заземляющее устройство для опор воздушных линий электропередач

Формула изобретения

Заземляющее устройство для опор воздушных линий электропередачи, содержащее кольцевой заземлитель, заглубленный в грунт, и соединенный с ним вертикальный электрод, отличающееся тем, что заземлитель имеет форму цилиндрической винтовой спирали с изменяющимся по глубине количеством витков обратно пропорционально удельному сопротивлению слоев грунта в котловане, и с диаметром витков, равным диаметру котлована пробуренного в грунте для установки опоры воздушной линии электропередачи, при этом заземлитель снабжен фиксаторами регулирующими величину шага между витками и фиксирующими их положение при засыпке котлована землей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к строительству линий электропередачи, заземлению опор, металлических конструкций, молниеприемников.

Известны заземляющие устройства, предназначенные для заземления опор воздушных линий электропередачи и других элементов электроустановок, размещаемых на небольших площадях. Наибольшее распространение получили заземляющие устройства, выполненные из горизонтальных или вертикальных электродов, или в различных комбинациях из вертикальных и горизонтальных электродов, объединенных в единую конструкцию (например: по типовому проект серия 3.407-83 «Заземляющие устройства опор ВЛ 0,4; 6-10; 20 и 35 кВ», М.: Сельэнергопроект, 1971).

Недостатком таких заземляющих устройств является большая трудоемкость их монтажа, включающая земляные и сварочные работы. Типовые конструкции занимают значительные площади земли.

Известно заземляющее устройство, по а.с. SU №1791882, МКИ Н 01 R 4/66, Бюл. №4 от 30.01.93, содержащее горизонтальный электрод, расположенный в траншее и выполненный в плане в виде симметричной ломаной линии, состоящей из прямых отрезков, расположенных под прямым углом друг к другу.

Недостатком устройства является то, что оно незначительно сокращает объем земляных работ и не способствует выравниванию потенциала у опоры.

Известно заземляющее устройство по а.с. SU №1363352, МКИ 01 R 4/66, Бюл. №48 от 30.12.87 (принято за прототип), содержащее кольцевой электрод, заглубленный в грунт, и соединенный с ним электрический вертикальный электрод.

Недостатком заземляющего устройства является то, что оно предполагает выполнение вокруг опоры кольцевой траншеи для укладки кольцевого электрода, причем рекомендуемая глубина траншеи, равная отношению ее глубины к радиусу электрода как 0,25 к 0,30, не учитывает неоднородность удельного сопротивления грунта по глубине.

Техническим решением задачи является снижение трудоемкости работ, при монтаже заземляющих устройств, уменьшение объемов земляных и сварочных работ, снижение сопротивления заземляющих устройств и напряжения прикосновения к опоре в случаях протекания по ней токов замыкания на землю или разрядов молнии.

Указанная задача решается тем, что в заземляющем устройстве для опор воздушных линий электропередачи содержащем кольцевой заземлитель, заглубленный в грунт, и соединенный с ним вертикальный электрод, заземлитель имеет форму цилиндрической винтовой спирали с изменяющимся по глубине количеством витков обратно пропорционально удельному сопротивлению слоев грунта в котловане, и с диаметром витков, равным диаметру котлована, пробуренного в грунте для установки опоры воздушной линии электропередачи, при этом заземлитель снабжен фиксаторами, регулирующими величину шага между витками и фиксирующими их положение при засыпке котлована землей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показано заземляющее устройство для опор воздушных линий электропередач - общий вид, а на фиг.2 - вид по разрезу А-А.

Устройство для заземления опоры 1 воздушной линии электропередачи состоит из заземлителя 2, соединенного с вертикальным электродом 3 и размещаемого в котловане 4. Заземлитель 2 снабжен фиксаторами 5, регулирующими величину шага 6 между отдельными витками и фиксирующими их положение при засыпке котлована 4 землей.

Металлическая арматура 7 опоры 1 с помощью электрода 3 сварного соединения 8 соединяется с заземлителем 2.

Заземляющее устройство монтируется и работает следующим образом.

На трассе строящейся линии электропередачи, в точке размещения опоры 1, с помощью бурильно-кранового механизма бурят котлован 4, диаметр которого значительно больше диаметра опоры 1. Заземлитель 2, выполненный в заводских условиях из круглой стали, диаметром не менее 10 мм, и доставленный на объект, растягивается в форме цилиндрической винтовой спирали, длиной на глубину котлована 4. Между образовавшимися витками заземлителя 2 устанавливается величина шага 6 таким образом, чтобы количество витков, приходящихся на каждый слой земли, было обратно пропорционально удельному сопротивлению этого слоя, т.е. чем меньше удельное электрическое сопротивление слоя земли, тем больше колец заземлителя должно в нем располагаться и меньше шаг 6 между витками. Этим достигается оптимальное стекание тока в землю, обеспечивающее наименьшее сопротивление всего заземляющего устройства.

Положение витков заземлителя в устройстве закрепляется с помощью фиксаторов 5, выполненных из перфорированной полосы с отгибающимися полками. Собранное заземляющее устройство опускается в котлован 4. По оси заземляющего устройства устанавливается опора 1 с электродом 3, который соединен с арматурой 3 железобетонной опоры 1. Электрод 3 с помощью сварочного соединения 8 присоединяется к заземлителю 2 и образует общую, электрически связанную, конструкцию заземляющего устройства. Установленные в котлован 4 опора 1 и заземлитель 2 засыпаются землей, фиксаторы 5 при засыпке удерживают от смещения витки заземлителя 2, сохраняя шаги 6, заданные проектом.

Известно, что сопротивление растеканию тока заземлителя в виде витка из круглой стали, при средней глубине его расположения в грунте равной или больше радиуса кольца, определяется по формуле (1):

где R - сопротивление заземлителя растеканию тока, Ом;

D - диаметр одиночного витка заземлителя, м;

d - диаметр стали из которой изготовлен заземлитель, м;

h - средняя глубина заложения витка, равная расстоянию от поверхности земли до витка, м;

- удельное сопротивление земли, Ом·м.

Анализ формулы (1) показывает, что сопротивление заземлителя R изменяется обратно пропорционально диаметру кольца D и глубине его заложения h. Кроме этого следует учитывать, что растекание тока с заземлителя происходит неравномерно, в значительно большей степени ток стекает с конца заземлителя. Это учитывается в формуле (1) тем, что диаметр кольца и глубина заложения дополнительно входят в формулу под знаком логарифма. Сопротивление заземляющего устройства прямо пропорционально и в свою очередь изменяется с глубиной h по закону изменения . Если уменьшается, то пропорционально увеличивается доля электрического тока, стекающего с части заземлителя, расположенной в слое, с меньшим удельным сопротивлением.

Таким образом, если заземляющее устройство выполнить из заземлителей с несколькими кольцевыми витками, равными диаметру котлована для опоры линии электропередачи, и соединить их между собой в форме цилиндрической винтовой спирали так, чтобы большая их часть размещалась в нижнем слое земли с наименьшим удельным сопротивлением, то этим будет достигнуто снижение общего сопротивления заземляющего устройства и улучшено распределение потенциала на поверхности земли.

Такая конструкция позволяет обеспечить нормативную величину сопротивления заземляющего устройства опоры без выполнения трудоемких земляных работ, организовывать поточную технологию строительства линии с меньшим количеством строительных механизмов и с меньшими трудозатратами, улучшить технико-экономические показатели заземляющего устройства. Особенно эффективно предлагаемое заземляющее устройство в тех случаях, где опоры устанавливаются в грунт с высокой коррозионной активностью к бетону и арматуре, когда подземную часть опоры защищают изолирующим покрытием.