Заземляющий электрод
Изобретение относится к электроэнергетике. Сущность изобретения: в качестве заземляющего электрода используется само-дополнительная антенна, например М-образного типа, полотно которой в поперечном сечении имеет клинообразную форму, работающая, как рассеивающая нагрузка, причем генератором здесь становятся устройства молниезащиты с наведенной на них энергией от мощного ЭМИ. Такое выполнение заземляющего электрода позволяет расширить частотный диапазон заземляющего электрода. 3 ил., 2 табл.
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к заземляющим устройствам, используемым при работе подвижных автомобильных радиостанций, аппаратов связи и других защищаемых от импульсных воздействий объектов.
Известны заземляющие устройства в виде кола заземления (заземляющего электрода), системы проводов, размещаемых на поверхности, специальных устройств заземления в виде особых металлоконструкций, зарываемых в землю или располагаемых на поверхности [1, 2]. Однако известные заземляющие электроды имеют высокое переходное сопротивление, которое становится еще большим в условиях установки их в сухих почвах. Последнее приводит к слабому растеканию наводимых токов, то есть к снижению эффективности защиты от электромагнитных импульсов (ЭМИ) воздействия (молниевые разряды, ЭМИ и т.п.). Наиболее близким по своей технической сущности является заземлитель [3], который представляет собой трубчатый электрод с нижним заостренным концом и наковаленку. Заземлитель снабжен диэлектрическим стержнем, на одном конце которого расположен электрод, а на другом - наковаленка. Внутри диэлектрического стержня установлен проводник, один конец которого соединен с электродом, а к другому подключено заземляющее оборудование. Длина стержня выбирается равной глубине промерзания грунта. Такое устройство, по мнению авторов, обеспечивает меньшее переходное сопротивление току при его перетекании от электрода в землю. Однако устройство-прототип все же не обеспечивает эффективного проникновения токов в землю, особенно в области высоких частот в диапазоне 1...100 МГц, где коэффициент бегущей волны (Kбв) менее 0,1, а также в сухих почвах (проводимость = 0,001 Ом/м). В то же время в ряде случаев требуется высокая степень защиты от сильных токов и напряжений, например при действии мощных ЭМИ. В результате сильная отраженная волна при низком Kбв от мощных ЭМИ может привести к невосстановимым разрушениям защищаемого оборудования, то есть заземление в этих условиях недостаточно эффективно. Целью изобретения является разработка технического решения, обеспечивающего более высокую эффективность растекания токов в сухих грунтах, в частности, при воздействии мощных ЭМИ, когда переходное сопротивление току при его перетекании от электрода в землю становится существенно меньшей величиной, чем в прототипе. Цель достигается тем, что в качестве заземляющего электрода предлагается использовать плоскую самодополнительную антенну, работающую в виде рассеивающей нагрузки. В качестве такой антенны целесообразно применять самодополнительную антенну M-образного типа, полотно которой имеет в поперечном сечении клинообразную форму. В этом случае генератором следует рассматривать устройства молниезащиты, включающие в общем виде провода молниезащиты, разрядные устройства и т.п., с наведенной на них энергией от ЭМИ. На фиг. 1 показана в двух плоскостях M-образная антенна; на фиг. 2 - порядок установки M-образной антенны в роли заземляющего устройства; на фиг. 3 - экспериментально полученная величина Kбв в зависимости от относительной длины антенны (l/) . Возможность реализации изобретения подтверждается исследованиями на диапазонность заземления и исследованиями на прочность конструкции. При исследовании диапазонности заземлителя, постоянно, вслед за прототипом, ориентированного на промерзший грунт, выбиралась "сухая почва" ( r = 4...6; = 0,001... 0,005 Ом/м), так как при "влажных почвах" ( r = 10, = 0,01 Ом/м) особых проблем с большинством заземлений нет, ибо Kбв там в широком диапазоне сохраняется порядка 0,5. "Сухие почвы" характерны не только для зимнего периода, но и для песчаных, супесчаных, суглинистых и скалистых почв, поэтому при рассмотрении данного вопроса во внимание брались только почвы с параметрами r= 6; = 510-3 Ом/м. В качестве плоскостных диапазонных антенн известны в эксплуатации несимметричные плоскостные шунтовые антенны, например N - образные или M-образные (Серков В. П. Распространение радиоволн и антенные устройства. Л.: ВАС, 1981). Эти антенные устройства в отличие от антенных устройств аналогичного назначения обеспечивают при длине волны меньше максимальной Kбв более 0,5 для 75-омного фидера, начиная с относительной длины ( l/ ) более 0,1. Для использования в качестве заземляющего электрода предпочтительнее оказывается M-образная антенна, как имеющая более жесткую конструкцию с клинообразным гребнем, располагаемую на металлической основе, служащей в данном случае "наковальней" для заглубления заземления в грунт. Короткий диэлектрический стержень внутри несет в себе шину заземления, соединенную с вершиной M-образной антенны. Экспериментальные данные проверялись теоретическими расчетами. Наиболее объективным критерием эффективности заземления может служить величина Kбв (коэффициента бегущей волны) в заземляющей шине. Известно, что где - модуль коэффициента отражения, где Zвх - комплексное входное сопротивление; Zвх = Rвх + iXвх, Rвх - активная составляющая входного сопротивления;Xвх = реактивная составляющая входного сопротивления;
- комплексное волновое сопротивление
= r+ii. (4)
Волновое сопротивление при рассматриваемом соотношении размеров антенн и длины волны рассчитывается по формуле
где
o - волновое сопротивление в свободном пространстве
- комплексная диэлектрическая проницаемость подстилающей поверхности
aэкв - эквивалентный радиус антенны
aэкв = 0,25 dср. (8)
Активная и реактивная составляющие входного сопротивления M-образной антенны в земле в первом приближении могут быть расчитаны с использованием понятий о собственном и взаимном потенциальных коэффициентах
где
P11 - собственный потенциальный коэффициент M-образной антенны;
P'11 - потенциал от собственного изображения;
P12 - взаимный потенциальный коэффициент антенны и противовеса;
P'12 - взаимный потенциальный коэффициент изображений антенны и противовеса;
- коэффициент отражения в земле
Собственный потенциальный коэффициент эквивалентной M-образной антенны прямоугольной пластины равен
Взаимный потенциальный коэффициент P12 между двумя пластинами в ортогональных плоскостях рассчитывается по формуле
где
U1=U5=U10=U14=l; U2=U6=U9=U13=0; U3=U7U12=U16=l;
U4=U8=U11=U15=0; V1=V2=V3=V4=V9= V10=V11=V12=0;
V5= V6= V7= V8=V13=V14= V15=V16=dср; W1=W2=W3= W4=W5=W6=W7=W8=l; W9=W10= W11=W12=W13=W14=W15=W16=0. Собственный потенциальный коэффициент изображения получается из взаимного потенциального коэффициента двух одинаковых тел, в данном случае "пластины-пластины" при нулевом расстоянии между ними. При этом
Взаимный потенциальный коэффициент изображения вычисляется через расстояние между центрами рассматриваемых тел, в которых предположительно сосредоточен весь заряд. Очевидно, что это расстояние равно высоте M-образной антенны l, то есть
Далее можно выбрать размеры устройства
Пусть у M-образной антенны (фиг.1) l=0,4 м, d1=0,35 м, d2=0,45 м (dср = 0,4 м), радиус опорного диска-"наковальни" выбран r=0,226 м (при этом эквивалентный диску прямоугольник имеет площадь . Параметры "сухой" почвы выбирались такими: диэлектрическая проницаемость r= 6 , проводимость = 510-3 Cм/м. Расчет волнового сопротивления по формулам (5)...(8) в табл.1. Потенциальные коэффициенты, вычисленные по формулам (11)...(14), оказались равны
Данные входного сопротивления в диапазоне частот приведены в табл. 2. Таким образом, теория дала результаты, достаточно близко совпадающие с экстремальными данными. Прочность конструкции проверялась многократным заглублением в "сухой" (песчаный) грунт и последующим осмотром мест крепления M-образной антенны к металлическому листу-"наковальне". Заглубление электрода осуществлялось ударами кувалды по опорному диску-наковальне. При заглублении заземления в более твердый грунт оказалось целесообразным предварительно лопатой прорезать почву "на штык" по ширине гребня M-образного заземлителя.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Похожие патенты:
Участок электрической сети // 2111585
Изобретение относится к электротехнике, в частности к зануляющим устройствам промышленных электроустановок производственных зданий
Участок электрической сети // 2109378
Изобретение относится к электротехнике, в частности к зануляющим устройствам промышленных электроустановок производственных зданий
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обеспечения электробезопасности при эксплуатации передвижных электроустановок
Изобретение относится к электротехнике, а именно к защитным заземлениям электроустановок, и может быть использовано для обеспечения безопасности при эксплуатации передвижных электроустановок
Изобретение относится к области защитных устройств в электрических сетях
Заземлитель // 2080714
Изобретение относится к области электротехники к средствам техники безопасности для закорачивания и заземления участка воздушной линии (ВЛ) электропередачи при ее выведении в ремонт
Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к выполнению защиты от однофазного короткого замыкания на корпус промышленной электроустановки, питающейся от трехфазной электрической сети напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью
Заземляющее устройство // 2041538
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для заземления электроустановок с помощью горизонтальных (стержневых или полосовых) заземляющих устройств
Устройство для заземления энергоустановки // 2041537
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для заземления энергоустановок, преимущественно с помощью выносных заземляющих устройств
Электроизолирующая штанга // 2137272
Изобретение относится к электроизолирующим защитным приспособлениям, служащим для механизации работ, осуществляемых с земли на воздушных линиях электропередачи
Глубинное заземление // 2138106
Изобретение относится к скважинным анодным заземлениям и предназначено для использования в качестве малорастворимых анодных устройств глубинного заложения в системах электрохимической защиты магистральных трубопроводов и других подземных металлических сооружений от коррозии
Изобретение относится к комплекту деталей и способу для использования в устройстве коррозионной защиты с подачей тока для удлиненной подложки, а также в электрическом заземлении объектов
Изобретение относится к электрохимической (катодной) защиты подземных сооружений от коррозии и используется в качестве засыпок анодных заземлителей
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для закладки в грунт заземляющих устройств, выполняемых из вертикальных заземлителей и предназначенных для заземления электроустановок производственных объектов
Вертикальный электрод-заземлитель // 2167476
Выносное заземляющее устройство // 2169420
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для заземления производственных объектов с электроустановками с помощью заземляющих сеток
Заземляющий зажим // 2169974
Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к зажимам переносных заземлений, используемых для заземлений отключенных проводов воздушных линий электропередачи
Изобретение относится к герметизированным кожухам кабельных сростков и имеет корпус с выполненным в нем профилированным отверстием