ДИПЛОМ (1234751), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Замена грунта вокруг электрода в системе «Бипрон» на материал с высокой электропроводностью уменьшает начальное сопротивление электрода к земле. Таким образом, стремительный рост сопротивления при понижении температуры замедлится или прекратится вовсе.

6.2 Заземляющие электроды ERICO

Электроды ERICO созданы специально для грунтов, обладающих высоким удельным сопротивлением (скальный грунт, песок, вечномерзлый грунт и пр.). В таких грунтах обычно затруднено или принципиально невозможно использование классического способа заземления.

Данный электрод представляет из себя медную трубу с отверстиями, в которую засыпается электролитическая соль. Соли, приникая в окружающий грунт, повышают его электропроводность. Кроме того, электролитическая соль предотвращает промерзание вечномерзлого грунта вокруг электрода, [11].

Основные возможности:

• химические заземляющие электроды ERICO обеспечивают снижение проводимости грунта, путем рассеивания в нем электролитической соли через отверстия в электродах;

• возможность создания заземляющих устройств с низким сопротивлением растекания в грунтах с высоким удельным сопротивлением (скальный грунт, песок и др.);

• постоянное сопротивление заземляющего устройства, не зависящее от сезонного изменения атмосферных и климатических условий содержания влаги в грунте;

• высокая коррозионная стойкость всего заземляющего устройства;

• электроды обеспечивают эффективное рассеивание токов молнии и токов короткого замыкания;

• для создания заземляющих устройств для системы молниезащиты, позволяющих наиболее эффективно рассеивать токи молнии и контролировать направление их стекания дополнительно возможно оснащение электродов горизонтальными радиальными заземлителями;

• два типа химических электродов – вертикальный и горизонтальный (Lобразный), применяемый там, где вертикальное бурение является экономически нецелесообразным;

• заменяют традиционные заземляющие устройства, требующие для размещения, большие площади для размещения, благодаря возможности монтажа в стесненных условиях (необходимое рабочее пространство составляет всего 23 м² площади);

• электроды представляют собой медные трубы диаметром 54 мм, толщиной стенки 2,1 мм, наполненные натуральной электролитической солью;

• выпускаются стандартные цельные электроды длиной 3,05; 3,66; 4,57 и 6,10 м, а также резьбовые электроды, позволяющие с помощью секций длиной 3,05 м увеличивать общую длину электрода.

Для достижения низкого, минимально зависящего от характера грунта и стабильного в течении длительного периода времени сопротивления растекания рекомендуется применять систему заземления, включающую:

• химические заземляющие электроды ERICO, заполненные проводящей электролитической солью, обеспечивающей снижение проводимости окружающего электроды грунта;

• глина на основе Бентонита, являющееся натуральным материалом с низким сопротивлением. Глина помещается на дно скважины, в которую погружается электрод;

• порошок GEM, помещаемый в скважину вокруг электрода по его длине;

• инспекционный лючок для обеспечения доступа к электроду и его вентиляции;

• соединение электрода с заземляющим проводником с помощью экзотермической сварки. Заземляющее устройство на основе химических заземляющих электродов ERICO может использоваться в качестве функционального, рабочего заземления или заземление молниезащиты.

В районах с вечномерзлым грунтом существуют сезонные изменения состояния почвы. За летний период происходит оттаивание верхнего слоя (от 1 до 10 метров  в зависимости от широты и характера климата). Грунт в таком слое имеет такие же свойства, как и грунт в районах с умеренным климатом. Соответственно в зимний период, когда почва замерзает, ее сопротивление резко повышается, как показано на рисунке Г.1 (приложение Г).

Например, при средней температуре 20 °С, илистый грунт с глинистыми включениями и малым содержанием пылеватых песков, имеет удельное электрическое сопротивление 50 Ом∙м.

Известны два способа достижения низкого сопротивления грунта в условиях вечномерзлых грунтов.

Стандартный заземляющий электрод в грунте с удельным сопротивлением 50 и 700 Ом∙м приведен в таблице Г.1 (приложение Г).

Каждая технология эффективна посвоему, однако совместное использование этих методов удваивает их эффективность. Первый способ заключается в добавлении в грунт рядом с электродом электролитных минеральных солей.

Это предотвращает замерзание грунта вокруг заземлителя, делает почву более электропроводной, как показано на рисунке на рисунке Г.2 (приложение Г).

Исследования, выполненные инженерным корпусом вооруженных сил США на Аляске, показывают, что химически обработанная таким образом почва вокруг электрода понижает сопротивление электрода до 90 %, предотвращая промерзание грунта и повышая его проводимость, как показано на рисунке Г.3 (приложение Г).

Второй способ - замена грунта вокруг электрода – материалом с высокой электрической проводимостью. Это уменьшает рост сопротивления по мере промерзания грунта, т.к. сопротивление почвы возрастает пропорционально ее базовому исходному значению. Идеальной, с точки зрения проводимости является смесь материала на основе графита и материала на основе глины.

Графитовый компонент обеспечивает высокую проводимость, в то время, как глина удерживает влагу рядом с электродом. Эта влага (когда она не мерзлая) способствует уменьшению сопротивления электрода к земле. Используя данные из выше описанного примера при удельном сопротивлении грунта 50 и 700 Ом∙м можно увидеть, что всего несколько электродов достаточно для желаемого результата, представленного в таблице Г.2 (приложение Г).

Самый простой путь совместного применения этих двух приемов  это использовать электрод, заправленный минеральной солью, установив его в замененный грунт.

Замена грунта вокруг электрода на материал с высокой электропроводностью уменьшит начальное сопротивление электрода к земле и удержит окружающую влагу. С течением времени, минеральные соли, проникая в окружающий грунт, предохранят замененную грунтовую добавку от промерзания. Таким образом, стремительный рост сопротивления при понижении температуры замедлится или прекратится вовсе. Рассматривая все тот же пример, с грунтом с удельным сопротивлением 50 и 700 Ом∙м можно увидеть, что требуется еще меньше электродов для достижения желаемого сопротивления грунта в 25 Ом, согласно таблице Г.3 (приложение Г).

Подводя итоги можно сказать, что химический заземляющий электрод с наружным диаметром 67 мм для увеличения площади контакта с землей, заправленный смесью минеральных солей, используется совместно с электропроводным материалом, изготовленным из смеси графита и глины. В условиях вечной мерзлоты значительно уменьшает электрическое сопротивление грунта и повышает работоспособность всей системы.

Данный материал, кроме того, может быть использован в качестве замены окружающего грунта для электродов любого типа, включая, вертикальные заземляющие стержни, заземляющие кабели и т. п.

Производитель гарантирует бесперебойную работу заземлителя в течение всего срока эксплуатации не менее 30 лет, [12].

6.3 Расчет заземляющего устройства в условиях вечной мерзлоты

Заземление выполняется с целью обеспечения экономически целесообразных условий эксплуатации оборудования понизительной подстанции. Целью расчета защитного заземления контура является определение таких его оптимальных параметров, при которых сопротивление растекания контура ( ) и напряжения прикосновения ( ) не превышают допустимых значений. Произведем расчет заземлителя.

Исходные данные представлены в таблице Д.1 (приложение Д).

За исходные для расчёта принимаем данные: местность относится к первой климатической зоне; площадка отсыпана песчаным грунтом; максимальная глубина сезонного промерзания 3м.; грунты слоя сезонного промерзания среднепучинистые.

В основу расчета положен графоаналитический метод, основанный на применении теории подобия [13], который предусматривает:

– замену реального грунта с изменяющимся по глубине удельным сопротивлением эквивалентной двухслойной структурой с сопротивлением верхнего слоя и сопротивлением нижнего слоя значение которых определяют методом вертикального зондирования (ВЭЗ); замену реального и сложного заземляющего контура, состоящего из системы вертикальных электродов, объединенных уравнительной сеткой с шагом 4¸20 м, любой конфигурации, эквивалентной квадратной расчетной моделью с одинаковыми ячейками, однослойной структурой земли, при сохранении их площадей , общей длины вертикальных и горизонтальных электродов, глубины их заложения значения растекания сопротивления и напряжение прикосновения.

Но изначально, для районов с многомёрзлым грунтом для расчёта принимается 3-х слойная структура земли, которую приводим к 2х слойной. При этом параметры первого слоя неизменимы, параметры второго заменяются эквивалентным в соответствии с формулой:

, (6.1)

где - сопротивление слоя «положительных температур», Ом×м; S - площадь заземляющего контура, м²; h₁ - толщина верхнего "деятельного" слоя, м; h₂ - толщина слоя "отрицательных температур", м; r₂ - сопротивление слоя «отрицательных температур»Ом×м;

Ом×м.

Моделью заземлителя служит квадратная сетка из взаимопересекающихся полос с вертикальными электродами, площадью S=45700,7 м² , которая представлена на рисунке Д.1 (приложение Д).

Предварительно определяем следующие значения основных расчетных величин по формулам:

• длина горизонтальных заземлителей , м.

, (6.2)

L_г = 25 = 5344,4 м.

Число вертикальных электродов , шт.:

, (6.3)

= 0,35 = 75шт.

Длина вертикального электрода , м определяется по формуле:

, (6.4)

где – толщина верхнего слоя грунта, м (исходные данные).

м.

Общая длина вертикальных электродов , м:

, (6.5)

м.

Расстояние между вертикальными заземлителями а, м:

, (6.6)

м.

Сопротивление заземляющего контура , Ом:

, (6.7)

где – коэффициент; – эквивалентное сопротивление грунта, Ом^.м.

Эквивалентное сопротивление грунта , Ом^.м:

, (6.8)

где – сопротивление верхнего слоя земли, Ом^.м (исходные данные); – сопротивление нижнего слоя земли, Ом^.м (исходные данные); – коэффициент, равный 0,392.

при , (6.9)

при , (6.10)

при , (6.11)

при . (6.12)

Проверим выполнение условия по формуле (6.9):

;

Характеристики

Список файлов ВКР