Расстояние от контура заземления до фундамента: Молниезащита и заземление

Молниезащита и заземление

Заземление – это техническая система или комплекс мер, представляющие собой преднамеренное соединение зданий и электроустановок с землёй или её эквивалентом. Оно предназначено для снижения электрического напряжения прикосновения до значения, безопасного для человека. Главная цель устройства  — защитить людей от поражения электрическим током, а электроустановки от повреждения. Меры по защите зданий, промышленного и бытового электрического оборудования предпринимаются в обязательном порядке. Защитное заземление позволяет исключить или снизить до минимума опасность травм и аварий. 

Защитное заземление зданий  многоэтажных домов, общественных, офисных и производственных строений имеет сложное устройство в силу их большого объёма и распределённости электрической схемы, оснащённости электроприборами и числа пользователей. Дополнительный фактор данного вида строительства заключается в том, что дома подвержены влиянию атмосферного электричества.

В них необходимо провести монтаж заземления, чтобы обезопасить от прямого попадания либо вторичного воздействия молний. В таких случаях речь идёт о контурах заземления как части системы молниезащиты.

Назначение

Основное назначение – отведение электрического тока при помощи заземляющих шин и электродов оптимального сечения, перераспределение его в земляном грунте. Заземляющая схема осуществляет выравнивание потенциалов между установленными токоотводами и управление ими на территориях, где присутствуют люди. Защитное заземление является серьёзным фактором безопасности в быту и на производстве.

Основные показатели

Главный показатель, определяющий способность заземляющего устройства выполнять свои функции — сопротивление растеканию. Максимально допустимые значения удельных сопротивлений для  устройства и сечения его элементов прописаны в нормативной документации. Параметры заземляющих элементов не должны нарушаться при проектировании, выборе материала для проводников (электродов) и последующем монтаже.

Выбор заземляющих материалов и схемы монтажа зависит от ряда параметров, в том числе от сопротивления грунта.

Проектирование

Грамотные защитные мероприятия начинаются с качественного проекта. Проект должен учитывать особенности постройки дома и отвечать нормативным документам. Оптимальный вариант — когда заземляющие конструкции закладывается в момент общего проектирования дома или дачи. Тогда можно использовать внутренние элементы сооружения в качестве составляющих защитной заземляющей системы — это снизит стоимость монтажа заземления.

Компания «МЗК-Электро» выполняет расчет заземления, проектирование, сборку и обслуживание молниезащиты и элементов заземляющих контуров, в качестве составной части системы и отдельной услуги.

Типы

Заземление зданий и электроустановок различного напряжения сооружают по одному из трех типов: кольцевому, глубинному или фундаментному. Выбор вида контура и материалов для заземлителя для конкретного строения производится с учётом его размеров и назначения, возможностей и ограничений монтажа, степени насыщенности электрооборудованием и ряда других причин. При необходимости можно соединять между собой несколько систем заземления (с учетом риска возникновения коррозии). Любое заземление зданий необходимо соединить с шиной уравнивания потенциалов.

Кольцевое заземление дома

Устройство

Кольцевой тип заземлителя иначе называют поверхностным. Такой заземлитель представляет собой замкнутую металлическую кольцевую заземляющую шину, проложенную по периметру постройки. Не менее 80% его длины должно контактировать с грунтом. Как правило, заземляющий контур прокладывают ниже точки промерзания земляного грунта (около 0,5 метра), на расстоянии от защищаемого объекта не меньше 1 метра. Монтаж заземления в районах с высокой вероятностью возникновения коррозии требует использования заземлителя кольцевого типа из нержавеющей стали. В таких случаях от коррозии должны быть защищены также резьбовые соединения элементов, расположенные ниже поверхности земли.

Шины кольцевого заземлителя изготавливаются из следующих материалов:

• Горячеоцинкованная или нержавеющая сталь,
  — плоский проводник, размер 40х4 мм,
  — круглый проводник, сечением 10 мм,
• Медь, круглый проводник, диаметром 8 мм.

Кольцевое заземление зданий является одним из самых эффективных видов устройства. Таким методом можно оборудовать дачи или загородные дома. Кольцевой контур из металла равномерно распределяет ток по периметру здания, а между токоотводами образуется равное напряжение. К недостаткам можно отнести только длительный и трудоемкий процесс монтажа.

Глубинный заземлитель

Устройство

Данный вид представляет собой несколько металлических стержней, вертикально погружённых в грунт на определенную глубину и соединённых с заземляющей шиной-контуром. Расчёт заземления и заглубления производится методом определения величины сопротивления.

Длина контура также зависит от характеристик грунта. Рекомендуется к каждому отдельному токоотводу заземляющего контура подсоединять один глубинный заземлитель длиной не менее 9 метров, прокладываемый на расстоянии не менее 1 метра от защищаемого объекта. По DIN V VDE V 0185 для категорий молниезащиты III и IV длина заземлителя должна составлять минимум 2,5 метра. Монтаж заземления производится с помощью бензо-, электро- или пневмомолотов (в зависимости от конкретного типа грунта). При оборудовании защиты в частном доме возможна установка заземляющих стержней вручную. Соединения, расположенные в земляном грунте, необходимо обезопасить от коррозии и подсоединить к шине уравнивания потенциалов.

Материалы для изготовления кольцевого контура:

• Оцинкованная или нержавеющая сталь,
  — плоский проводник, размер 40х4 мм,
  — круглый проводник, диаметр 20 мм,
• Оцинкованная сталь, труба, сечением 25 мм,

Важным элементом глубинного заземления является модульно-штыревая система. При этом монтаж модульных заземлителей производится штырями (стержнями), заглубленными один за другим с помощью ударного электроинструмента. В отдельных случаях в процессе установки это позволяет достигать глубины более 30 метров. Основной фактор, влияющий на глубину укладки и количество стержневых заземлителей — удельное сопротивление грунта.

Профессиональный расчет заземления позволит определить все параметры системы максимально точно.

Соединение между стержнями и шиной создаётся резьбовое или безрезьбовое. Площадь, которую занимают элементы схемы при производстве работ по устройству модульно-стержневого контура, минимальна. Это позволяет производить монтаж заземления даже в подвалах строений.

Модульный принцип устройства заземления является альтернативой классической схеме. Устройство по классическому принципу основано на том, что вертикальные стержни-заземлители сравнительно небольшой длины забиваются друг за другом по прямой линии или хаотично, с учётом расстояния для снижения экранирования.

Измерение сопротивления растеканию желательно производить по мере работы, после каждого вбитого штыревого элемента. К сожалению, при самостоятельном устройстве заземлителя в загородном коттедже или на даче аппаратура для измерения сопротивления растеканию, как правило, отсутствует, и заземляющая конструкция делается «на глаз».

В общем случае число вертикальных заземлителей и длина горизонтального проводника зависят от искомого результата. При этом необходимо знать удельное сопротивление грунта. Соответственно, для грунта с большим удельным сопротивлением понадобится в несколько раз больше заземлителей.

Важнейшее преимущество глубинной системы — ее доступность и простота установки. Монтаж такого контура можно осуществить самостоятельно. Заземление зданий дачного типа чаще всего делают именно таким способом. К недостаткам этого варианта можно отнести несколько меньшую, по сравнению с другими типами заземлителей, эффективность устройства при обслуживании электроустановок.

Фундаментный заземлитель

Устройство

Фундаментный заземлитель размещается в железобетонном фундаменте сооружения. Этот тип контура задействуется в тех случаях, когда из фундамента выведены арматурные стержни для присоединения токоотводов. Электроды при монтаже устройства соединяют с арматурой, чаще всего резьбовым соединением или муфтой, на расстоянии около 3 метров.

При этом запрещается использовать в грунте клинообразные зажимы. Для устройства фундаментного контура лучше всего применять ленточные держатели, установленные с интервалом в 2 метра. При монтаже заземляющего оборудования в районах с высокой вероятностью возникновения коррозии необходимо устанавливать фундаментный заземлитель из нержавеющей стали.

Материалы для изготовления фундаментных заземлителей:

• Горячеоцинкованная или нержавеющая сталь,
  — плоский проводник, размер 40х4 мм,
  — круглый проводник, сечением 10 мм,
• Медь, круглый проводник, диаметр 8 мм.

К преимуществам фундаментного контура относится высокая экономичность и простота реализации, минимальное заглубление, отсутствие необходимости укладки дополнительных заземляющих шин. К сожалению, на этапе заливки железобетонного фундамента строители очень часто забывают как о молниезащите, так и о защитном заземлении в целом. По этой причине фундаментное заземление зданий используется реже остальных видов.

При выборе варианта реализации для промышленного здания, многоэтажного дома, загородного коттеджа, дачи или другого строительного объекта, включая кровлю, с любыми значениями напряжения, необходимо произвести точный расчёт заземления и правильно подобрать материалы. Лучше всего доверить работу по выбору, расчёту и монтажу систем электробезопасности грамотным специалистам, имеющим соответствующее образование и опыт работы.

Специалисты компании «МЗК-Электро» выполнят монтаж заземления быстро, квалифицированно и качественно, рационально использовав средства заказчика, рассчитав оптимальную схему и использовав надёжные заземляющие элементы из каталогов известных производителей.

Смотрите также фотогалерею заземления

Монтаж комплекта модульно-штыревого заземления

Модульно-штыревая конструкция монтируется путем последовательного соединения и заглубления стержней. Стержни соединяются при помощи муфт и заглубляются в грунт перфоратором. Контур заземления формируется при помощи горизонтального плоского проводника. Для соединения горизонтального проводника с вертикальными электродами используются зажимы заземления. Входящая в комплект паста применяется для улучшения проводимости, а изоляционная лента обеспечивает надежную защиту соединения узла вывода заземляющего устройства.

Подготовка территории:

1) Определить место для монтажа заземления, отступив не менее 1 м от фундамента защищаемого объекта.

2) Вырыть траншею от защищаемого объекта до одного или нескольких очагов заземления, в зависимости от их планируемого количества. Рекомендуемая глубина траншеи во избежание механического повреждения проводников в поверхностном слое грунта — 0,5-0,7 м.

Согласно СО 153-34.21.122-2003 п. 3.2.3.2 заземлитель в виде наружного контура предпочтительно прокладывать на глубине не менее 0,5 м от поверхности земли и на расстоянии не менее 1 м от стен. Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными.

Инструменты для монтажа:

1) Перфоратор (электромолот) с разъемом для насадки SDS-max– для заглубления модульно-штыревой конструкции в грунт. В некоторые комплекты насадка не входит.

2) Трубный ключ – для затягивания соединительных муфт на стержнях заземления. Ключ не входит в комплект поставки.

Дополнительные материалы:

Для соединения очагов заземления между собой рекомендуется использовать стальную оцинкованную, стальную омедненную или медную полосу 40х4 мм. Полоса не входит в комплект поставки. Для определения необходимого количества полосы суммируйте расстояние между очагами заземления с расстоянием от ближайшего к фундаменту очага до места ввода.

Порядок проведения работ по установке заземления:

1) Плотно навернуть наконечник на первый стержень снизу.

2) Навернуть муфту на стержень сверху. Обработать пастой внутреннюю часть муфты, выступающую над стержнем. В муфту сверху ввернуть удароприемную головку.

3) Установить получившуюся конструкцию в траншею вертикально.

4) Состыковать насадку SDS-max перфоратора с удароприемной головкой и заглубить конструкцию в грунт.

5) Выкрутить удароприемную головку из муфты и довернуть муфту, используя трубный ключ. Обработать пастой внутреннюю часть муфты.

6) Закрутить следующий стержень в выступающую над грунтом муфту. Повторять шаги установки № 2 и № 4.

7) Повторять шаги установки № 5 и № 6 до достижения необходимого сопротивления растеканию электрического тока.

8) При необходимости повторить шаги установки № 1-7 в нескольких очагах до достижения необходимого результата.

9) Проложить по дну траншеи горизонтальный проводник от очага или нескольких очагов заземления до защищаемого объекта. Соединить проводник с очагом при помощи зажима заземления и зажать с усилием 5-6 кг каждый болт. Изолировать зажим – обмотать его лентой в несколько слоев. На один зажим использовать не менее 1 м антикоррозионной ленты.

Делаем заземление в частном доме самостоятельно

Строительство частного дома или загородной дачи всегда сопряжено с большим объемом электротехнических работ. В этом диапазоне задач, наряду с подводкой электропитания к дому, установке распределительного и защитного оборудования, прокладке внутренних линий, не меньшую значимость имеет и грамотно спланированная и исполненная система заземления. К сожалению, при проведении «самостроя» неопытные хозяева про этот момент достаточно часто забывают или же даже намеренно его игнорируют, пытаясь достичь какой-то ложной экономии денежных средств и трудозатрат.

Как сделать заземление на даче

А между тем система заземления имеет чрезвычайную важность – она способна предупредить многие неприятности, которые могут привести к весьма печальным или даже трагическим последствиям. Согласно существующим правилам, специалисты электросетей не произведут подключение дома к линии электропередач, если этой системы в доме нет или же она не отвечает необходимым требованиям. И владельцу, так или иначе, придется решать вопрос, как сделать заземление на даче.

В современных домах городской застройки контур заземления обязательно предусматривается еще на стадии проектирования здания и его внутренних коммуникаций. Хозяину частного жилья этот вопрос придется решать самому – приглашать специалистов или постараться все сделать своими руками. Пугаться не надо – все это является вполне выполнимой задачей.

Содержание статьи

1 Для чего необходим контур заземления2 Какими бывают системы заземления в частных домах2.1 Заземление с использованием самодельных металлических деталей2.2 Видео: монтаж заземляющего контура с применением металлического уголка2.3 Использование готовых заводских комплектов2.4 Видео: забивка штыревых электродов вручную2.5 Видео: как сделать заземление не даче с помощью модульной штыревой системы

Для чего необходим контур заземления

Для того чтобы понять важность заземления, достаточно базовых понятий из школьного курса физики.

Подавляющее большинство частных домов запитываются от однофазной сети переменного тока 220 вольт. Электрическая цепь, необходимая для работы всех приборов или установок обеспечивается наличием двух проводников – собственно, фазой и нулевым проводом.

Типовые схемы проводки однофазной электросети

Конструкция всех электрических приборов, инструментов, бытовой и иной техники предусматривает элементы изоляции и защитные приспособления, которые должны предотвратить попадание напряжения на токопроводящие корпуса или кожухи. Тем не менее, вероятность такого явления никогда не исключается – изоляция может быть пробита разрядом, прогореть от ненадежных, искрящих контактов в соединениях проводов, могут выйти из строя элементы схемы и т.п.  В этом случае фазное напряжение может попасть на корпус прибора, прикосновение к которому становится чрезвычайно опасным для человека.

Особую опасность представляют ситуации, если рядом с таким неисправным прибором находятся металлические предметы, имеющие так называемое естественное заземление – стояки отопления, водопроводные или газовые трубы, открытые элементы армирования строительных конструкций и т.п. При малейшем касании к ним цепь может замкнуться, и смертельно опасный ток пройдет через тело человека в сторону меньшего потенциала. Не менее опасны подобные ситуации и в том случае, если человек стоит босой или в мокрой обуви на влажном полу или земле – тоже есть все предпосылки к замыканию цепи переменного тока от корпуса прибора.

Одно из выраженных свойств электрического тока в том, что он обязательно выберет проводник с минимальным сопротивлением. Значит, необходимо заранее создать линию с минимальным сопротивлением и нулевым потенциалом, по которой в случае пробоя на корпус напряжение будет безопасно отводиться.

Сопротивление человеческого тела – величина непостоянная, зависящая и от индивидуальных особенностей, и даже от временного состояния человека. В электротехнической практике эту величину обычно принимают за 1000 Ом (1 кОм). Стало быть, сопротивление заземляющего контура должно быть многократно ниже. Существует сложная система расчетов, но обычно оперируют величинами в 30 Ом для бытовой электросети частного дома и 10 Ом в том случае, если заземление используется еще и в качестве защиты от молнии.

УЗО будет корректно работать только при наличии заземляющего контура

Могут возразить, что все проблемы вполне решаемы установкой специальных защитных устройств (УЗО). Но для корректной работы УЗО заземление также является необходимостью. При появлении даже малейшей утечки тока цепь практически мгновенно замкнется и устройство сработает, отключив опасный участок домашней электросети.

Некоторые хозяева пребывают в предубеждении, что для заземления достаточно использовать трубы водопровода или отопления. Это – чрезвычайно опасно и абсолютно ненадежно. Во-первых, гарантировать эффективный отвод напряжения невозможно – трубы могут быть сильно окислены и не иметь достаточно хорошего контакта с землей, а кроме того, на них нередко бывают пластиковые участки. Не исключается и поражение током при прикосновении к ним в случае пробоя электропитания на корпус, причем такой опасности могут быть подвержены в том числе и соседи.

Вилка и розетка с заземляющим контактом

Большинство современных электроприборов сразу оснащаются кабелем питания с трехконтактной вилкой. Соответствующие розетки должны устанавливаться и при проведении работ по монтажу проводки в доме. (Некоторые электроприборы старых моделей имеют вместо этого контактную клемму на корпусе для подключения заземления).

Цветовая маркировка проводов однофазного кабеля

Есть строго определённая цветовая «распиновка» проводов: синий провод однозначно является «нулевым», фаза может иметь различную расцветку, от белой до черной, а заземляющий – всегда желто-зеленый.

И вот, зная это, некоторые «мудрые» хозяева, желая сэкономить на обновлении проводки и организации полноценного заземления, просто делают в розетках перемычки между нулевым контактом и заземляющим. Однако, этим они не решают проблемы, а, скорее, усугубляют ее. При определенных условиях, например, при перегорании или плохом контакте рабочего нуля в каком-то участке цепи, или при случайной перефазовке, на корпусе приборов появится фазный потенциал, причем это может случиться в самом неожиданном месте дома. Опасность поражения током возрастает в такой ситуации многократно.

Заземление — это надежная защита от многих неприятностей

Вывод из всего сказанного – заземление является обязательным конструктивным элементом домашней электрической сети. Оно выполняет сразу функций:

Эффективный отвод утечки напряжения с токопроводящих деталей, прикосновение к которым может вызвать поражение током.
Выравнивание потенциалов всех объектов в доме, например, заземленных приборов и труб отопления, водопровода, подачи газа.
Обеспечение корректной работы всех установленных систем и устройств безопасности – плавких предохранителей, автоматов или УЗО.
Немаловажное значение имеет заземление и в предотвращении накопления на корпусах бытовых приборах статического заряда.
Особую важность приобретает оно для современной электроники, особенно – вычислительной техники. Например, работа импульсных блоков питания компьютеров очень часто сопровождается наведением напряжения на корпуса системных блоков. Любой разряд может привести к выходу из строя электронных элементов, сбоям в работе, потере информации.

Теперь, когда важность системы заземления разъяснена, можно перейти к вопросу, как ее сделать условиях частного дома самостоятельно.

Какими бывают системы заземления в частных домах

Итак, грамотно исполненная система заземления должна обеспечивать надежный контакт с нулевым потенциалом земли и с минимально возможным сопротивлением созданного контура. Однако, грунт — грунту рознь – разные его типы серьезно отличаются друг от друга удельным сопротивлением:

Тип грунта	удельное сопротивление грунта (Ом × м)
Песок (при уровне грунтовых вод ниже 5 м)	1000
Песок (при уровне грунтовых вод выше 5 м)	500
Плодородная почва (чернозем)	200
Влажная супесь	150
Полутвердый или лесовидный суглинок	100
Меловой слой или полутвердая глина	60
Графитовыен сланцы, глинистый мергель	50
Суглинок пластичный	30
Пластичная глина или торф	20
Подземные водоносные слои	от 5 до 50

Очевидно, что те слои, которые обладают наименьшим удельным сопротивлением, располагаются, как правило, на значительной глубине. Но и при заглублении электрода получаемых результатов может быть недостаточно. Проблема эта решается несколькими способами – от увеличения глубины установки штыревых электродов, до увеличения их числа, расстояния между ними или общей площади контакта с грунтом. На практике чаще всего применяются несколько основных схем:

Возможные схемы заземления в частном доме

Схема «а» — установка заглубленного металлического замкнутого контура по периметру дома. Как вариант – неглубоко забитые штыри, соединённые по кольцу шиной.

В дачном строительстве применяется она нечасто из-за большого объема земляных работ или в связи с особенностями расположения построек на участке.

Схема «б», пожалуй, самая популярная у владельцев загородного жилья. Три или больше умеренно заглубленных штыревых электрода, связанных одной шиной – такую конструкцию несложно выполнить самостоятельно даже на ограниченном пространстве.
На схеме «в» показано заземление с одним электродом, установленным на большую глубину. Иногда подобную систему устраивают даже в подвале здания. Схема удобная, но не всегда исполнимая – ее практически невозможно реализовать на каменистых грунтах. Кроме того, для такой системы заземления нужно использовать специальные электроды – речь о ней пойдет чуть ниже.
Схема «г» — достаточно удобная, но лишь в том случае, если она была продумана еще на стадии проектирования дома, а выполнена во время заливки фундамента. Воплощать ее в жизнь на готовом здании будет крайне нерентабельно.

Итак, проще всего реализовать с минимальными затратами схемы «б» или, по возможности, «в».

Заземление с использованием самодельных металлических деталей

Чтобы сделать систему заземления такого типа, потребуются металлические профили, сварочный аппарат, инструменты для земляных работ, кувалда. В ряде случаев, при сложных плотных грунтах, может понадобится ручной бур.

Схематично эта система выглядит подобным образом:

Наиболее часто применяемая схема заземления частного дома

Место расположения заглубленных электродов выбирается с тем расчетом, чтобы было максимально удобно подвести заземляющую шину к распределительному щитку. Оптимальное расстояние от дома – 3— 6 метров. Допустимые пределы – не ближе одного метра и не далее десяти.

Размеры, указанные на схеме, отнюдь не являются какой-то догмой. Так, сторона треугольника может быть и до трех метров в длину, а глубина забивки штыря может быть  несколько меньшей — 2,0 ÷ 2,5 м. Количество электродов тоже может меняться – если грунт плотный и на большую глубину забить штыри не удается, можно увеличить их количество.

Здравый совет – заранее обратиться в местную службу энергоснабжения за получением рекомендаций по выполнению заземляющего контура. У этих специалистов наверняка есть продуманные и опробованные в данном регионе схемы. Кроме того, они смогут помочь просчитать размеры и исходя из планируемой нагрузки домашней электросети – это тоже имеет значение.

Металлический прокат, который может быть использован для заглубляемых электродов

Что может послужить электродами? Для этих целей чаще всего используют стальной уголок с полкой 50 × 50 мм и толщиной не менее 4 ÷ 5 мм. Могут применяться трубы, лучше – оцинкованные с толщиной стенок не менее 3,5 мм. Можно взять стальную полосу с площадью поперечного сечения порядка 48 мм² (12 × 4), но ее сложнее вбить вертикально в грунт. Если решено использовать стальной прут, то тоже лучше брать оцинкованный, диаметром не менее 10 мм.

Чтобы связать штыри в один контур, используют полосу 40 × 4 мм или катанку 12 – 14 мм. Этот же материал подойдёт для прокладки шины заземления к точке ввода ее внутрь дома.

Итак, первоначально на выбранном месте делается разметка.

Котлован и траншея для контура заземления

Затем целесообразно отрыть небольшой котлован намеченной формы на глубину до 1 метра. Минимальная глубина – 0,5 м. Одновременно роется траншея на ту же глубину – по ней от контура к цоколю дома пойдет шина заземления.

Можно не рыть котлован, а ограничиться выкапыванием траншей

Задачу можно несколько упростить, выкапывая не сплошной котлован, а лишь траншеи по периметру создаваемого контура. Главное, чтобы их ширина позволяла свободно проводить забивку электродов и сварочные работы.

Края уголков нужно обрезать и заточить,, чтобы они легче входили в грунт

Готовятся электроды нужной длины. Край, которыми они будут вбиваться в землю, необходимо заострить шлифмашинкой, обрезав его под углом. Металл должен быть чистым, неокрашенным.

Электроды последовательно забиваются в землю на нужную глубину

В намеченных местах электроды вбиваются в землю с помощью кувалды или электромолота. Их заглубляют так, чтобы в котловане (траншее) они выступали над уровнем поверхности примерно на 200 мм.

Электроды с помощью сварки соединяются стальной полосой

После того, как все электроды забиты, из связывают общей шиной (горизонтальным заземлителем) из металлической полосы 40 × 4 мм. Здесь применима только сварка, хотя можно встретить рекомендации обойтись болтовым соединением. Нет, чтобы обеспечить надежное и долговечное заземление эту обвязку обязательно приваривают – резьбовой контакт, размещенный под землей, быстро окислится, сопротивление контура резко возрастет.

Шина приваривается к контуру и проводится до цоколя здания

Теперь можно проложить шину из той же полосы к фундаменту дома. Шина приваривается в одному из забитых электродов и укладывается в траншею затем она заходит на цоколь здания.
Шина крепится к цоколю. На рисунке не показано, но целесообразно перед точкой крепления предусмотреть небольшой изгиб, так называемый «компенсационный горб», чтобы компенсировать линейные расширения металла при перепадах температур. На конце полосы приваривается болт с резьбой М10. К нему будет крепиться медная клемма с проводом заземления, который уйдет на распределительный щиток.

Клеммный переход на провод заземления

Для прохождения провода через стену или через цоколь сверлится отверстие и в него вставляется пластиковая гильза. Провод используется медный, сечением 16 или 25 мм² (этот параметр лучше заранее уточнить у специалистов). Гайку и шайбы для соединения тоже лучше использовать медные.

В данном случае шина заземления из арматуры заведена внутрь помещения

Иногда поступают и иначе – к шине приваривают длинную стальную шпильку, так чтобы она проходила насквозь через стенку дома, также через гильзу. В этом случае клеммная часть окажется в помещении и меньше будет подвержена окислению под действием повышенной влажности воздуха.

Бронзовая распределительная пластина для подключения проводов заземления

Заземляющий провод заводится к электрическому распределительному щитку. Для дальнейшей «раздачи» лучше всего применять специальную пластину из электротехнической бронзы – к ней будут крепится все провода заземления, уходящие к точкам потребления.

По окончании монтажа необходимо произвести проверку работоспособности ситемы

Не следует торопиться сразу же засыпать смонтированный контур грунтом.

— Рекомендуется, во-первых, запечатлеть его на фотографии с привязкой к окружающим стационарным наземным объектам – это может потребоваться для внесения изменений в проектную документацию, а также для проведения контрольно-проверочных мероприятий в будущем.

— Во-вторых, необходимо проверить сопротивление получившегося контура. Для этих целей лучше пригласить специалистов энергоснабжающей организации, тем более что их вызов, так или иначе, будет необходим для получения разрешительных документов.

Если результаты проверки показывают, что сопротивление велико, необходимо будет добавить еще один или даже несколько вертикальных электродов. Иногда перед проверкой идут и на хитрости, обильно поливая места около заколоченных в грунт уголков насыщенным раствором обычной поваренной соли. Это безусловно, улучшит показатели, однако, не стоит забывать и о том, что соль активизирует коррозию металла.

Обычная поваренная соль существенно снижает сопротивление контура, но, увы, активизирует коррозию металла

Кстати, если забить уголки не получается, то прибегают к бурению скважин на нужную глубину. После установки электродов их с максимально возможной плотностью заполняют глиняным грунтом, в который также перемешивают с солью.

После того как работоспособность контура заземления проверена, необходимо обработать сварные швы антикоррозийным составом. Это же можно проделать и с шиной, идущей к зданию. Затем, после высыхания мастики, котлован и траншеи засыпаются грунтом. Он должен быть однородным, не замусоренным и без щебеночных включений. Затем место засыпки тщательно утрамбовывается.

Видео: монтаж заземляющего контура с применением металлического уголка

Использование готовых заводских комплектов

Весьма удобны для организации заземления на даче готовые комплекты заводского изготовления. Они представляют собой набор штырей с соединительными муфтами, позволяющими наращивать глубину погружения в грунт по мере забивки.

Система заземления с одним штырем

Эта система заземления предусматривает монтаж одного штыревого электрода, но на большую глубину, от 6  и даже до 15 метров.

В комплект обычно входят:

Штыри стальные длиной 1500 мм с оцинкованной или омеднённой поверхностью, или же сделанные из нержавеющей стали. Диаметр штырей может в разных комплектах отличаться – от 14 до 18 мм.

Комплект штанг для сборки заземляющего электрода

Для их соединения они оснащаются резьбовыми муфтами, а для удобства проходки через грунт в комплект входит стальной наконечник.

Соединительная резьбовая муфта и наконечник для упрощения забивки

В некоторых комплектах муфты являются не резьбовыми, а запрессовочными. В этом случае один конец заземляющего штыря сужен  с помощью ковки и имеет ребристую поверхность. При ударном воздействии происходит прочное соединение и достигается надежный электрический контакт между стержнями.

Штыри могут иметь и запрессовочную муфту

Для передачи ударного воздействия предусматривается специальная насадка (нагель) из высокопрочной стали, которая не будет деформироваться от воздействия молота.

Нагель — насадка, которая будет передавать ударное усилие от молота

В некоторых комплектах предусмотрено наличие специального переходника, который позволяет использовать в качестве забивного инструмента мощный перфоратор.

Забивание электрода с помощью перфоратора

Для установки такой системы заземления также целесообразно вырыть небольшой котлован глубиной до метра и такой же в диаметре, хотя некоторые предпочитают даже наружное размещение.

Наращивание электрода по мере забивки в грунт

Штыри последовательно вбиваются с наращиванием на нужную глубину.

Затем на оставленный на поверхности участок (порядка 200 мм) надевается латунный контактный зажим.

В такой контактный зажим могут быть вставлены или металлическая шина, или провод заземления

В него вставляется или токопроводящая шина из металлической полосы, или же сразу кабель заземления сечением 25 кв. мм. Для соединения со стальной полосой предусмотрена специальная прокладка, которая не даёт возможности для электрохимического контакта между мелью стержня и сталью (цинком). В дальнейшем шина или кабель заводятся в дом и подключаются к распределительному щитку точно так же, как это было описано выше.

Видео: забивка штыревых электродов вручную

Какой тип покрытия стержней выбрать – оцинкованный или омедненный?

С точки зрения экономичности, оцинковка с тонким слоем (от 5 до 30 мкм) выгоднее. Эти штыри не боятся механических повреждений при монтаже, даже оставленные глубокие царапины не влияют на степень защищенности железа. Тем не менее, цинк является довольно активным металлом, и, защищая железо, окисляется сам. Со временем, когда весь слой цинка прореагировал, железо остается без защиты и быстро «съедается» коррозией. Срок службы подобных элементов обычно не превышает 15 лет. А делать цинковое покрытие более толстым – это стоит немалых денег.

Сравнительный тест: оцинкованный (слева) и омедненный (справа) электрод после 10 лет эксплуатации в условиях агрессивной среды кислого грунта

Медь же, наоборот, не вступая в реакции, защищает закрываемое ею железо, которое более активно с точки зрения химии. Такие электроды могут без ущерба эффективности служить очень долго, например, производитель гарантирует их сохранность в суглинистой почве вплоть до 100 лет. Но при монтаже следует проявлять осторожность – в местах повреждения слоя омеднения наверняка возникнет участок коррозии. Чтобы снизить вероятность этого, слой омеднения делают достаточно толстым, до 200 мкм, поэтому такие штыри значительно дороже обычных оцинкованных.

Каковы общие достоинства такого комплекта системы заземления с одним глубоко размещённым электродом:

Монтаж не представляет особой сложности. Не требуется объемных земляных работ, не нужен сварочный аппарат – все производится обычным инструментом, который есть в каждом доме.
Система очень компактна, ее можно разместить на крошечном «пятачке» или даже в подвале дома.
Если используется омедненные электроды, то срок службы такого заземления будет исчисляться несколькими десятками лет.
Благодаря хорошему контакту с грунтом достигается минимальное электрическое сопротивление. Кроме того, на эффективность системы практически не влияют сезонные условия. На уровень промерзания грунта приходится не более 10%!д(MISSING)лины электрода, и зимние температуры никак не могут отрицательно сказаться на проводимости.

Есть, конечно, и свои недостатки:

Такой тип заземления не может быть реализован на каменистых грунтах – скорее всего, забить электроды на требуемую глубину не удастся.
Возможно, кого-то отпугнет и цена комплекта. Однако это – вопрос спорный, так как качественный металлический прокат для обычной схемы заземления тоже стоит недешево. Если еще присовокупить длительность эксплуатации, простоту и быстроту монтажа, отсутствие необходимости в специализированном инструменте, то, вполне возможно, такой подход к решению проблемы заземления может показаться даже более перспективным с точки зрения экономичности.

Видео: как сделать заземление не даче с помощью модульной штыревой системы

Контур заземления

Конструкции и размеры контура заземления дома:

Контур заземления представляет собой конструкцию, состоящую из соединённых друг с другом и проложенных в земле заземлителей.

Ориентировочные размеры при устновке в грунт вертикального заземлителя.

Заземлители, выполняя монтаж, устанавливают в ряд или в виде тругольника, квадрата, прямоугольника и т. п., исходя из требований и наличия площади для монтажа. В грунтах с большим удельным сопротивлением один заземлитель [даже глубинный] — может имеет большое сопротивление и для получения требуемой меньшей величины сопротивления растеканию тока приходится устраивать заземление из нескольких, соединённых между собой, единичных заземлителей, включенных параллельно. Такой контур заземления называется многоэлектродным.

Токи, растекающиеся с параллельно соединенных одиночных заземлителей, оказывают взаимное влияние, возрастает общее сопротивление заземляющего контура, которое тем больше, чем ближе расположены вертикальные заземлители друг к другу. Поэтому расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее их длины.

Верхние слои грунта подвержены значительным изменениям влажности. Вследствие этого сопротивление контура будет тем стабильнее, чем глубже он расположен в грунте.
Для уменьшения влияния климатических условий на сопротивление заземления верхнюю часть заземлителя размещают в грунте на глубину не менее 0,7 метра. Контур устанавливается с меньшими затратами, где грунт имеет низкое удельное сопротивление, эффективность заземления при правильном расчёте выборе его расположения может быть повышена в несколько раз.

Материалы для заземления:

Материалы для контура заземления должны выбираться с учетом защиты от коррозии, соответствующих термических и механических воздействий, эти значения указаны в нормативных документах

Заземлители и проводники, проложенные в земле, должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 1.7.4.(ПУЭ)


Дополнения к ПУЭ — это перечень и требования для материалов с антикоррозионными покрытиями ( для омеднённой и нержавеющей стали) — Указаны в ГОСТ Р 50571.5.54-2013 «Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов. »

Виды контуров заземления:

В зависимости от назначения контура заземления, используемой площади и удельного сопротивленя грунта — заземлители, для контура, могут устанавливаться различных видов — некоторые из них:
— Кольцевой контур заземления — чаще всего монтаж производится плоским проводником(полоса). Важный момент — полоса в траншее должна укладываться на ребро. Кольцевой заземлитель является заземлителем поверхности, который должен быть проложен в виде замкнутого кольца на расстоянии 1,0 м и на глубине 0,5/0,7 м в земле вокруг фундамента дома.
— Многоэлектродный контур заземления — это совмещённый монтаж горизонтального и вертикальных заземлителей, чаще всего выполняется в виде треугольника, а при необходимости — с большим количеством электродов.

Для монтажа «треугольника» или контура с большим числом вертикальных заземлителей, могут использоваться модульные электроды — установка выполняется сборным вертикальным стержнем, который поэтапно наращивается и забивается электроинстументом с большой ударной силой на требуемую глубину с одной точки. Такие заземлители в зависимости от вида почвы могут прокладываться в земле вручную или с помощью соответствующих электрических, бензиновых или пневматических молотов.

Сопротивление контура заземления частного дома:

Электросеть загородного частного дома относится к электроустановкам напряжением до 1кВ (1000 Вольт), соответственно сопротивление заземляющего контура не должно превышать допустимые параметры.

Значения сопротивления заземляющих устройств для каждого вида электроустановок должны удовлетворять значениям, приведенным в соответствующих главах Правил(ПУЭ) и таблице 1.8.38.

Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств(ПУЭ)

Расчёт контура заземления:

Чтобы правильно произвести расчет- длину и количество заземлителей, входящих в будущую конструкцию контура, нужно знать знать максимальное значение удельного сопротивления слоя грунта на глубине, приблизительно в три раза превышающей глубину закладки заземлителя. Это значение определяется путем измерений удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления с учетом коэффициентов влажности.
Если взять значение удельного сопротивления грунта из таблиц(как чаще всего это делают при проектировании в офисе и не выезжая на место строительства), то после монтажа такого контура заземления — расчетное значение может не совпасть с измеренным после выполнения работ..
Поэтому часто в проектах заземления указывают, что если значение сопротивления установленного контура будет превышать допустимое, следует увеличить количество заземлителей, т.е. увеличить объём работ, соответсвенно увеличивается заложенная в смете цена.
Для заземления газового котла расчетное сопротивление не должно превышать 10 Ом.

Подключение контура заземления к электросети дома:

Следует иметь в виду, что только монтажа и подключения контура заземления — не достаточно для обеспечения электробезопасности, например дачи или частного дома и т. п. Для этого, должны быть соблюдены требования к электроустановкам указанные в гавах ПУЭ:
Глава 1.7. «Заземление и защитные меры электробезопасности»
Глава 7.1. «Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий»
Эти требования являются взаимосвязанными и их частичное выполнение может привести к непредсказуемым последствиям, как для электро, так и пожарной безопасности..

Чтобы произвести монтаж и подключение заземления, нужно обладать знаниями по устройству электроустановок и нормативных документов.
Если при монтаже самой конструкции контура своими руками проблем особо не возникает, то при проверке сопротивления и подключении заземляющего устройства в электросеть дома, часто совершаются ошибки.
Когда нет ответа на часть из многих существенных вопросов, неоходимых для монтажа и подключения контура заземления — например:
— Чем отличается система заземления ТТ от системы заземления TN(три типа)?
— Почему эксплуатация электросети дома с системой заземления ТТ без УЗО — запрещена?
— Какая система заземления будет применяться в вашем доме?
— Почему сопротивление растеканиЮ тока является основным показателем качества контура заземления и как оно проверяется во время монтажа?
— и т. п.
В этом случае, чтобы не совершать ошибок, следует изучить правила.

Проверка:

Основной критерий качества установленного контура заземления для частного дома (и не только) — это сопротивление растеканию тока, точное значение которого возможно узнать только после поверки измерительным прибором.

Производить замеры нужно в обязательном порядке и сопротивление заземления должно соответствовать нормативам. Но чаще всего владельцы загородных частных домов при самостоятельном монтаже(или нанятые работники), пренебрегают замерами, без которых нельзя оценить в полной мере качество установленного заземляющего устройства.
При профессиональном монтаже, после установки выполняются приемо-сдаточные испытания согласно ПУЭ и выдаётся электроизмерительной лабораторией протокол. В дальнейшем, измерение сопротивления растеканию тока заземляющих устройств должно производиться в сроки, установленные ПТЭЭП, а также после каждого капитального ремонта.
Периодичность проверки в полном объеме производится не реже 1 раза в 12 лет.
Проверка коррозионного состояния элементов, находящихся в земле:
Локальные коррозионные повреждения в земле выявляются при осмотрах со вскрытием грунта. Если элементы конструкции выполнены из чёрного металла (уголков, труб, полосы и т.п.), то самыми уязвимыми для коррозии являются сварные соединения и такие места проверяются в первую очередь.

Контур заземления для молниезащиты III Категории.

Молниезащита III Категории (РД 34.21.122-87)
2.26…..каждый токоотвод молниеприемников должен быть присоединен к заземлителю, состоящему минимум из двух вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом длиной не менее 5 м;

…….Во всех возможных случаях заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединен с заземлителем электроустановки, указанным в гл. 1.7 ПУЭ.
Из этого следует, что для электорустановки и молниезащиты дома устанавливается общий контур заземления.

Сравнение смоделированной и испытанной в полевых условиях свайной системы теплообменника грунта для жилого дома и смоделированного эффекта вспомогательной перезарядки тепла грунта † | Международный журнал низкоуглеродных технологий

Аннотация

Тепловой насос с грунтовым источником может снизить потребность в электроэнергии для обогрева зданий до 70% по сравнению с электрическим резистивным обогревом; однако стоимость установки контура заземления может сдерживать их использование.Фундаментные конструкции, такие как бетонные сваи, особенно подходят для заделки контуров и, как таковые, представляют собой экономичное решение для установки контуров заземления в новых зданиях. В настоящее время считается, что жилые энергетические сваи могут быть не только экономичными, но и обеспечивать необходимое количество тепла, которое сохраняется на протяжении всего срока службы здания. Испытательный участок площадью 72 м ² (площадь первого этажа) был построен с 16 бетонными сваями по периметру 10 м глубиной, с одной U-образной трубой в каждой.В течение отопительного сезона 2007/2008 года тепловой насос отбирал тепло из контура свайного контура, и тепловая нагрузка контролировалась таким образом, чтобы моделировать потребность в тепле современного отдельно стоящего низкоэнергетического жилого дома с четырьмя спальнями. Физические и термические свойства грунта были исследованы с помощью лабораторных испытаний и теплового отклика на месте. Эти результаты были использованы в программе моделирования скважинного месторождения Earth Energy Designer (EED) для компьютерного моделирования эволюции средней температуры циркулирующего гликоля в течение сезона.Эти результаты сравнивались с результатами полевых испытаний. В дальнейшем EED использовался для исследования эффекта восстановления тепла грунта, когда наблюдается повышение температуры циркулирующей жидкости.

1 ВВЕДЕНИЕ

Энергия, необходимая для горячего водоснабжения и отопления жилого фонда Великобритании, составляет около 27% от общего потребления первичной энергии в Великобритании. Следовательно, любое снижение энергопотребления в зданиях окажет значительное влияние на общий целевой показатель сокращения выбросов CO ₂ в Великобритании [1].В попытке смягчить рост общих выбросов CO ₂ в жилых домах требуется, чтобы в новых домах использовались нагревательные приборы, которые способны подавать тепло с гораздо большей эффективностью, чем обычные газовые или электрические бойлеры резистивного типа.

Земной тепловой насос (GSHP) — это энергоэффективный метод подачи тепла в здание. Для извлечения тепла из земли GSHP охлаждает и циркулирует раствор гликоля / воды через контуры заземления с замкнутым контуром. Тепло, отбираемое тепловым насосом, затем может быть передано в систему водяного отопления, например, в теплый пол.Потребляемая электрическая мощность требуется для перекачивания циркулирующей жидкости контура заземления и для приведения в действие компрессора теплового насоса. Мгновенная мера эффективности теплового насоса известна как коэффициент полезного действия (COP): 1

COP зависит от разницы температур между источником тепла и радиатором; более теплая земля (и, следовательно, более высокая температура жидкости контура заземления) и более низкие температуры подачи тепла приводят к более высокому COP. Суммарный СОР за полный отопительный сезон известен как сезонный коэффициент полезного действия (SPF), и в системах тепловых насосов, которые обеспечивают только отопление, можно достичь SPF 400%.

Обычно контуры заземления устанавливаются либо в глубоких вертикальных скважинах ок. . Траншеи глубиной 100 м или горизонтальные ок . 1,5 м глубиной. Стоимость установки и / или земли, требуемые для таких установок, могут быть непомерно высокими, и поэтому требуются новые методы установки контура заземления. Один из методов — использовать фундамент здания путем включения контуров заземления внутри конструкции. Вертикальная бетонная свая является одной из таких конструкций, которая особенно подходит для включения петель, и действительно, многие коммерческие здания использовали эту технологию с так называемыми «энергетическими сваями».Весьма информативный обзор технологии фундамента с тепловым насосом предоставлен Брандлом [2].

Жилые здания представляют собой другую ситуацию по сравнению с коммерческими зданиями из-за того, что расстояние между сваями, как правило, намного меньше, а объем земли вокруг свай намного меньше. Считается, что из-за близкого расстояния между жилыми сваями тепловое взаимодействие между соседними сваями приведет к значительному снижению локальной температуры грунта и, таким образом, к снижению средней температуры циркулирующего гликоля.Следствием этого будет соответствующее падение КПД теплового насоса. Однако тепловая нагрузка нового жилого дома значительно ниже, чем у зданий, построенных всего несколько лет назад, и ожидается, что тенденция к ее снижению продолжится. Следовательно, возможно, что требуемое тепло грунта может быть удовлетворено за счет типичной длины сваи, которая требуется для структурных целей, т.е.не требуется лишняя длина для целей отвода тепла.

Целью экспериментального исследования было наблюдение за температурой грунта и сваи и соответствующими параметрами работы теплового насоса при извлечении тепла для удовлетворения потребности в тепле жилого дома, которое сегодня можно отнести к категории низкоэнергетических зданий. .Система свай была указана только по конструктивным причинам, с единственной модификацией, которая заключалась в включении одной U-образной трубы в центр сваи для отвода тепла от грунта. Предварительные результаты, касающиеся изменений температуры грунта и производительности теплового насоса, были приведены в предыдущих статьях [3,4]. Также были проведены исследования по определению теплофизических свойств земли в непосредственной близости от площадки энергоблока. Проприетарное программное обеспечение, такое как Earth Energy Designer (EED) [5], доступно для моделирования влияния отвода тепла на накопление тепла в грунте для вертикальных скважинных систем и впоследствии определяет изменение средней температуры циркулирующего гликоля.Математическая работа Эскилсона [6] и Хеллстрома [7], касающаяся движения и накопления тепла в скважинном поле, является основой для расчетов, выполняемых программным обеспечением EED.

В этом документе сообщается об изменении средней температуры гликоля, полученной в ходе экспериментальных испытаний в течение отопительного сезона, и по сравнению с тем, что было предсказано EED.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ СИСТЕМА

Был построен фундамент дома для испытательного участка площадью 72 м ² , который имел планировку непрерывных пролетных буронабивных свай глубиной 21 × 10 м (диаметр 300 мм), как показано пронумерованными точками на Рисунке 1.Расстояние между сваями было применимо к несущему фундаменту, который обычно устанавливается инженерами по фундаментам, Roger Bullivant Ltd.. Каждая свая имела U-образную абсорбирующую трубу с внешним диаметром 32 мм, вставленную на глубину ~ 10 м. Температура каждой сваи и окружающей почвы (в местах, отмеченных буквами) отслеживалась на разной глубине, как показано на Рисунке 1.

Рис. 1.

Схема расположения сваи и массива термопар.

Рисунок 1.

Схема расположения сваи и массива термопар.

На испытательном участке фундамента не было построено жилище, поэтому была использована система отвода тепла для отвода тепла, доставляемого GSHP. Чтобы извлечь тепловую нагрузку на грунт, которая была бы репрезентативной для современного жилого дома с низким энергопотреблением, необходимо было использовать сезонный профиль тепловой нагрузки для управления временем работы теплового насоса. Используемый тепловой насос имел номинальную тепловую мощность 5,7 кВт [EN255 (температура подачи 35 ° C)] и, следовательно, работал с расчетными интервалами для обеспечения суточной нагрузки отвода тепла (кВтч), которая соответствовала бы суточной потребности в тепле для «смоделированное» здание, как показано в Таблице 1.Из-за первоначальных системных испытаний в сочетании с изменениями, которые необходимо было внести в контур свайного коллектора, тепловая нагрузка не имела плавного профиля в течение всего сезона. Фактическая тепловая нагрузка приведена в таблице 1.

Месяц .	Отвод тепла из грунта (МВтч) (на основе SPF = 3,62) .	Тепловая мощность («Строительная нагрузка») в месяц (МВтч) .
Октябрь	0	0
Ноябрь	1.48	2,04
Декабрь	1,70	2,34
Январь	1,70	2,36
февраль	1,98	2,74
март	2,33	3,23
Апрель	2,06	2,84
Май	1,26	1,74
Итого	12.52	17.29

Месяц .	Отвод тепла из грунта (МВтч) (на основе SPF = 3,62) .	Тепловая мощность («Строительная нагрузка») в месяц (МВтч) .
октябрь	0	0
ноябрь	1,48	2,04
декабрь	1,70	2,34
январь	1.70	2,36
Февраль	1,98	2,74
Март	2,33	3,23
Апрель	2,06	2,84
Май	1,26	1,74
Всего	12,52	17,29

Месяц .	Отвод тепла из грунта (МВтч) (на основе SPF = 3.62) .	Тепловая мощность («Строительная нагрузка») в месяц (МВтч) .
октябрь	0	0
ноябрь	1,48	2,04
декабрь	1,70	2,34
январь	1,70	2,36
Февраль	1,98	2,74
Март	2.33	3,23
Апрель	2,06	2,84
Май	1,26	1,74
Всего	12,52	17,29

Месяц .	Отвод тепла из грунта (МВтч) (на основе SPF = 3,62) .	Тепловая мощность («Строительная нагрузка») в месяц (МВтч) .
Октябрь	0	0
Ноябрь	1.48	2,04
Декабрь	1,70	2,34
Январь	1,70	2,36
февраль	1,98	2,74
март	2,33	3,23
Апрель	2,06	2,84
Май	1,26	1,74
Итого	12.52	17,29

На рис. 2 показана система накопления энергии с тепловым насосом и сухой охладитель, который отводит генерируемое тепло от теплового насоса, чтобы представить потребность жилого дома в тепле.

Рисунок 2.

Схема GSHP с энергетическими сваями.

Рис. 2.

Схема ГТН с энергетическими сваями.

Эффективность и производительность теплового насоса наблюдались путем мониторинга обычных параметров теплового насоса по потребляемой электроэнергии, расходам и температурам воды и гликоля.Параметр, известный как равновесная температура гликоля (GET), был проанализирован как ключевой индикатор. GET — это среднесуточное значение температуры подачи и возврата гликоля в энергетические блоки от теплового насоса. Это среднее значение рассчитывается на основе зарегистрированных температур, когда тепловой насос работает в течение одного дня. GET обеспечивает долгосрочную индикацию изменения температуры гликоля в отличие от мгновенных средних измерений, на которые влияет то, как долго тепловой насос работал в цикле включения / выключения одного теплового насоса.Долгосрочный анализ GET свидетельствует об изменении теплового воздействия грунта.

После предварительных испытаний было решено использовать только 16 свай по периметру, которые были соединены с помощью четырех параллельных цепей, каждая из которых состоит из четырех свай в последовательной колонне. Четыре схемы можно увидеть на рисунке 1. Удельный отвод тепла на погонный метр сваи составлял ~ 26 Вт / м.

Геология участка была типичной для участка «коричневое месторождение». Глубина первых 3 м характеризовалась неоднородной «перегрузкой».Однородный слой очень мягкой глины был виден на глубине от 3 до 10 метров. Влагосодержание глинистого слоя колебалось от 16% до 23%.

EED требует ввода следующих параметров типа грунта, ежемесячных тепловых нагрузок и схемы поля скважины (или, в данном случае, схемы энергетической сваи). Программное обеспечение также требует знания «термического сопротивления скважины» ( R _b ) (м · К / Вт), которое может быть введено как постоянная, если известно из экспериментов, или может быть вычислено путем определения типа циркулирующей жидкости и расхода. скорость, тип и размер трубы, а также детали ствола скважины, такие как тип раствора и расстояние между опорами (расстояние между стойками) U-образной трубы.Ограничением программного обеспечения является то, что геометрия скважинного поля, доступная для моделирования, предварительно задана, а расстояние между скважинами постоянное в обоих направлениях. В случае моделирования участка сваи энергии использовался открытый прямоугольник скважины 5 × 5, что согласуется с реальной ситуацией. Однако, поскольку необходимо было определить постоянное расстояние между сваями, было использовано среднее значение 2,2 м, что привело к открытой прямоугольной планировке 77 м ² .

3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

U-образные трубы не имели фиксированного расстояния между стойками, и расчеты R _b , выполненные EED, показали, что изменение расстояния между стойками изменяет значение R _b в диапазоне ± 15% от среднего значения. ценить.Поэтому были рассчитаны два крайних случая, и среднее из этих двух значений было использовано при 0,27 Вт / мК. Испытания на теплопроводность земли дали экспериментально определенное значение R _b (0,22 Вт / мК), которое оказалось немного ниже, чем рассчитанное EED; поэтому для моделирования в EED также использовалось более низкое значение 0,22 Вт / мК.

Рисунок 3 показывает, что существует общее согласие в тенденции GET между экспериментальными результатами и прогнозом EED.Линейный график GET в период с декабря по середину января не согласуется с графиком EED, хотя в этот период времени возникли проблемы с начальным контуром коллектора, что привело к тому, что ряд свай не получил потока жидкости. Схема заголовка была переработана в середине января 2008 г., и можно увидеть последующее увеличение GET. Похоже, что EED прогнозирует несколько худшие условия в этот первый год, что может быть индикатором того, что грунтовые воды в этом районе отдают тепло системе и, следовательно, немного повышают среднюю температуру гликоля.Фактическая нагрузка в течение периода тестирования изменялась по мере необходимости и не обязательно в соответствии с началом или концом месяца, тогда как дискретные данные о месячной нагрузке вводятся в EED, и программа выдает среднюю температуру гликоля в конце месяца. В этом отношении, следовательно, видно, что фактические и смоделированные линейные графики не совпадают по фазе во времени. Для сравнения показана полиномиальная линия тренда фактических данных GET (без учета периода с 9 декабря по 15 января).Среднее сезонное значение GET, полученное тестированием в тот же период, составило 2,2 ° C, в то время как EED рассчитывает значения 2,1 и 2,8 ° C для R _b , значения 0,27 и 0,22 мК / Вт соответственно. Следует помнить, что ЭЭД не учитывает тепловую емкость ствола скважины; однако в случае бетонных энергетических свай это накопленное тепло является значительным. Испытания показали, что температура снаружи сваи была значительно выше, чем температура гликоля; следовательно, тепловая масса бетона будет обеспечивать значительное тепло, которым нельзя пренебрегать.Это возможная причина, по которой EED обеспечивает более низкие температуры гликоля, чем те, которые были показаны экспериментами.

Рисунок 3.

Фактические GET и EED предсказали температуру гликоля в течение отопительного сезона.

Рисунок 3.

Фактические GET и EED спрогнозировали температуру гликоля в течение отопительного сезона.

Математический подход EED предполагает линейный профиль радиального переноса тепла в скважину и из скважины и не учитывает концевые эффекты скважины, т.е.е. передача тепла от поверхности земли и из-под конца скважины. Это упрощает расчет и дает подходящие результаты для длинных скважин; однако конечные эффекты пропорционально увеличиваются с уменьшением глубины. Б. Саннер (личное сообщение) предполагает, что за пределами глубины 10 м конечные эффекты можно не учитывать, поэтому следует понимать, что моделирование в случае сваи энергии находится на границах приемлемой глубины.

Ограничение EED состоит в том, что для расчета нагрузки отвода тепла на земле в месяц требуется показатель SPF.На самом деле тепловая нагрузка грунта не прямо пропорциональна SPF в каждый момент времени, но является функцией температуры гликоля и температуры воды на выходе (LWT) на стороне нагрева, которые оказывают термодинамическое влияние на COP. В период с марта по апрель по тем же причинам КПД реальной системы снизился до 3,2. В результате этого будет снижена тепловая нагрузка на землю, и, следовательно, температура гликоля может упасть не так, как прогнозирует EED. Улучшение программного обеспечения могло бы заключаться в предоставлении возможности вводить значения LWT и соответствующие уровни COP для используемого теплового насоса.

После приведенного выше сравнения считается, что EED может дать результат, который будет репрезентативным для тенденции в последующие годы, хотя могут быть расхождения в абсолютных значениях, полученных по причинам, обсужденным ранее. Месячные тепловые нагрузки, используемые в следующей ситуации, были рассчитаны относительно средней температуры воздуха, то есть равномерного профиля тепловой нагрузки из года в год. На рисунке 4 показано, как температура гликоля падает с каждым годом и медленно начинает выходить на плато примерно к 5 году.Такая тенденция согласуется с тенденцией, выраженной Эскилсоном [6], который показал, что две трети снижения до стационарного состояния происходит в первые 2 месяца, а устойчивое состояние по существу достигается через 5 лет. Тем не менее, видно, что температура гликоля ниже 0 ° C, и следует избегать длительных периодов этого состояния при использовании энергетических свай.

Рисунок 4.

Эволюция GET в течение первых 10 лет.

Рисунок 4.

Эволюция GET в течение первых 10 лет.

Видно, что для каждого зимнего периода GET опускается ниже нуля и достигает приблизительно -1,43 ° C в 10-м году, и, как ожидалось, к 25-му году уровень снизился лишь очень незначительно до -1,46 ° C. Уровень ниже 0 ° C обычно сохраняется в течение 4 месяцев в течение каждого зимнего периода с декабря по март. Можно предположить, что такая продолжительная температура замерзания может нанести вред фундаменту.Система с прогнозируемыми уровнями температуры подойдет для работающего теплового насоса; однако лучшая система, которая может достичь более высокого GET, предотвратит возможное замерзание ворса и обеспечит более высокий SPF.

Одним из фундаментальных ограничений программного обеспечения является то, что теплопередача внутри земли рассматривается исключительно как проводящий механизм. Движение воды и конвекция не принимаются во внимание, и такие механизмы сильно влияют на теплопередачу к объекту и теплопередачу в окрестностях.Следовательно, в такой ситуации большого массового расхода воды результаты программного моделирования могут быть несколько неточными. EED предполагает, что средняя температура грунта берется как единственный ввод для температуры грунта, и это разумный подход для глубоких скважин. Однако на первые несколько метров глубины грунта существенно влияют сезонная температура воздуха и солнечное излучение, причем сезонные циклы обнаруживаются даже на глубине 10 м, и поэтому ими нельзя пренебрегать. Б. Саннер (личное сообщение) предполагает, что точность модели EED снижается на глубине менее 15 м из-за влияния климата на температуру грунта.EED также ограничивается внесением одного типа почвы; однако для мелководья тип почвы в пределах первых нескольких метров обычно неоднороден. Для глубоких скважин этот слой невелик по сравнению с общей глубиной, и численный анализ показал, что для слоя <10 м верхним слоем грунта можно пренебречь, а тепловые характеристики влияют на <2% [6]. Очевидно, что в случае небольших глубин требуются входы различных типов почвы, поскольку на этой глубине большая изменчивость.

Как видно, уровень GET в течение последующих лет снижается до тех пор, пока квазиравновесие не будет достигнуто примерно в 5-м году.Поскольку SPF напрямую зависит от GET, которая впоследствии зависит от местной температуры грунта, можно считать, что обеспечение теплом земли в летние месяцы будет препятствовать общему снижению температуры. Действительно, это испытание энергетической сваи проводилось изолированно, в то время как реальные установки могли бы быть частью застройки с высокой плотностью застройки, где подзарядка грунта теплом окружающей среды может быть нарушена из-за количества жилищ, затеняющих землю. Считается, что вспомогательная перезарядка тепла грунта может осуществляться в летние месяцы путем поглощения солнечного тепла с крыши с помощью либо петли за кровельным материалом, либо, в качестве альтернативы, использования системы солнечного термального нагрева воды с последующей передачей этого тепла в теплообменник. заземление через соединение с цепью энергоблока.

Была проведена простая предварительная оценка для оценки потенциального годового выхода тепла от поглощения тепла из-за ткани крыши. Подсчитано, что дом с такой площадью основания будет иметь площадь поверхности, обращенную на юг, равную 44,3 м ² (при условии, что здание обращено строго на юг), и предполагается, что 70% этой площади доступно как «солнечный коллектор». Используя ежедневные данные об освещенности солнечным излучением для местоположения в Саттон-Бонингтоне (Великобритания) и предполагая, что эффективность коллектора составляет 25%, была рассчитана месячная урожайность.Исследования, проведенные Медвед и др. . [8] показали, что простая конструкция стальной панели крыши, модифицированная трубами для циркуляции жидкости, может достигать эффективности ~ 25% в летние месяцы. Также предполагалось, что тепло, вырабатываемое массивом, в первую очередь компенсирует нагрузку на горячую воду для бытового потребления, а избыточное тепло сверх этого требования затем передается в контур энергоаккумулятора. На рисунке 5 показано производство солнечного тепла, и видно, что избыточное производство тепла наблюдается только с июня по август.Результат «эффективного» снижения требуемой тепловой нагрузки в дополнение к восполнению тепла грунтом в летние месяцы можно увидеть на Рисунке 6 в сравнении со стандартной системой на Рисунке 4.

Рисунок 5.

Тепловая нагрузка условного дома 72 м ² и влияние тепловложения на 19 м ² солнечной тепловой батареи.

Рисунок 5.

Тепловая нагрузка условного дома 72 м ² и влияние тепловложения на 19 м ² солнечной тепловой батареи.

Рисунок 6.

Эволюция GET в течение первых 10 лет, с использованием солнечной тепловой энергии / наземной подзарядки и без нее.

Рисунок 6.

Эволюция GET в течение первых 10 лет, с и без солнечной тепловой поддержки / наземной подзарядки.

Видно, что гликоль не падает до того же низкого уровня, что и в стандартной системе, и это привело бы к повышению эффективности системы.Программное обеспечение использует входные данные для ежемесячных нагрузок в качестве данных базовой нагрузки и, как таковые, моделирует долгосрочное поведение грунта с точки зрения отвода / нагнетания тепла. В действительности солнечная батарея будет обеспечивать пиковые нагрузки, которые будут значительными, особенно в летние месяцы.

Предполагается, что добавление тепла к земле приведет к увеличению средней температуры окружающей почвы по сравнению с тем, где она была бы без подпитки. Это повышение температуры оказывает прямое влияние на сезонное значение GET, и поэтому производительность и эффективность теплового насоса увеличиваются.Увеличение COP (или SPF в течение сезона) фактически увеличивает нагрузку на отвод тепла на землю, и, как таковое, это будет иметь эффект попытки снизить температуру почвы. Очевидно, существует долговременный динамический эффект, который сводился бы к тепловому равновесию. Вышеупомянутая модель не принимает во внимание эту динамическую природу, поскольку SPF принимается как входное постоянное значение. Считается, что эффект подпитки от грунта будет заключаться в улучшении SPF системы за счет более высокого «качественного» тепла.Физически было бы замечено, что температура земли претерпевает более высокие изменения с начала сезона, но в конечном итоге не упадет до такого низкого уровня, как в противном случае.

4 ВЫВОДЫ

Сложность точного определения термического сопротивления скважины, R _b , ограничивает точность результатов моделирования; однако было замечено хорошее соответствие тенденций между экспериментальными и смоделированными данными.Также было замечено, что EED имеет тенденцию переоценивать максимальное снижение температуры гликоля по сравнению с наблюдаемыми экспериментальными данными, хотя средний уровень GET в течение сезона, определенный экспериментальными данными, находится в диапазоне температур, прогнозируемых EED, равном 2,1–2,8 ° C. .

В примере, показывающем солнечную подзарядку, было видно, что уровень GET был лишь немного повышен за счет использования солнечной подзарядки; Однако следует отметить, что тепловая нагрузка современных зданий продолжает снижаться, и, как таковая, также будет снижаться требуемый отвод тепла из грунта.Следовательно, солнечная подпитка будет становиться все более значительной как доля требуемой годовой тепловой нагрузки. В этом отношении будет очевиден больший пропорциональный эффект от солнечной подзарядки. Считается, что использование солнечной зарядки в сочетании с GSHP улучшит сезонные характеристики системы за счет повышения местной температуры земли.

БЛАГОДАРНОСТИ

Мы хотели бы поблагодарить Roger Bullivant Ltd за их полную поддержку в этом проекте, без которой полевые испытания были бы невозможны.Мы также признательны за финансовую поддержку EPRSC.

ССЫЛКИ

2.

Энергетические фундаменты и другие термоактивные грунтовые сооружения

,

Geotechnique

,

2006

, vol.

56

(стр.

81

—

122

) 4.

Исследования новых геотермальных тепловых насосов

,

Кандидатская диссертация

,

2009

Кафедра искусственной среды. Ноттингемский университет

5,,.

Использование энергетических свай в жилом здании и их влияние на температуру грунта и эффективность теплового насоса

,

Geotechnique

,

2009

, vol.

59

(стр.

287

—

90

) 6.

Термический анализ теплоотводных скважин

,

1987

Кафедра математической физики. Университет Лунда

7.,

Хранение тепла в грунте: термический анализ канальных систем хранения.

,

1991

Кафедра математической физики. Лундский университет

8,,.

Крупнопанельный неостекленный жидкостный солнечный коллектор, интегрированный в крышу — энергетическая и экономическая оценка

,

Solar Energy

,

2003

, vol.

75

(стр.

455

—

67

)

Заметки автора

© Автор, 2010. Опубликовано Oxford University Press. Все права защищены. Для получения разрешений обращайтесь по электронной почте: [email protected]

.

8 правил заземления печатных плат | ОРЕЛ

Заземление не так уж важно, правда? Это просто фундамент, на котором мы строим все наши электронные устройства. Но как насчет этих сигналов! По правде говоря, заземление — самая важная часть всего вашего дизайна, и мы все склонны игнорировать его, пока это не станет огромной проблемой.Без стабильного заземления вы никогда не сможете передавать чистые сигналы от одного устройства к другому.

Может быть, вы разработали цифровое устройство с некоторыми отклонениями в вашей среде, и данные по-прежнему могут безопасно перемещаться. Однако рассмотрим что-то вроде высоконадежной медицинской системы. Если на это устройство попадает высоковольтный заряд электростатического разряда, лучше надеяться, что вы правильно спроектировали свое заземление. В таких чувствительных электронных устройствах правильное заземление может означать разницу между жизнью и смертью.

Вот 8 правил заземления печатных плат, которыми вы можете следовать своей инженерной жизни, держите их в заднем кармане!

# 1 — Ничего не оставлять без привязки

Ничего не должно оставаться незакрепленным на вашей топологии печатной платы. Если на вашей плате есть свободное пространство, заполните его медью и переходными отверстиями для соединения с заземляющим слоем. Это создаст структурированный путь для всех ваших сигналов, чтобы они могли эффективно добраться до земли.

# 2 — Никогда не разрезайте слой земли

Большинство инженеров, работающих над четырехслойными платами, имеют специальный слой заземления.Это отлично работает, если вы не прокладываете трассировки на этом слое. Как только вы это сделаете, вы фактически создадите контур заземления. Всегда держите слой земли целым.

Этот обратный путь стал громоздким из-за самолета с зазором. (Источник изображения)

# 3 — Всегда обеспечивайте общую точку заземления

Электронная система, будь то одноплатная или многоплатная система, нуждается в одной точке для объединения всех заземлений. Это может быть металлический каркас на шасси или специальный слой заземления на вашей печатной плате.Часто можно услышать, что эта точка общего заземления называется заземлением звезды.

(Источник изображения)

# 4 — Минимизировать последовательные переходные отверстия

Обязательно минимизируйте последовательные переходные отверстия на ваших путях заземления и вместо этого отправьте заземление компонентов непосредственно на выделенную заземляющую плоскость. Чем больше переходных отверстий вы добавите на плату, тем с большим сопротивлением вам придется иметь дело. Это особенно важно для быстрых переходных токов, которые могут превратить путь полного сопротивления в перепад напряжения.

# 5 — Заземление перед разводкой

Плохо спроектированное заземление подвергает опасности все ваше устройство. Чего нельзя сказать о нарушении единственного сигнала. Убедитесь, что вы правильно спроектировали землю, прежде чем выполнять любую трассировку. Это послужит основой для всего процесса маршрутизации.

# 6 — Знайте, куда идут ваши токи

Многие разработчики думают только о том, куда направляется их сигнал, но у каждого сигнала есть обратный путь, который проходит через землю.Как отправляющий, так и обратный путь вашего сигнала будут иметь одинаковый ток, что может повлиять на стабильность мощности и отскок земли. Вы можете использовать закон Кирхгофа, чтобы понять, как ток будет проходить по вашей цепи.

(Источник изображения)

# 7 — План динамического отклонения между землями

Всегда планируйте динамическое отклонение при отправке заземляющих соединений между платами в многоплатной системе. Это особенно актуально при работе с приложениями, требующими кабелей большой протяженности.В этих ситуациях вы можете использовать низковольтные дифференциальные сигналы, оптические изоляторы и синфазные дроссели, чтобы контролировать отклонения.

# 8 — Не забывайте планировать этаж для смешанных сигналов

Аналоговые части вашей платы необходимо хранить отдельно. Сюда входят аналого-цифровые преобразователи и цифро-аналоговые преобразователи. При разработке «плана этажа» вашей печатной платы убедитесь, что эти области изолированы. Заземление АЦП может быть связано с общей точкой заземления, откуда цифровые сигналы могут передаваться на другие части вашей печатной платы.

(Источник изображения)

Когда сомневаешься, опровергай его

Земля — ​​это фундамент всего вашего дома электроники. Об этом легко забыть, сосредоточив все внимание на маршрутизации сигналов. Однако без четкого обратного пути все время, потраченное на беспокойство о сигналах, будет потрачено зря. Не игнорируйте свою почву, пока она не станет проблемой, сделайте это своим приоритетом! Живите по 8 правилам, указанным выше, и у вас будет прочный фундамент, на котором можно расти до конца своей инженерной жизни.

Подпишитесь сегодня и начните заземление завтра.

Индуктивные муфты и способы минимизировать их влияние в промышленных установках

Сезар Кассиолато Директор по маркетингу, качеству, проектам и услугам SMAR Промышленная автоматизация cesarcass @ smar.com.br

Введение

Сосуществование оборудования различных технологий и неадекватность установок способствует излучению электромагнитной энергии и часто вызывает проблемы с электромагнитной совместимостью.

Электромагнитные помехи — это энергия, которая вызывает нежелательную реакцию на любое оборудование и может генерироваться искрой на щетках двигателя, переключением цепей напряжения, активацией индуктивных и резистивных нагрузок, активацией переключателей, автоматических выключателей, люминесцентных ламп, нагревателей, автомобильных зажиганий, атмосферных разрядов. и даже электростатический разряд между людьми и оборудованием, микроволновыми приборами, оборудованием мобильной связи и т. д.Все это может вызвать изменения, которые могут привести к перегрузке, пониженному напряжению, пикам, переходным напряжениям и т. Д., Что может оказать сильное влияние на сеть связи. Это очень распространено в отраслях и на заводах, где электромагнитные помехи довольно часты в связи с более широким использованием оборудования, такого как сварочные инструменты, двигатели (MCC), а также в цифровых сетях и компьютерах в непосредственной близости от этих областей.

Самая большая проблема, вызванная электромагнитными помехами, — это случайные ситуации, которые постепенно ухудшают качество оборудования и его компонентов.EMI на электронном оборудовании может вызвать множество различных проблем, таких как сбои связи между устройствами одной и той же сети оборудования и / или компьютерами, аварийные сигналы, генерируемые без объяснения причин, действия на реле, которые не следуют логике, без команды, в дополнение к сгоранию электронные компоненты и схемы и т. д. Очень часто возникают шумы в линиях источников питания из-за плохого заземления и экранирования или даже ошибки в проекте.

Топология и расположение проводки, типы кабелей, методы защиты — это факторы, которые необходимо учитывать, чтобы минимизировать влияние электромагнитных помех.Имейте в виду, что на высоких частотах кабели работают как система передачи с перекрещенными и запутанными линиями, отражают и рассеивают энергию от одной цепи к другой. Поддерживайте соединения в хорошем состоянии. Неактивные соединители могут иметь сопротивление или стать радиочастотными детекторами.

Типичным примером того, как электромагнитные помехи могут повлиять на работу электронного компонента, является конденсатор, подверженный пиковому напряжению, превышающему его заданное номинальное напряжение. Это может привести к ухудшению диэлектрика, ширина которого ограничена рабочим напряжением конденсатора, что может создать градиент потенциала, меньший по сравнению с диэлектрической жесткостью материала, вызывая сбои в работе и даже возгорание конденсатора.Или, тем не менее, токи поляризации транзистора могут изменяться и вызывать их насыщение или обрезание, или сжигать его компоненты за счет эффекта джоуля, в зависимости от интенсивности.

В измерениях:

• Не проявляйте халатность, неосторожность, безответственность и некомпетентность в решении технических проблем.
• Помните, что у каждой установки и системы есть свои особенности безопасности. Получите информацию о них, прежде чем начинать работу.
• По возможности обращайтесь к физическим нормам и правилам техники безопасности для каждой области.
• Действуйте осторожно при измерениях, избегая контакта между клеммами и проводкой, так как высокое напряжение может вызвать поражение электрическим током.
• Чтобы свести к минимуму риск потенциальных проблем, связанных с безопасностью, соблюдайте стандарты безопасности и стандарты местных секретных областей, регулирующих установку и эксплуатацию оборудования. Эти стандарты различаются в зависимости от региона и постоянно обновляются.Пользователь несет ответственность за определение правил, которым следует следовать в своих приложениях, и гарантировать, что каждое устройство установлено в соответствии с ними.
• Неправильная установка или использование оборудования в нерекомендуемых приложениях может повредить производительность системы и, следовательно, процесс, а также стать источником опасности и несчастных случаев. Поэтому для выполнения работ по установке, эксплуатации и техническому обслуживанию привлекайте только обученных и квалифицированных специалистов.

Довольно часто надежность системы управления ставится под угрозу из-за ее некачественной установки.Обычно пользователи терпят их, но при внимательном рассмотрении обнаруживаются проблемы, связанные с кабелями, их укладкой и упаковкой, экранированием и заземлением.

Чрезвычайно важно, чтобы все вовлеченные лица были осведомлены и сознательны и, более того, были привержены обеспечению эксплуатационной надежности и личной безопасности завода. В этой статье содержится информация и советы по заземлению, но в случае сомнений всегда преобладают местные правила.

Контроль шумов в системах автоматизации жизненно важен, так как это может стать серьезной проблемой даже с лучшими устройствами и оборудованием для сбора данных и работы.

В любой производственной среде есть источники электрического шума, включая линии электропередач переменного тока, радиосигналы, машины и станции и т. Д.

К счастью, простые устройства и методы, такие как использование соответствующих методов заземления, экранирования, скрученных проводов, метода среднего сигнала, фильтров и дифференциальных усилителей, могут контролировать шум при большинстве измерений.

У преобразователей частоты есть коммутирующие системы, которые могут создавать электромагнитные помехи (EMI).Их усилители могут излучать значительные электромагнитные помехи на частотах от 10 МГц до 300 Гц. Скорее всего, этот шум при работе может вызвать перебои в работе ближайшего оборудования. Хотя большинство производителей принимают надлежащие меры предосторожности в своих проектах, чтобы свести к минимуму этот эффект, полный иммунитет недостижим. Таким образом, некоторые методы компоновки, подключения, заземления и экранирования вносят значительный вклад в эту оптимизацию.

Снижение EMI ​​минимизирует начальные и будущие эксплуатационные расходы и проблемы в любой системе.

В этой статье мы увидим индуктивную связь.

Индуктивная муфта

«Мешающий кабель» и «пострадавший кабель» сопровождаются магнитным полем. См. Рисунок 1. Уровень помех зависит от изменения тока (di / dt) и взаимной индуктивности.

Рисунок 1 — Индуктивная связь — Физическое представление и эквивалентная схема

Индуктивная связь увеличивается с:

• Частота: индуктивное реактивное сопротивление прямо пропорционально частоте (XL = 2πfL)
• Расстояние между тревожным кабелем и кабелем-жертвой, а также длина кабеля, параллельная
• Высота кабеля относительно базовой плоскости (над землей)
• Сопротивление нагрузки кабеля или цепи помех.

Рисунок 2 — Индуктивная связь между проводниками

Методы уменьшения эффекта индуктивной связи между кабелями

1. Ограничьте длину кабелей, идущих параллельно

2. Увеличьте расстояние между тревожным кабелем и пострадавшим кабелем

3. Заземлите один конец экрана обоих кабелей

4. Уменьшите du / dt мешающего кабеля, увеличивая время нарастания сигнала, когда это возможно (резисторы, подключенные последовательно, или резисторы PTC в мешающем кабеле, ферритовые прокладки в мешающем и / или пострадавшем кабеле).

Рисунок 3 — Индуктивная связь между кабелем и полем

Методы уменьшения влияния индуктивной связи между кабелем и полем

1. Ограничьте высоту кабеля (h) до земли

2. По возможности размещайте кабель возле металлической поверхности

3. Используйте витые кабели

4. Используйте ферритовые уплотнительные кольца и фильтры EMI 4

   .

Рисунок 4 — Индуктивная связь между кабелем и контуром заземления

Методы уменьшения влияния индуктивной связи между кабелем и контуром заземления

1. Уменьшите высоту (h) и длину кабеля

2. По возможности размещайте кабель рядом с металлической поверхностью

3. Используйте витые кабели

4. На высоких частотах заземлите экран в двух точках (будьте осторожны), а на низких частотах в одной точке

Таблица 1 — Минимальное расстояние между кабелями

Рисунок 5 — Помехи между кабелями: магнитные поля через индуктивную связь между кабелями и наведение переходных токов (датчики электромагнитные)

Электромагнитные помехи можно уменьшить:

1. Витой кабель

2. Оптическая изоляция

3. За счет использования каналов и заземленных металлических ящиков

Рисунок 6 — Взаимная индуктивность между двумя проводниками

Чтобы свести к минимуму эффект индукции, используйте кабель витой пары, который уменьшает площадь (S) и уменьшает эффект наведенного напряжения Vb в зависимости от поля B, уравновешивая эффекты (среднее значение эффектов в зависимости от расстояний):

Витая пара состоит из пар проводов.Провода наматываются по спирали, чтобы за счет эффекта компенсации уменьшить шум и поддерживать постоянные электрические свойства среды по всей ее длине.

Эффект уменьшения при использовании закрутки эффективен из-за подавления потока, называемого Rt (в дБ):

Rt = -20 log {(1 / (2nl +1)) * [1 + 2nlsen (/ nλ)]} дБ

Где n — количество витков / м, а l — общая длина кабеля.См. Рисунки 7 и 8.

Эффект отмены уменьшает перекрестные помехи между парой проводов и снижает уровень электромагнитных / радиочастотных помех. Количество витков проволоки может меняться, чтобы уменьшить электрическую связь. Его конструкция обеспечивает емкостную связь между парными проводниками. Более эффективно работает на низких частотах (<1 МГц). Когда он не экранирован, он имеет недостаток в виде синфазного шума. Для низких частот, то есть когда длина кабеля меньше 1/20 длины волны шумовой частоты, экран (сетка или экран) будет иметь одинаковый потенциал на всем протяжении, когда экран должен быть подключен только к одному заземлению. точка.На высоких частотах, то есть когда длина кабеля превышает 1/20 длины волны шумовой частоты, экран будет иметь высокую восприимчивость к шуму и должен быть заземлен с обоих концов.

В случае индуктивной связи Vnoise = 2πBAcosα, где B — поле, а α — угол, под которым поток пересекает вектор площади (A), или, тем не менее, в зависимости от взаимной индуктивности M: Vnoise = 2πfMI, где l — силовой кабель ток.

Рисунок 7– Эффект индуктивной связи в параллельных кабелях

Рисунок 8 — Минимизация эффекта индуктивной связи в скрученных кабелях

Рисунок 9 — Пример шума на индукцию

Рисунок 10 — Примеры кабеля Profibus рядом с силовым кабелем

Использование кабеля витая пара очень эффективно при условии, что индукция в каждой области скрутки приблизительно равна индукции соседней.Он эффективен в дифференциальном режиме в симметричных цепях и имеет низкий КПД на низких частотах в несимметричных цепях. В высокочастотных цепях с многоточечным заземлением эффективность высока, поскольку обратный ток имеет тенденцию течь по соседнему обратному току. Однако на высоких частотах в синфазном режиме этот кабель имеет небольшую эффективность.

Использование экрана в индуктивной муфте

Магнитное экранирование может применяться в источниках шума или в сигнальных цепях для минимизации эффекта связи.

Экранировать низкочастотные магнитные поля не так просто, как экранировать электрические поля. Эффективность магнитной связи зависит от типа материала и его проницаемости, толщины и используемых частот.

Из-за своей высокой относительной проницаемости сталь более эффективна, чем алюминий и медь на низких частотах (менее 100 кГц).

Однако на более высоких частотах можно использовать алюминий и медь.

Потеря абсорбции при использовании меди и стали для двух разных толщин показана на рисунке 11.

Рисунок 11 — Потеря абсорбции при использовании меди и стали

Магнитное экранирование этих металлов неэффективно на низких частотах.

Защита с помощью металлических воздуховодов

Далее мы увидим использование металлических каналов для минимизации токов Фуко.

Пространство между каналами способствует возникновению возмущений, создаваемых магнитным полем.Более того, эта неоднородность может способствовать разнице потенциалов между каждым сегментом воздуховода, и если скачок тока генерируется, например, в результате удара молнии или короткого замыкания, отсутствие непрерывности не позволит току течь через алюминиевый воздуховод и поэтому не защитит кабель Profibus.

В идеале каждый сегмент должен быть прикреплен к максимально возможной площади контакта, чтобы обеспечить дополнительную защиту от электромагнитной индукции, и иметь проводник между каждым сегментом воздуховода с минимально возможной длиной, чтобы обеспечить альтернативный путь для токов в случае повышенного сопротивления. в прокладках между сегментами.

В правильно собранных алюминиевых каналах, когда поле проникает в канал, алюминиевая пластина создает магнитный поток, который изменяется в зависимости от времени [f = a.sen (wt)], и создает наведенную электродвижущую силу [E = — df / dt = awcos (вес)].

На высоких частотах ЭДС, индуцированная в алюминиевой пластине, будет сильнее, что приведет к более сильному магнитному полю, которое почти полностью нейтрализует магнитное поле, создаваемое силовым кабелем. Этот эффект подавления меньше на низких частотах.На высоких частотах отмена более эффективна.

Это эффект пластины и металлического экрана, который противодействует падению электромагнитных волн. Они генерируют свои собственные поля, которые минимизируют или даже сводят на нет поле через них и действуют как настоящая защита от электромагнитных волн. Они работают как клетка Фарадея.

Убедитесь, что пластины и соединительные кольца изготовлены из того же материала, что и кабельный канал / коробки. После сборки защитите места соединения от коррозии, например, цинковой краской или лаком.

Хотя кабели экранированы, экранирование от магнитных полей не так эффективно, как от электрических полей. На низких частотах витая пара поглощает большую часть воздействия электромагнитных помех. С другой стороны, на высоких частотах эти эффекты поглощаются экраном кабеля. По возможности подключайте кабельные коробки к системе эквипотенциальных линий.

Рисунок 12 — Защита от перенапряжения с использованием металлических каналов

Вывод

Каждый проект автоматизации должен учитывать стандарты, обеспечивающие соответствующие уровни знаков, например, безопасность, требуемую приложением.

Ежегодно проводите профилактические работы по техническому обслуживанию и проверяйте каждое соединение в системе заземления, которое должно гарантировать качество каждого соединения с точки зрения прочности, надежности и низкого импеданса, гарантируя при этом отсутствие загрязнения и коррозии.

Эта статья не заменяет NBR 5410, NBR 5418, IEC 61158 и IEC 61784, а также профили PROFIBUS и технические руководства. В случае расхождений преимущественную силу имеют нормы, стандарты, профили, технические руководства и руководства производителя.По возможности обращайтесь к стандарту EN50170 для получения информации о физических нормах и правилах техники безопасности в каждой области.

В этой статье мы видели несколько подробностей об эффектах индуктивной связи и о том, как их минимизировать

Библиографическая ссылка

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > транслировать 1BPDF-XChange Printer 2012 (5.5, сборка 315) [Windows 7 Enterprise x64 (сборка 7601: пакет обновления 1)] 2017-11-02T09: 42: 10-04: 002017-11-02T10: 37: 33-04: 00приложение / pdf конечный поток эндобдж 4 0 obj > эндобдж 5 0 obj > эндобдж 6 0 obj > транслировать х ڝ wTTϽwz0z.0. Qf

Стоит ли геотермальное отопление для дома? Что идет не так?

Геотермальные системы отопления для домов

Бытовые геотермальные системы отопления могут быть отличным способом обогреть дом , заменить печь и помечены как средства экономии. Вопрос в том, стоят ли они шумихи? Вот краткий обзор того, как они работают.

Начиная с глубины от 6 до 10 метров, температура земли больше не зависит от колебаний температуры поверхности и остается относительно постоянной на уровне от 8 до 10 C.Таким образом, основной принцип геотермального отопления и охлаждения заключается в использовании постоянной внутренней температуры земли для уравновешивания сильно меняющихся температур поверхности в Северной Америке и Канаде.

С помощью тепловых насосов геотермальные системы отопления и охлаждения извлекают тепловую энергию и передают ее в здания, экономя примерно от 50 до 60% затрат на отопление и охлаждение, в зависимости от сравниваемого топлива.

В летние месяцы геотермальное охлаждение работает аналогично стандартному кондиционированию воздуха, только тепло не просто выбрасывается в наружный воздух, а откладывается глубоко в земле для использования в будущем.Результатом является безупречное кондиционирование воздуха, потому что тепло, отбираемое в летние месяцы, фактически используется для обогрева земли глубоко под землей, тепла, которое повысит эффективность теплового насоса источника тепла в зимние месяцы.

Геотермальные системы отопления дома:

Вертикальные геотермальные системы с замкнутым контуром имеют герметичную U-образную трубу из полиэтилена высокой плотности, по которой переносится теплоноситель (обычно смесь воды и метанола) в непрерывно циркулирующем контуре, обеспечивающем теплопроводный обмен.Когда жидкость возвращается на поверхность, нагревается или охлаждается в зависимости от сезона, дополнительное или уменьшенное количество тепла в воде используется для кондиционирования дома. Требуемая глубина для этой системы обычно составляет 300 футов или более, а стоимость рассчитывается в футах. Через нос, но ногой.

Геотермальная вертикальная петельная система © Александр Гилберт

Горизонтальная замкнутая геотермальная система работает так же, как и вертикальные системы, за исключением того, что трубы прокладываются вперед и назад на глубине от 6 до 10 футов под землей.Установка предполагает вырытие траншей (по крайней мере, 300 футов из них), а не рытье колодца.

Горизонтальные системы тепловых насосов с грунтовым источником могут быть дешевле в установке, но требуют значительного пространства и наносят довольно серьезный ущерб любым экосистемам, которые лежат на предполагаемом пути. Для данной длины трубы системы с горизонтальным контуром немного менее эффективны, чем системы с вертикальным контуром, поскольку на них легче воздействовать температурой поверхности. Другой недостаток заключается в том, что при возникновении утечки в контуре при использовании горизонтального коврика или решетчатой ​​системы весь сад придется снова выкопать в поисках крошечной утечки, которая теряет давление в системе.

Геотермальная система с горизонтальным контуром © Alexandre Gilbert

Геотермальные системы с открытым контуром используют грунтовые воды, закачиваемые непосредственно из водозаборной скважины (глубиной от 75 до 100 футов) для забора и нагнетания тепла. Вода откачивается из первой скважины, а после теплообмена закачивается во вторую скважину.

Геотермальная система с открытым контуром © Alexandre Gilbert

Системы с открытым контуром имеют очень высокий термический КПД, и их установка может быть на 50% дешевле, чем вертикальные системы с обратной связью.Однако условия, необходимые для правильного функционирования этих систем, редко встречаются в городских районах, поскольку они требуют обильного источника грунтовых вод и высокого уровня грунтовых вод.

Сэкономит ли геотермальное отопление мне деньги?

Это действительно зависит от размера объекта отопления. Ни одна геотермальная система не является дешевой в установке , и поскольку она предлагает только сокращение потребления, окупаемость инвестиций действительно возможна только для больших зданий. По этой причине геотермальная энергия больше подходит для коммерческих или многоквартирных жилых проектов значительного размера.

Дом должен быть довольно большим и иметь несколько плохую изоляцию, чтобы фактически окупить себя в разумные сроки. Во многих случаях, особенно при строительстве новых домов среднего размера, такие крупные финансовые вложения в энергоэффективность могут принести гораздо большую прибыль, если вместо этого они будут направлены на удержание тепла — более качественные окна, дополнительную изоляцию дома в новом строительстве, изоляцию существующих стен от снаружи во время ремонта дома, а лучше ленты и мембраны для герметизации воздуха и т. д.

Цены Ball park на геотермальную систему : Для дома среднего размера (2000 кв. Футов) установка GSHP легко будет стоить 30 000 долларов, и это в обмен на ежемесячную экономию около 50% на счетах за отопление. . Таким образом, окупаемость среднего дома на одну семью просто слишком далека, чтобы сделать его финансово конкурентоспособным вариантом со всеми домами, кроме самых потребляющих, — и даже тогда только тогда, когда котел или печь вышли из строя и нуждаются в замене.

Те же самые инвестиции в размере 25 000 долларов (или, возможно, меньше) в лучшую тепловую оболочку, вероятно, легко сократят счета за отопление на 70 или 80%, а может, и больше.Геотермальная энергия — отличная глобальная технология, но дома с плохой изоляцией для одной семьи получат гораздо больше прибыли, если вместо этого деньги будут вкладываться в изоляцию или баланс между энергосберегающими ремонтами и высокоэффективными тепловыми насосами.

информационных чтений

Наземная система Тестирование — падение потенциала и альтернативное тестирование Методы

Большинство установок заземления системы следуют минимальным требованиям Национальный электротехнический кодекс.Эти установки будут состоят из одного или двух стержней, забитых на глубину 10 или меньше ног. Почему? Это все, что подрядчик должен сделать, чтобы соответствовать нормам или минимальным требованиям к электрической системе. Без дальнейших инструкций он только завершит объем работ, как указано.

После того, как система заземления установлен, в 99 +% случаев он не был должным образом протестирован на сопротивление (производительность). В 0,5% случаев это протестирован неправильно, если вообще тестировался.Менее 1% заземляющие устройства должным образом проверены квалифицированный и опытный техник с надлежащими оборудование.

Зачем нужно тестировать заземление системы?

Хорошее (низкое сопротивление) заземление системы повышают безопасность жизни.
Снижает шум автономных и сетевых систем.
Защищает от молнии и нежелательных напряжений.
Таким образом, скачки напряжения и импульсы могут быть шунтированы перенапряжениями. устройства защиты.
Чтобы автоматические выключатели могли нормально работать.
Для правильной работы систем молниезащиты.
(По другим причинам — см. Заземление и соединение — Основы)

Вызов процедуры надлежащей установки для проверки заземления при установке системы. Это позволяет устанавливать заземление с равным потенциалом. и устраняет любые потенциальные горячие точки (высокое сопротивление компоненты) в системе.

Установка ведомой тяги должна испытать отдельные стержни во время и после установки и полное тестирование системы по завершении.Однажды завершенная система протестирована, может быть сертифицирована на собственник и базовая точка могут быть установлены для рекомендуется ежегодное тестирование. В местах, подверженных ударам молнии, рекомендуется заземление чувствительного объекта. тестируется ежегодно.

Тестирование рекомендуется проводить метод падения потенциала. Он должен быть дополнен обученный, опытный техник, использующий испытательное оборудование в текущая калибровка и слежение за оборудованием изготовить руководство оператора.Падение потенциала метод часто называют «трехточечным метод «. Использование измерителя сопротивления заземления. (предпочтительно цифровой), два вспомогательных электрода вбивается в почву на заданных расстояниях в соответствии с спецификации тестирования, по прямой от Земля испытывается. Коврики заземления и заземление системы, кроме стержней, часто требуют модифицированного испытания метод. Если у вас есть вопросы по этим процедурам тестирования свяжитесь напрямую с PSI.Во время обычного теста заземляющий стержень (-ы) измеритель подает постоянный ток между тестируемым заземляющим стержнем и самым удаленным вспомогательный электрод. Серия измерений падение напряжения между тестируемым заземляющим стержнем и выносные электроды производятся перемещением промежуточных электрод в шагах от тестируемого заземляющего стержня. Цель состоит в том, чтобы достичь фактического сопротивления стержня и это чаще всего достигается на расстоянии 62%.

Точность испытаний подтверждена повторное тестирование в обратном направлении. Увидеть диаграмма ниже для очень простой схемы теста размещение оборудования и процедуры тестирования.

Самый удаленный электрод должен быть размещены минимум в 5 раз больше длины проверяемый заземляющий стержень. Желательно самый выносной электрод размещать на расстоянии, равном 10-кратному длина тестируемого стержня.Во время теста нейтраль не должна быть соединена с заземляющим стержнем. В соединение нейтрали / земли должно быть отключено, так как ток поток на нейтраль аннулирует результаты испытаний и не все испытательные приборы, чтобы обеспечить точный чтение.

На графике ряд измерения падений напряжения между заземляющим стержнем при тестировании и удаленный электрод при отображении на графике будет предоставьте диаграмму, которая будет выглядеть, как показано ниже.В полосой погрешности будут области за пределами плоской части графа.

Высококвалифицированный, опытный техник сможет определить сопротивление заземляющий стержень после снятия ряда показаний отодвинув промежуточный электрод, а затем ближе к исследуемой штанге. Самый удаленный электрод должны оставаться в том же положении, чтобы результаты были точный.

Если результаты теста «тоже» хорошо, чтобы быть правдой «, в большинстве случаев они просто не точный.Есть ряд причин, по которым тест результаты неточны. (Без специального заказа)

• Нейтраль подключена к земля во время теста.
• Расстояние проводника слишком коротка для длины установленной штанги.
• Инструмент, используемый для тест неточный.
• Техник не знает как правильно пользоваться инструментом.
• Отведения не удлинены вдали от возможных источников помех.

(параллельно зданию фундамент, прикрепленный к заземляющему стержню)

• Трубы (металлические) склеиваемые к заземляющему стержню проходят под областью, где размещены испытательные электроды. (Хорошая причина для испытание более чем в одном направлении.)
• Фаза сети и нейтраль проводники проложены в земле в районе испытательные электроды.
• Металлический кабелепровод, прикрепленный к земля находится в области электродов.
• Слабый аккумулятор установлен в испытательное оборудование.
• Тест завершен во время или после сильного дождя и почвенные условия становятся влажными.
• Заземляющий стержень или участок имеет были «посолены» чем-то, чтобы улучшить тест.
• Тест был однократным. а промежуточный электрод не перемещался в определить полосу погрешности.

• Испытываемый стержень (и) приклеены в другую структуру на сайте, которая находится в область вспомогательного и выносного электрода.

Приведенный выше список не включает единственные «ошибки», которые могут быть сделаны. Стержни приводные на глубину требуют, чтобы испытательный прибор был оборудован очень длинные провода, идущие между испытательным прибором и выносной и вспомогательный электроды. Если тест инструмент не будет автоматически настраиваться на проволоку длины, показания не будут точными.В в этом случае технический специалист должен будет обратиться к тесту руководство по прибору, а также выполнить испытание на сопротивление тестовые провода. После расчета (с учетом сопротивление проводов), точное испытание может быть завершен и нанесен на график.

Если показания не снимаются в площадь 62% длины провода выносных электродов на размещение вспомогательного электрода по обе стороны от 62% Дело в том, что результаты теста неточны.

Существуют тестовые ситуации, когда падение потенциала будет в лучшем случае трудным. Холмистый грунтовые и глубоко забивные удилища — лишь один случай, когда падение потенциала может оказаться не лучшим методом. Бывают случаи, когда длина стержня может быть в 5 или 10 раз больше. сложно. Как измерить заземляющий стержень в Нью-Йорке Город на 5 ^{-м проспекте} ? Что делать, если ты не можешь отсоединить заземление от нейтрали?

У

AEMC есть ответ на эти ситуации.Хотя не так точно, но очень близко к точность метода падения потенциала, AEMC инструменты — лучшая замена испытание на падение потенциала. LEM NORMA GmbH также имеет инструменты, которые выполняют очень точное тестирование без используя трехточечный метод падения потенциала.

Эти инструменты используют преимущества связь между землей и сетью нейтральный. Метод падения потенциала требует этой связи не быть на месте.Клещи AEMC содержат два токовых трансформаторы (ТТ) и приборы LEM предоставляются с зажимом на трансформаторах тока. Один трансформатор тока индуцирует высокочастотный, фиксированный напряжение в проводнике. Если непрерывный контур существует, в результате течет ток. Затем второй КТ определяет и измеряет протекающий ток. Инструмент уже знает количество наведенного напряжения, и он может рассчитать сопротивление в Ом и отобразить результаты. У AEMC также есть ответ для тех установок, где он Опасно использовать зажим AEMC на моделях.AEMC 3780 имеет чувствительные элементы, которые можно отделить от блок чтения.

Цель данной статьи — подчеркните важность правильной конструкции заземления и тестирование. Если у вас есть какие-либо комментарии или вопросы, пожалуйста свяжитесь с PSI.

фунтов на квадратный дюйм 1999

Эта информация в Доступен для скачивания формат Microsoft Word 97 (45,5кб)

Не позволяйте контуру заземления достать вас

Генеральный директор 5G Aviation Тай Фрисби пилотирует Super Decathlon.Фото Джессики Амбатс, любезно предоставлено 5G Aviation.

Чувство бессилия в самолете пугает. Нас обучили управлять самолетом и устранять возникающие опасные ситуации. Но в этой демонстрации развитого низкоскоростного контура заземления я бессилен. Применение полного правого руля направления во время неконтролируемого левого поворота не дает никаких результатов. Тормоза не помогают. Все, что я могу сделать, это держаться, пока силы толкают меня к краю моего сиденья, и ждать, пока Super Decathlon остановится сам по себе.

Если бы Decathlon двигался быстрее, «крыло бы опрокинулось и упало на землю, и вы бы получили дорогостоящий счет за ремонт», — сказал Рон Рапп, пилот Gulsftream IV и инструктор по пилотированию хвостового колеса с общим временем работы 6300 часов. . Он обучает демонстрации контура заземления, чтобы пилоты, переходящие на самолет с хвостовым колесом, могли видеть, как сжимается поворот, приводящий к контуру заземления, как рули направления становятся неэффективными и сколько повреждений может выдержать самолет. В зависимости от типа хвостового тягача и скорости, контуры заземления могут привести к удару крыла или винта, повреждению шасси или, что еще хуже.

Очко взято. Эта демонстрация начинает переходную тренировку для этого пилота с носовым колесом со здоровой долей уважения к безопасному рулению, взлету и посадке самолета с хвостовым колесом, а также с намеком на страх из-за того, что он этого не сделает.

Обучение приземлению спортивного Super Decathlon в аэропорту округа Джон Уэйн Ориндж в Южной Калифорнии на взлетно-посадочной полосе длиной 2800 футов может показаться не традиционным способом заработать одобрение (J-3 Cub на короткой полосе травы с деревьями на обеих сторонах). концы больше похожи), но турбулентность в следе от авиалайнеров, приземляющихся на параллельную взлетно-посадочную полосу, фактически сократила полезную длину до 1400 футов; реактивный взрыв из Boeing 737, ожидающих выруливания на свою активную взлетно-посадочную полосу, создал препятствие.По мере того, как мой уровень навыков повышался, Рапп, наставник CFI в 5G Aviation, который проводил обучение, проинструктировал меня приземлиться на одной стороне взлетно-посадочной полосы, уменьшив ее ширину с 75 футов до 37 футов. (Должен признать, что я использовал большую часть 75 футов на первых парах взлетов и посадок.)

Укрощение хвостового колеса

На земле летательные аппараты с хвостовым колесом, естественно, неустойчивы, потому что центр тяжести расположен за основной площадкой приземления. механизм. Вы когда-нибудь пробовали толкать трехколесный велосипед назад? При малейшем повороте трехколесный велосипед хочет отклониться в ту или иную сторону или повернуться.Вот как ведет себя хвостовое колесо, двигаясь вперед.

«Важная вещь с хвостовым колесом состоит в том, что вы должны держать нос прямо, поэтому самолет должен быть направлен в том же направлении, что и он, — пояснил Рапп. Легче сказать, чем сделать. «Каждый раз, когда начинает развиваться расхождение между этими двумя вещами, вы увидите эту тенденцию к зацикливанию земли». Ключ к исправлению отклонения от центра на взлетно-посадочной полосе или рулежной дорожке без образования петель на земле — это остановить снос до того, как самолет вернется в желаемое положение.Слишком долгое удержание руля направления или отклонение от курса может привести к замыканию на земле.

5G Aviation наставник CFI Рон Рапп.

Чтобы познакомить своих учеников с характеристиками наземного управления Super Decathlon, Рэпп начинает с упражнений на такси. В этом аэропорту класса C, расположенном недалеко от международного аэропорта Лос-Анджелеса, достаточно времени и места для такси. РД Alpha достаточно широкая для реактивных самолетов Boeing и Airbus и предлагает идеальное место для зигзагообразной тренировки: пересечь рулежную дорожку под углом 45 градусов, повернуть параллельно центральной линии, затем сделать 45-градусный разрез обратно через рулежную дорожку, повернув на параллельно центральной линии с другой стороны.По словам Раппа, зигзагообразный маневр сложнее, чем S-образный поворот, потому что четкие повороты и остановки требуют большего контроля над рулем направления.

Рисунок восьмерки — руление больших петель, соединенных диагональными линиями, — учит координации мощности, руля направления и торможения. Они также демонстрируют, как самолет с хвостовым колесом хочет затянуть разворот по мере его выполнения. Например, поворот налево потребует периодических нажатий на правый руль направления. Чтобы усложнить упражнение, Рапп предлагает попробовать его в ветреный день, применяя все правильные вводы элеронов и руля высоты при изменении направления.

Два важных соображения при рулении: удерживать ручку назад, чтобы рулевое колесо лучше управляло, и расположение органов управления с учетом ветра. Мышечная память умирает с трудом, поэтому не забывать удерживать ручку при выезде с взлетно-посадочной полосы или рулении может быть трудным для пилотов трехколесных мотоциклов, которые обычно сбрасывают обратное давление на штурвал, когда аэродинамическое торможение больше не требуется. У меня была тенденция отпускать ручку каждый раз после остановки и поворота, чтобы освободить взлетно-посадочную полосу.

Распространенная поговорка «Поднимись, нырни от» для контрольных позиций во время руления в ветреную погоду применима к самолетам с хвостовым колесом, но пилоты должны быть осторожны, чтобы автоматически не предположить, что они должны сбросить противодавление ручки только из-за попутного ветра. Прежде чем применять управляющие сигналы, подумайте, сильнее ли попутный ветер, чем струя пропитки, текущей по поверхности хвостового оперения. Большая поверхность руля направления Super Decathlon и легкий вес заставляют его стремиться плыть против ветра.При левом попутном ветре у Джона Уэйна мне пришлось использовать правый руль, чтобы рулить прямо.

Трехточечная посадка и приземление на колесе

После того, как мне показалось, что это был сотый раз из-за приземления с отскоком в Супер Десятиборье (на самом деле, вероятно, это было двадцатое), я начал формировать собственное мнение относительно того, почему федеральный Авиационные правила требуют, чтобы валюта приземлялась в самолете с хвостовым колесом до полной остановки, будь то днем ​​или ночью: задача при посадке с хвостовым колесом состоит в том, чтобы остановить самолет без зацикливания на земле.

«Помните, ключ просто закруглен низко, как если бы вы использовали самолет с носовым колесом. На самом деле техника почти такая же, — посоветовал Рэпп. «Вы собираетесь удерживать самолет от земли, пока не достигнете трехточечного положения, а когда он установится, вы станете по-настоящему активными ногами.

«В момент приземления самолет должен возвращаться».

Для трехточечной посадки Рапп предлагает пилотам сначала попытаться коснуться хвостом, что фактически настраивает их на трехточечную посадку.Когда при трехочковой попытке коснется сети первым, дрон подпрыгнет. «Если хвостовое колесо не находится на земле, ослабление управления рулем высоты может привести к тому, что самолет снова взлетит, потому что изменение положения увеличит угол атаки и создаст достаточную подъемную силу для полета», — говорится в сообщении. Справочник объясняет.

Однако при посадке колес цель состоит в том, чтобы сеть касалась первой.

«Посадка колес — это всегда изящество», — сказал Рэпп.И терпение. Выталкивание сетевого кабеля на взлетно-посадочную полосу и продвижение ручки управления вперед для переноса веса на колеса может привести к отскоку или колебаниям, вызванным пилотом. Пилоты должны дождаться соприкосновения сети, прежде чем продвигать ручку вперед — а затем подождать, пока самолет замедляется, прежде чем опускать хвост (я взлетел после того, как слишком рано опустил хвост).

«Это нормально, когда из-за страха толкают палку слишком далеко вперед, — сказал Рэпп. Выполнение перекатов — приземление в трехточечном положении и затем поднятие хвоста — поможет пилоту почувствовать, насколько далеко вперед должна уйти ручка при посадке колеса.

Большая часть моих 50 часов на хвостовом штурвале до момента перехода была потрачена на крейсерский полет или на высший пилотаж, за плечами всего несколько посадок, но я быстро научился чувствовать, что требуется для тонкой трехточечной посадки; посадка колес потребовала больше практики. После семи часов и 44 посадок, включая практику при боковом ветре с 18 узлами, я получил одобрение и более высокий уровень навыков приземления, которые я могу применить к полетам на трехколесных самолетах.