина та же, что и в предыдущем пункте.

Замечание.

Если бы электроды ЗУ были расположены в точках соединения простых горизонтальных проводников (точки с координатами (5; 30) и (55; 30)), то суммарное расстояние между вертикальными электродами равнялось бы длине сложного горизонтального проводника (108 м), а фактическое среднее расстояние между электродами равнялось бы расстоянию, полученному при вспомогательном расчете (12 м).

 

 

8. Просмотр расчетной модели ЗУ

 

Просмотреть фактическое расстояние между вертикальными электродами после их расстановки 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 2-м и 3-м вертикальными электродами равно 8,94 м (при нумерации электродов с левого верхнего угла схемы), а между 6-м и 7-м электродами - 10,2 м. Расстояние между остальными электродами равно 12 м, как это и было определено при вспомогательном расчете. Таким образом, расчетная модель поясняет, почему суммарное расстояние между вертикальными электродами (103,14 м) отличается от длины сложного горизонтального проводника (108 м), а фактическое среднее расстояние между вертикальными электродами (11,46 м) – от расстояния, полученного при вспомогательном расчете (12 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 (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 (меню «Проводник», пункт «Двухслойная модель…»);

- 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).