Заземляющее устройство для районов с плохопроводящими мерзлыми грунтами

 

Изобретение относится к заземляющим устройствам (ЗУ) электроустано вок, находящихся в районах с, плохопроводящими мерзлыми грунтами. Цель изобретения - повьшение эффективности и экономичности ЗУ. ЗУ содержит вертикальные электроды и нагревательный кабель, образующий зону подогрева . Нагревательный кабель уложен в грунт параплельньми рядами на площади , ограниченной, сторонами квадрата . Вертикальные электроды сЬединены между собой электрическим проводником и расположены по оси симметрии зоны подогрева под нагревательными кабелями. Отнощение расстояния между соседними вертикальными электродами к диаметру электрода находится в пределах от 3 до 5. Цель изобретения достигается уменьшением сопротивления растеканию, расхода электроэнер- , потребляемой нагревательными кабелями, и металла за счет формы зоны подогрева и соотношения расстояния между соседними электродами и диаметра электрода. 3 ил., 2 табл. СЛ 00 00 со

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИК (19) (11) (51) 4 Н Ol R 4 66 ф(рr Щс):;ч ° q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3807581/24-07 (22) 01. 11. 84 (46) 30. 06. 86. Бюл. 1(- 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строи-тельства (72) В.M.Coxop (53) 621.316.99(088.8) (56) Соколов N.È., Михайлов С.А. Заземляющие устройства в установках электросвязи. M.-. Связь, 1971.

Авторское свидетельство СССР

Р 7 16096, кл. Н Oi R 4/66, 1978.

Энергетическое строительство, N 10, 1978, с. 48-50. (54) ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЙОНОВ С ПЛОХОПРОВОДЯЩИМИ МЕРЗЛЬ1МИ ГРУН ТАМИ (57) Изобретение относится к заземляющим устройствам (ЗУ) электроустановок, находящихся в районах с плохопроводящими мерзлыми грунтами. Цель изобретения — повышение эффективности и экономичности ЗУ. ЗУ содержит вертикальные электроды и нагревательный кабель, образующий зону подогрева. Нагревательный кабель уложен в грунт параллельными рядами на площади, ограниченной, сторонами квадрата. Вертикальные электроды сЬединены между собой электрическим проводником и расположены по оси симметрии зоны подогрева под нагревательными кабелями. Отношение расстояния между соседними вертикальными электродами к диаметру электрода находится в пределах от 3 до 5. Цель изобретения достигается уменьшением сопротивления растеканию, расхода электроэнергии, потребляемой нагревательными кабелями, и металла эа счет формы зоны подогрева и соотношения расстояния между соседними электродами и диаметра электрода. 3 ил., 2 табл.

1 1241 3

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к конструкциям заземляющих устройств электроустано.— вок, находящихся в северных и северо-восточных районах с плохопроводящими мерзлыми грунтами.

Цель изобретения — повышение эффективности и экономичности заземляющего устройства путем уменьшения сопротивления растеканию, расхода 10 электроэнергии, потребляемой нагревательными кабелями, и металла.

На фиг. 1 изображено заземляющее устройство, вид сверху; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 — се- 15 чение Б-Б на фиг.1.

Заземляющее устройство состоит из нагревательного кабеля 1, уложенного в грунт параллельными рядами, вертикальных электродов 2 дли- 20 ной 6, соединенных между собой электрическим проводником 3. Кабели 1 уложены на площади, ограниченной сторонами квадрата. Электроды 2 находят- ся в зоне талого грунта 5, образован- 25 ной в верхнем деятельном слое 4 (слое сезонного промерзания и оттаивания с глубиной h) и на 0-,2-0,8 м выступают за границу этого слоя.

Верхний конец вертикальных электро- 30 дов 2. находится на глубине t под нагревательным кабелем 1. Электроподогрев грунта осуществляется за счет тепловыделения при пропускании по высокоомной жиле нагревательного кабеля 1 электрического тока. Подогрев включается при промерзании грунта до глубины укладки кабелей 1 (октябрь ноябрь) и выключается в апреле-мае.

40 зз 2 тродов 2 на 0,2-0„8 м выступали за границу деятельного слоя.

Длина 1. нагревательного кабеля 1 зависит от напряжения источника питания U тока I и сопротивления токоU проводящей жилы г, 1, =, НагреваТ т тельный кабель длиной L может быть уложен на участке площадью S разными способами. Размеры .этого участка определяют размеры зоны талого грунта, в котором находится заземлитель.

В свою очередь, выбор конструкции заземлителя с наименьшим сопротивлением растеканию зависит от размеров зоны талого грунта.

Площадь участка, на котором уложен нагревательный кабель„ определяется по формуле

Ь-С(— 1) где п — число рядов кабеля, С вЂ” расстояние между рядами.

Нагревательные кабели обычна имеют диаметр d не более 10 мм, при этом

С = 0,15-0,2 м. При п)5 S"L С

U ° С

I r

Так как величины U, I, т, C задаются вполне определенными, то необходимо определить размеры участка площадью S зоны подогрева,,на котором прокладывают нагревательный кабель, и конструкцию заземлителя, при которых сопротивление растеканию заземлителя наименьшее. Указанная задача решается методом математического моделирования. Проводится ряд расчетов с целью определения наилучшего варианта при заданных значениях

Величина тока Х выбирается такой, что промерзания грунта под кабелями 1 не происходит. Она зависит от теплофизических характеристик грунта, климатических характеристик района, расстояния между кабелями 1 и сопротивления их токопроводящей жилы. В результате электроподогрева вокруг. заземлителя поддерживается зона талого грунта 5, удельное сопротивление которого существенно меньше удельного сопротивления верхнего,деятельного слоя 4 р, и удельного сопротивления нижнего слоя P . 3a счет теплопереноса часть мерзлого грунта, расположенного под деятельным слоем, оттаивает, вследствие чего целесообразно, чтобы концы вертикальных элек, Сопротивление токопроводящей жилы кабеля принято r = 0,5 Ом/м, напряжение питания П = 220 В, ток I = 8 А, расстояние между соседними рядами кабеля 1 С=0,2 м, длина кабеля

= — =55м8=11м .

I r

В табл. 1 приведены значения /),, p, P h t,P. ((ф и г. 3) для двух вариантов расчета при разной геаэлектрической структуре грунта.

Рассмотрены 3 варианта зон подогрева одинаковой площади: квадратной формы со стороной 3 3 м, прямоугольной с размерами 2,1 ° 5,2 м, прямоугольной с размерами 1 11 м .

1241333 — 3 — 5 а

Э

Для каждой зоны подогрева рассчитаны различные варианты конструкции заземлителя:. с установкой вертикальных электродов по контуру эоны подогрева, с образованием многорядного контура из вертикальных электродов, с установкой вертикальных электродов в ряд по оси зоны подогрева, с изменением числа электродов.

Наименьшее сопротивление расте- 10 канию для указанных вариантов конструкций заземлителей имеет место при квадратной форме зоны подогрева.

В табл. 2 приведены результаты расчетов сопротивления растеканию 15 при разном числе вертикальных электродов, установленных в ряд по оси симметрии зоны подогрева, представляющей собой квадрат. В случае установки электродов. по контуру эоны по- 3) догрева или при полном ее заполнении вертикальными электродами сопротивление растеканию заземлителя не отличается от сопротивления растеканию заземлителя, представляющего собой 25 сплошной ряд из вертикальных электродов.

При установке электродов в ряд наименьшее сопротивление растеканию будет у сплошного ряда. При уменьшении числа электродов в ряду величина сопротивления увеличивается. В то же время существенно уменьшается расход металла на вертикальные электроды.

Определение оптимального числа электродов в ряду или соотношения -проа изводится следующим образом.

Рассчитывают число электродов дополнительного заземлителя, который 4g подсоединяют параллельно к заземляющему устройству с электроподогревом а грунта при 3 с — 20, чтобы добиться такого же сопротивления растеканию, что и у заземляющего устройства .со сплошным рядом из вертикальных электродов, Оптимальное соотношение cod ответствует минимальному общему числу вертикальных электродов дополнительного заземлителя и заземляющего устройства с электроподогревом груна та. При - 3-5 число вертикальных

d электродов минимально, а следовательно, расход металла наименьший.

Участок с нагревательными кабелями (прототип) имеет площадь S=2 «5

>10 и, т.е. приблизительно равную площади зон подогрева в указанных вариантах. Следовательно, расход элек— троэнергии на подогрев грунта в прототипе и в предлагаемом устройстве одинаков. При этом, как показывают расчеты, сопротивление растеканию предлагаемого заземляющего устройст ва в 2-2,5 раза ниже, чем заземляющего устройства прототипа, что говорит об эффективности и экономичности предлагаемого заземляющего устройства.

Предлагаемое заземляющее устройство может использоваться при заземлении электроустановок в северных и северо-восточных районах с плохопроводящими мерзлыми грунтами, имеющих надежное электроснабжение, в частности, электроустановок связи, железнодорожной автоматики, энергетики. формула и з о б р е т е н и я

Заземляющее устройство для районов с плохопроводящими мерзлыми грунтами, содержащее вертикальные электроды, соединенные межцу собой, установленные по оси симметрии зоны подогрева, образованной нагревательными кабелями, расположенными над электродами параллельными рядами, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его эффективности и экономичности путем уменьшения сопротивления растеканию, расхода электроэнергии, потребляемой нагревательными кабелями, и металла, зона подогрева выполнена в виде квадрата, а расстояние между соседними электродами и диаметр электрода удовлетворяют отношению где а — расстояние между электродами, d — - диаметр электрода.

1241333

Табл ица 1

10000 500 20000 1,2 0,5 1,3 50

2000 300 8000 2,0 0 S 2 50

Таблица 2

Вари-, Сопротивление растеканию, Ом/м при числе ант, Ф электродов

3 5

8 10

4 3, 6 с 5

20 12 8

76 70 69

68.24 26 26

Вари- Рq Ðë, jç h, ант,У Ом/м Ом/м Ом/м м м а

Соотношение—

182 111 . 1.1 0 94

71 50 45 35

cl м м

20 Сплошной ряд иэ вертикальных электродов

1241333

А-А

2 3

Фиг.2

1 2 6 Б

Составитель Л.Январева

Редактор И.Касарда Техред O.Сопко

Корректор Л.Патай

Заказ 3606/49 Тираж 597

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4