Заземляющее устройство для районов с плохопроводящими мерзлыми грунтами Советский патент 1986 года по МПК H01R4/66 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к конструкциям заземляющих устройств электроустановок, находящихся в северных и северо-восточных районах с плохопрово- дящими мерзлыми грунтами.

Цель изобретения - повьшение эффективности и экономичности заземляющего устройства путем уменьшения сопротивления растеканию, расхода электроэнергии, потребляемой нагревательными кабелями, и металла..

На фиг.1 изображено заземляющее устройство, вид сверху; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.Л; на фиг.З - се- чение Б-Б на фиг.1.

Заземляющее устройство состоит из нагревательного кабеля 1, уложенного в грунт параллельными рядами, вертикальных электродов 2 дли- ной I , соединенных между собой электрическим проводником 3. Кабели 1 уложены на площади, ограниченной сторонами квадрата. Электроды 2 находятся в зоне талого грунта 5, образованной 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 электродов 2. находится на глубине t под нагревательным кабелем 1. Электроподогрев грунта осуществляется за счет тепловьщеления при пропускании по вы сокоомной жиле нагревательного кабеля 1 электрического тока. Подогрев включается при промерзании грунта до глубины укладки кабелей 1 (октябрь - ноябрь) и выключается в апреле-мае.

Величина тока I выбирается такой, что промерзания грунта под кабелями не происходит. Она зависит от тепло- физических 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 сопротивле- ,ние которого р существенно меньше удельного сопротивления верхнего,деятельного слоя 4 Р| и удельного сопротивления нижнего слоя Pj . За счет теплопереноса часть мерзлого грунта, расположенного под деятельным слоем, оттаивает, вследствие чего целесообразно, чтобы концы вертикальных элек

тредов 2 на 0,2-0,8 м выступали за границу деятельного слоя.

Длина L нагревательного кабеля 1 зависит от напряжения источника питания и, тока I и сопротивления токопроводящей жилы г, L -:; Нэгревательный кабель длиной L может быть уложен на участке площадью S разными способами. Размеры-ЭТОГО участка определяют размеры зоны талого грунта, в котором находится заземлитель, Б свою очередь, выбор конструкции заземлителя с наименыиим сопротивлением растеканию зависит от размеров зоны талого грунта.

Площадь участка, на котором уложе нагревательный кабель, определяется по формуле

S

.с(п-1),

где п - число рядов кабеля,

С - расстояние между рядами, Нагревательные кабели обычно имеют диаметр d не более 10 мм, при этом

С 0,15-0,2 м. При -

Так как величины U, I, г, С задаются вполне определенными, то необходимо определить размеры участка площа;дью 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

р,, рг , р, ,.h, t, г, d. С, и, I,

г.

45

. Сопротивление токопроводящей жил кабеля принято г 0,5 Ом/м, напряжение питания и 220 В, ток I 8 расстояние между соседними рядами кабеля 1 ,2 м, длина кабеля L

и

55 м, S 11 м2 .

50 в табл. 1 приведены значения р,, PJ , pj , h, t,. (фиг, 3) для двух вариантов расчета при разной гео- электричб -ской структуре грунта.

Рассмотрены 3 варианта зон подо55 грева одинаковой площади: квадратной формы со стороной 3,3 м, прямоугольной с размерами 2,1-5,2 м, прямоугольной с размерами 1 41 м .

Для каждой зоны подогрева 1рассчи- таны различные варианты конструкции заземлителя:- с установкой вертикальных электродов по контуру зоны 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- канию для указанных вариантов конструкций эаземлителей имеет место при квадратной форме зоны подогрева.

В табл. 2 приведены результаты расчетов сопротивления растеканию при разном числе вертикальных электродов, установленных в ряд по оси симметрии зоны подогрева, представляющей собой квадрат. В случае установки электродов, по контуру зоны по- догрева или при полном ее заполнении вертикальными электродами сопротивление растеканию заземлителя не отличается от сопротивления растеканию заземлителя, представляющего собой 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 т-производится следующим образом,.

Рассчитьшают число электродов дополнительного заземлителя, которьш подсоединяют параллельно к заземляющему устройству с электроподогревом

грунта при , чтобы добиться

такого же сопротивления растеканию, что и у заземляющего устройства .со сплошным рядом из вертикальных электродов

Оптимальное соотношение §- соd

ответствует минимальному общему числу вертикальных электродов дополни- тельного заземлителя и заземляющего устройства с электроподогревом грун5

О

5 0 5

о -

о

5

та. При число вертикальных

электродов минимально, а следовательно, расход металла наименьший.

Участок с нагревательными кабелями (прототип) имеет площадь хЗ 1.0 м , т.е. приблизительно равную площади зон подогрева в указанных вариантах. Следовательно, расход электроэнергии 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 заземле- НИИ электроустановок в северных и северо-восточных районах с плохопро- водящими мерзлыми грунтами, имеющих надежное электроснабжение, в частности, электроустановок связи, железнодорожной автоматики, энергетики.

Формула изобретение

Заземляющее устройство для районов с плохопроводящими мерзлыми грунтами, содержащее вертикальные электроды, соединенные меж,цу собой, уста- йовленные по оси симметрии зоны подогрева, образованной нагревательными кабелями, расположенными над электродами параллельными рядами, отличающееся тем, что, с целью :повьш1ения 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

а ,, с - 3 - 5,

где а - расстояние между электродами, d - диаметр электрода.

/ъ л,

Ом/м Ом/м

/3 h, t, Ом/м м м

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

22000 300 8000 2,0 0,5 2 50

Вариант, в

Сопротивление растеканию, Ом/м при числе электродов

8 10

Соотношение - d

20 128

6

1182 111 .МО 947670 69

271 50 45 35.2426 26

Г-1/

я

Г

Таблица 1

t м

d,

м

Таблица 2

12

15 20 Сплошной ряд - JJ3 вертикальных электродов

3,

О

68 26

LJ

2 ГГ

1

в

V14

Фие.Г

//1/// /// /w /// /x///////// //1

r 2 g-g

4-4

2 J

Pue.2

Фиг,3

Изобретение относится к заземляющим устройствам (ЗУ) электроустано вок, находящихся в районах с, плохо- проводящими 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