Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния теории и практики построения расчетных моделей искусственных и естественных заземлителей сложных заземляющих сетей в условиях Крайнего Севера 10
1.1. Общая характеристика заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера '. 10
1.2. Сущность проблемы. Постановка задач научного исследования 13
2. Анализ повреждаемости высоковольтных электрических сетей 19
2.1. Исходные положения 19
2.2. Анализ повреждаемости в сетях 110 кВ и оборудования 11111 21
2.3. Прогноз аварийности в сетях 110 кВ и оборудования 11111 28
В ыво ды .' 34
3. Построение расчетных моделей грунтов 36
3.1. Исходные положения 36
3.2. Анализ погрешностей исходной информации по грунтовым структурам с учетом особенностей НИР 38
3.3. Методика расчета статистической модели грунта для определения параметров заземлителей различной конфигурации 45
Выводы 47
4. Определение расчетных параметров элементов заземляющей сети методом экспертных оценок 49
4.1. Исходные положения 49
4.2. Определение параметров естественных заземлителей 63
4.2.1. Определение сопротивления растеканию фундаментов 63
4.2.2. Определение сопротивления растеканию эстакад 78
4.2.3. Определение сопротивления растеканию трубопроводов 83
4.3. Определение параметров искусственных заземлителей 85
4.3.1. Определение сопротивления растеканиюзаземляющих металлических сеток 85
4.3.2. Определение сопрбтивления растеканию стальной полосы 86
4.4. Экспериментальная оценка эффективности построения расчетных моделей заземлителей методом экспертных оценок с применением нечеткой логики 92
4.4.1. Классификация заземляющей сети ПИ 1-5 92
4.4.2. Расчет естественных заземлителей II111-5 95
4.4.3. Расчет искусственных заземлителей ГПП-5 98
4.4.4. Расчет линий связи 11111-5 100
4.4.5. Построение схемы замещения заземляющей сети ГПП-5 102
4.4.6. Расчет токов однофазного замыкания в сетях напряжением 35 кВ 106
4.4.7. Анализ потенциалов на элементах заземляющей сети ГПП-5 107
4.4.8. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных 110
Выводы 111
Заключение 113
Библиографический список
- Общая характеристика заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера
- Анализ повреждаемости в сетях 110 кВ и оборудования 11111
- Анализ погрешностей исходной информации по грунтовым структурам с учетом особенностей НИР
- Определение параметров естественных заземлителей
Введение к работе
Актуальность работы. Обеспечение необходимого уровня электробезопасности при эксплуатации электроустановок является одной из главных задач. Заземляющие устройства являются одной из защитных мер, направленных на решение данной задачи.
Проектирование и эксплуатация заземляющих устройств в районах Крайнего Севера представляют собой серьёзную научно-техническую проблему. Это вызвано, прежде всего, наличием высокоомных вечномёрзлых грунтов, в результате чего усложняется расчет параметров схемы замещения ввиду многослойности геоэлектрического разреза, разветвленностью электрических сетей, расположением электроустановок в непосредственной близости у промышленных зданий и сооружений, наличием большого числа металлических коммуникаций, связывающих между собой различные предприятия.
В условиях предприятий Норильского промышленного района заземляющие устройства (ЗУ) подстанций связаны между собой и с железобетонными фундаментами промышленных и бытовых зданий естественными заземлителями, образуя тем самым разветвленную сложную заземляющую систему (ЗС). С одной стороны, разветвленная заземляющая система способствует снижению полного потенциала на подстанционном заземлителе и напряжений шага и прикосновения на территории подстанции, с другой стороны, возможен вынос потенциала за пределы подстанций. Исследования показали, что неучет токораспределения по элементам заземляющей системы приводит к неправильной оценке условий электробезопасности на территории предприятия.
Картина токораспределения в элементах ЗС, получаемая расчетным путем, наиболее точно соответствует реальной при максимальном учете всех возможных путей растекания тока в момент однофазных замыканий. С этой целью составляемая схема замещения ЗС строится на базе ситуационных планов промышленных комплексов.
Расчетные соотношения, позволяющие определять электрические характеристики отдельных элементов ЗС, включают параметры геоэлектрического разреза. Необходимость учета изменения параметров геоэлектрического разреза в пределах зоны распространения поля является одной из основных трудностей при расчете ЗУ.
Характерной особенностью грунтов в районах Крайнего Севера является значительное непостоянство удельного сопротивления по простиранию и по глубине при сложных границах разделов между отдельными слоями с постоянными электрическими параметрами. Другой существенной особенностью строения геоэлектрического разреза в условиях развития многолетних пород является наличие негоризонтальных границ раздела мерзлых и талых пород.
В связи с этим возникает вопрос о достоверности исходной информации о геоэлектрическом разрезе в условиях Крайнего Севера, оценке ее погрешности и, соответственно, адекватности расчетной модели грунта реальной структуре при проектировании заземляющих устройств. Создание крупных заземляющих устройств требует значительных затрат, которые могут оказаться нецелесообразными как в техническом, так и в экономическом плане.
Целью работы является разработка методологии построения" расчетных моделей искусственных и естественных заземлителей как элементов сложных заземляющих сетей в условиях Крайнего Севера.
Для достижения поставленной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Анализ современного состояния теории и практики построения расчетных моделей заземляющих устройств в условиях Крайнего Севера.
2. Анализ повреждаемости высоковольтных электрических сетей и оборудования главных понизительных подстанций (11111)
Норильского промышленного района и прогнозирование возникновения аварийных ситуаций.
3. Анализ погрешностей исходной геоэлектрической информации по грунтовым структурам с учетом особенностей Норильского промышленного района.
4. Разработка статистического метода получения расчетных моделей грунтов для определения электрических характеристик естественных и искусственных заземлителеи.
5. Определение расчетных параметров элементов заземляющей сети методом экспертных оценок с использованием нечеткой логики.
, Объект исследования: заземляющие сети карьеров в условиях Крайнего Севера на примере рудника открытых горных работ «Кайерканский», карьера «Медвежий ручей» и карьера «Угольный разрез» Рудоуправления «Норильск-1» ЗФ ОАО «ГМК»Норильский никель».
Предмет исследования: расчетные модели заземлителеи как элементов сложных заземляющих сетей в условиях Крайнего Севера.
Методика исследований базируется на теориях заземлений, электромагнитного поля, методах математической статистики, численного интегрирования, основных положениях нечеткой логики и фаззи-управления.
В экспериментальных исследованиях применялись методы измерений параметров заземляющей системы, в основе которых лежит использование автономных приборов, статистические методы обработки результатов эксперимента, методы Тагга.
Научная новизна работы:
Разработана методология построения расчетных моделей искусственных и естественных заземлителеи как элементов сложных заземляющих сетей в условиях Крайнего Севера, которая включает в себя:
анализ и прогнозирование повреждаемости высоковольтных электрических сетей с целью вероятностной оценки возникновения электроопасных ситуаций и более обоснованного нормирования уровня электробезопасности; расчет и построение эквивалентных грунтовых структур для заземлителей различной конфигурации на базе физической сущности видоизмененного метода пробного электрода и статистических данных;
определение расчетных параметров элементов заземляющей сети методом экспертных оценок с использованием нечеткой логики. Практическая ценность работы:
1. Полученные выражения позволяют учитывать вероятность возникновения аварийной ситуации в высоковольтных сетях, что дает возможность более обоснованно нормировать уровень электробезопасности, а также прогнозировать возникновение аварийных ситуаций и принимать соответствующие технические решения.
2. Разработанный статистический метод получения расчетных моделей грунтов для определения электрических характеристик естественных и искусственных заземлителей позволяет учитывать все многообразие геоэлектрических разрезов на исследуемой территории.
3. Разработанная методика определения расчетных параметров элементов заземляющей сети методом экспертных оценок с использованием нечеткой логики позволяет исключить из расчетных моделей использование недостоверной информации о геоэлектрических разрезах грунтов.
Реализация полученных результатов. Работа выполнялась в рамках хоздоговорных НИР: «Проведение исследований и разработка методических указаний по использованию электрических сетей 0,4 кВ с глухозаземленнои нейтралью для электроснабжения потребителей вне карьеров и на отвалах», № государственной регистрации 01.200101520, инвентарный № 02.2.001101159; «Проведение исследований и разработка методических указаний по экспериментальной оценке уровня электробезопасности на территориях подстанций 110/6 кВ и ограничению выноса потенциалов на заземляющие сети карьеров», № государственной регистрации 01.200101520; «Теоретические основы сберегающего управления режимами систем электроснабжения», № государственной регистрации 0120.0405588.
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований опубликованы в 7 печатных работах. Результаты научно-исследовательских работ изложены в 3 отчетах по НИР, в которых автор являлся соисполнителем.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Методика анализа и прогнозирования повреждаемости высоковольтных электрических сетей ПО кВ и оборудования главных понизительных подстанций (ГПП) с целью вероятностной оценки возникновения электроопасной ситуации и более обоснованного нормирования уровня электробезопасности.
2. Методика статистического получения расчетной модели грунта для оценки электрических параметров естественных и искусственных заземлителей карьеров Крайнего Севера в реальных многолетнемерзлых грунтах на базе физической сущности видоизмененного метода пробного электрода и статистических данных.
3. Методика определения расчетных параметров элементов сложной заземляющей сети методом экспертных оценок с использованием нечеткой логики.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 83 наименований и 2 приложений. Основной текст работы изложен на 123
страницах, проиллюстрирован 35 рисунками и 22 таблицами; приложения представлены программами экспериментальных исследований и протоколами экспериментов на 11 страницах.
Содержание работы
В первой главе произведен анализ современного состояния проблемы построения расчетных моделей заземляющих устройств в районах Крайнего Севера, определена цель работы и сформулированы задачи научного исследования.
Во второй главе на основе методов математической статистики произведен анализ и прогноз повреждаемости в высоковольтных электрических сетях Норильского промышленного района (Hi IP).
В третьей главе произведен анализ погрешностей исходной информации по грунтовым структурам с учетом особенностей НИР и разработан метод получения расчетных моделей грунтов для определения электрических характеристик естественных и искусственных заземлителеи на базе физической сущности видоизмененного метода пробного электрода и статистических данных.
В четвертой главе разработана методика определения расчетных параметров элементов заземляющей сети методом экспертных оценок с применением нечеткой логики. Расчетные значения токораспределения по элементам ЗС, полных потенциалов и входных сопротивлений сопоставлены с экспериментальными результатами.
В заключении перечислены основные результаты и выводы диссертационной работы.
В приложениях приведены следующие материалы: программы экспериментальных исследований, протоколы экспериментов.
Общая характеристика заземляющих устройств электроустановок Крайнего Севера
В условиях промплощадки современного предприятия открытых горных работ в Норильском промышленном районе заземляющие устройства подстанций связаны естественными заземлителями с железобетонными фундаментами промышленных и бытовых зданий, технологическим оборудованием и металлическими коммуникациями, образуя тем самым разветвленную сложную заземляющую сеть.
Наличие сложной заземляющей сети, связанной с подстанционными заземлителями, имеет положительную и отрицательную стороны.
Разветвленная заземляющая сеть способствует снижению полного потенциала на подстанционном заземлителе и напряжений шага и прикосновения на территории подстанции. Во-первых, за счет уменьшения сопротивления растеканию подстанционного заземлителя. Во-вторых, вследствие снижения величины расчетного тока, поскольку в данных условиях часть тока о.к.з.(однофазного короткого замыкания) растекается по металлическим коммуникациям, не проникая в землю.
С другой стороны, наличие сложной заземляющей сети создает вероятность выноса высокого потенциала за пределы подстанций при аварийных режимах в электросетях 110-220 кВ. Вынос потенциала на технологическое оборудование и надземные коммуникации может привести к групповому поражению обслуживающего персонала электрическим током и возникновению пожаров и взрывов. Отсос токов о.к.з. в подземные выработки горнодобывающих предприятий создает вероятность поражения электрическим током, воспламенения метана и преждевременного взрыва детонаторов при производстве взрывных работ. Произвести развязку между заземляющим контуром подстанции и металлоконструкциями практически не представляется возможным. Даже при автономном подстанционном заземлителе возможен вынос потенциала из зоны растекания заземлителя подстанции. Промышленные подстанции обычно располагаются в центре нагрузок, и, как правило, оказываются вблизи от естественных заземлителей предприятия. Потенциал, выносимый из зоны растекания заземления электроустановок, может оказаться не меньшим, чем потенциал, выносимый при наличии металлической связи между заземлением естественным и подстанционным. Это объясняется тем, что металлическая связь способствует снижению полного потенциала на подстанционном заземлителе. Токи о.к.з., протекающие по заземленным металлическим конструкциям и в земле, могут влиять на работу цепей защиты, сигнализации и телеуправления.
Исследования, выполненные в Норильском промышленном районе, показали, что сопротивление подстанционного заземлителя не является основным фактором, определяющим условия электробезопасности [1]. Одной из причин возникновения потенциалов на элементах ЗС являются повреждаемости в сетях ПО кВ и оборудовании ГПП. Полный потенциал на заземлителе в месте о.к.з. зависит от соотношения между токами, протекающими через заземлитель, и токами, растекающимися по металлическим связям и заземленным нейтралям других подстанций, не проникая в землю. В свою очередь, эти соотношения являются функцией сопротивления заземления в точке о.к.з., сопротивления других заземлителей, сопротивления металлических связей, сопротивления обратного «земляного» провода (о.з.п.), распределения токов о.к.з. по заземленным нейтралям трансформаторов.
Величины напряжений до прикосновения и шага, возникающих в заземляющей сети промкомплекса, не являются постоянными. Они могут составлять 3-10% от полного потенциала на территории подстанции, где имеется выравнивающая сетка и в значительной степени проявляется влияние потенциала, наведенного на поверхности земли железобетонными фундаментами зданий, и достигают значений полного потенциала на протяженных магистральных коммуникациях, выходящих за пределы промпредприятия. Распределение напряжений до прикосновения зависит от конфигурации общей заземляющей сети и закона распределения потенциала по металлическим коммуникациям.
Основной трудностью при расчете ЗУ является необходимость учета изменения параметров геоэлектрического разреза в пределах зоны распространения поля по поверхности земли и по глубине. Для Норильского промышленного района характерной является многослойная структура при наклонном залегании пластов переменной мощности [2,3]. Грунтовая структура в основном представлена отложениями девонской и силурийской системы, которые зачастую пересекаются туфолавовыми или габродолеритовыми интрузиями. Мощности отдельных напластований соизмеримы и на глубинах 1,5 км не просматривается слой, который можно было бы считать подстилающим слоем бесконечной мощности.
Климат Норильского промышленного района суровый и характеризуется отрицательной среднегодовой температурой воздуха (-9,8С), значительным колебанием температуры в течение года (амплитуда колебания составляет 90С), повышенной циклонической деятельностью [4]. Все это обуславливает мерзлое состояние грунта и сезонное изменение его параметров. По данным инженерно-геологических изысканий, проведенных в Норильском промышленном районе Государственным институтом по проектированию оснований и фундаментов «Фундаментпроект» и Норильской комплексной геологоразведочной экспедицией [5,6], геоэлектрические разрезы можно отнести к следующим основным типам: трехслойные - К (pi р2 Рз); четырехслойные - АК (pi р2 рз Р4); пятислойные - ААК (р р2 рз р4 Ps) , и НАК (pi р2 рз РА Ps)-
Анализ повреждаемости в сетях 110 кВ и оборудования 11111
Числовые значения yj показателей аварийности на энергопредприятиях обычно определяются в процессе эксплуатации для некоторых дискретных моментов времени (в данной работе 1 месяц), которые будем считать равноотстоящими с шагом 1: о=0; f/=l; ; tn = n. (2.1)
Целесообразно для каждого t{ возможные значения показателей аварийности рассматривать в качестве случайных величин Y(t$, тогда yt является конкретной реализацией значений случайной величины Y(tj). Наблюдаемые значения у І удобно представлять в виде временного ряда, содержащего и+1 наблюдений. Иными словами, исследование показателей аварийности сводится к рассмотрению случайного процесса с дискретным временем. От носительно случайной величины Y(tj) принимаются традиционные для теории статистической обработки результатов наблюдений допущения [41-43]: случайные величины Y(tj) (і—0, 1, , п) являются некоррелированными, имеют одинаковые (но неизвестные) дисперсии cf. Что касается математических ожиданий my(tj) случайных величин Y(tj), то они могут быть различными для различных /. Анализ изменения показателей аварийности во времени и прогнозирование их возможных значений на будущее производятся посредством интерполяции и экстраполяции математического ожидания рассматриваемого случайного процесса. Это математическое ожидание будем обозначать my(t), в специальной литературе оно носит название тренда. Значения тренда в точках (2.1), очевидно, совпадают с my(tj) математическим ожиданием случайной величины Y(tj).
Для практического построения тренда может использоваться операция, сглаживания [45,46], которая направлена на минимизацию случайных отклонений точек ряда от некоторой гладкой кривой предполагаемого тренда процесса. Наиболее распространенный способ осреднения значения тренда в какой-либо точке наблюдения связан с использованием некоторой совокупности окружающих точек, причем эта операция перемещается вдоль ряда точек. Сглаживание производится с помощью многочленов, приближающих по методу наименьших квадратов группы опытных точек. В практике часто используется линейная форма сглаживания, т.е. с использованием многочлена первой степени. Для сглаживания временного ряда (2.1) по трем точкам формулы имеют вид [46]: 0=-(5 0 + 2 1- )5 Уп+Х = - (гУп-2 + ІУп-i +5У„)/ (2.2) где у, - сглаженные значения.
Более одного сглаживания проводить нецелесообразно [45]. Следует отметить, что между сглаженными значениями yt имеет место корреляционная зависимость [45], тогда как наблюдаемые значения предполагались некоррелированными.
Сглаженные значения у1 являются некоторыми оценками составляющей my(tj) в регрессионной модели. По ним можно вести анализ основной тенденции изменения показателей аварийности на анализируемом интервале времени. Методы сглаживания используют в том случае, когда можно ограничиться качественной оценкой тенденции изменения изучаемых показателей.
При анализе временных рядов нашли применение методы, основанные на отыскании простой аналитической функции, наилучшим образом описывающей тренд в регрессионной модели. В практике часто используются 10-15 простых функций, из которых осуществляется отбор [46]. Операции выбора вида функции предшествует сглаживание исходного временного ряда, а затем сглаженный ряд анализируется визуально с целью определения приблизительного вида соответствующего ему тренда из числа простых функций. При отборе функции решающее значение могут иметь физические особенности изучаемого процесса или явления.
Если для описания тренда используется линейная функция относительно t, т.е. y{t) = а0+ axt, то оценки ао и aj вычисляют из условия п 1=0 где j ,- значения искомой функции в точках наблюдения tt (/=0,1, ,ri). Вместо значений yt в условии (2.3) рекомендуется использовать их сглаженные значения yt, полученные по формулам (2.2). Линейные тренды, рассчитанные по данным табл.2.1, имеют вид: для общего числа срабатывания защит: у(0 = 37,452 - 0,097375 t; для срабатывания защит на отключение: y(t) = 18,7495 - 0,005 t; для срабатывания защит на сигнал: y{t) = 18,7-0,092.
Линейные тренды достаточно хорошо отражают тенденцию изменения аварийности, что наглядно видно на графиках (рис.2.1, 2.2, 2.3).
Практика анализа временных рядов показала, что в ряде задач четко проявляется наличие в тренде гармонической составляющей с вполне определенной частотой, которую не следует относить к случайной составляющей регрессионной модели.
Анализ погрешностей исходной информации по грунтовым структурам с учетом особенностей НИР
Многолетний опыт работы геофизической партии комплексной экспедиции инженерных изысканий института «Норильскпроект» показывает, что кривые ВЭЗ, интерпретированные с помощью палеток, рассчитанных для кусочно-однородных сред, дают погрешности в десятки, а то и сотни процентов. Геофизики, сталкиваясь с трудностями интерпретации кривых ВЭЗ на многолетнемерзлых грунтах, в основном предполагают, что большие погрешности интерпретации обусловлены наличием наклонных и вертикальных границ раздела, а также боковым влиянием высокоомных (низкоомных) пород и другими искажающими факторами. На это обстоятельство указывается в [7] «В процессе обработки данных ВЭЗ большую роль играет методика установления типа кривой, так как за счет горизонтальных неоднородностей и рельефа в условиях многолетней мерзлоты кривые оказываются настолько искаженными, что их количественная интерпретация становится затруднительной».
В [56] говорится, что физические свойства многолетней мерзлоты даже в пределах одного литологического комплекса непостоянны, и каждое отдельное определение характеризует только случайное значение случайного параметра геоэлектрического разреза, зависящего от участка и времени проведения работ.
Для уменьшения погрешностей интерпретации кривых ВЭЗ авторами целого ряд работ предлагается учесть градиентное изменение удельных сопротивлений по глубине, обосновывая последнее физическими предпосылками. Основной причиной градиентности геоэлектрического разреза, как утверждается в докладе Марковича Ю.В. на научно-техническом совещании, проходившем в Норильске в 1979 г., является изменчивость температуры по глубине в зависимости от сезона. Рассмотрим, соответствует ли это утверждение действительности. С этой целью выделим расчетный сезон — наиболее электроопасный сезон с точки зрения возможного поражения людей напряжениями прикосновения и шага. Как следует из [56], для Крайнего Севера характерны три периода эксплуатации электроустановок: - безопасный сезон (октябрь - апрель); - стереотипный сезон (июль - сентябрь); - электроопасный сезон (май - июнь).
Однако, принимая во внимание статистические данные о повреждаемости в высоковольтных сетях Hi IP, можно отнести к электроопасному сезону и зимний период (декабрь - февраль).
При смене сезонов меняются параметры грунта, вследствие чего изменяются характеристики элементов ЗС и ее защитные свойства в целом. Это влечет за собой изменение показателей аварийности, и, как следствие, условий электробезопасности.
Результаты многолетних наблюдений метеостанций Севера - Востока России и Якутии позволяют проследить за изменением температуры грунта в зависимости от глубины и времени года. В табл.3.2, взятой из [54], приведена температура грунта, измеренная на разной глубине в электроопасный сезон.
Данные табл.3.2 показывают, что изменение температур грунта в электроопасный сезон происходит от более низких к менее. При этом в июне еще на глубине 0,8 м температура грунта остается ниже нуля. Анализ кривых изменения удельных сопротивлений в зависимости от температуры показывает, что в естественном залегании р достаточно больших объемов породы скачкообразно возрастает при переходе из талого состояния в мерзлое и далее практически остается постоянным, если даже р отдельных обломков и минеральных прослоев породы заметно изменяется при изменении температуры. Что касается обратного изменения температур при переходе грунта из мерзлого состояния в талое, то в этом случае необходимо учесть наличие гистерезисных явлений цикла промерзание - оттаивание. Например, р коренных пород не зависит от температуры вплоть до 0. При дальнейшем повышении температуры удельное сопротивление коренных пород уменьшается скачкообразно. Такая зависимость р от температуры наблюдается и для рыхлых отложений. Кроме этого, в [4] указывается на то, что независимость в большинстве случаев р горных пород от температуры лежит в пределах точности наблюдений.
Определение параметров естественных заземлителей
Одним из основных этапов принятия решения методом экспертных оценок является сбор и систематизация статистической информации об объекте [78]. В данном случае в качестве объектов «естественный заземлитель» выбраны наиболее часто встречающиеся на территории Норильского промышленного района естественные заземлители: фундаменты, эстакады и трубопроводы. Был произведен сбор информации об этих типах естественных заземлителей и результаты представлены в табл.4.3 и 4.4.
Сопротивление растеканию фундамента зависит от множества факторов: конструкции фундамента, его площади, глубины заложения свай, их количества, степени насыщения нулевого цикла, типа грунта, в котором фундамент сооружен, расчетного сезона (безопасный, стереотипный или электроопасный) и т.д. Примеры характерных для Норильского промышленного района фундаментов приведены на рис.4.1 — 4.6. Соотношение диагонали фундамента, глубины заложения свай и их расположения влияет на выбор расчетной модели (эквивалентная пластина, половина сплюснутого эллипсоида, гребенка). Сезон, для которого производится расчет, влияет на параметры геоэлектрического разреза. Сама технология сооружения фундамента разрушает грунтовую структуру и изменяет параметры геоэлектрического разреза.
Существующие методы расчета, казалось бы, позволяют учесть все особенности конструкции того или иного фундамента. Однако, как показывает анализ погрешностей исходной информации по грунтовым структурам, все эти расчеты не представляют практической ценности и не приводят к получению достоверного результата. Это также подтверждается сопоставлением экспериментальных и расчетных данных: расчетные значения сопротивлений растеканию отличаются от измеренных на сотни процентов. Сложные математические расчеты уводят нас от сути самой проблемы - оценки защитных свойств заземляющей сети и выявления наиболее «слабых» мест заземляющей системы, в которых возможно возникновение электроопасной ситуации. Все это доказывает необходимость иного подхода к расчету параметров заземляющих устройств, в частности фундаментов, которыми заземляющее устройство представляется в схемах замещения. Сделаем это с помощью метода экспертных оценок с использованием нечеткой логики.
Проанализировав статистическую информацию о фундаментах, представленную в табл.4.3, можно сделать вывод, что наиболее значимыми факторами, влияющими на сопротивление растеканию фундамента, являются его площадь и тип фунта, в котором этот фундамент сооружен. На графиках, представленных на рис.4.7 и рис.4.8, показаны эти зависимости, а также линейные тренды, которые очень наглядно показывают тенденции изменения. Опишем площади фундаментов и параметры грунтов с помощью лингвистических переменных. Введем лингвистическую переменную «площадь фундамента» и опишем ее пятью лингвистическими термами: «очень маленькая» (ОМ), «маленькая» (М), «средняя» (С), «большая» (Б) и «очень большая» (ОБ), а так же зададим соответствующие функции принадлежности (рис.4.9).
Также введем лингвистическую переменную «тип грунта» и опишем ее шестью лингвистическими термами: «талый» (Т), «очень низкоомный» (ОН), «низкоомный» (Н), «средний» (С), «высокоомный» (В) и «очень высокоомный» (ОВ), а также зададим соответствующие функции принадлежности (рис.4.10).
Далее на основе обработки статистических данных и опроса экспертов сформулируем логические правила нахождения искомого параметра через заданные лингвистические переменные: Rn: Если , = ОМ, то Яф = 83 Оы,л Ri2: Если Бф = М, то Яф= 70 Ом, Ri3: Если , = С, то Яф = 48 Ом, У R14: Если Бф = Б, то Яф = 43,5 Ом, Ri5: Если Бф = ОБ, то Яф = 14 Ом. j
В соответствии с концепцией Сугено заключение каждогоу-го правила записывается как средневзвешенная величина (4.28). Тем самым исключается необходимость обычной дефаззификации, а четкое результирующее значение искомого параметра, соответствующее фиксированным значениям входных переменных, записывается в виде алгебраической функции по формуле (4.29).
Покажем на примере как находится сопротивление растеканию фундамента площадью 5 = 800 м , сооруженного в грунте с эквивалентным удельным сопротивлением/?э=3250 Ом-м.
В соответствии с рис.4.11 для фиксированного значения площади фундамента 1 = 800 м2 в результате процедуры фаззификации по известным пяти ФП посылок определены следующие значения:
Похожие диссертации на Построение расчетных моделей заземлителей в условиях Крайнего Севера
