Метод оборудования заземления с малой величиной сопротивления заземления Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Метод оборудования заземления с малой величиной сопротивления заземления

Заземление является неотъемлемой частью практически любого электротехнического объекта и объекта радио и связи. Заземление может выполнять функции защитного заземления , предназначенного для обеспечения безопасности клиентов и обслуживающего персонала от опасных напря-Ключевыв слова: ^^теше, жений и токов, возникающих при статическом электричестве, переходных процессах и внешних на-

сгатческое элекгричество, водках. Оно может выполнять функции рабочего заземления, то есть являться необходимым элемен-

глубинные ^шпитш. том рабочей цепи, участвуя в передаче и приеме сигналов.

Морозов Б.Н.,

Доценг кафедры "Направляющие телекоммуникационные среды" ФГОБУВПО МТУСИ

Соколов Е.Г.,

Аспирант кафедры "Структурированные кабельные системы" ФГОБУВПО МТУСИ

Часто требуется выполнить заземления с малой величиной сопротивления, при этом площадь участка, на котором предстоит оборудовать заземление, весьма ограничена. Сопротивление одиночного заземлителя как правило достаточно велико и не соответствует необходимым требованиям. Обычно для снижения сопротивления заземления применяются следующие методы:

— оборудование многоэлектродного заземления, то-есть параллельное включение большого количество одинаковых заземли-телей;

— снижение удельного сопротивления окружающего заземли-тель грунта с помощью его химической обработки;

— использование глубинных заземлителей.

Первый метод требует большой площади и связан с низким коэффициентом использования каждого заземлителя вследствие их взаимного экранирования. Общее сопротивление нескольких (п) электродов снижается не в п раз, а существенно меньше. Происходит взаимодействие токовых потоков от каждого электрода, в результате чего ограничивается пространство, по которому протекают токи от каждого электрода. Уменьшается действующее поперечное сечение земли, и, следовательно, увеличивается сопротивление каждого заземлителя. Для получения требуемой величины сопротивления необходимо забить большое количество стержней, что занимает большую площадь. Коэффициент использования такой конструкции обычно заключен в пределах 0,5-0,7. При этом сильно возрастает потребное количество металла. Величина коэффициента использования сильно зависит от расстояния между заземлителя-ми. При его увеличении коэффициент использования возрастает, но при этом возрастает и площадь, занимаемая заземлением. Особенно плохо используются электроды, когда заземление выполняется в виде концентрических кругов или в виде сетки с прямоугольными ячейками. Коэффициент использования электродов, расположенных в узлах сетки составляет всего 0,15-0,2. Общее сопротивление заземления такой сетки определяется не столько числом электродов, сколько длиной периметра внешнего контура. Применение сетки с числом электродов более 16 практически теряет смысл.

Сопротивление заземления можно снизить в несколько раз путем увлажнения почвы вокруг заземлителя, однако состояние пониженного сопротивления длится непродолжительное время, а зимой вообще затруднено. Применяется снижение сопротивления с по-

мощью химической обработки грунта вокруг заземлителя, то-есть внесение солей, угля, шлака, проводящих веществ. Однако эти методы не всегда достаточно хороши как с экологической точки зрения, так и с точки зрения продолжительности действия во времени. Самым дешевым по стоимости является обработка грунта поваренной солью, но срок действия соли ограничен, соль вымывается и обработку приходится повторять через 2-3 года. Стойкость обработки, естественно, зависит от строения грунта, его влажности, количества осадков и других причин. Надежных способов предотвратить вымывание солей или хотя бы замедлить этот процесс не известно, хотя предлагались методы смешивание солей с нерастворимой в воде пластмассой и другие способы замедления. Бороться приходится с помощью увеличения количества соли, помещаемой вблизи заземлителя. Обычно помещают по нескольку килограммов соли на 1 метр длины заземлителя, хотя с точки зрения увеличения проводимости земли это не всегда нужно. Стойкость обработки естественно зависит от строения грунта, его влажности, количества осадков и т.п.

Эффективной оказалась обработка грунта с помощью стойких к вымыванию гелей, например, железистоцианистой меди, но этот метод очень дорог. Не все гели являются стойкими к вымыванию, достаточно электропроводны и не разрушаются в земле под действием содержащихся в земле веществ. Саником (Швеция) был найден гель, не растворимый в воде, стойкий к воздействию кислот и щелочей и, в то же время, обладающей высокой собственной проводимостью (2 Омм). В засушливое время года присутствие геля делает почву вокруг электрода влажной, что снижает колебания сопротивления в течение года. Он образуется при смешивании концентрированных растворов сульфата меди и желтой кровяной соли. Однако этот гель весьма дорог и эффективен лишь при очень высоких удельных сопротивлениях земли (например, в скальном грунте). Близко к обработке гелями стоит обработка грунта суспензиями различных веществ, которые применяются при бурении скважин. При обработке грунта суспензией вокруг заземлителя образуется стабильно действующая система, которая накапливает влагу и сохраняет ее довольно долго, обеспечивая малую величину удельного сопротивления. Для уменьшения вязкости суспензий при обработке можно добавлять таннин. Древесный и каменный уголь, сажа, кокс и шлак наряду с хорошей проводимостью обладают гигроскопичностью. Однако их действие значительно слабее действия электролитов. В грунт можно вносить также железную руду, металлические опилки и порошки.

Использование глубинных заземлителей является эффективным способом при наличии хорошо проводящих грунтов на некоторой глубине. Глубинные заземлители могут быть двух типов. Это может быть вертикальный электрод большой длины (свыше 10 м), забиваемый с поверхности грунта. Но это может быть и короткий электрод, помещенный на большой глубине в области малого удельного сопротивления и соединенный с объектом заземления проводом.

РИс. 1. Конструкция заземлителя

Однако, при большой длине заземлителя или соединительного провода начинает существенную роль играть их собственное сопротивление и индуктивность. Кроме того этот метод требует применения специальной техники при оборудовании заземления и предварительного вертикального электрического зондирования (определения удельного сопротивления слоев земли), что также связано с затратами.

В настоящее время предложен метод оборудования заземления с помощью полой стальной трубы, установленной вертикально. Длина трубы порядка 3 м. Верхний конец трубы находится над поверхностью земли (рис. 1) и имеет крышку. Труба заполнена гигроскопичной ионообразующей солью и имеет отверстия в верхней и

нижней части. Через отверстия в нижней части ионы солей попадают в грунт и снижают его сопротивление. Стальной корпус защищает заполнение от вымывания. Через отверстия в верхней части происходит соприкосновение заполнения трубы с атмосферой и его естественное увлажнение.

Опыты показали, что такое заземление имеет стабильную величину сопротивления порядка нескольких Ом в течение всего года. Долговечность такого заземления может составлять десятки лет. Дополнительные исследования следует провести по составу ионооб-разующей смеси. Если верхушку трубы сделать со съемной крышкой, смесь можно легко периодически дополнять или возобновлять. При устройстве стержневого сопротивления короткой длины необходимо обращать внимание на выбор площадки для выполнения заземления. Последнее желательно располагать с южной стороны здания и защищенным от ветра.

Литература

1. Михайлов М.И., Соколов СА. Заземляющие устройства в установках связи. — М.: Связь, 1971. — 200 с.

2. МСЭ-Т. Руководство по заземлениям и связующим перемычкам. 2003.

3. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. — М.: Изд-во МЭИ, 2004. — 57 с.

4. Tang Zhaosheng et al. Measurement of chemical ground electrode performance. CEEM'2012, Shanghai, China. Procceedings. P295-297.

5. Третья Российская конференция по заземляющим устройствам. Сборник докладов. — Новосибирск, 27-31 октября 2008. — 224 с.

Processing method of grounding with low resistance Morozov B.N., Sokolov E.G., MTUSI

Abstract

This paper examines processing methods of grounding with low resistance on limited area. There are reviewed methods being in existence in order to make grounding on a small area and suggested the effective method of performance.

Keywords: grounding, resistance, ground handling, salt with ion formation, longevity.