2.30. Сопротивление растеканию токов с вертикального заземлителя, начинающегося от поверхности земли при двухслойном ее строении, определяется по формуле , (2.16) где к = ( r 2 - r 1 )/( r 2 + r 1 ) - коэффициент неоднородности; r 1 - удельное сопротивление верхнего слоя, ом × м; r 2 - удельное сопротивление нижнего слоя, ом × м; h - глубина верхнего слоя, м; l - длина заземлителя, м; d - диаметр заземлителя, м. Рис. 2.14. Вес многоэлектродного и глубинного заземлений при одинаковом сопротивлении в однородном грунте: 1 - вес многоэлектродного заземления в зависимости от количества электродов; 2 - вес эквивалентного глубинного заземления при выполнении многоэлектродного заземления в виде контура с расстоянием между электродами 7,5 м; 3- вес эквивалентного глубинного заземлителя при выполнении многоэлектродного заземления в виде ряда с расстоянием между электродами 5 м; 4 - вес эквивалентного глубинного заземлителя при выполнении многоэлектродного заземления в виде контура с расстоянием между электродами 5 м; 5 - вес эквивалентного глубинного заземлителя при выполнении многоэлектродного заземления в виде ряда с расстоянием между электродами 2,5 м; 6 - вес эквивалентного глубинного заземлителя при выполнении многоэлектродного заземления в виде многоэлектродного замкнутого контура с расстоянием между электродами 2,5 м
2.31. Формула (2.16) весьма сложна и при расчетах приходится производить вычисление рядов. При ориентировочных расчетах для вычисления сопротивления глубинного заземлителя можно пользоваться приближенной формулой: , ом (2.17)
Формула (2.17) справедлива для глубинного заземлителя, выполненного в виде одного стержня. При l / h > 6 ошибка по сравнению с расчетами по ф-ле ( 2.16) не превышает 3%, а при l / h = 1,5 она достигает 15%. Рис. 2.15 Номограмма для определения длины глубинного заземлителя Рис. 2.16. Зависимости веса и длины глубинного заземлителя от диаметра стержня при постоянном сопротивлении заземления
2.32. На рис. 2.15 построены номограммы для определения длины глубинного заземлителя по заданной величине R и известным величинам h, d, r 1 и r 2. Порядок расчета следующий. На правой ветви оси абсцисс отложены значения толщины верхнего слоя h. Восстанавливая перпендикуляр из точки, соответствующей известному значению h, до пересечения с соответствующей линией r 2 / r 1, найдем величину А, отложенную по оси ординат. Далее, зная отношение r 2 / R и проведя из полученной точки на оси ординат прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с соответствующей линией r 2 / R, найдем на левой ветви оси абсцисс искомое значение длины глубинного заземлителя l. Таким образом, отыскание величины l сводится к проведению на графике трех линий, параллельных осям координат. Например, если h = 15 м, r 1 = 500 ом × м, r 2 = 100 ом × м и необходимо получить сопротивление R = 20 ом, по графику на рис. 2.15 найдем, что l = 18,5 м. Ход вычислений показан на рис. 2.15 пунктиром. При вычислении номограмм диаметр глубинного заземлителя принят равным 19 мм. Однако некоторое изменение диаметра не скажется на результатах расчетов. 2.33. Дополнительная экономия материала может быть получена при рациональном выборе диаметра прутка заземлителя. На рис. 2.16 приводится график веса прутка и его длины в зависимости от диаметра при неизменном сопротивлении заземлителя. Практическое выполнение глубинных заземлителей рассматривается в гл. 7.
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ, ПОМЕЩЕННЫХ В КОКСОВОЙ МЕЛОЧИ
2.34. Сопротивление растеканию одиночного вертикального электрода в коксовой мелочи (рис. 2.17) определяется по формуле (2.18) где к1 - коэффициент промерзания, учитывающий сезонные колебания температуры грунта для вертикального заземления; r - удельное сопротивление грунта, ом × м; l в - длина вертикального электрода м; t в - средняя глубина установки электрода, равная расстоянию от поверхности земли до середины электрода, м; d в - наружный диаметр электрода, м (для электродов из угловой стали вместо диаметра d подставляется эквивалентная величина, равная ширине стороны b уголка с коэффициентом 0,95; d экв » 0,95 b ); r акт - удельное электрическое сопротивление коксовой мелочи, ом × м; d акт - наружный диаметр коксовой засыпки, м. 2.35 Сопротивление растеканию одиночного горизонтального электрода или соединительной полосы в коксовой мелочи (рис. 2.18) при l г >> d г и t г << l г /4 определяется по формуле , (2.19) где к2 - коэффициент промерзания, учитывающий сезонные колебания температуры грунта для горизонтальных заземлителей; r - удельное сопротивление грунта, ом × м; l г - длина горизонтального заземлителя, м; d г - наружный диаметр горизонтального электрода, м (для электродов из угловой или полосовой стали вместо диаметра а подставляется эквивалентная величина, равная ширине стороны b уголка с коэффициентом 0,95); t г - глубина прокладки электрода, м; r акт - удельное электрическое сопротивление коксовой мелочи, ом × м: d акт - наружный диаметр активатора, м. Рис 2.17. Схема установки одиночного вертикального заземлителя в коксовой засыпке
Удельное сопротивление коксовой мелочи r акт зависит от типа угля, из которого получен кокс, и составляет величину порядка 0,22 ¸ 2,5 ом × м. Коксовая мелочь, используемая при устройстве заземлений, представляет собой зерна диаметром 10 ¸ 15 мм (согласно ГОСТ МТУ-2834 и ТУ-1020). При расчетах следует принимать величину r акт = 2,5 ом × м.
Рис. 2.18. Схема установки одиночного горизонтального заземлителя в коксовой засыпке
На рис. 2.19 показана схема установки многоэлектродного заземления из вертикальных электродов, помещенных в коксовой мелочи.
Рис. 2.19 Схема установки многоэлектродного заземления в коксовой засыпке
2.36. Вместо засыпки коксовой мелочи на месте оборудования заземлений часто применяют заземлители с цементированной коксовой мелочью вокруг металлического стержня заводского изготовления (типа ЗКА-140). На рис. 2.20 показана схема установки многоэлектродного заземления из электродов типа ЗКА-140.
Рис 2.20. Схема установки многоэлектродного заземления из электродов типа ЗКА-140
Применение прослойки в виде коксовой мелочи между металлическими электродами и основным грунтом уменьшает сопротивление заземления и увеличивает срок службы заземлений.
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ ПРИ ИМПУЛЬСНЫХ ТОКАХ
2.37. В случае прохождения через заземлитель импульсных токов, возникающих при грозе, в формулы для расчета сопротивления заземлителя следует ввести дополнительно импульсный коэффициент. 2.38. При значительных по величине импульсах тока в грунте вблизи заземлителя возникают настолько большие напряженности электрического поля, что в отдельных участках земли происходит частичный искровой пробой. Согласно исследованиям искровой пробой в средних по проводимости грунтах возникает при напряженности электрического поля Е = 3 кв/см. 2.39. В случае возникновения искрового пробоя шунтируется переходное сопротивление прилегающих участков грунта и уменьшается общее сопротивление заземления. Это явление приводит как бы к увеличению размеров заземлителя по сечению и уменьшению удельного сопротивления грунта. Поэтому сопротивление единичного заземлителя для импульсных токов при грозе определяется по формуле , (2.20) где R з - сопротивление заземлителя при постоянном токе и токах низкой частоты; a - импульсный коэффициент, учитывающий снижение сопротивления заземления при импульсных токах. 2.40. Импульсные коэффициенты, которые необходимо учитывать при расчетах заземлений, предназначенных для защиты устройств связи от грозы, приведены в табл. 2.14.
Таблица 2.14
2.41. Импульсный коэффициент необходимо учитывать также и при определении сопротивления многоэлектродного заземлителя, употребляемого для защиты устройств связи от грозовых разрядов. В этом случае для расчета сопротивления заземления из стержневых заземлителей, соединенных изолированными проводами, применяется формула , ом, (2.21) а для стержневых заземлителей, соединенных голыми проводами, , ом, (2.22) где a 1, a 2 - берется из табл. 2.14; h 1, h 2 - из табл. 2.4 - 2.9. Для протяженных проволочных или полосовых заземлителей в том же случае применяется формула . (2.23)
СРОК СЛУЖБЫ РАБОЧИХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ПРОДЛЕНИЯ ЭТОГО СРОКА
2.42. Металлические заземлители, находясь в земле, подвергаются коррозии, причем в особо неблагоприятных условиях находятся заземлители рабочего заземления, через которые проходят рабочие токи постоянного направления. 2.43. К заземлениям, в которых заземлители подвергаются усиленной коррозии, относятся: - заземления установок дистанционного питания усилительных пунктов на кабельных и воздушных линиях связи по системе «провод - земля»; - заземления установок дистанционного питания постоянным током радиоузлов радиотрансляционной сети; - заземления катодных установок на кабельных линиях связи для защиты оболочек кабелей от коррозии; - заземления телеграфных станций, работающих по однопроводным цепям; - заземления телефонных станций с центральной батареей. 2.44. В перечисленных в п. 2.43 установках подвергаются электрокоррозии те заземлители, которые соединены с положительным полюсом источника тока. Стальные трубы или другой формы заземлители постепенно разрушаются токами, стекающими с них в грунт. Со стальных труб 1 a тока уносит в год практически от 9 до 10 кг металла. 2.45. Рассчитанная конструкция заземляющего устройства, исходя из нормы общего сопротивления, должна быть проверена на долговечность, т.е. на срок возможной эксплуатации этого устройства. 2.46. За предельный срок эксплуатации заземлителей можно принять такой срок, по истечении которого вес каждого заземлителя снизится до 0,25 первоначального веса. При этом условии срок службы Т заземляющего устройства из стальных вертикальных электродов определяется по формуле , лет, (2.24) где п - количество отдельных заземлителей (труб) в заземляющем устройстве; I - величина рабочего тока, стекающего в землю через заземление, а; l - длина трубчатого заземлителя, м; d 1 - внешний диаметр трубчатого заземлителя, м;d 2 - внутренний диаметр трубчатого заземлителя, м. При заданном сроке службы заземлителя общее количество требуемых заземлителей определяется по формуле . (2.25) Срок службы заземлителя можно определить также по более общей формуле , лет, (2.26) где Q - вес стальных электродов и соединительной полосы, кг; I - рабочий ток, стекающий с заземлителей в землю, а; к - электрохимический коэффициент разрушения. В расчетах к принимается равным 0,04 для стальных электродов, помещенных в грунт без коксовой мелочи и 0,4 для тех же электродов в коксовой мелочи. Учитывая неодинаковые условия эксплуатации для многоэлектродного заземлителя, расчет срока службы рекомендуется производить раздельно для вертикальных электродов и горизонтальной полосы. Срок службы вертикальных электродов Тв определяется из выражения ; лет, (2.27) где Q в - вес вертикальных электродов, кг; I в - ток, стекающий с вертикальных заземлителей, а. Величина I в определяется по формуле , а, (2.28) где R ¢ г - сопротивление горизонтальных электродов, ом; R ¢ в - сопротивление вертикальных электродов, ом. Срок службы соединительной полосы определяется по формуле , лет, (2.29) где Q г - вес соединительной полосы, кг; I г - ток, стекающий с соединительной полосы, а: , а. (2.30) 2.47 Часто срок службы может оказаться очень малым (3 - 8 лет). Опыт показывает, что целесообразно строить заземляющее устройство так, чтобы заземление работало без замены электродов не менее 15 лет. Это может быть достигнуто с помощью забивки дополнительных электродов к тем, которые были определены из условия соблюдения нормы заземления. Значительного увеличения срока службы заземлителей можно достигнуть, если использовать в качестве прослойки между основным грунтом и металлом электрода - коксовую мелочь. Исследования показывают, что в этом случае при стекании электрического тока с электрода в грунт процесс разрушения электрода от электролитической коррозии резко замедляется. Иными словами, срок службы заземлителя, состоящего из электродов, в коксовой мелочи увеличивается (при диаметре кок совой прослойки у каждого электрода 0,25 м) не менее чем в 5 ¸ 10 раз. Пример 1. Определить срок работы заземления установки дистанционного питания усилителей кабельной магистрали, если заземляющее устройство имеет следующие данные: количество труб n = 25; длина каждой трубы l = 200 см,внешний диаметр трубы d 1 = 4 см; внутренним диаметр d 2 = 3,2 см, ток через заземление I = 2 а. Тогда время (в годах) службы заземления определится но формуле года. Если задан срок службы заземляющего устройства, то можно определить необходимое количество трубчатых заземлителей, исходя из электрокоррозии. При тех же размерах единичных заземлителей количество их при Т = 15 лет будет труб. Таким образом, дополнительное количество электродов составляет 56-25 = 31 шт. Если электроды рассматриваемого в данном примере заземления будут помещены в коксовой мелочи, то срок службы заземления будет уже не 6,7 года, а, по крайней мере, в 5 раз больше, т.е. Т = 33,5 года. При этом не потребуются дополнительные электроды, как это было показано у заземления с электродами, помещенными прямо в грунт. Пример 2. Определить срок работы заземления автоматической телефонной станции (АТС) с числом соединительных линий 400. Согласно табл. 4 ГОСТ 464-68 на заземление сопротивление рабочего заземления для такой станции должно быть равным 2,5 ом. Удельное сопротивление грунта в местах устройства заземлений - r = 60 ом × м. Заземляющее устройство состоит из трубчатых заземлителей; длина каждой трубы 2 м, внешний диаметр 4 см (внутренний диаметр 3 см). Для соблюдения нормы сопротивления заземления (2,5 ом) заземляющее устройство содержит 10 труб (указанного размера), соединенных параллельно между собой. Средний уравнительный рабочий ток через заземление принят 2,5 а,тогда время службы заземления АТС определяется по формуле года. Этот срок не приемлем. При размещении электродов в коксовой мелочи срок службы значительно повышается. Пример 3. Рассчитать заземление с использованием коксовой мелочи для НУП кабельной магистрали при следующих данных: тип кабеля - МКСБ 4 ´ 4 ´ 1,2; аппаратура уплотнения - К-60; расчетное значение удельного электрического сопротивления грунта - r гр = 80 ом × м; удельное электрическое сопротивление коксовой мелочи - r акт = 2,5 ом × м. Заземление выполнено из вертикальных электродов из угловой стали 50 ´ 50 ´ 5 мм и соединительной полосы 40 ´ 4мм. Контур заземления будет эксплуатироваться в непромерзающих грунтах.
Порядок расчета 1. Определим силу тока I, стекающего с рабочего заземления НУП: , где к c - количество систем в НУП, подлежащих дистанционному питанию, I с - ток, требуемый для одном системы и равный 0,28 а. При полном использовании кабеля МКСБ 4 ´ 4 ´ 1,2 и последовательном питании систем К-60 кс = 4, I с = 0,28 а (ИТСЭ, ч. VI, табл. 18.2) и полный рабочий ток НУП I = 4 × 0,28 = 1,12 а. 2. Рассчитаем сопротивление растеканию токов с вертикального электрода длиной l = 2,5 м в коксовой мелочи по ф-ле ( 2.18): ом. 3. Определим количество вертикальных электродов, исходя из нормируемой величины сопротивления растеканию для грунтов с удельным электрическим сопротивлением r < 100 ом × м. Для этих условий сопротивление растеканию электрода должно быть не выше 10 ом и удовлетворять допустимому падению напряжения 12 в, т.е. R з = 12/1,12 = 10,7 ом, n в = 16,5/10,7 = 1,55 » 2 электрода. 4. Найдем длину l г соединительной шины, если расстояние между электродами а = 5 м, l г = ( n в - 1) = (2 - 1) × 5 = 5 м. 5. Определим сопротивление растеканию горизонтального электрода по ф-ле ( 2.19): ом. 6. Рассчитаем полное сопротивление растеканию контура заземления R общ по ф-ле ( 2.12): ом, что удовлетворяет нормам сопротивления растеканию контура заземления НУП для грунтов с удельным сопротивлением меньшим, чем 100 ом × м. 7. Определим силу тока, стекающего с вертикальных электродов, по ф-ле ( 2.28): а. 8. Найдем силу тока, стекающего с горизонтального электрода по ф-ле ( 2.30): а. 9. Рассчитаем вес соединительной полосы: Q г = 5 × 1,256 = 6,28 кг. 10. Определим вес вертикальных электродов: Q в = 2 × 9,4 = 18,8 кг. 11. Найдем срок службы вертикальных электродов по ф-ле ( 2.27): Тв = 0,3 × 18,8/0,765 = 7,37 лет. 12. Определим срок службы горизонтального заземлителя по ф-ле ( 2.29): Тг = 0,3 × 6,28/0,355 = 5,3 года. Как видно, этот срок не удовлетворяет условию Тг > Тв. Для обеспечения условия Тг > Тв необходимо увеличить сечение соединительной полосы. Вместо полосы 40 ´ 4 мм примем полосу 60 ´ 5 мм, что незначительно изменит общее сопротивление контура. В этом случае получим Q ¢ г = 5 × 2,36 = 11,8 кг. Срок службы соединительной полосы будет равен
Т ¢ г = 0,3 × 11,8/0,355 = 10,0 лет,
что удовлетворяет условию Т ¢ г > Тв, т.е. Т ¢ г = 1,35 T в. Расчет можно считать законченным. Пример 4. Рассчитать заземление с использованием армированных электродов заводского изготовления типа ЗКА-140 для НУП кабельной магистрали при следующих данных: тип кабеля - МКСБ 4 ´ 4 ´ 1,2; аппаратура уплотнения - К-60; расчетное значение удельного электрического сопротивления грунта - r г = 80 ом × м; удельное электрическое сопротивление коксовой мелочи - r акт = 2,05 ом × м. Контур заземления будет эксплуатироваться в первой климатической зоне СССР, где коэффициент промерзания равен 1,8 ¸ 2,0.
Порядок расчета 1. Определим силу тока I, стекающего с рабочего заземления НУП: . 2. Рассчитаем сопротивление растеканию электрода ЗКА-140, устанавливаемого вертикально. Длина электрода l в = 1,4 м, глубина закладки электрода 1,5 м от поверхности земли: ом. 3. Определим количество вертикальных электродов аналогично приведенному выше примеру. Для этих условий сопротивление растеканию электрода не должно превышать 10,7 ом × м, т. е n в = 55,6/10,7 = 5,2 » 6 электродов. 4. Рассчитаем сопротивление растеканию многоэлектродного заземлителя, R ¢ в = R общ = R в / n в h в = 55,6/0,87 × 6 = 10,6 ом, что обеспечивает нормируемое ГОСТ 464-67 сопротивление растеканию контура заземления 10,7 ом. 5. Определим вес стальных электродов контура заземления, т.е. Q в = 6 × 1,4 × 2,98 = 25 кг. 6. Найдем срок службы контура заземления: Тв = 0,3 × 25/1,12 = 6,7 года.
ИСКУССТВЕННОЕ УМЕНЬШЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЙ
2.48. Для устройства заземления малого сопротивления в плохопроводящих грунтах (песок, гравий, камень и т.п.) требуются десятки, а иногда и сотни стальных труб, длиной каждая 2 ¸ 2,5 м, располагаемых на большой территории. 2.49. С целью удешевления заземляющих устройств в местах с высоким удельным сопротивлением земли применяют различные методы искусственного снижения удельного сопротивления грунта. При этом уменьшаются количество заземлителей и размеры территории, на которой должны располагаться заземлители. 2.50. Общее сопротивление заземления зависит, как указывалось выше, от сопротивления прилегающих к заземлителю слоев грунта. Поэтому можно добиться снижения сопротивления заземления понижением удельного сопротивления грунта лишь в небольшой области вокруг заземлителя. 2.51 Искусственное снижение удельного сопротивления грунта достигается либо химическим путем при помощи электролитов, либо путем укладки заземлителей в котлованы с насыпным углем, коксом, глиной. Опыт показал, что максимальное уменьшение сопротивления заземления достигается при использовании электролитов, древесного угля и коксовой мелочи. Первый способ заключается в том, что вокруг заземлителей грунт пропитывается растворами хлористого натрия (обыкновенной поваренной соли), хлористого кальция, сернокислой меди (медного купороса) и т.д. Следует отметить, что указанным способом можно добиться сравнительно большого снижения величины сопротивления заземления, однако на непродолжительный срок (2 - 4 года), после чего требуется вновь пропитывать грунт электролитом. 2.52 Практически можно рекомендовать следующие два способа искусственного снижения удельного сопротивления грунта: создание вокруг заземлителя зоны с пониженным удельным сопротивлением и обработка грунта солью. Рис. 2.21 Создание вокруг заземлителя зоны с пониженным удельным сопротивлением
2.53. Для создания вокруг заземлителя зоны с пониженным у дельным сопротивлением в грунте делается выемка (котлован) радиусом 1,5 ¸ 2,0 м и глубиной, равной длине забиваемого ст ержня. После заполнения выемки грунтом (рис. 2.21) устанавливается заземлитель и грунт утрамбовывается. В качестве грунта-заполнителя может быть применен любой грунт, имеющий удельное сопротивление в 5 ¸ 10 раз меньше, чем удельное сопротивление основного грунта. Например, если заземление устраивается в песчаном или каменистом (гранит) грунте, то заполнителями могут быть, глина, торф, чернозем, суглинок, шлак и т.п. Таким способом достигается снижение сопротивления заземления в среднем в 2,5 ¸ 3 раза. Сопротивление растеканию тока R з в случае окружения заземлителя грунтом с другим удельным сопротивлением находится по формуле
, ом, (2.32) где r - удельное сопротивление основного грунта, ом × м; r н - удельное сопротивление грунта-заполнителя, ом × м; r 0 - радиус стержня заземлителя, м; r - радиус выемки котлована, м; l - глубина котлована, приблизительно равная длине заземлителя, м. Рис. 2.22 Относительное снижение сопротивления заземления в случае применения насыпного грунта при различных радиусах выемки
На рис. 2.22 приведены кривые изменения (в процентах) отношения сопротивления R з заземлителя, помещенного в котлован с насыпным грунтом, к сопротивлению R зн заземлителя, помещенного в основной грунт, в зависимости от отношения удельного сопротивления основного грунта r к удельному сопротивлению насыпного грунта r н. Эти кривые построены для котлованов с радиусом r = 0,25 ¸ 10 м 2.54. Эффективным и дешевым способом снижения сопротивления заземлений является обработка грунта поваренной солью. Действие последней сводится не только к понижению удельного сопротивления грунта, но и к понижению температуры его замерзания. 2.55 Существуют разные способы укладки соли близ заземлителя. В практике Министерства связи СССР распространена укладка около трубчатого заземлителя соли слоями так, как это показано на рис. 2.23 а. Соль может также укладываться вся на глубине возле трубчатого заземлителя (рис. 2.23 б ) или на небольшом расстоянии от него (рис. 2.23 в ). Последний способ является более удобным в том отношении, что коррозия заземлителя в этом случае будет минимальной.
Рис 2.23 Способы укладки соли около вертикального заземлителя
Количество соли, требующееся для обработки заземления, зависит от длины электрода: от 1,5 до 10 кг на 1 м заземлителя. Иногда солью заполняется пространство внутри заземлителя, выполненного в виде полой трубы с отверстиями, через которые раствор соли выходит в окружающий грунт (рис. 2.23г). На рис. 2.24 показан способ укладки соли около протяженного заземлителя. Рис 2.24 Укладка соли около протяженного горизонтального заземлителя
2.56 Так как соль со временем вымывается, то срок действия обработки грунта ограничен и через 2 - 4 года ее приходится повторять. Эффективность обработки неодинакова и с течением времени меняется. В первый год, когда соль еще не успевает распространиться вокруг заземлителя, сопротивление снижается сравнительно мало. Оптимальные условия наступают на втором-третьем году и затем начинают идти на убыль. Стойкость обработки зависит от строения грунта, влажности, количества осадков. 2.57 К недостаткам указанных способов обработки грунтов относятся: необходимость возобновления пропитки грунтов примерно через 2 - 4 года и возможность разрушения заземлителей от химического воздействия на них солей или соляных растворов, вследствие чего требуется замена их новыми заземлителями. Делались попытки устранить эти недостатки. Так, в Германии, например, был предложен способ, по которому в грунт вокруг заземлителя вводятся металлы в тонкоизмельченном виде, как, например, в коллоидных растворах, или в виде мелкой металлической стружки. Если при этом тонко измельченные металлы выбраны так, чтобы не могли возникать гальванические пары с самим заземлителем, то последний корродировать не будет. Однако коллоиды не более устойчивы в грунте, чем соли и соляные растворы. Они постепенно вымываются из близлежащих к заземлителю слоев дождевой водой, вследствие чего достигнутое уменьшение сопротивления заземлителя с течением времени пропадает. В США предложен способ задержания вымывания соляных растворов из грунта путем смешивания соляного раствора (например, медного купороса) с нерастворимой в воде пластмассовой смесью и впрыскивания их в грунт под большим давлением. Этот способ является дорогим и продолжительность его действия не определялась. Из других способов искусственного снижения сопротивления заземлителей, предложенных в различных странах, в первую очередь заслуживает внимания шведский способ - обработка грунта вокруг заземлителя при помощи электролитов, образующих гель. В результате смешения концентрированного раствора сернокислой меди с эквивалентным количеством концентрированного раствора соли щелочного синеродистого железа получается нерастворимый в воде продукт реакции - железистосинеродистая медь, которая при известных условиях образует однородный электропроводящий гидрогель. Электрические и физические свойства гидрогеля не меняются сколь-либо существенно от длительного воздействия воды и являются устойчивыми при колебаниях температуры в пределах от -60 до +60 °С. Однако он эффективен при снижении очень высоких сопротивлений заземлений (порядка 400 ¸ 600 ом) и малоэффективен при величинах сопротивлений порядка 20 ¸ 30 ом.
3. УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛЕНИЙ НА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ И РАДИОТРАНСЛЯЦИОННЫХ СЕТЯХ
3.1. Заземляющие устройства на линиях связи и радиотрансляционных линиях оборудуются у: - деревянных опор; - вводных кабелей и кабельных вставок; - вводных устройств на телефонных и телеграфных станциях и усилительных пунктах; - понизительных трансформаторов абонентской радиотрансляционной сети. 3.2. Защита деревянной опоры от расщепления ее молнией производится молниеотводом, т.е. проводником, проложенным вдоль опоры сверху донизу и заземленным на конце. 3.3. Молниеотводы устанавливают: - на всех угловых, переходных, кабельных, разрезных, контрольных опорах, а также на трансформаторных опорах фидерных и абонентских радиотрансляционных линий; - на пяти ближайших опорах магистральных воздушных линий связи (включая и вводную кабельную опору) при подходе их к оконечным и промежуточным усилительным пунктам, а также па двух ближайших опорах фидерных и абонентских воздушных радиотрансляционных линий при подходе их к станции или подстанции; - на радиотрансляционных абонентских столбовых линиях, расположенных в населенных пунктах, через каждые два пролета (100 м) и на ближайшей к абонентской установке опоре при длине абонентского ввода более одного пролета (50 м); - на поврежденных когда-либо молнией опорах, а также па новых опорах, установленных взамен поврежденных. 3.4 Сопротивление заземлений молниеотводов, выполняющих различные функции в зависимости от удельного сопротивления грунтов, должно быть не более величин, приведенных в ГОСТ 464-68. 3.5. Молниеотводы выполняют из стальной оцинкованной проволоки диаметром 4 ¸ 5 мм (или двумя проволоками диаметром 3 мм), которую прикрепляют к столбу скобами, расположенными на расстоянии 30 см друг от друга (рис. 3.1). Изгибы проволоки по столбу не допускаются. Рис 3.1 Устройство молниеотвода на опоре (молниеотвод крепится скобами вплотную к столбу) Рис 3.2 Устройство молниеотвода с искровым промежутком
3.6. На опорах линий связи и радиотрансляционных, подверженных влиянию линий высокого напряжения (ВЛ), молниеотводы устраивают с искровым промежутком (рис. 3.2). 3.7. Заземление молниеотводов в зависимости от удельного сопротивления грунта и требуемой нормами величины сопротивления заземления может быть выполнено в виде: - спуска молниеотвода, направленного вдоль подземной части столба (рис. 3.3); - вытянутого горизонтального луча (являющегося продолжением молниеотвода), закопанного в землю вдоль линии на глубине 0,5 ¸ 0,7 м (рис. 3.4); - нескольких вытянутых горизонтальных лучей из стальной проволоки, заложенных в земле на глубине 0,7 м (рис. 3.5); - вертикальных электродов (рис. 3.6, 3.7, 3.10). 3.8. При устройстве заземления молниеотвода в вид е вытянутого горизонтального луча сопротивление заземления в зависимости от длины вытянутой проволоки и грунтов будет иметь значения, приведенные на кривой R = j (l) (см. рис. 2.7). Рис. 3.3. Заземление молниеотвода вдоль комельной части столба Рис. 3.4. Заземление молниеотвода в виде горизонтального луча Рис. 3.5. Заземление молниеотвода в виде горизонтальных лучей: а) двухлучевого; б) трехлучевого; в) четырехлучевого
Как видно, один вытянутый проволочный заземлитель длиной 6 м имеет сопротивление растеканию токов от 1,5 до 150 ом при колебании удельного сопротивления грунта от 10 до 1000 ом × м. Рис. 3.6. Опора с заземлением из одной трубы
Рис. 3.7. Устройство заземления из одной трубы
3.9. В случае, когда при данном удельном сопротивлении грунта величина сопротивления одиночного заземлителя не удовлетворяет требуемой норме, устраивается многоэлектродный (многолучевой) заземлитель (см. рис. 3.5б, в) с количеством лучей п, определяемым по формуле , (3.1) где R 1 - сопротивление единичного лучевого заземлителя, ом; R об - общее сопротивление многоэлектродного лучевого заземления, которое должно удовлетворять требованиям ГОСТ 464-68, ом; a - импульсный коэффициент; h - коэффициент использования заземлителей. Пример. Сопротивление заземления молниеотвода на опоре с понижающим трансформатором радиотрансляционной сети при r = 500 ом × м должно быть равно согласно ГОСТ 464-68 (табл. 9) 55 ом. Требуется рассчитать число лучей заземлителя молниеотвода, если при его устройстве использованы проволочные вытянутые заземлители длиной l = 5 м и диаметром d = 4 мм. Из кривой R = j ( l ), приведенной на рис. 2.7, находим, что при r = 500 ом × м сопротивление вытянутого заземлителя длиной 5 м равно 150 ом. Следовательно, в данном случае потребуется многоэлектродное (многолучевое) заземление. Количество заземлителей определяется по ф-ле ( 3.1). Поскольку коэффициенты h и a, входящие в ф-лу ( 3.1), сами зависят от числа заземлителей, которое мы должны определить, то расчет ведут следующим образом. Сначала определяем число заземлителей без учета коэффициентов h и a. В нашем случае R 1 = 150 ом, R об = 55 ом, следовательно, n 1 = R 1 / R об = 150/55 = 2,72 » 3 электрода. По табл. 2.14 и 2.9 находим, что a 2 = 0,5 и h = 0,76. Подставив указанные значения в полную формулу для п, получим п = (150 × 0,5)/(55 × 0,76) » 2 заземлителя. После этого можно более точно определить сопротивление заземляющего устройства, состоящего из двух вытянутых заземлителей: R об = (150 × 0,5)/(2 × 0,76) = 75/1,5 = 50 ом. 3.10. Сопротивления заземляющего устройства, состоящего из вертикальных стальных электродов, указаны на рис. 2.4. Из приведенного на этом рисунке графика видно, что сопротивление одного вертикального заземлителя, в зависимости от его диаметра и длины, а также удельного сопротивления грунта, изменяется в пределах от 1 до 1000 ом. Когда при данном удельном сопротивлении грунта величина сопротивления одиночного заземлителя не удовлетворяет требуемой норме, устраивают многоэлектродный заземлитель с количеством заземлителей, определяемым по ф-ле ( 3.1). Пример. Требуется рассчитать заземление для молниеотвода, установленного на кабельной опоре в грунте с r = 300 ом × м при норме общего сопротивления Ro б = 7 ом. Сопротивление единичного вертикального заземлителя длиной 1,5 м и диаметром d = 4 мм согласно кривой R = j ( l ) на рис. 2.4 при r = 300 ом × м равно 148 ом. Прежде чем выбрать из табл. 2.14 и 2.9 величины коэффициентов использования заземлителей и величины импульсных коэффициентов, предварительно определим количество заземлителей без учета этих коэффициентов, т.е. при R 2 = 148 ом и R об = 7 ом n 2 = R 2 / R o б = 21. Определив по табл. 2.9 и 2.14, что h 2 = 0,6 и a 1 = 0,6, по общей ф-ле ( 3.1) находим n 2 = (148 × 0,6)/(7 × 0,6) = 21. Примечание. Такое количество заземлителей потребуется, если соединительные провода будут изолированы от грунта. 3.11. При заземлении кабельных ящиков с мощными разрядниками и кожухов трансформаторов радиотрансляционной сети два провода, идущие от заземления, прокладывают по поверхности столба (под общими скобами). На высоте кабельного ящика (или ящика с мощными разрядниками, или кожуха трансформатора радиотрансляционной сети) один из этих проводов присоединяют к заземляющему зажиму указанных объектов, а другой - прокладывают дальше до вершины столба. Этот провод будет являться молниеотводом для защиты столба от разрушения при ударе молнии в линию.
ВЕРТИКАЛЬНЫЕ МНОГОЭЛЕКТРОДНЫЕ ЗАЗЕМЛИТЕЛИ
3.12. Устройство заземления из одной трубы или одного уголка показано на рис. 3.6 и 3.7. При устройстве заземлении из нескольких электродов последние в зависимости от местных условий могут быть забиты в ряд (см. рис. 3.8а) либо в форме креста (см. рис. 3.8б), круга (рис. 3.8в) или прямоугольника (см. рис. 3.8г). 3.13. Перед вбиванием электродов в грунт к каждому из них должна быть приварена или припаяна стальная проволока диаметром 4 ¸ 5 мм. Приварка или припайка проволоки к трубе может производиться следующим образом: на расстоянии 50 и 80 мм от края в электроде просверливают сквозные отверстия; наружную поверхность электрода на длине примерно 30 мм по обе стороны верхнего отверстая очищают и залуживают; конец проволоки на длине не менее 100 см залуживают и пропускают через верхнее отверстие в трубе или в сторону уголка на длину 50 см; залуженной частью проволоки делают пять оборотов вокруг электрода по обе стороны верхнего отверстия (см. рис. 3.7); верхний конец проволоки закрепляют хомутом из проволоки диаметром 2 мм, а нижний конец - пропускают через нижнее отверстие и загибают; место соединения проволоки с трубой тщательно приваривают или пропаивают и покрывают асфальтовым лаком или каким-либо другим кислотоупорным составом.
Доступ к документам и консультации
от ведущих специалистов |
Содержание Предисловие1. Основные определения и общие положения2. Расчет заземлителей. Удельное сопротивление грунтаРасчетные формулы для определения сопротивления вертикальных заземлителейРасчет сопротивления горизонтальных заземлителейРасчет сопротивления многоэлектродных заземлителейЗаземлители в двухслойных грунтахГлубинные заземлителиРасчет сопротивления заземлителей, помещенных в коксовой мелочиРасчет сопротивления заземлителей при импульсных токахСрок службы рабочих заземлителей и способы продления этого срокаИскусственное уменьшение сопротивления заземлений3. Устройство заземлений на воздушных линиях связи и радиотрансляционных сетяхОбщие замечанияВертикальные многоэлектродные заземлителиЗаглубленные и глубинные заземлители4. Устройство заземлений у абонентов воздушной линии связи и радиотрансляционной сети5. Устройство заземлений для телеграфных и телефонных станций, усилительных пунктов и радиотрансляционных узлов без применения коксовой засыпки электродов6. Устройство рабочих заземлений из электродов в коксовой мелочи и армированных заводских электродов7. Устройство заземлений в районах вечной мерзлоты8. Измерения сопротивления заземляющих устройств и удельного сопротивления землиОбщие замечанияИзмерение сопротивления заземлений прибором мс-08Измерение удельного сопротивления грунтов прибором мс-08Измерения сопротивления заземлений методом «вольтметра - амперметра»Измерение удельного сопротивления грунта методом вертикального электрического зондированияОпределение электрических параметров грунта двухслойной структурыОрганизация работ по вертикальному электрическому зондированию грунта на площадках9. Контроль за состоянием заземляющих устройств10. Указания по заземлению оболочек и брони междугородных кабелей связи11. Контрольно-измерительные пункты (КИП)Приложение 1 Поставщики коксовой мелочиПриложение 2. Примеры определения действующего удельного сопротивления для грунтов с двухслойной структуройПриложение 3 Основные нормы для сопротивлений заземлений установок связи (ГОСТ 464-68)Литература |