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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
Künstliche Erdung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Erdung und Erdung Häufiger künstliche Erdung ist ein horizontal oder vertikal (schräg) im Boden verlegter Stahlleiter oder eine Gruppe solcher Leiter, die miteinander verbunden sind. Im letzteren Fall wird die Erdungselektrode als komplex bezeichnet, und wenn die Elektroden einen Stromkreis bilden, dann wird eine solche komplexe Erdungselektrode als Erdungsstromkreis bezeichnet. Die Bezeichnung „horizontale“ und „vertikale“ Erdungselektroden ist eher bedingt. Eine strikte Einhaltung der Horizontalität ist im ersten Fall nicht erforderlich, wichtig ist, dass die Elektroden in der richtigen Tiefe im Boden liegen, ohne dass sie beim Betrieb der Maschinen beschädigt werden. Da die Erdoberfläche in Schluchten, an Hängen und an vielen anderen Stellen möglicherweise nicht horizontal ist, folgen verlängerte (Balken-)Erdungselektroden der Krümmung der Oberfläche. Bei vertikalen Elektroden ist eine strikte Einhaltung der Vertikalität ebenfalls nicht erforderlich. Horizontale Erdungsschalter Sie werden in einer Tiefe von 0,5 m auf Ackerland verlegt - mindestens 1 m. Sie sind sinnvoll, wenn die elektrische Leitfähigkeit der oberen Bodenschicht für die gewünschte Leitfähigkeit sorgt. Die Installation solcher Erdungselektroden erfolgt mechanisiert und mit minimalem Handarbeitsaufwand, allerdings weisen die oberen Bodenschichten oft einen höheren elektrischen Widerstand auf als die tiefen. Zudem breitet sich die Strömung nahe der Erdoberfläche nicht gleichmäßig in alle Richtungen aus, wie dies in der Tiefe der Fall ist. Daher ist der Widerstand horizontaler Elektroden normalerweise größer als der von vertikalen Elektroden gleicher Masse. Daher werden als Erdungsleiter am häufigsten vertikale Elektroden verwendet. Tiefe vertikale Elektroden Am wirtschaftlichsten erreichen sie gut leitende Bodenschichten. Im Boden montierte Erdungselektroden, Brücken zwischen ihnen und Leitungen von Erdungselektroden zur Oberfläche müssen Folgendes aufweisen: Mindestabmessungen:
Die Mindestabmessungen der Elektroden werden hauptsächlich für temporäre Elektroinstallationen verwendet, bei denen die Korrosionsbedingungen nicht kritisch sind. Bei Festinstallationen wird der Querschnitt der Erdungselektroden unter Berücksichtigung von Korrosionsschäden gewählt. Im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit ist Rundstahl vorzuziehen, da die Korrosion der Elektrode durch Rost proportional zur Oberfläche der Elektrode in Kontakt mit dem Boden ist und die Fläche der Elektrode einen kreisförmigen Querschnitt hat kleinste aller Profile. Um bei günstigen Bodenverhältnissen einen zuverlässigen Betrieb der Erdungselektrode für 40-50 Jahre zu gewährleisten, reicht es aus, den Durchmesser der Stabelektrode gegenüber dem Minimum um nur 2-3 mm zu vergrößern, bei feuchten Böden ist eine Verdoppelung erforderlich der Durchmesser der Masseelektrode. Von einem geerdeten Element einer Elektroinstallation, beispielsweise von einem Freileitungsträger, werden horizontale Balken in zwei entgegengesetzte Richtungen verlegt oder, wenn nicht 2, sondern 3-4 Balken vorhanden sind, in einem Winkel zueinander angeordnet 120° oder 90°. Dies ist für eine effiziente Nutzung des zu verlegenden Metalls notwendig, da die benachbarten Erdungselektroden gegenseitig abgeschirmt werden und ihre Effizienz um ein Vielfaches verringert wird. Aus dem gleichen Grund müssen vertikale Erdungselektroden so weit wie möglich voneinander entfernt sein, mindestens um die Länge der Elektrode. Wenn beispielsweise zehn vertikale Elektroden mit einer Länge von 5 m in einer Linie in einem Abstand von 5 m voneinander platziert werden, beträgt ihr Nutzungskoeffizient 0,47, und wenn dieselben Elektroden in einem geschlossenen Dreieck oder Viereck platziert werden, um Geld zu sparen Platz, dann wird ihr Koeffizientenverbrauch noch geringer sein. Gleiches gilt für den Einsatz geneigter Elektroden, die ähnlich wie die Horizontale in gleichen Winkeln angeordnet sind und zur optimalen Nutzung in einem Winkel von etwa 45° in den Boden eintauchen. Durch die ungleichmäßige Verteilung der Potenziale auf der Erdoberfläche über und um die Erdungselektrode herum entstehen gefährliche Tritt- und Berührungsspannungen. Um in solchen Fällen einen Potentialausgleich zu ermöglichen, kann der Erdungsleiter in Form eines Gitters aus horizontalen Elementen ausgeführt werden, die entlang und quer über das Gebiet der Elektroinstallation im Boden verlegt und an Kreuzungen durch Schweißen verbunden werden. Die Zellengröße eines solchen Gitters beträgt üblicherweise 6x6 bis 10x10 m. Um den Freileitungsträger herum kann der Potentialausgleich durch eine Erdungselektrode erfolgen, die in Form von konzentrischen Ringen in den Boden eingelassen und mit dem Träger verbunden ist. Das Maschenerdungssystem reduziert Schritt- und Berührungsspannungen auf akzeptable Werte über die gesamte Fläche, die es einnimmt. Außerhalb des Maschennetzes kann die Gefahr jedoch bestehen bleiben. Daher werden an gefährlichen Orten, beispielsweise an der Zufahrt zum Gelände von Umspannwerken oder rund um die Fundamente von Freileitungen, zusätzliche Erdungselektroden in allmählich zunehmender Tiefe verlegt und mit den Haupterdungselektroden verbunden. Die für die Erdungselektrode vorgesehene Fläche und der Metallverbrauch können durch einen schützenden Isolierzaun um die Erdungselektrode reduziert werden. Der einfachste Zaun aus dielektrischem Material verhindert die Ausbreitung des Stroms über die Erdoberfläche und reduziert die Stufenspannung gegenüber der Spannung an der Erdungselektrode um mindestens das Hundertfache und gleicht das Potenzial außerhalb der Erdungselektrode aus. Der vertikale Teil des Zauns von der Oberfläche aus liegt 0,4–0,6 m über der Tiefe der Erdelektrode. Bördeln des Zauns wird in einem Winkel von 90–95° zur Vertikalen ausgeführt und hat eine Länge von
(S – Erdungselektrodenfläche). Für den Zaun kann jedes kostengünstige dielektrische Material verwendet werden, das über eine ausreichende mechanische Festigkeit und eine elektrische Festigkeit von mindestens 1 MV/m verfügt (Isoliermaterialien auf Bitumenbasis, z. B. Brizol, hergestellt aus Produktionsabfällen und mit einer Festigkeit von mindestens 20). MV/m). Wenn Strom aus einem Erdungsleiter, beispielsweise aus einem Erdungsgitter, abfließt, bildet sich um ihn herum ein elektrisches Feld. An der Erdoberfläche entsteht ein elektrisches Potenzial, und die Stufenspannung kann direkt außerhalb der Erdungselektrode auch bei Verwendung bekannter Methoden des Potenzialausgleichs gefährliche Werte erreichen. Daher werden die geometrischen Parameter des Zauns als Ergebnis der Analyse des elektrischen Feldes ermittelt, das von der Erdungselektrode zusammen mit dem dielektrischen Nivellierzaun gebildet wird, und erfüllen die Sicherheitsanforderungen. Das Gerät kann zur Erdung von Leitern beliebiger Bauart und für beliebige Bodenstrukturen eingesetzt werden. Häufig erfüllen Erdungsschalter aus Profilstahl nicht die Anforderungen an Erdungsgeräte. Beispielsweise ist es an trockenen Orten schwierig, eine stabile Leitfähigkeit solcher Erdungselektroden zu erreichen, in felsigen Böden sind sie schwierig zu installieren und in aggressiven Böden ist es schwierig, Korrosionsschutz und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Für solche Situationen wurden Konstruktionen spezieller Erdungselektrodensysteme entwickelt. Für trockene Regionen kann die Erdungselektrode beispielsweise in Form eines Stahlbetontanks ausgeführt werden, der unter der Erde installiert und durch eine abnehmbare Luke mit Wasser gefüllt wird. Der Erdungsleiter ist mit einem Wasserverteilungssystem in Form von Metallrohrsegmenten mit Löchern für den Wasserabfluss ausgestattet, die gleichmäßig über die gesamte Länge der Rohre verteilt sind. Die Rohre sind mit einer Schicht aus feuchtigkeitsabsorbierendem Material (Beton, Zement) bedeckt. Die Geschwindigkeit der Feuchtigkeitsfiltration durch den Beton in den Boden wird durch die Auswahl der Betonmarke festgelegt, wodurch häufige Anpassungen der Befeuchtung vermieden und die mit der Notwendigkeit einer regelmäßigen Befeuchtung verbundenen Arbeitskosten gesenkt werden können. Der Ausgang vom Stahlbetontank zum geerdeten Gerät, beispielsweise zum Neutralleiter des Transformators, ist mit den Stahlbewehrungsstäben des Stahlbetons verbunden. Achten wir auf das im Ausland vorgeschlagene Design der Erdungselektrode. Ziel dieser Entwicklung ist es, den Metallverbrauch zu reduzieren und das Eintreiben in den Boden zu erleichtern. Der Erdungsschalter besteht aus einem dünnwandigen (1-2 mm) Metallrohr, in das ein halbstarrer Stab aus Kunststoff eingepresst ist, dessen Steifigkeit ausreicht, um als Träger für ein elastisches dünnwandiges Rohr zu dienen. Diese Eigenschaft bietet die Möglichkeit, die Elektrode etwas zu biegen, um die Hindernisse zu umgehen, die beim Eintreiben in den Boden auftreten. Zur Erhöhung der Lebensdauer, also zur Reduzierung der Korrosion, wird als Material für das Rohr Edelstahl angeboten. Die Spitze am unteren Ende der Elektrode wird nur zum Antrieb benötigt und muss daher nicht aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigt werden. Die Form der Spitze kann scharf oder abgerundet sein, um ein besseres Abgleiten von Hindernissen im Boden zu ermöglichen. Anstatt eine Spitze anzufertigen, können Sie das Ende des Röhrchens auch mit Füllmaterial umwickeln. Ein typischer Rohrdurchmesser beträgt 15 mm. Der Vordurchmesser des Kerns, der in das Rohr eingepresst wird, muss etwas größer sein als der Innendurchmesser des Rohrs. Das Rohr kann (optional) mit einem intern aushärtenden flüssigen Material wie Epoxidharz, Polyurethan oder Elastomer gefüllt sein. Im Inneren des Stahlrohrs befindet sich über die gesamte Länge ein halbstarrer Füllstoff. Steifere Materialien und dickere Rohrwände verringern die Flexibilität des Stabes und verringern die Fähigkeit der Elektrode, Hindernisse im Boden zu umgehen, was zum Bruch führt. Andererseits bieten zu duktile Materialien keine ausreichende Wandfestigkeit, um bis in eine ausreichende Tiefe (ca. 2,3 m) vorzudringen. Um die Elektrode anzutreiben, ist ein abnehmbarer Amboss vorgesehen, der eine Schulter aufweist, die am Ende des Rohrs anliegt, und eine Leiste, die zum Innendurchmesser des Rohrs und des Kerns passt. Autor: Bannikov E.A.
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