Пример расчет контура заземления: Примеры расчёта заземляющего устройства

Содержание

Примеры расчёта заземляющего устройства

Необходимость заземления

Несмотря на всю важность, расчёт защитного заземления и его установка стали обязательными относительно недавно. Ещё несколько десятилетий назад при обеспечении электроэнергией деревянных жилых домов проводили только нулевой провод и фазу, в то время как на производствах с целью обеспечения безопасности уже использовали заземление и зануление оборудования

В основе этих процессов лежит понятие нейтрали.

Этим термином в электрике принято обозначать место схождения трёх фаз, соединённых звездой. Вместе с заземлением эта точка образует глухозаземлённую нейтраль трансформатора. Чтобы заземлить электроприборы, их нужно соединить с нейтралью посредством специально приваренной шины. Для зануления оборудования нейтраль требуется соединить с нулевой шиной.

Сегодня в жилых и общественных зданиях заземляют водопроводные, канализационные, газопроводные трубы, а также распределительные электрощитки.

Защитное заземление создают путём соединения с землёй металлических, не проводящих ток конструкций, которые могут оказаться под напряжением. Оно является обязательным для сетей:

  • Переменного тока — при напряжении от 380 В.
  • Постоянного тока — при напряжении от 440 В.

Методика расчета

Расчет делается исходя от того, какое заземление используется. В формуле указывается количество используемых заземлителей, их длину и толщину. Также все зависит и от параметров грунта, который окружает частный дом.

Существует несколько вариантов установки заземлителей. Это такие методы, как:

  1. Вертикальный. Делиться на два подвида: тот, что устанавливают у поверхности и тот, что монтируют с заглублением (предпочтительно на 70 см).
  2. Горизонтальный. Делиться на два подвида: с установкой по поверхности грунта и в траншее (предпочтительно 50 – 70 см).

Заземление включает в себя горизонтальные и вертикальные стержни, расчет которых осуществляется отдельно. В зависимости от длинны стержня, берется дистанция между ними, т. е. размер а должен быть кратен размеру L. Пример: а = 1xL; а = 2xL.

Формула, по которой делается расчет одиночного вертикального стержня, который не закапывается в почву, выглядит следующим образом:

где:

  • p – удельное сопротивление почвы;
  • l – длина заземлителя;
  • D – диаметр электрода.

Примечание: если заземление имеет угловой профиль с шириной b, то d = 0.95b.

Расчет заземлителя, который монтируют с углублением на 70 см (h = 0,7 м) в землю, производится по следующей формуле:

Горизонтальное заземление у поверхности рассчитывается по формуле:

Примечание: формула предоставлена для прямоугольного и трубного профиля с шириной полки b, для полосы считать d нужно с учетом d= 0.

5b.

Расчет электрода, который располагается в траншее 70 см (h = 0,7 м), производится по следующей формуле:

Для полосы шириной b необходимо считать d =0,5 b.

Расчет суммарного сопротивления заземлителя осуществляется следующим образом:

где:

  • n – численность вертикальных заземлителей;
  • Rв и Rг – сопротивления заземленных элементов;
  • nв – коэффициент употребления заземлителей.

Этот коэффициент берется из таблицы:

Методом коэффициента использования можно определить, какое воздействие проявляют друг на друга токи растекания с заземлителей при их разнообразном размещении. Например, если их объединить параллельно, то токи растекания электродов имеют взаимное действие на каждый элемент. Поэтому при минимальной дистанции между элементами, сопротивление заземленного контура будет значительно больше.

Заземление происходит по нескольким схемам расположения электродов. Самой распространенной считается схема в виде треугольника. Но это не обязательная конфигурация электродов. Также их можно разместить в одну линию или последовательно по контуру. Такой вариант удобен в том случае, когда для обустройства системы был выделен небольшой узкий участок на земле.

Дополнительно вы можете проверить результат, воспользовавшись онлайн-калькулятором для расчета заземления!

Заземляющий проводник соединяет с электрическим щитом сам контур конструкции. Ниже приведены схемы:

При проведении расчетов заземления важно обеспечить точность, чтобы не допустить ухудшения электробезопасности. Чтобы не допустить ошибки в расчетах, вы можете воспользоваться специальными программами для расчета заземления в интернете, с помощью которых можно точно и быстро рассчитать нужные значения!. На видео ниже наглядно демонстрируется пример расчетных работ в программе Электрик:

На видео ниже наглядно демонстрируется пример расчетных работ в программе Электрик:

Важные моменты: расчет контура заземления

Надо принять во внимание на такой момент – получаемые на практике данные всегда отличны от расчётов, проводимых в теории. В случае глубинного или модульного монтирования – разница связывается с тем, что в формуле расчёта обычно применяется несменяемое оценочное удельное сопротивление почвы на всей глубине электродов

Хотя на практике, такого никогда не происходит.

Даже если характер земли не изменяется – его удельное сопротивление сокращается с глубиной: почва становится наиболее плотной, наиболее влажной; на глубине от 5-ти метров обычно присутствуют водоносные слои. По факту, полученное сопротивление будет ниже того что получено в расчетах значительно (в 90 % ситуаций выходит сопротивление заземления в три раза меньше). В случае электролитного заземления – различие связывается с тем, что в формуле расчёта применяется коэффициент «С», который берут в расчёт как среднюю величину поправки, которую нельзя представить в качестве формул и зависимостей.

Получают коэффициент из большого количества характеристик почвы:

  • Температурный режим;
  • Уровень влаги;
  • Рыхлость;
  • Диаметр частиц;
  • Гигроскопичность;
  • Концентрация солей.

Процесс формирования щелочи продолжительный и относительно постоянный. Со временем концентрация электролита в земле возрастает. Также возрастает объём почвы с присутствием электролита окружающего электрод. Через несколько лет после монтирования «полезный» объём, который получился можно описать 3-метровым радиусом вокруг электрода. Поэтому, сопротивление электролитного заземления ZANDZ с годами значительно сокращается.

Замеры показали солидное снижение:

  • 4 Ома непосредственно после монтирования;
  • 3 Ома спустя 12 месяцев;
  • 1,9 Ома через 4 года.

Пример расчета заземляющего устройства будет представлен ниже.

Расчёт сопротивления

Правильный расчёт защитного заземления заключается в точном определении сопротивления растекания тока (Rз), которое зависит от множества факторов (влажности и плотности грунта, количества солей, конструктивных особенностей заземлительного устройства, диаметра и глубины погружения подключённого провода и др.).

Их снижение достигается путём уменьшения сопротивления растекания тока. Результатом такого снижения является уменьшение тока, проходящего сквозь тело человека при аварии.

В процессе расчёта заземления необходимо учитывать такой важный показатель, как удельное сопротивление грунта. Таблица ПУЭ позволяет узнать его для разных видов почвы:

  1. Песка с разным уровнем залегания подземных вод.
  2. Водонасыщенной супеси (пластинчатой и текучей).
  3. Пластичной и полутвёрдой глины.
  4. Суглинка.
  5. Торфа.
  6. Садовой земли.
  7. Чернозёма.
  8. Кокса.
  9. Гранита.
  10. Каменного угля.
  11. Мела.
  12. Глинистого мергеля.
  13. Пористого известняка.

Все представленные в таблице разновидности грунта отличаются разным уровнем влажности, которая также сказывается на конечном значении сопротивления растекания тока. Для его точного определения удельное сопротивление умножают на коэффициент сезонности. Эта цифра зависит от низшей температуры и способа расположения электродов (вертикального или горизонтального).

Помимо удельного сопротивления почвы (ρ), для подсчёта сопротивления растекания (Rз) необходимо знать длину электрода (l), диаметр прута (d) и глубину расположения средней точки заземлителя (h). Взаимосвязь этих величин отражается в формуле Rз = ρ/2πl∙ (ln (2l/d)+0.5ln ((4h+l)/(4h-l)).

Если основой заземлительной установки являются сваренные сверху вертикальные электроды (n), целесообразнее будет использовать формулу Rn = Rз/(n∙ Kисп), в которой буквами Kисп обозначается коэффициент использования электрода (с учётов влияния соседних). Его также легко найти в специальной таблице.

Независимо от выбранной формулы, при подсчёте защитного заземления следует принимать во внимание нормированное сопротивление заземлителя (для частного дома, источника тока или подстанции), размеры основных деталей конструкции и соединительных элементов, а также количество и метод соединения электродов (в ряд или в форме замкнутого контура). Проводить расчёт заземлительного контура имеет смысл только в том случае, если в качестве заземлителей используются искусственные элементы

Формул для определения сопротивления естественных заземлителей не существует

Проводить расчёт заземлительного контура имеет смысл только в том случае, если в качестве заземлителей используются искусственные элементы. Формул для определения сопротивления естественных заземлителей не существует.

Что важно знать

Заземление дома необходимо для того чтобы снизить напряжение соприкосновения до неопасного показателя. Благодаря ему потенциал направляется в землю и защищает человека от поражения электрическим током. В ПУЭ (Глава 1.7, п. 1.7.62.) указывается, что частный дом должен иметь сопротивление растекания при трехфазном питании 4 и 8 Ом (первое значение при 380 В, второе – 220 В), а при однофазном – 2 и 4 Ом.

Количество заземлителей необходимо выбрать таким образом, чтобы обеспечить нормативное сопротивление растеканию электрического тока. Чем меньше сопротивление — тем лучше, таким образом обеспечивается эффективность действия заземляющего устройства при выполнении функций защиты от действия электрического тока.

Электроды изготавливаются из меди, оцинкованной и черной стали. Профили сечения указаны на рисунке ниже:

Онлайн калькулятор для расчета заземления

Основные условия, которых следует придерживаться при монтировании заземляющих устройств это габариты приспособлений.

В зависимости от применяемого материала минимум по габаритам устройств должен быть не менее:

  • Полоса 12 на 4 – 48 мм2.
  • Уголок 4 на 4.
  • Круглая сталь – 10 мм2.
  • Труба из стали (размер стенки) – 3,5 миллиметров.

Длина стержня устройства для заземления должна быть не меньше полутора-двух метров.

Интервал между стержнями заземлителями берётся из соотношения их длины, то есть а=:

В зависимости от площади, которая позволяет и комфорта монтирования, стержни заземления можно устраивать в рядок, либо в качестве фигуры, треугольной, квадратной формы. А какова цель расчёта устройства для защиты? Главная задача расчёта – выявить число стержней заземлителей и размер полоски, которая их объединяет в единую конструкцию. Если кроме устройства заземления следует монтировать систему внешней защиты от молнии, можно воспользоваться специальной программой расчёта вероятности поражения объекта, который под защитой спецприёмника. Сервис разработан профессионалами.

Онлайн калькулятор дает возможность:

  • Провести верные расчеты;
  • Провести проверку надёжности устройства защиты от молнии;
  • Сделать более рациональный и правильный проект молниезащиты.

Это обеспечивает наименьшую цену конструкции и монтажа, сокращая не требуемый запас и применяя наименее высокие, наименее дорогостоящие в монтировании приёмники молнии

Также это обеспечивает наименьшее количество поражений устройства, понижая вторичные отрицательные последствия, что очень важно на объектах с большим количеством электроприборов (количество ударов молнии сокращается с сокращением высоты стержневых приёмников молнии)

Функционал сервиса дает возможность высчитать результативность запланированной защиты в виде доступных параметров:

  1. Вероятность попадания молнии в объекты устройства (прочность защитной системы высчитывается как 1 минус число вероятности).
  2. Количество поражений молнией в устройство заземления за 12 месяцев.
  3. Количество прорывов молнии, минуя защитный барьер, за 12 месяцев.

Зная эти информационные данные, создатель проекта сможет сравнить требования и нормативы с полученной надёжностью и предпринять мероприятия по перестройке конструкции защиты.

Пример расчета контура заземления

Для изготовления заземлителя обычно используется металлический уголок длиной 2,5-3 метра и размером 50х50 мм. При установке расстояние между элементами должно соответствовать их длине, или 2,5-3 метра. Показатель сопротивления для глиняного грунта будет 60 Ом*м. Согласно таблице климатических зон, значение сезонности для средней полосы составит около 1,45. Сопротивление будет равно: 60*1,45=87 Ом*м.

Пошаговый алгоритм монтажа заземления:

  1. Выкопать возле дома траншею по контуру глубиной 0,5 м.
  2. Забить в ее дно металлический уголок. Габариты его полки подобрать с учетом условного диаметра электродного элемента, который вычисляется по формуле d=0.95*p=0.995*0. 05=87 Ом*м.
  3. Определить глубину залегания средней точки уголка: h=0.5*l+t=0,5*2,5*0,5=1,75 м.
  4. Подставить данное значение в ранее описанную формулу для расчета величины сопротивления одного заземлителя. Полученный параметр в итоге составит 27,58 Ом.

Необходимое число электродов можно определить по формуле N=R1/(Kисп*Rнорм). В результате получится 7. Изначально в качестве Кисп применяется цифра 1. В соответствии с табличными данными, для семи заземлительных устройств значение составит 0,59. Подставив полученную величину в формулу расчета, получаем результат: для дачного участка необходимо использовать 12 электродных элементов.

Соответственно, производится новый перерасчет с учетом этого параметра. Кисп по таблице теперь составит 0,54. Если использовать это значение в формуле, то в результате получится 13 штук. Тогда величина сопротивления электродов будет равна 4 Ома.

Виды заземляющих конструкций

Расчёт заземления следует проводить с учётом того, где оно будет располагаться. По месту расположения заземляющая конструкция может быть:

  • Выносной. Заземлитель устанавливается за пределами площади, на которой находятся приборы, нуждающиеся в отведении электрического заряда.
  • Контурной. Электроды размещаются по контуру площади с оборудованием, а также внутри неё.

Заземление приборов, находящихся в закрытых помещениях, осуществляется путём прокладывания специальных магистралей для укладки проводов. Если электрооборудование располагается на открытой местности, необходимости в оборудовании магистралей нет, корпусы приборов могут соединяться с заземлительным контуром напрямую с помощью кабеля.

В качестве основных деталей в контурах могут использоваться естественные и искусственные заземлители. К первому типу относятся:

  • металлические корпуса зданий, соединённые с землёй;
  • свинцовые оболочки кабелей, колодцев, скважин;
  • подземные металлические коммуникации (кроме труб теплотрасс и магистралей для взрывчатых и горючих веществ).

Для отведения заряда от распределительных устройств и подстанций естественным путём обычно используются опоры отводящих воздушных линий электропередач. В качестве соединительных элементов в таких случаях выступают громозащитные тросы.

Когда возможность использования естественных элементов заземления отсутствует или они не дают нужного результата, их заменяют стержнями из угловой стали, стальными трубами или прутьями из стали.

Подключение дома к контуру заземления по системе TТ.

Для проведения такого подключения не требуется проводить разделений PEN проводника, фазный провод подключается к шине, изолированной от щита.

Подключается к шине, изолированной от щита совмещенный PEN проводник источника питания и дальше PEN считается просто нулевым проводом. Далее корпус щита подключается к контуру заземления дома.

На схеме видно, что контур заземления дома не имеет с PEN проводником электрической связи и если подключить заземление частного дома таким способом, то это имеет некоторые преимущества, по сравнению с подключением по системе TN-C-S.

К вашему заземлению будут подключены все потребители, в случае отгорания со стороны источника питания PEN проводника, что чревато негативными последствиями. А если ваше заземление связи с PEN проводником иметь не будет, то это гарантирует на корпусе электроприборов в доме — нулевой потенциал.

Бывает, что из-за неравномерной нагрузки по фазам (перекос фаз) появляется напряжение на нулевом проводнике, достигать которое может от 5 до 40 В. Когда существует связь между защитным проводником и нулем сети, то на корпусах быттехники в доме, тоже может возникать незначительный потенциал.

Должно сработать УЗО, если возникнет такая ситуация, но лучше на него не надеяться и до этой ситуации не доводить.

Можно сделать вывод из приведенных способов подключения контура заземления дома, что система заземления ТТ в частном доме более безопасна, но ее дороговизна является недостатком. Если применяется система ТТ, то должны обязательно устанавливаться защитные устройства, такие как УЗО и реле напряжения.

«Расчет заземляющих устройств»

Название второй программы говорит само за себя. Благодаря ей можно рассчитать не только контур заземления, но и молниезащиты, что также крайне необходимо. Интерфейс программки довольно простой, собственно, как и в рассмотренном выше аналоге. Выглядит форма для заполнения исходных данных следующим образом:

Если вам нужно выполнить простейший расчет заземляющего контура именно сейчас, можете воспользоваться нашим онлайн калькулятором расчета заземления. Точность вычислений конечно же уступает предоставленным в статье программным продуктам, однако все же приблизительные значения вы получите, на которые и стоит ориентироваться.

Расчет заземляющих устройств

7. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов из выражений

или

где — сопротивление растеканию горизонтальных электродов, определенное в п. 6.
8. Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования по табл. 12-4 или 12-5:

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.
9. Для установок выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая стойкость соединительных проводников по формуле (12-5).

Пример 12-1. Требуется рассчитать заземление подстанции 110/10 кВ со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 100 кВ 3,2 кА; наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 10 кВ 42 А; грунт в месте сооружения подстанции — суглинок; климатическая зона 2; дополнительно в качестве заземления используется система тросы — опоры с сопротивлением заземления 1,2 Ом.

Решение
1. Для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом. Для стороны 10 кВ по формуле (12-6)

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство используется также для установок подстанции до 1000 В. Таким образом, в качестве расчетного принимается сопротивление .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы — опоры;

3. Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — суглинке по приведенным выше данным составляет 100 Ом⋅м. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 2 по табл. 12 2 принимаются равными 4,5 для горизонтальных протяженных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,8 для вертикальных стержневых электродов длиной 2—3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода — уголка № 50 длиной 2,5 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

где

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов — полос 40 X 4 мм2, приваренных к верхним концам уголков. Коэффициент использования соединительной полосы в контуре при числе уголков порядка 100 и отношении по табл. 12-7 равен: .
Сопротивление растеканию полосы по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-5 при n=100 и :

Окончательно принимается 117 уголков.
Дополнительно к контуру на территории подстанции устраивается сетка из продольных полос, расположенных на расстоянии 0,8—1 м от оборудования, с поперечными связями через каждые 6 м. Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления; проводимость их идет в запас.
9. Проверяется термическая стойкость полосы 40 X 4 мм2. Минимальное сечение полосы из условий термической стойкости при к. з. на землю по формуле (12-5) при приведенном времени прохождения тока к. з.

Таким образом, полоса 40 X 4 мм2 условию термической стойкости удовлетворяет.

По результатам примера 12-1 можно видеть, что при достаточно большом количестве вертикальных электродов горизонтальные электроды, соединяющие верхние концы вертикальных, весьма слабо влияют на результирующее расчетное сопротивление контура заземления. При этом также обнаруживается дефект существующей методики расчета для случаев, когда требуется достаточно малое сопротивление контура. В выполненном примерном расчете этот дефект выявился в том, что учет дополнительной проводимости контура от горизонтальной соединительной полосы привел не к уменьшению потребного количества вертикальных электродов, а наоборот, к его увеличению примерно на 5%. На основании этого можно рекомендовать в подобных случаях рассчитывать необходимое количество вертикальных электродов без учета дополнительной проводимости соединительных и других горизонтальных полос, полагая, что их проводимость будет идти в запас надежности.

Пример 12-2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 400 кВ⋅А со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыкании на землю со стороны 6 кВ 18 А; грунт в месте сооружения — глина; климатическая зона 3; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 9 Ом.
Решение
Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд на длине 20 м; материал — круглая сталь диаметром 20 мм, метод погружения — ввертыванием; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.
1. Для стороны 6 кВ требуется сопротивление заземления, определяемое формулой (12-6):

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство выполняется общим для сторон 6 и 0,4 кВ. Далее согласно ПУЭ сопротивление заземлителя не должно превышать 4 Ом.
Расчетным, таким образом, является сопротивление заземления .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использовании водопровода в качестве параллельной ветви заземления:

3. Рекомендуемое для расчетов сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — глины по табл. 12-1 составляет 70 ОмЧм. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 3 но табл. 12-2 принимаются равными 2,2 для горизонтальных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,5 для вертикальных электродов длиной 2—-3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления грунта:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного стержня диаметром 20 мм и длиной 2 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтального электрода из круглой стали диаметром 20 мм, приваренного к верхним концам вертикальных стержней. Коэффициент использовании горизонтального электрода в ряду из стержней при числе их примерно равном 5 и отношении расстояния между стержнями к длине стержня в соответствии с табл. 12-6 принимается равным 0,86.
Сопротивление растеканию горизонтального электрода по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-4 при n=4 и :

Окончательно принимаются 4 вертикальных стержня; при этом сопротивление растеканию несколько меньше расчетного.

Расчет заземления с примерами

Одной из наиболее важных причин расчета заземления и установки является то, что оно защищает людей, приборы в доме от повышенного напряжения. Если вдруг молния ударит в дом или по какой-то причине произойдет скачок мощности в сети, но при этом электрическая система заземлена, все это избыточное электричество уйдет в землю, а иначе случится взрыв, который может уничтожить все на своем пути.

Оборудование электрозащиты

Рост потребления электроэнергии во всех сферах жизни, дома и на работе, требует четких правил безопасности для жизнедеятельности человека. Многочисленные национальные и международные стандарты регулируют требования к строительству электрических систем для обеспечения безопасности людей, домашних животных и имущества при использовании электроприборов.

Оборудование электрозащиты, устанавливаемое во время строительства жилых и общественных объектов, должно регулярно проверяться, чтобы обеспечить надежную работу на протяжении многих лет. Нарушения правил безопасности в электрических системах могут иметь негативные последствия: угроза жизни людей, разрушение имущества или уничтожение проводки.

Нормами безопасности установлены следующие верхние пределы для безопасного касания человеком токоведущих поверхностей: 36 В переменного тока в сухих зданиях и 12 В переменного тока во влажных помещениях.

Заземляющая система

Заземляющая система — абсолютно необходимое техническое оборудование для каждого здания, поэтому это первый компонент электроустановки, который монтируется на новом объекте. Термин «заземление» используется в электротехнике для целенаправленного подключения электрических компонентов к земле.

Защитное заземление оберегает людей от удара электротоком при касании электрооборудования в случае его неисправности. Мачты, заборы, инженерные сети, такие как водопроводные трубы или газопроводы в обязательном порядке должны быть подключены защитным кабелем посредством присоединения к клемме или заземляющей планке.

Задачи функциональной защиты

Функциональное заземление не обеспечивает безопасность, как следует из названия, вместо этого оно создает бесперебойную работу электрических систем и оборудования. Функциональное заземление рассеивает токи и источники помех на земные тестовые адаптеры, антенны и другие устройства, которые принимают радиоволны.

Они определяют общие опорные потенциалы между электрооборудованием и устройствами и, таким образом, предотвращают различные сбои в частных домах, например, такие как мерцание телевизора или света. Функциональное заземление никогда не может выполнять задачи защитного.

Все требования по защите от поражения электрическим током можно найти в государственных стандартах. Создание защитного заземления является жизненно важным и поэтому всегда имеет приоритет над функциональным.

Предельное сопротивление защитных устройств

В безопасной для людей системе защитные устройства должны срабатывать, как только напряжение неисправности в системе достигает значения, которое может быть опасным для них. Для расчета этого параметра можно использовать указанные выше данные предельного напряжения, выберем среднюю величину U = 25 В переменного тока.

Выключатели остаточного тока, установленные в жилых помещениях, обычно не сработают на землю, пока ток короткого замыкания не достигнет 500 мА. Поэтому согласно закону Ома, с U = R1 R = 25 В / 0,5 А = 50 Ом. В связи с чем для соответствующей защиты безопасности людей и имущества земля должна иметь сопротивление менее 50 Ом, или R earth<50.

Факторы надежности электродов

Согласно государственным стандартам, в качестве электродов можно рассматривать следующие элементы:

  • вертикально вставленные стальные сваи или трубы;
  • горизонтально уложенные стальные полосы или провода;
  • углубленные металлические пластины;
  • металлические кольца, расположенные вокруг фундамента или встроенные в основания.

Водопроводные трубы и другие подземные стальные инженерные сети (если есть согласования с собственниками).

Надежное заземление с сопротивлением менее 50 Ом зависит от трех факторов:

  1. Вид земли.
  2. Тип и сопротивление почвы.
  3. Сопротивление заземляющей линии.

Расчет устройства заземления нужно начинать с определения удельного сопротивления почвы. Оно зависит от формы электродов. Удельное сопротивление земли r (греческая буква Rho) выражается в ом-метрах. Это соответствует теоретическому сопротивлению заземляющего цилиндра площадью 1 м2, у которого сечение и высота равны 1 м. Сопротивление Земли сильно варьируется в зависимости от природы почвы, влажности и температуры (в случае мороза или засухи оно становится выше). Примеры удельного сопротивление почвы в Ом-м:

  • болотистая почва от 1 до 30;
  • лессовая почва от 20 до 100;
  • гумус от 10 до 150;
  • кварцевый песок от 200 до 3000;
  • мягкий известняк от 1500 до 3000;
  • травянистый грунт от 100 до 300;
  • скалистая земля без растительности — 5.

Монтаж заземляющего устройства

Заземляющий контур монтируется из конструкции, состоящей из стальных электродов и соединяющих планок. Устройство после погружения в грунт подключается с домовому электрощитку проводом или аналогичной металлической полосой. Влажность грунта влияет на уровень размещения конструкции.

Существует обратно пропорциональная зависимость длины арматуры и уровня подземных вод. Предельное расстояние от объекта строительства колеблется от 1 м до 10 м. Электроды для расчета заземления должны входить в землю ниже линии промерзания грунта. Для коттеджей контур монтируется с использованием металлоизделий: труб, гладкой арматуры, стального уголка, двутавра.

Форма их должна быть приспособленной для глубокого вхождения в грунт, площадь сечения арматуры более 1,5 см2. Арматура размещается в ряду или в форме разнообразных фигур, которые напрямую зависят от фактического местонахождения площадки и возможности монтажа защитного устройства. Часто применяется схема по периметру объекта, тем не менее треугольная модель заземления пока остается самой распространенной.

Несмотря на то, что защитную систему можно изготовить самостоятельно, используя имеющейся материал, многие домостроители приобретают заводские комплекты. Хотя они недешевые, но простые в установке и долговечны в применении. Обычно такой комплект состоит из омедненных электродов длиной 1 м, оборудованных резьбовым соединением для монтажа.

Общий расчет полос

Нет общего правила для расчета точного количества ям и размеров заземляющей полосы, но разряд тока утечки определенно зависит от площади поперечного сечения материала, поэтому для любого оборудования размер заземляющей полосы рассчитывается на ток, который должен будет переноситься этой полосой.

Для расчета контура заземления сначала рассчитывается ток утечки, и определяется размер полосы.

Для большей части электрооборудования, такого как трансформатор, дизель-генератор и т. д, размер нейтральной заземляющей полосы должен быть таким, чтобы выдерживать нейтральный ток этого оборудования.

Например, для 100 кВА трансформатора, полный ток нагрузки составляет около 140 A.

Подключенная полоса должна быть способна выдерживать не менее 70 А (нейтральный ток), это означает, что полоса 25×3 мм достаточна для переноса тока.

Для заземления корпуса используют полосу меньшего размера, которая может нести ток 35 А, при условии использования 2-х земляных ям для каждого объекта в виде резервной защиты. Если одна полоса становится непригодной из-за коррозии, что нарушает целостность цепи, ток утечки протекает через другую систему, обеспечивая защиту.

Расчет количества труб защиты

Сопротивление заземления одиночного стержня или трубы электрода рассчитывается в соответствии:

R = ρ / 2 × 3,14 × L (log (8xL / d) -1)

Где:

ρ = Сопротивление грунта (Омметр), L = Длина электрода (метр), D = Диаметр электрода (метр).

Расчет заземления (пример):

Вычислить сопротивление изолирующего стержня заземления. Он имеет длину 4 метра и диаметр 12,2 мм, удельный вес 500 Ом.

R = 500 / (2 × 3,14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0,0125) -1) = 156,19 Ом.

Сопротивление заземления одиночного стержневого или трубного электрода рассчитывается так:

R = 100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))

Где:

ρ = Сопротивление грунта (Омметр), L = Длина электрода (см), D = Диаметр электрода (см).

Определение заземляющей конструкции

Расчет заземления электроустановки начинают с определения количества заземляющей трубы диаметром 100 мм, длиной 3 метра. Система имеет ток повреждения 50 KA в течение 1 секунды, а удельное сопротивление грунта — 72,44 Ом.

Текущая плотность на поверхности земного электрода:

Мак. допустимая плотность тока I = 7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2

Мак. допустимая плотность тока = 7,57 × 1000 / (√72,44X1) = 889,419 A / м2

Площадь поверхности одного диаметра 100 мм. 3-метровая труба = 2 x 3,14 L = 2 x 3,14 x 0,05 x 3 = 0,942 м2

Мак. ток, рассеиваемый одной заземляющей трубой = Текущая плотность x Площадь поверхности электрода.

Максим. ток, рассеиваемый одной заземляющей трубой = 889,419x 0,942 = 838 А,

Количество требуемой заземляющей трубы = Ток повреждения / Макс.

Количество требуемой заземляющей трубы = 50000/838 = 60 штук.

Сопротивление заземляющей трубы (изолировано) R = 100xρ / 2 × 3,14xLx (log (4XL / d))

Сопротивление заземляющей трубы (изолировано) R = 100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10)) = 7,99 Ом / Труба

Общее сопротивление 60 штук заземления = 7.99 / 60 = 0.133 Ом.

Сопротивление полосы заземления

Сопротивление заземляющей полосы (R):

R = ρ / 2 × 3,14xLx (log (2xLxL / wt))

Пример расчета контурного заземления приведен ниже.

Рассчитать полосу шириной 12 мм, длиной 2200 метров, заглубленной в землю на глубине 200 мм, удельное сопротивление грунта составляет 72,44 Ом.

Сопротивление заземляющей полосы (Re) = 72,44 / 2 × 3,14x2200x (log (2x2200x2200 / .2x.012)) = 0,050 Ω

Из приведенного выше общего сопротивления 60 штук заземляющих труб (Rp) = 0,133 Ом. И это связано с грубой заземляющей полосой. Здесь чистое сопротивление заземления = (RpxRe) / (Rp + Re)

Чистое сопротивление = (0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05) = 0,036 Ом

Полное сопротивление заземления и количество электродов для группы (параллельное соединение). В случаях, когда одного электрода недостаточно для обеспечения требуемого сопротивления заземления, должно использоваться более одного электрода. Разделение электродов должно составлять около 4 м. Совокупное сопротивление параллельных электродов является сложной функцией нескольких факторов, таких как количество и конфигурация электрода. Общее сопротивление группы электродов в различных конфигурациях согласно:

Ra = R (1 + λa / n),

где a = ρ / 2X3.14xRxS

Где: S = Расстояние между регулировочным стержнем (метр).

λ = Фактор, приведенный в таблице ниже.

n = Количество электродов.

ρ = Сопротивление грунта (Омметр).

R = Сопротивление одиночного стержня в изоляции (Ω).

Факторы для параллельных электродов в линии

Количество электродов (n)

Фактор ( λ )

2

1,0

3

1,66

4

2,15

5

2,54

6

2,87

7

3.15

8

3,39

9

3,61

10

3,8

Для расчета заземления электродов, равномерно расположенных вокруг полого квадрата, например, по периметру здания, приведенные выше уравнения используются со значением λ, взятым из следующей таблицы. Для трех стержней, расположенных в равностороннем треугольнике или в L-образовании, может быть принято значение λ = 1,66

Факторы для электродов в полом квадрате

Количество электродов (n)

Фактор ( λ )

2

2,71

3

4,51

4

5,48

5

6,13

6

6,63

7

7,03

8

7,36

9

7,65

10

7,9

12

8,3

14

8,6

16

8,9

18

9,2

20

9,4

Расчет контурного защитного заземления для полых квадратов проводят по формуле общего количества электродов (N) = (4n-1). Эмпирическое правило состоит в том, что параллельные стержни должны располагаться, как минимум в два раза больше по длине, чтобы использовать все преимущества дополнительных электродов.

Если разделение электродов намного больше их длины, и только несколько электродов находятся параллельно, то результирующее сопротивление заземления может быть рассчитан с использованием обычного уравнения для сопротивления. На практике эффективное сопротивление заземления обычно будет выше, чем расчетное.

Как правило, массив с 4 электродами может обеспечить улучшение в 2,5-3 раза.

Массив 8 электродов обычно дает улучшение, возможно, в 5–6 раз. Сопротивление исходного заземляющего стержня будет снижено на 40% для второй линии, 60% для третьей линии, 66% для четвертой.

Пример расчета электрода

Вычисление общего сопротивления заземляющего стержня 200 единиц, расположенных параллельно, с интервалом 4 м каждого, и если они соединяются в квадрат. Заземляющий стержень имеет длину 4 метра и диаметр 12,2 мм, сопротивление поверхности 500 Ом. Сначала вычисляется сопротивление одиночного заземляющего стержня: R = 500 / (2 × 3,14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0,0125) -1) = 136,23 Ом.

Далее общее сопротивление заземляющего стержня в количестве 200 единиц в параллельном состоянии: a = 500 / (2 × 3,14x136x4) = 0,146 Ra (параллельная линия) = 136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200) = 1,67 Ом.

Если стержень заземления подключен к пустотелой площади 200 = (4N-1),

Ra (по пустому квадрату) = 136,23x (1 + 9,4 × 0,146 / 200) = 1,61 Ом.

Калькулятор заземления

Как видно, расчет заземления — очень сложный процесс, использует много факторов и сложные эмпирические формулы, доступные только подготовленным инженерам при наличии сложных программных комплексов.

Пользователю можно сделать только прикидочный расчет, используя онлайн-сервисы, например, Allcalc. Для более точных расчетов, все равно нужно обратится к проектной организации.

Онлайн-калькулятор Allcalc поможет быстро и точно выполнить расчет защитного заземления в двухслойной почве, состоящей из вертикального заземления.

Расчет параметров системы:

  1. Верхний слой почвы — песок сильно увлажненный.
  2. Климатический коэффициент- 1.
  3. Нижний слой почвы — песок сильно увлажненный.
  4. Количество вертикальных заземлений- 1.
  5. Глубина верхнего слоя почвы H (м) — 1.
  6. Длина вертикального участка, L1 (м) — 5.
  7. Глубина горизонтального участка h3 (м) — 0.7.
  8. Длина соединительной полосы, L3 (м) — 1.
  9. Диаметр вертикального участка, D (м) — 0.025.
  10. Ширина полки горизонтального участка, b (м) — 0.04.
  11. Электрическое сопротивление почвы (Ом / м) — 61.755.
  12. Сопротивление одного вертикального участка (Ом) — 12.589.
  13. Длина горизонтального участка (м) — 1.0000.

Устойчивость к горизонтальному заземлению (Ом) — 202.07.

Расчет сопротивления защитного заземления завершен. Общее сопротивление распространения электрического тока (Ом) — 11.850.

Земля обеспечивает общую опорную точку для многих источников напряжения в электрической системе. Одной из причин, почему заземление помогает сохранить человека в безопасности является то, что земля — самый большой проводник в мире, а избыточное электричество всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Заземляя электрическую систему дома, человек дает возможность току уйти в землю, чем спасает свою жизнь и жизнь окружающих.

Без правильно заземленной электрической системы дома пользователь рискует не только домашними бытовыми приборами, но и своей жизнью. Вот почему в каждом доме нужно не только создать заземляющую сеть, но и ежегодно контролировать ее работоспособность с помощью специальных приборов измерения.

Предотвращение образования контуров заземления в вашей печатной плате | Блог о дизайне печатных плат

Альтиум Дизайнер

|&nbsp Создано: 30 марта 2018 г. &nbsp|&nbsp Обновлено: 10 декабря 2020 г.

Я думаю, что мы все были там.Вы покупаете эту потрясающую стереосистему только для того, чтобы услышать знакомый жужжащий звук на заднем плане. Когда вы приносите его обратно в магазин, продавец обвиняет производителя. Какие компоненты следует считать проблемными? Развязывающий конденсатор или заземляющий провод? Как насчет обходного конденсатора или помех контура заземления печатной платы? Производитель стереосистем будет винить производителя компонентов, а производитель компонентов не может никого винить. На самом деле источником проблемы являются контуры заземления, которые образуются из-за некачественной конструкции.

Контуры заземления создают шум в электрических цепях, иногда называемый заземляющим кольцом. В заземляющих плоскостях могут протекать большие токи, а перепад напряжения между заземляющими соединениями вызывает образование контура заземления. Звон или жужжание в некоторых аудиосистемах — это лишь одно из проявлений заземления печатной платы. Читайте дальше, чтобы узнать о предотвращении контуров заземления печатных плат.

Почему так важна наземная маршрутизация?

Если вы помните свой 101 класс электроники, то знаете, что все электрические токи движутся по замкнутым контурам.В топологии печатной платы сигналы распределяются по плате с использованием сигнальных и близлежащих обратных дорожек. Когда сигнал достигает полной силы и проходит через плату, сигнальная и обратная дорожки создают токовую петлю. Сила индуцированного обратного тока зависит от ряда факторов. Если мы вкратце рассмотрим дорожку и ее заземляющий слой по отдельности, то в заземляющем слое индуцируется ток из-за паразитной емкости между дорожкой и ее заземляющим слоем.

Так почему это важно? Если дорожка расположена ближе к заземляющему слою, емкостное сопротивление сигнала на дорожке будет ниже, что заставляет обратный путь проходить ближе к области под дорожкой. Это означает, что если вы хотите обеспечить надежный обратный сигнал на землю, ваш сигнал и обратный сигнал должны быть расположены как можно ближе друг к другу. Размещение сигнальной дорожки ближе к плоскости заземления обеспечит меньшую индуктивность контура, что поможет снизить восприимчивость к электромагнитным помехам. Поместив заземляющую пластину под сигнальные дорожки, обратный сигнал естественным образом сформируется ниже сигнальной дорожки, и ваша схема будет завершена.

Соединения заземления

Когда заземляющая плоскость расположена непосредственно под плоскостью, содержащей ваши сигнальные трассы, все ваши сигнальные трассы будут индуцировать свои собственные обратные пути непосредственно в заземляющей плоскости.Это должно проиллюстрировать удобство использования большой заземляющей пластины для маршрутизации обратных сигналов, а не индивидуальной разводки обратных трасс.

Ни один заземляющий слой не является идеальным проводником; он имеет некоторое сопротивление и реактивное сопротивление. Если две сигнальные дорожки соединяются с заземляющей пластиной в разных точках, между этими двумя соединениями может существовать небольшая разница напряжений. Это основной источник контуров заземления печатной платы в заземляющем слое. Потенциалы контура заземления и обратного пути, как правило, порядка микровольт, но этого все же достаточно, чтобы вызвать проблемы с целостностью сигнала, особенно в слаботочных устройствах.


Надлежащее планирование может смягчить некоторые потенциальные проблемы контура заземления печатной платы

Хотя кольцо заземления печатной платы, которое возникает из-за контура заземления, никогда не может быть полностью устранено, его можно значительно уменьшить, чтобы свести к минимуму его влияние на целостность сигнала. Вместо того, чтобы соединять заземляющие соединения в разных точках, лучше проложить дорожки к заземляющему соединению с плоскостью заземления. Это сводит к минимуму любую разность потенциалов между дорожками печатной платы, соединяющими заземление, просто уменьшая расстояние между ними.

Обратный провод заземления к источнику питания также должен быть подключен к заземляющему проводу в одной точке. Когда заземляющая пластина подключена к источнику питания только в одной точке, вся заземляющая пластина будет иметь почти одинаковый потенциал. Если заземляющая пластина подключена к обратке источника питания в нескольких точках, из-за разницы напряжений между этими соединениями могут образоваться контуры заземления. Использование единственной и правильной точки заземления может устранить заземляющие кольца и петли на печатной плате.

Правильная топология

К сожалению, только более простые конструкции с низкой взаимосвязью компонентов позволяют разместить заземляющую пластину, которая проходит под каждой сигнальной дорожкой. Перекрытие заземляющего слоя под сигнальными дорожками, как правило, является хорошей идеей для низкочастотных устройств. Сохранение области, окруженной вашими сигнальными дорожками и заземляющей пластиной, небольшой, также снижает восприимчивость к внешним электромагнитным помехам.

Проведение большой заземляющей пластины под каждым компонентом может оказаться даже нежелательным в высокочастотных приложениях.Например, в высокочастотных цепях смешанных сигналов, управляемых кварцевыми генераторами, размещение заземляющего слоя непосредственно под тактовым генератором сигнала создает патч-антенну с центральным питанием. Это на самом деле усугубит проблемы с электромагнитными помехами, а целостность сигнала может ухудшиться без значительного экранирования.

Если вы решите использовать несколько плоскостей заземления, контур заземления печатной платы можно предотвратить между плоскостями заземления, используя правильную топологию. Вместо того, чтобы соединять заземляющие плоскости в кольцевой или гирляндной топологии, заземляющие плоскости могут быть подключены к заземлению источника питания в звездообразной топологии.Гирляндное соединение ваших заземляющих плоскостей может привести к возникновению контуров заземления между заземляющими плоскостями. Топология «звезда» соединяет каждую плоскость напрямую с источником питания и устраняет петли между заземляющими плоскостями.


Используйте топологию «звезда» для соединения нескольких плоскостей заземления

Если в проекте используется несколько заземляющих плоскостей, позаботьтесь о том, чтобы избежать разводки дорожек по нескольким заземляющим плоскостям. Трассировки должны быть проложены только по их собственной плоскости заземления. Это особенно важно при работе со смешанными сигналами.Например, если цифровой сигнал проходит через аналоговую заземляющую пластину, между цифровым и аналоговым сигналами может возникнуть шумовая связь. Это противоречит всей цели топологии звезды.

Инструмент PDN Analyzer  в Altium Designer ® позволяет оптимизировать конструкцию, чтобы свести к минимуму проблемы целостности сигнала и заземления печатной платы. Кроме того, интерфейс трехмерного проектирования печатных плат, безусловно, может помочь визуализировать ваши проекты. Чтобы узнать больше, поговорите с экспертом Altium сегодня.

2-портовое сквозное измерение и собственный контур заземления | 2019-04-05

2-портовое сквозное измерение представляет собой адаптацию 4-проводной измерительной системы Кельвина с использованием векторного анализатора цепей (VNA) для измерения очень низких импедансов, порядка милли/микроОм. Этот метод становится популярным из-за его важности для измерения импеданса сети распределения электроэнергии (PDN). В этой статье мы показываем теорию, лежащую в основе 2-портовых шунтирующих измерений с использованием ВАЦ, и то, как собственный контур заземления вносит ошибку измерения.Наконец, мы предлагаем решения проблемы контура заземления с результатами измерений. Эта бумага получила награду за выдающийся документ на EDI CON USA 2018.

Двухпортовое шунтирующее измерение является золотым стандартом для измерения импеданса в миллиомах, поддерживая измерения на очень высокой частоте. Эти возможности делают его идеальным для измерения сети распределения электроэнергии (PDN). В этой статье показано, как выполнить 2-портовое шунтирование с помощью коммерческого векторного анализатора цепей (VNA).К сожалению, это измерение включает нежелательный контур заземления. Оставленный без исправления контур заземления вносит значительные ошибки.

Рисунок 1. 2-портовая шунтирующая установка для измерения импеданса с использованием коммерческого ВАЦ Omicron Bode 100 для измерения низких импедансов
(Z DUT << 50 Ом).

Рисунок 2. Эквивалентная принципиальная схема 2-портового шунтирующего сквозного измерения, показанная на (Рис. 1)
для измерения R.

На рис. 1 показана обычная двухпортовая измерительная установка с шунтированием. На рис. 2 показана конфигурация схемы для измерения резистора с малым номиналом при 2-портовом шунтирующем измерении. Из определения S 21 [1, с. < 1 (верно для очень малых значений импеданса/сопротивления - R << R 0 ).Уравнение 1 менее интуитивно понятно при двухпортовом шунтировании. Другое представление определения S 21 показано в [1, стр. 2],

Уравнение 3 дает такое же значение для S 21 после упрощения. Разница здесь в том, что это дает интуитивное представление о том, что происходит с S 21 . Знаменатель является постоянным для ВАЦ, если импедансы источника и приемника фиксированы. Одно исключение из этого предложено Стивом Сэндлером в его статье «Расширение полезного диапазона 2-портового шунта посредством измерения импеданса» [2].Здесь источник R 0 увеличивается для смещения окна измерения. Источник R 0 увеличивается до более высокого значения путем добавления внешнего резистора, скажем, 450 Ом, и теперь Rs становится равным 500 Ом для 50-омного ВАЦ, предполагая, что интересующий нас диапазон частот таков, что внешний резистор электрически очень мал. и является сосредоточенным элементом на этой частоте. Что мы делаем здесь, так это то, что мы уменьшили максимальную мощность, которая может быть получена от ВАЦ, что увеличивает диапазон измеряемых импедансов.Следует отметить, что чувствительность является неотъемлемым свойством ВАЦ и не изменяется.

В уравнении 3, S 21 2 — это принятая мощность в Rx, пересчитанная на мощность, которая была бы принята, если бы DUT не присутствовал. Давайте посмотрим, как это отразится на 2-портовых измерениях импеданса. R = 25S 21 и S 21 увеличивается, когда увеличивается принимаемая мощность.

Любое увеличение принимаемой мощности будет отражаться как увеличение измерения R.

Неидеальность

Как и все измерения, 2-портовые шунтирующие измерения страдают от неидеальности. На рисунке 3 показаны две неидеальности:

  1. Потери в кабеле
  2. Контур заземления

Рисунок 3. Неидеальность, добавленная в двухпортовый шунт посредством измерений ВЧ заземление на передней панели.Это приводит к возникновению контура заземления в двухпортовом шунте при измерениях, как показано на рис. 3. альтернативный путь для возврата сигнального тока, рассматриваемый как синфазный ток. Добавление наземных соединений создало этот путь. Если бы этого пути никогда не существовало, весь ток возвращался бы по кабелю. Новый путь создал дополнительный путь для тока, который зависит от значения R G .Почти во всех ВАЦ R G << Rcable1b и Rcable2b. Таким образом, дополнительный ток будет намного больше по сравнению со случаем отсутствия этого дополнительного пути. Этот дополнительный ток увеличивает мощность приемника, что вызывает увеличение до S 21 и, в свою очередь, расчетного R 25S 21 . Это ошибка в измерениях, и она не связана с фактическим значением R. Таким образом, это будет считаться ошибкой.

Пример

Рисунок 5.Пример для оценки погрешности контура заземления

Возьмем пример для оценки того, какая ошибка возникает из-за синфазного тока, создаваемого контуром заземления. На рис. 5 показан пример, в котором исследуются два случая наличия и отсутствия контура заземления. Небольшое сопротивление (R G = 10 15 Ом) помещается в контур, чтобы имитировать соединение контура заземления, а большое сопротивление (R G = 10 15 Ом) помещается в контур. для имитации соединения контура заземления.Схема может быть решена с помощью любой программы SPICE для оценки мощности, потребляемой приемником в этих двух случаях,

  1. R G = 10 15 Ом
  2. R G = 10 15 Ом

Мы можем использовать уравнение 3 для оценки S 21 . Знаменатель, Мощность, потребляемая Rx при отсутствии ИУ = 5 мВт (потери в кабеле пренебрегаются и предполагается, что порт не расширяется посредством калибровки), представляет собой максимальную мощность, которая может быть передана от источника.Это константа по отношению к VNA. S 21 для этих двух случаев:

  1. S 21 =   = 0,022538
  2. S 21 =   = 0,0036841

Как мы и ожидали в случае 1, приемник потребляет больше энергии из-за более высокого синфазного тока. Расчетное значение R из S 21 на основе R = 25S 21 ,

  1. S 21 = 0,56344
  2. С 21 = 0.092101

Погрешность из-за контура заземления составляет почти 460 %. Небольшое отклонение в случае 2 связано с нашими приближениями и предположениями. Пример был сделан для DC. Тот же подход можно применить и для случая переменного тока. Это оставлено заинтересованным читателям.

Из этого примера видно, что нам необходимо минимизировать синфазный ток, который вносит большую ошибку в 2-портовые шунтирующие измерения.

Способы решения проблемы с контуром заземления

Рисунок 6.Удаление контура заземления в двухпортовом шунте с помощью установки для измерения импеданса, показанной на рисунке 1.

Рисунок 7. Схема синфазного трансформатора

На рисунке 6 показано решение проблемы контура заземления. Очевидным способом минимизировать ошибку измерения является минимизация синфазного тока. Мы разработали два продукта для минимизации синфазного тока

На рис. 10 показаны экспериментальные результаты с использованием синфазного дросселя Picotest (J2102A) и дифференциального усилителя с плавающим потенциалом (J2113A).

Первый подход заключается в использовании высококачественного 50-омного синфазного трансформатора или синфазного дросселя. Как видно из названия, он блокирует синфазный ток. На рис. 7 показана эквивалентная схема синфазного трансформатора. Синфазный трансформатор построен на ферритовом сердечнике, так что, когда Iвых = Iвх, индуктивность, подводимая к току, равна нулю. Часть этого тока называется дифференциальным током. Это ток, который способствует нормальной работе.

Когда часть тока проходит через один, но не возвращается через другой, это называется синфазным током.Синфазный трансформатор имеет очень большую индуктивность по отношению к этому току и эффективно блокирует его. Величина блокировки (затухания) сильно зависит от конструкции трансформатора. Поскольку этот трансформатор не должен влиять на нормальную работу измерения ВАЦ, он должен быть сконструирован таким образом, чтобы импеданс дифференциального тока составлял 50 Ом. Важным соображением является то, что синфазный дроссель неэффективен при постоянном токе или низкой частоте. Максимальная частота, при которой работает синфазный трансформатор, зависит от сердечника и определяется качеством материала.Мы получили лучшие результаты измерений, когда синфазный дроссель подключен к контуру приемника, как показано на рис. 8.

Рис. 9. Полуплавающий дифференциальный усилитель, включенный в двухпортовую схему измерения шунтирования
 

сопротивление 1 мОм

Другим подходом к проблеме контура заземления является использование дифференциального усилителя с плавающим потенциалом, который демонстрирует большое сопротивление синфазному току.Поскольку это сопротивление, полуплавающий усилитель эффективен и при постоянном токе. Лучшие результаты измерений наблюдаются, когда он подключен к контуру приемника, как показано на рисунке 9.

Заключение

Двухпортовое шунтирование является важным методом измерения для измерения очень низких импедансов. Поскольку импедансы PDN, которые необходимо измерять, уменьшаются из-за более высоких требований к функциональности чипа, этот метод становится все более популярным. В настоящее время обычно проектируемое целевое сопротивление PDN находится в миллиомном диапазоне.Однако некоторые из усовершенствованных конструкций PDN находятся в диапазоне микроом. Это делает двухпортовое сквозное измерение важным методом для проектов PDN.

К сожалению, 2-портовая шунтирующая измерительная топология имеет собственный контур заземления. Одним из способов решения этой проблемы является разрыв контура заземления. В этой статье предлагаются два метода (синфазный дроссель или полуплавающий дифференциальный усилитель) для размыкания контура заземления. Синфазный дроссель неэффективен при постоянном токе, в то время как дифференциальный усилитель с плавающим током является эффективным решением даже при постоянном токе.Результаты измерений для обоих этих предложенных решений были представлены, чтобы показать эффективность этих методов. Для точных измерений PDN требуется изоляция контура заземления с ровными частотными характеристиками и постоянным импедансом 50 Ом. Решения общего назначения или самодельные решения могут не обеспечивать требуемый плоский импеданс 50 Ом. В результате важно проверить ваш изолятор или использовать изолятор, сделанный специально для этой цели.

Обратите внимание, что одним из способов уменьшить влияние контура заземления является минимизация сопротивления в заземляющих соединениях от ВАЦ до ИУ.


ссылки

[1]   R. W. Anderson, «S-параметрические методы для более быстрого и точного проектирования сети», HP Application Note 95-1, Feb. 1967.

[2]   S. M. Sandler, «Extensing the полезный диапазон 2-портового шунта посредством измерения импеданса», IEEE MTT-S Lat. Являюсь. Микров. конф. (LAMC), стр. 1–3, декабрь 2016 г.

[3] JY Choi и I. Novak, «Моделирование и измерение микроомов в PDN», DesignCon 2015

 

Автор(ы) Биография

Anto K Дэвис получил оценку B.Тех. степень в области электротехники и электроники Национального технологического института Тричи, Индия, в 2006 г., а также степень магистра технических наук. и доктор философии получил степень в области дизайна электроники Индийского института науки, Бангалор, Индия, в 2010 и 2015 годах соответственно. Он работал в компании Huawei Technologies, Бангалор, Индия, с 2006 по 2007 год, и в компании Brocade Communications, Бангалор, Индия, в 2011 году. США, с января 2016 года по декабрь 2017 года.В настоящее время он работает старшим технологом в компании Picotest в Бангалоре, Индия (начал работу в январе 2018 года).

Его докторская степень. исследования касались методов снижения шума для микропроцессорных сетей распределения электроэнергии (PDN) и методов подавления антирезонансных пиков. В настоящее время занимается исследованием стабильности импульсных и линейных преобразователей на Пикотесте. Его исследовательские интересы включают: электромагнитную совместимость, целостность электропитания, анализ стабильности импульсных преобразователей мощности, управление силовыми преобразователями, преобразователи с переключаемыми конденсаторами, преобразователи с переключаемыми индукторами, беспроводную передачу энергии и Интернет вещей.

Steven M Sandler почти 40 лет занимается проектированием энергетических систем. Основатель и генеральный директор Picotest.com, компании, специализирующейся на инструментах и ​​аксессуарах для тестирования высокопроизводительных систем питания и распределенных систем, Стив также является основателем AEi Systems, компании, которая специализируется на анализе цепей в наихудших случаях для обеспечения высокой надежности. отрасли.

Он часто читает лекции и публикуется на международном уровне по темам целостности электропитания и проектирования распределенных энергосистем.Среди его последних книг: Моделирование импульсного источника питания с помощью SPICE (2018 г.) и Power Integrity: Measuring, Optimizing and Troubleshooting Power-related Parameters in Electronic Systems (2014 г.). Стив является лауреатом премии Джима Уильямса ACE в номинации «Сотрудник года» (2015 г.) и лауреатом премий DesignCon 2017 и EDICON USA 2017 Best Paper Awards.

 

 

Влияние земли с конечной проводимостью на индуктивность прямоугольного контура имеет большое значение и непосредственно связано с параметрами полусинусоидальной формы тока.Однако, как правило, влиянием земли с конечной проводимостью на индуктивность передающего контура пренебрегали или с землей обращались как с идеальным проводником. Другими словами, не существовало точного метода оценки влияния земли на индуктивность передающего контура. Поэтому в данной статье предлагается новый и удобный алгоритм расчета влияния земли на индуктивность прямоугольного контура. Был проведен полевой эксперимент, показывающий, что индуктивность постепенно увеличивалась при подъеме контура с 0 м до 30 м, что положительно подтверждало алгоритм.

1. Введение

После окончания Второй мировой войны большой спрос на природные ресурсы подтолкнул развитие аэроэлектромагнитных методов (АЭМ). В большинстве систем АЭМ в качестве источника тока используется петля из нескольких витков, закрепленная на самолете (самолете или вертолете) [1–3]. В результате в системах AEM, которые передают повторяющиеся полусинусоидальные волны тока, генерируемые последовательной LC-резонансной схемой, важна точная оценка индуктивности, поскольку она определяет форму волны передаваемого тока.Обычно индуктивность передающей петли измеряется на поверхности земли. Однако когда АЭМ-система летает в небе и работает на расстоянии над землей, как точно оценить индуктивность передающего контура — нерешенный вопрос.

Теория расчета индуктивности в однородной среде подробно изложена в книге Гровера [4], которая включает в себя взаимную индуктивность между двумя прямыми проводниками различных сечений и различных углов пересечения, а также самоиндукцию и взаимную индуктивность для круглых контуров и так далее.Кроме того, Greenhouse [5] предложил метод расчета индуктивности витковых прямоугольных контуров. А приближенные выражения индуктивности контуров -виткового квадрата приведены в [6]. Однако они действительны только в однородной среде.

Если бы учитывалось влияние земли с конечной проводимостью, расчеты индуктивности усложнились бы. Поскольку теория нормального зеркального отображения действительна только в диапазоне высоких частот, и в этом случае землю можно рассматривать как идеальный проводник [7, 8], то, как бороться с землей, становится проблемой на низких частотах.

Уэйт и Спайс [9] предложили теорию изображения земли с конечной проводимостью (теорию комплексного изображения), которая заменяет землю с конечной проводимостью идеально проводящей землей, расположенной на комплексной глубине , где , и . Поскольку это комплексное число, его нелегко понять с точки зрения расстояния, и трудно рассчитать индуктивность, просто подставив расстояние в существующее выражение на . Некоторые математические процедуры необходимы.

Проще говоря, токи, наведенные в земле, можно представить двумя частями, одна из которых имеет разность фаз 180 градусов относительно источника, а другая — 90 градусов разности фаз относительно источника [10].Следовательно, поля в воздухе, создаваемые наведенными токами в земле, включают в себя действительную часть и мнимую часть. Эти две части, относящиеся к комплексному расстоянию, необходимо разделить для удобства расчета взаимной индуктивности.

В данной работе, во-первых, получено выражение для влияния земли на горизонтальный провод конечной длины. Затем анализируется влияние земли на индуктивность петли на определенной высоте над землей. Наконец, демонстрируется практический пример и строится эксперимент.

2. Принципы бортовой электромагнитной системы

Большинство систем АЭМ передают полусинусоиду, периодически повторяющуюся с противоположной полярностью. Поскольку переменный во времени ток циркулирует в контуре передатчика, генерируется первичное электромагнитное поле. Это поле индуцирует вихревые токи в любых подземных проводниках за счет индукционных процессов. Эти вихревые токи имеют собственное вторичное поле, как показано на рисунке 1, которое несет информацию о «целевом теле» под землей.Сила вторичного поля в основном зависит от проводимости подземной геологии, дипольного момента передатчика, размера проводника и ориентации проводника относительно направления первичного поля. Сумма первичных и вторичных полей (известная как общее поле) измеряется одной или несколькими приемными катушками.


Система АЭМ, загруженная на платформу дирижабля, показана на рисунке 2. Передающий контур из 3-х витков закреплен под дирижаблем.Магнитный датчик находится в птице, которая буксируется специальным тросом на определенном расстоянии под дирижаблем. Для большей глубины обнаружения высота дирижабля обычно не превышает 200 м.


Одним из способов генерирования полусинусоидальной формы волны тока является схема резонансного инвертора (рис. 3), в которой и представляют собой петлю. На первом этапе срабатывают тринисторы SCR1 и SCR4, что заставляет напряжение на конденсаторе увеличивать ток в положительном направлении.Когда напряжение на конденсаторе достигает значения , процесс заряда от источника питания прекращается, но в индуктивности остается положительный ток, который продолжает заряжать конденсатор. Во время процесса форма тока представляет собой полусинусоиду. В следующем полукруге срабатывают SCR2 и SCR3, а катушка индуктивности и конденсатор питаются от мощности в противоположном направлении. Процесс зарядки и разрядки повторяется. Текущая форма волны во втором полукруге представляет собой обратную полусинусоиду.


Соответствующая ширина полусинусоидального импульса равна .

Ширина полусинусоиды напрямую связана с индуктивностью и емкостью. При аэроэлектроразведке петля находится на высоте сотен метров над землей. Если бы индуктивность заметно отличалась на небе по сравнению с измеренным значением на поверхности земли, приемник потерял бы некоторую раннюю информацию или взял бы часть первичного поля, по ошибке воспринимаемую как вторичное поле (рис. 4).Поэтому в этой статье вопрос о том, как заземление влияет на индуктивность, является проблемой, которую необходимо решить. Если индуктивность сильно отличается на большой высоте, мы можем отрегулировать контур передатчика на поверхности земли, чтобы он соответствовал нашим ожиданиям, когда он находится в воздухе.


3. Метод

Метод, предложенный в этой статье, заключается в том, что влияние грунта может быть эквивалентно источнику изображения, расположенному на комплексной глубине. Другими словами, расчет эффекта земли можно перевести в расчет взаимной индуктивности.И расчет взаимной индуктивности между витками распадается на расчет взаимной индуктивности между одиночными проводами.

Прежде всего, здесь объясняется, как строится эквивалентность. Модель на рис. 5 основана на теории комплексного изображения [9, 11–17], которая показывает, что провод над землей имеет изображение на комплексной глубине. Поэтому влияние земли на поле провода эквивалентно действию изображения провода.


Однако поля, выведенные теорией комплексного изображения, содержат комплексную глубину , которую нельзя напрямую использовать для расчета взаимной индуктивности.Поэтому сначала выделяют действительную и мнимую части полей горизонтального провода конечной длины над землей, которые получают интегрированием магнитного поля диполя вдоль провода [18, 19]. Разделенное магнитное поле в направлении isЭтапы и результаты расчета для прямого провода конечной длины приведены в приложении А.

воздействие на горизонтальный провод источника, получается, как на рисунке 5.

Исходя из соотношения преобразования между прямоугольной координатой и цилиндрической координатой, второе магнитное поле провода в направлении (цилиндрической координате), измененном по формуле (1), может быть выражено как где

Как упоминалось ранее, полное влияние земли на прямоугольная петля, расположенная над поверхностью земли, моделируется эквивалентной петлей на комплексной глубине. Ссылаясь на рисунок 6, магнитный поток в петле 1, создаваемый петлей 2 (представление полного индуцированного тока в земле), может быть выражен как где и являются магнитным полем линии 1 ‘и линии 2’, соответственно, в направлении.


Поскольку магнитное поле линии 1′ неизменно по направлению (координата цилиндра на рис. 7),


Это означает, что интегрирование в определенной области равно интегрированию . Следовательно, взаимная индуктивность между контуром 1 и контуром 2 может быть представлена ​​как где — взаимная индуктивность между линией и линией в направлении. Здесь находится расстояние между источником и сложным изображением.

Что касается витковой петли, то можно имитировать метод, предложенный Гринхаузом [5].Петля в нашей системе показана на рисунке 8. Ширина проводника (здесь равна диаметру провода), расстояние от края до края между проводниками , а комплексное изображение провода — провод .


Поскольку ток в проводе комплексного изображения противоположен проводу источника, общая положительная взаимная индуктивность может быть представлена ​​как где — общее количество сегментов и — натуральные числа. А суммарную отрицательную взаимную индуктивность можно было бы представить как Расстояние и длину в формуле взаимной индуктивности можно рассчитать по способу в приложении Б.Следовательно, влияние земли на контур может быть рассчитано процессором как комбинация этих шагов.

4. Пример бортовой электромагнитной системы

В этом разделе предложенный метод применяется в качестве примера. Упомянутая в этом разделе петля имеет размеры прямоугольника 25 м 12 м и радиус ее поперечного сечения 10 мм, который расположен над полупространством со средой с проводимостью 0,01 См/м.

4.1. Индуктивность контура в однородной среде

Индуктивность прямоугольного контура круглого поперечного сечения с размером прямоугольника и радиуса провода [20].

Индуктивность указанного контура, рассчитанная по формуле (10), составляет 0,107 мГн. Если радиус проволоки становился меньше, результат становился больше.

4.2. Влияние земли на петлю

Согласно анализу в предыдущем разделе, взаимная индуктивность между одновитковой петлей и ее комплексным образом между исходными проводами и их сложным изображением. Затем параметры в формуле (7) и формуле (11) заменяются вышеуказанным значением.На рис. 9 величина расчетной взаимной индуктивности представлена ​​в зависимости от высоты петли.


Линейная диаграмма показывает, что значение значительно меняется, когда высота находится в диапазоне от 0 м до 30 м. Напротив, когда высота больше 30 м, значение почти равно нулю. Общее изменение индуктивности индуктивности составляет приблизительно 0,025 мГн. Поскольку значение отрицательное, наличие земли делает индуктивность меньше, чем в однородной среде.Поэтому легко сделать вывод, что индуктивность тем больше, чем выше ее высота.

5. Эксперимент

Для проверки алгоритма мы построили эксперимент (рис. 10). Поскольку петля, упомянутая в последнем разделе, слишком велика для проведения эксперимента на нашей платформе, 6-витковая круговая петля, которая меньше и удобнее, была поднята краном, с 30-метровым началом провода, свисающим вниз для измерение индуктивности на поверхности земли. Индуктивность регистрировалась анализатором импеданса, и данные были получены на нескольких разных высотах.Измеренные результаты перечислены в таблице 1.


Высота / м

0 1.579
5 1.58 5
10 1,600
15 1,609
20 1,613
25 1,617


Для простоты только два из записанных графиков (на высоте 5 м и 20 м) были выбраны и показаны на рисунке 11, где ось — представляет частоты, а ось — представляет индуктивность контура на заданной высоте.

Данные в таблице 1 показывают, что чем выше расположен контур, тем больше индуктивность. При изменении высоты от 0 м до 25 м общая разность индуктивностей составляет 0,038 мГн, что положительно свидетельствует о справедливости метода, предложенного в данной статье.

6. Заключение

Расчет индуктивности играет важную роль в геофизических приложениях. Хотя существовало много методов расчета индуктивности, ни один из них не учитывал влияние земли с конечной проводимостью.Кроме того, нормальная теория изображений не может быть использована, когда мы сталкиваемся с конечной проводимостью земли вместе с квазистатическими полями. Поэтому в данной статье предлагается подход к расчету влияния земли на индуктивность горизонтального провода и виткового прямоугольного контура. Эти расчеты основаны на квазистатических полях прямого проводника конечной длины, теории сложных изображений и определении взаимной индуктивности.

Приведен пример одновитковой петли и построен эксперимент.Поскольку влияние земли может быть смоделировано эквивалентной петлей, расположенной на комплексной глубине под землей, которая имеет ток, противоположный источнику, очевидно, что эффект ослабляется при увеличении высоты, и, следовательно, общий эффект делает индуктивность меньше, чем во всем пространстве.

Расчет, представленный в этой статье, также может быть распространен на другие геофизические приложения. Например, в морских электромагнитных методах землю можно заменить океаном.Если изменить частоту и проводимость полупространства для разных применений, общий эффект будет отличаться от такового в АЭМ-системах.

Приложения
A. Влияние земли на прямой провод

Если диполь в направлении положительной оси расположен в декартовой системе координат, а однородная основа проводимости занимает пространство , результирующее магнитное поле [18] находится в том месте, где частота мала.

Поля провода конечной длины могут быть получены путем интегрирования поля диполя вдоль провода.Для кабеля длиной [18] магнитное поле в направлении составляет где

Поля, вызванные заземленным концом [18], которые включают и , были отброшены, поскольку целью является вычисление поля контура. Отсюда

. Для облегчения последующих вычислений мы воспользовались сутью доказательства теории комплексных образов, впервые предложенной Уэйтом и Спайсом [9], а именно

. Одно из условий построения теории комплексных образов: где расстояние между источником обычного зеркального изображения и точкой наблюдения.Это означает, что аппроксимация справедлива, если точки поля находятся на расстоянии, несколько превышающем глубину скин-слоя. Но Баннистер расширил этот диапазон до диапазонов ближнего и дальнего поля [11]. Если размах примерно равен глубине скин-слоя, то погрешность метода составляет не более 20 %, что не имеет значения из-за неопределенности электропроводности грунта [12].

Для физического понимания формулу (4) необходимо упростить на

Согласно формуле разложения Тейлора и пренебрегая старшими производными, можно получить Тогда, применяя интеграл Зоммерфельда в верхнем полупространстве, что приводит к где есть расстояние между точкой поля и источником.

Результат получается в виде формулы (10), в которой выделенная жирным шрифтом часть обозначает первичное поле. создается индукционным током в земле. Действительная часть означает, что наведенный ток имеет разность фаз на 180 градусов относительно тока источника, а мнимая часть означает, что наведенный ток имеет разность фаз на 90 градусов относительно тока источника.

Взаимная индуктивность между линиями AB и CD (см. рис. 12) равна интегрированию магнитного поля линии AB от CD до бесконечности между пунктирными линиями (заштрихованная часть).


Поскольку цель состоит в том, чтобы рассчитать взаимную индуктивность между двумя прямоугольными петлями, прежде чем вычислять взаимную индуктивность между двумя проводами напрямую, сначала вычисляется магнитный поток, вызванный индуцированным током (см. рис. 13). между сложным изображением и источником, в данном случае .Это взаимная индуктивность между проводом источника и его комплексным изображением, если .


Если индуктивность провода в однородном пространстве была , то его индуктивность над землей равна

В (П.18), так как фаза мнимой части на 90 градусов опережает ток в источнике, то влияние земли на функцию тангенса, что означает, что играет роль только действительная часть после усреднения результата по циклу.

B. Влияние земли на поворотную петлю

Каждый сегмент на рис. 8 можно пронумеровать, чтобы наглядно представить длину каждого сегмента и расстояние между проводом и его изображением.

Поскольку длина каждого сегмента различна (рис. 8), взаимную индуктивность между ними необходимо проиллюстрировать здесь отдельно. Две нити длиной и соответственно, показанные на рис. 14, разделены расстоянием . взаимная индуктивность может быть представлена ​​как, а отдельные члены могут быть рассчитаны с использованием результата, приведенного в Приложении A. можно использовать дополнительные отношения.

Для

Длина сегментов с четными номерами на рисунке 8 может быть представлена ​​как Для сегментов с нечетными номерами, где . Если представлено как функция , и ,

Если было кратно 4, они способствовали . Расстояние между ними

Если было четное число, но не кратное 4, то они внесли свой вклад в . Расстояние между ними isorwhere округляет элементы до нуля (функция в MATLAB).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарность

Исследование выполнено при поддержке R&D ключевых инструментов и технологий для глубокой разведки ресурсов (Национальные проекты R&D для ключевых научных инструментов), Грант №. ZDYZ2012-1-03 и Национальной программой технологических исследований и разработок Китая (программа 863), грант №. 2012AA121901.

Сколько земли вам нужно для геотермального теплового насоса?

Самый распространенный вопрос, который нам задают в изоэнергии: сколько земли требуется для геотермального теплового насоса? К сожалению, прямой ответ: это зависит от того, какой размер геотермального теплового насоса вам нужен, который, в свою очередь, рассчитывается на основе ваших потребностей в отоплении.Джонатан Прайс из isoenergy объясняет, как это рассчитывается.

Как рассчитать пространство, необходимое для геотермального теплового насоса?

Чтобы правильно рассчитать размер массива грунтовых коллекторов для геотермального теплового насоса, нам нужно проработать несколько вещей. Во-первых, сколько тепла нам нужно направить в здание, чтобы поддерживать в нем комфортную температуру? В Великобритании у нас есть большое разнообразие типов зданий, размеров и качества строительства, поэтому количество тепла, необходимое для поддержания тепла в здании, также различается.

Двухквартирный дом с четырьмя спальнями, построенный в конце 2000-х годов, будет нуждаться в гораздо меньшем тепле, чем старинный четырехкомнатный коттедж того же размера с одинарным остеклением и плохой изоляцией. Таким образом, мы используем наш предыдущий опыт с различными типами зданий, чтобы установить расчетную мощность 2 ватт на м площади здания на всех этажах.

Например, хорошо изолированный дом 2000-х годов с четырьмя спальнями может иметь теплопотери 40 Вт/м 2 , в то время как наш негерметичный коттедж может достигать 90 Вт/м 2 .Предполагая, что оба дома имеют одинаковую площадь пола 250 м 2 , нашему новому дому нужен тепловой насос мощностью 10 кВт, а нашему старинному коттеджу — более 22 кВт.

После того, как мы установили, сколько тепла необходимо вашему зданию, мы знаем, сколько энергии нам нужно извлечь из земли, чтобы снабжать геотермальный тепловой насос. Это диктует размер массива горизонтальных коллекторов теплового насоса с грунтовым источником. Хорошо установленный геотермальный тепловой насос может извлекать около трех четвертей энергии, необходимой из земли, поэтому, учитывая наш старинный коттедж, нам нужен массив земли, достаточно большой, чтобы извлекать 16.5кВт стабильно.

Как Isoenergy рассчитывает пространство, необходимое для наземных массивов?

Isoenergy использует линейную горизонтальную траншейную систему для большинства наших наземных массивов. Это позволяет нам извлекать примерно 15 Вт на метр трубы в земле, поэтому нам нужны значительные 1100 метров коллекторной трубы для нашего старинного коттеджа.

Мы укладываем коллекторную трубу в линейные траншеи шириной 1 м, спуская трубу по одной стороне траншеи, делая петлю на дне и поднимаясь по другой стороне.Итак, нам нужно в общей сложности 550 м траншеи для нашего старинного коттеджа. Наименьшая петля трубы, которую мы обычно используем, будет 200 м, поэтому нам понадобится шесть витков по 200 м каждая (округляя вверх) в траншеях длиной 100 м.

Окончательный расчет — зазор между траншеями. Расстояние между траншеями должно быть не менее четырех метров, а ширина каждой траншеи составляет один метр, что означает, что нам нужна общая ширина 30 м на чуть более 100 м, чтобы установить подходящий горизонтальный массив для нашего старинного коттеджа.

Конечно, это сложный расчет, но мы можем свести его к некоторым основам для вас.Вам понадобится пространство длиной не менее 100 м, чтобы поместиться в горизонтальный массив коллекторов, а нам потребуется примерно 12 м 2 на м 2 площади вашего дома для очень негерметичного дома. Это даст вам максимальную площадь, необходимую для подавляющего большинства зданий в Великобритании. Конечно, есть исключения из этого эмпирического правила.

Если для горизонтального массива коллекторов недостаточно места, доступны и другие варианты. Если на вашем участке есть проточная вода, мы можем извлечь из нее тепло с помощью речных теплообменников EnergyBlade.Если есть водоем со стоячей водой, такой как озеро, мы можем использовать озерные петли. Если ничего не помогает, мы можем установить вертикальный наземный массив, используя скважины для бурения, что потребует гораздо меньшей площади поверхности.

Isoenergy может помочь вам оценить, есть ли у вас необходимое пространство, в рамках нашей бесплатной консультационной услуги. Используя карты Google и некоторые сведения об отапливаемом здании, мы можем быстро оценить целесообразность горизонтального коллекторного массива и при необходимости порекомендовать другие варианты. Вы можете связаться с нами сегодня по телефону 01293 821 345, где один из наших инженеров-консультантов сможет помочь.

Правильное размещение и размер индуктивных контуров

Индуктивные контуры: правильное размещение и размер
Используйте контуры подходящего размера для всех ваших приложений
Брайан Диксон

Миссис Джонс ехала на работу в своем новеньком роскошном автомобиле. Она щелкает пультом управления распашными воротами, и они покорно открываются. Когда она начинает расчищать дорогу, она вспоминает, что забыла свой портфель, который ей нужен для важной встречи. Миссис Джонс ставит машину на стоянку и выпрыгивает из кухни, чтобы забрать портфель.По пути к дому она слышит громкий хруст — ее новую машину раздавливает откатными воротами!

Миссис Джонс явно расстроилась. Как это можно было предотвратить? Помимо запоминания ее портфеля, в первую очередь, могли быть установлены петли, чтобы определить, что ее машина находится на пути к воротам. Петли — это самый безопасный метод обнаружения транспортных средств на пути к воротам, поскольку на них не влияют погода или препятствия, как на фотоглазах. Дилеры и установщики должны понимать, сколько петель нужно разместить в разных системах ворот и где.Чтобы лучше понять это, мы рассмотрим три типа распространенных систем ворот: раздвижные ворота, распашные ворота и двойные распашные ворота.

Сколько циклов и какого размера следует использовать?


В приведенном выше примере показаны рекомендации по размещению петли для 16-футовых скользящих ворот.


Для раздвижных ворот требуются две обратные петли, по одной с каждой стороны ворот — в двух футах от каждого бордюра и в четырех футах от ворот — чтобы полностью перекрыть проход ворот.Вы можете подойти на расстоянии двух футов от ворот, если петли правильно сфазированы. Используя правильную планировку и зная ширину проезжей части, вы можете определить размер необходимых петель. Два измерения, которые вам нужно найти, — это короткая и длинная части петли. Чтобы найти длинную часть петли (z), вычтите ширину проезжей части (x) на четыре фута, представленную следующей формулой: x – 4 = z. Короткий этап определяется тем, какие типы транспортных средств проезжают через ворота. Это важно, потому что короткая ножка петель определяет высоту обнаружения.Если жилые автомобили (низко к земле) являются единственными проезжающими транспортными средствами, рекомендуется четыре фута. Если коммерческие автомобили (например, грузовики UPS) будут проезжать, требуется более высокое обнаружение, и рекомендуется 6 футов. Выходная петля в этой системе ворот не является обязательной и подчиняется тем же формулам, что и обратные петли. Выходные петли могут быть расположены на расстоянии до 1000 футов от ворот. Преимущество более длинного захода на выездную петлю состоит в том, чтобы свести к минимуму время ожидания открытия ворот


В приведенном выше примере показаны рекомендации по размещению петли на 16-футовых распашных воротах.

Для распашных ворот требуется всего три петли: две обратные петли с каждой стороны ворот и теневая петля. Обратные петли, устанавливаемые на распашных воротах, необходимо размещать с каждой стороны ворот, в двух футах от каждого бордюра и в четырех футах от ворот в их открытом положении. Их размер определяется по той же формуле, что и скользящие ворота: x – 4 = z. Что отличается в этой системе ворот, так это добавление теневой петли. Эта петля помещается под путь открытия ворот, в двух футах от бордюра и в четырех футах от ворот в их закрытом положении и в четырех футах от ворот в их открытом положении.Чтобы определить отрезок петли, параллельный воротам в закрытом положении (y), вычтите ширину проезжей части (x) на 6 футов, представленную следующей формулой: x – 6 = y. Чтобы найти отрезок петли, параллельный бордюру (а), вычтите ширину проезжей части (х) на четыре фута, представленную следующей формулой: х – 4 = а. Выходная петля в этой системе ворот не является обязательной и может быть обратной петлей внутри объекта (для чего потребуется отдельный детектор) или другой петлей, которая может быть расположена на расстоянии не менее четырех футов от обратной петли внутри собственности.


В приведенном выше примере показаны рекомендации по размещению петли на 16-футовых распашных воротах.

Двойные распашные ворота требуют всего три петли: две обратные петли с каждой стороны ворот и теневая петля. Обратные петли монтируются так же, как распашные ворота; в двух футах от каждого бордюра и в четырех футах от ворот в их открытом положении. Их размер определяется по той же формуле, что и для скользящих и распашных ворот (x — 4 = z). Чтобы найти ветвь теневой петли, которая параллельна воротам в закрытом положении (b), вам нужно вычесть ширину проезда (x) на восемь; представлена ​​этой формулой: x – 8 = b.Чтобы найти ветвь теневой петли, которая параллельна воротам в открытом положении (c), вам нужно разделить ширину проезжей части (x) на два, а затем вычесть это значение на четыре фута, представленных по этой формуле: (x / 2) – 4 = с. Выходная петля в этой системе ворот не является обязательной и может быть обратной петлей внутри объекта (для чего потребуется отдельный детектор) или другой петлей, которая может быть расположена на расстоянии не менее четырех футов от обратной петли внутри собственности.

Вертикальные двери — Скоро появится раздел.

Дорожные полосы — например, на парковке или полосе для проезда в заведении быстрого питания. Раздел
скоро появится.

По возможности следует использовать установку прямых заглубленных петель вместо распилов. Петли прослужат дольше, чтобы избежать распилов, которые сделают рифленую татуировку на подъездной дорожке миссис Джонс.

Количество материалов!
Теперь, когда вы понимаете правильное размещение и размер петель, мы подробно рассмотрим материал, который вы используете.Провод лучшего качества, который вы должны использовать, должен быть близок или около 14AWG, так как провод большего сечения имеет меньшее сопротивление и гораздо большую прочность на растяжение. Петли никогда не должны иметь воздушных карманов внутри петли, потому что вибрации земли могут привести к ложным обнаружениям, что приведет к повторным обращениям в службу поддержки. Это означает, что петли никогда не должны находиться внутри канала. Вводная часть петли должна находиться внутри пластикового/ПВХ кабелепровода.

BD Loopalator
Loopalator — это бесплатный калькулятор расположения петель.Компьютерная программа имеет возможность рассчитать, где должны быть размещены ваши петли и какого размера, просто зная ширину проезжей части. Программа даже создаст подробную картину того, где должны быть размещены ваши петли и какого размера. Это изображение может быть подробной инструкцией, которую вы можете передать своей монтажной бригаде, или может быть включено в предложения в качестве рекомендаций непосредственно от производителя. Для работы Loopalator требуется любая версия Mircrosoft Excel. Если вы не можете запустить Loopalator, мы будем рады создать для вас диаграммы и отправить их вам по факсу или электронной почте.

 

Брайан Диксон (Brian Dickson) — генеральный директор компании BD Loops, занимающейся сборкой предварительно отформованных индуктивных петель прямого заглубления и распиленных индуктивных петель для производства ворот, дверей и парковок. За более чем 10 лет работы качество наших петель не имеет себе равных. Продукция BD Loops доступна через более чем 220 дистрибьюторов по всей стране. BD Loops предлагает 45 стандартных предварительно сформированных размеров петель, все стандартные и нестандартные размеры петель готовы к отправке в тот же день. Компания имеет несколько рекомендательных писем, свидетельствующих об их профессионализме и дизайне, и является членом следующих ассоциаций: AFA, IDA, NOMMA, IPI, CODA и IMSA.Посетите сайт www.bdloops.com и воспользуйтесь системой поиска дистрибьюторов, чтобы найти ближайшего к вам дистрибьютора. Если вы хотите поговорить с Брайаном Диксоном, позвоните в BD Loops по телефону 714-890-1604.

Часто задаваемые вопросы о геотермальной энергии — WaterFurnace

Общие вопросы о геотермальной энергии

1. Как работает геотермальная система?

В течение года температура наружного воздуха меняется в зависимости от сезона.Однако подземных температур нет. На самом деле, примерно от четырех до шести футов ниже поверхности Земли, температура остается относительно постоянной круглый год. Геотермальная система, состоящая из внутреннего блока и заглубленного контура заземления, извлекает выгоду из этих постоянных температур.

Зимой жидкость, циркулирующая по контуру заземления системы, поглощает аккумулированное тепло и переносит его внутрь помещения. Внутренний блок сжимает тепло до более высокой температуры и распределяет его по всему дому.Летом система работает в обратном направлении, вытягивая тепло из здания, перенося его через контур заземления и отдавая его в более холодную землю.


2. Чем геотермальная система отличается от обычной?

Геотермальная система использует энергию солнца, хранящуюся в земле, для обогрева и охлаждения домов и зданий.Как правило, электроэнергия используется только для работы вентилятора, компрессора и насоса агрегата. Таким образом, в отличие от обычных систем, геотермальные системы не сжигают ископаемое топливо для выработки тепла — они просто передают тепло земле и от нее.


3. Насколько эффективна геотермальная система?

Геотермальная система более чем в три раза эффективнее самой эффективной традиционной системы.Поскольку геотермальные системы не сжигают горючее топливо для производства тепла, они обеспечивают от трех до четырех единиц энергии на каждую единицу, используемую для питания системы.


4. Что означает геотермальная энергия для окружающей среды?

Поскольку геотермальные системы работают с природой, а не против нее, они минимизируют угрозу кислотных дождей, загрязнения воздуха и парникового эффекта.В замкнутом непрерывном контуре используется экологически чистая жидкость.


5. Требуют ли геотермальные системы особого обслуживания?

Нет. Геотермальные системы практически не требуют обслуживания. При правильной установке заглубленная петля прослужит не одно поколение. А другая часть работы (вентилятор агрегата, компрессор и насос) находится в помещении, защищенном от неблагоприятных погодных условий.Обычно периодические проверки и замена фильтров являются единственным необходимым обслуживанием.

[Верх]

 

Вопросы, которые следует задать

Новая система геотермального отопления


1. Какой размер предлагаемой печи по БТЕ?

Печи предназначены для производства определенного количества тепловой энергии в час.Термин «BTUH» относится к тому, сколько тепла может произвести блок за час. Прежде чем вы сможете определить, какой размер печи вам понадобится, вы должны провести расчет теплопотерь/притока тепла в конструкции. Исходя из этого, можно точно определить размер необходимой вам системы отопления. Размеры большинства печей, работающих на ископаемом топливе, существенно превышают требования к обогреву, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов.


2.Рейтинг эффективности реальный или это средний показатель производителя?

Все типы систем отопления и охлаждения имеют номинальную эффективность. Печи на ископаемом топливе имеют рейтинг эффективности в процентах. Печи на природном газе, пропане и жидком топливе имеют рейтинг эффективности, основанный на лабораторных условиях. Чтобы получить точную оценку эффективности установки, необходимо учитывать такие факторы, как потери тепла с дымовыми газами, циклические потери, вызванные превышением размеров, использование электроэнергии вентилятором и т. д., должны быть включены.

Геотермальные тепловые насосы, как и все другие типы тепловых насосов, имеют рейтинг эффективности в соответствии с их коэффициентом полезного действия или COP. Это научный способ определить, сколько энергии система производит по сравнению с тем, сколько она использует.

Большинство систем геотермальных тепловых насосов имеют КПД 2,5–3,5. Это означает, что на каждую единицу энергии, используемую для питания системы, от двух с половиной до трех с половиной единиц поступает тепло.В то время как эффективность печи, работающей на ископаемом топливе, может составлять 50-90 процентов, эффективность геотермального теплового насоса составляет около 300 процентов. Некоторые производители геотермальных тепловых насосов и электроэнергетические компании используют компьютеры для точного определения эффективности работы системы для вашего дома или здания.


3. Повлияет ли минимальная температура воды на входе на выбор теплового насоса?

Да.Если у вас есть система с открытым контуром, температура воды на входе (EWT) может варьироваться от 70 градусов на юге США до 40 градусов в Канаде. Все тепловые насосы могут работать при температуре от умеренной до теплой. Замкнутая система, с другой стороны, столкнется с EWT ниже точки замерзания. Не все геотермальные тепловые насосы будут эффективно работать при таких температурах. Для вас важно знать, с какими EWT будет работать ваш тепловой насос.


4.Квалифицированы ли дилер и установщики петель?

Не бойтесь спрашивать рекомендации у дилеров. Авторитетный дилер, не колеблясь, даст вам имена и номера, по которым вы можете позвонить, чтобы подтвердить свои возможности. То же самое относится и к установщику петли.


5. Какая система мне больше подойдет: разомкнутая или замкнутая?

Это зависит от нескольких факторов, как указано ранее.Дилер должен быть готов установить то, что лучше для вас, а не для него.


6. Каков срок окупаемости вашей системы геотермального теплового насоса?

Чтобы точно рассчитать это, вы должны знать, сколько в год вы сэкономите на затратах на энергию с геотермальной системой, и разницу в затратах между ней и альтернативной системой отопления и центральным кондиционером.

Чтобы рассчитать рентабельность инвестиций (окупаемость в годах), разделите годовую экономию на дополнительные затраты. Когда вы устанавливаете геотермальную систему в новом доме, ежемесячная экономия на эксплуатационных расходах, как правило, компенсирует дополнительные ежемесячные расходы на ипотеку, что немедленно приводит к ежемесячному положительному денежному потоку. Имейте в виду, что экономия энергии — это лишь одно из многих преимуществ, которые вы получаете от геотермальной системы.


7.Если в доме есть кабельное отопление потолка или отопление плинтуса, нужно ли устанавливать воздуховоды?

Не всегда. Может быть желательно установить геотермальные тепловые насосы. В некоторых небольших домах одна комнатная единица обеспечивает большую часть потребностей в отоплении и охлаждении. Потолочный кабель или блоки плинтуса затем можно было бы использовать для дополнительного тепла.


8.Если я хочу узнать больше о геотермальных тепловых насосах, к кому мне обратиться?

Ваша электроэнергетическая компания. У большинства электросетей есть информация об этих системах. Если у вас есть вопрос, на который они не могут ответить, они свяжут вас с тем, кто сможет.

[Верх]

 

Геотермальные тепловые насосы:

Что это такое и как они работают?

1.Что такое геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос — это электрическое устройство, которое использует естественную способность земли и/или подземных вод накапливать тепло для обогрева и охлаждения вашего дома или офиса.


2. Как это работает?

Как и любой другой тепловой насос, он просто перемещает тепловую энергию из одного места в другое.Ваш холодильник работает по тому же научному принципу. Используя процесс охлаждения, геотермальные тепловые насосы удаляют тепловую энергию, хранящуюся в земле и/или подземных водах, и передают ее внутрь помещения.


3. Как передается тепло между землей и домом или зданием?

Земля обладает способностью поглощать и хранить тепловую энергию.Чтобы использовать эту накопленную энергию, тепло извлекается из земли через жидкую среду (грунтовые воды или раствор антифриза) и перекачивается в тепловой насос или теплообменник. Там тепло используется для нагрева воздуха. Летом происходит обратный процесс, и внутреннее тепло извлекается из помещения и передается на землю через жидкость.

4. Работает ли он как на нагрев, так и на охлаждение?

Одной из особенностей, которая делает тепловой насос таким универсальным, является его способность быть системой отопления и охлаждения одновременно.Вы можете переключаться с одного режима на другой простым щелчком переключателя на комнатном термостате. В режиме охлаждения геотермальный тепловой насос забирает тепло из помещения и передает его более прохладной земле через грунтовые воды или подземную систему контуров.


5. Нужны ли мне отдельные контуры заземления для отопления и охлаждения?

№Один и тот же цикл работает для обоих. Все, что происходит при переходе от нагрева к охлаждению или наоборот, заключается в том, что поток тепла меняется на противоположный.


6. Какие типы петель доступны?

Существуют два основных типа: открытые и закрытые. В следующих двух разделах вы узнаете подробности о каждом из них.


7.Действительно ли работает подземная система трубопроводов?

Подземная труба, или «контур заземления», является самым последним техническим достижением в технологии тепловых насосов. Идея закапывать трубы в землю для сбора тепловой энергии возникла в 1940-х годах. Только в последние несколько лет новые конструкции тепловых насосов и улучшенные материалы труб были объединены, чтобы сделать геотермальные тепловые насосы наиболее эффективными системами отопления и охлаждения.

[Верх]

 

Геотермальные системы замкнутого цикла

 

1. Что такое замкнутая система?

Термин «замкнутый контур» используется для описания системы геотермального теплового насоса, в которой в качестве теплообменника используется непрерывный контур специальной заглубленной пластиковой трубы.Труба подсоединяется к внутреннему тепловому насосу, образуя герметичный подземный контур, по которому циркулирует раствор антифриза. В отличие от разомкнутой системы, потребляющей воду из скважины, замкнутая система рециркулирует свой теплоноситель в трубе под давлением.


2. Где может располагаться эта петля?

Это зависит от наличия земли и местности.Большинство замкнутых контуров вырыты горизонтально во дворах, прилегающих к зданию. Но подойдет любой участок рядом с домом или бизнесом с соответствующими почвенными условиями и достаточной площадью.


3. Насколько глубокими и длинными будут мои траншеи?

Траншеи обычно имеют глубину от четырех до шести футов и длину до 400 футов, в зависимости от того, сколько труб находится в траншее.Одним из преимуществ горизонтальной петлевой системы является возможность укладки траншей в соответствии с формой земли. Как правило, на тонну пропускной способности системы требуется 500-600 футов трубы. Для хорошо изолированного дома площадью 2000 квадратных футов потребуется трехтонная система с трубой длиной 1500–1800 футов.


4. Сколько труб в траншее?

Обычно отрезок трубы укладывается на высоте пяти футов, а затем закручивается в петлю на высоте трех футов после того, как нижняя часть трубы будет покрыта грунтом.Это позволяет укладывать трубы большей длины в одну траншею и не оказывает отрицательного влияния на эффективность системы. В других конструкциях петель используются четыре или шесть труб, что позволяет использовать более короткие траншеи, если площадь участка ограничена.


5. Что делать, если у меня недостаточно места для горизонтального шлейфа?

Замкнутые системы также могут быть вертикальными.Отверстия бурятся примерно до 125-150 футов на тонну мощности теплового насоса. В отверстия вставляются П-образные петли из трубы. Затем отверстия заполняют герметизирующим раствором.


6. Как долго прослужит петлевая труба?

Замкнутые системы должны устанавливаться только с использованием труб из полиэтилена высокой плотности или полибутилена. При правильном монтаже эти трубы прослужат многие десятилетия.Они инертны к химическим веществам, обычно присутствующим в почве, и обладают хорошими теплопроводными свойствами. Трубы ПВХ не должны использоваться ни при каких обстоятельствах.


7. Как соединяются участки трубы петли?

Единственным приемлемым методом соединения секций труб является термическое сплавление. Соединения труб нагреваются и сплавляются друг с другом, образуя соединение, более прочное, чем исходная труба.Механическое соединение труб для контура заземления никогда не является общепринятой практикой. Использование фитингов с зазубринами, хомутов и клеевых соединений обязательно приведет к выходу петли из строя из-за протечек.

 

8. Повлияет ли контур заземления на мой газон или ландшафт?

Нет. Исследования показали, что петли не оказывают вредного воздействия на траву, деревья или кустарники.В большинстве горизонтальных петлевых установок используются траншеи шириной около шести дюймов. Это, конечно, оставит временные голые участки, которые можно восстановить с помощью семян травы или дерна. Вертикальные петли требуют мало места и наносят минимальный ущерб газону.


9. Могу ли я рекуперировать тепло из септика?

Нет. В экстремальных условиях температура контура заземления будет опускаться ниже точки замерзания, что может привести к замерзанию вашей септической системы.Такое использование запрещено во многих областях.


10. Могу ли я самостоятельно установить контур заземления?

Не рекомендуется. Помимо термического сплавления трубы, для успешной работы контура очень важен хороший контакт «земля-змеевик». Непрофессиональная установка может привести к снижению производительности системы.


11.У меня рядом пруд. Можно ли вставить в него петлю?

Да, если он достаточно глубокий и большой. Для рассмотрения пруда требуется как минимум шесть футов глубины на самом низком уровне в течение года. Требуемая площадь поверхности зависит от нагрузки на отопление и охлаждение конструкции.

[Верх]

 

Геотермальные системы открытого цикла


1.Что такое открытая система?

Термин «открытый контур» обычно используется для описания системы геотермального теплового насоса, в которой в качестве источника тепла используются грунтовые воды из обычной скважины. Грунтовые воды закачиваются в тепловой насос, где извлекается тепло. Затем вода утилизируется соответствующим образом. Поскольку грунтовые воды имеют относительно постоянную температуру круглый год, они являются отличным источником тепла.


2. Что делать со сточной водой?

Существует несколько способов утилизации воды, прошедшей через тепловой насос. Метод открытого сброса является самым простым и наименее затратным. Открытый сброс просто включает выпуск воды в ручей, реку, озеро, пруд, канаву или дренажную плитку. Очевидно, что одна из этих альтернатив должна быть легко доступна и должна обладать способностью принимать количество воды, используемой тепловым насосом, до того, как станет возможным открытый сброс.

Вторым способом сброса воды является возвратный колодец. Возвратный колодец — это вторая скважина, возвращающая воду в подземный водоносный горизонт. Обратный колодец должен иметь достаточную мощность для утилизации воды, прошедшей через тепловой насос. Новую возвратную скважину должен устанавливать квалифицированный бурильщик. Точно так же профессионал должен проверить мощность существующей скважины, прежде чем ее использовать в качестве возврата.


3.Сколько грунтовых вод нужно системе открытого цикла?

Геотермальные тепловые насосы, используемые в системах с открытым контуром, нуждаются в различном количестве воды в зависимости от размера агрегата и спецификаций производителя. Потребность в воде конкретной модели обычно выражается в галлонах в минуту (галлонов в минуту) и указана в технических характеристиках этого устройства. Ваш подрядчик по отоплению должен быть в состоянии предоставить эту информацию.Как правило, средняя система будет использовать 1,5 галлона в минуту. на тонну мощности при эксплуатации.

Комбинация колодца и насоса должна быть достаточно большой, чтобы поставлять воду, необходимую тепловому насосу, в дополнение к вашим потребностям в воде для бытовых нужд. Вам, вероятно, потребуется увеличить гидробак или изменить водопроводную систему, чтобы обеспечить подачу достаточного количества воды к тепловому насосу.

4. К каким проблемам может привести плохое качество воды?

Плохое качество воды может вызвать серьезные проблемы в системах с открытым контуром.Перед установкой теплового насоса необходимо проверить воду на жесткость, кислотность и содержание железа. Ваш подрядчик или производитель оборудования может сообщить вам, какой уровень воды является приемлемым.

Минеральные отложения могут образовываться внутри теплообменника теплового насоса. Иногда для удаления налета достаточно периодической очистки раствором слабой кислоты.

Примеси, особенно железо, могут со временем засорить возвратный колодец.Если в вашей воде высокое содержание железа, убедитесь, что сбрасываемая вода не аэрируется перед ее нагнетанием в возвратный колодец.

Наконец, вы должны отказаться от использования воды из источника, пруда, озера или реки в качестве источника для вашей системы теплового насоса, если не доказано, что она не содержит чрезмерного количества частиц и органических веществ. Они могут засорить систему теплового насоса и вывести ее из строя за короткое время.


5.Наносит ли разомкнутая система ущерб окружающей среде?

Нет. Они не загрязняют окружающую среду. Тепловой насос просто отводит или добавляет тепло к воде. Никакие загрязняющие вещества не добавляются. Единственным изменением воды, возвращаемой в окружающую среду, является незначительное повышение или понижение температуры.

Некоторые люди обеспокоены тем, что разомкнутые системы способствуют истощению ресурсов подземных вод.Эта проблема не является критической в ​​некоторых частях Северной Америки из-за обильных запасов грунтовых вод.


6. Существуют ли законы, применимые к установкам без обратной связи?

В некоторых регионах вся установка или ее часть могут подпадать под действие местных постановлений, кодексов, соглашений или требований лицензирования. Свяжитесь с местными властями, чтобы определить, действуют ли какие-либо ограничения в вашем районе.

[Верх]

 

Части геотермальной системы


1. Какие компоненты системы геотермального теплового насоса?

Три основные части: блок теплового насоса, жидкий теплоноситель (открытый или замкнутый контур) и система подачи воздуха (воздуховод).


2. Все ли геотермальные тепловые насосы одинаковы?

Нет. Существуют различные виды геотермальных тепловых насосов, предназначенных для конкретных применений. Например, многие геотермальные тепловые насосы предназначены для использования только с грунтовыми водами с более высокой температурой, встречающимися в системах с открытым контуром. Другие будут работать при температуре воды на входе до 25 ° F, что возможно в системах с замкнутым контуром.

Большинство геотермальных тепловых насосов обеспечивают кондиционирование воздуха летом, но некоторые марки предназначены только для отопления зимой. Иногда эти системы, предназначенные только для обогрева, включают змеевик с охлаждением грунтовыми водами, который может обеспечить охлаждение в умеренном климате.

Геотермальные тепловые насосы также могут различаться по конструкции. Автономные блоки объединяют воздуходувку, компрессор, теплообменник и змеевик в одном корпусе. Сплит-системы позволяют добавить змеевик в печь с принудительной подачей воздуха и использовать существующий нагнетатель.


3. Придется ли мне дополнительно утеплять дом, если я установлю одну из этих систем?

Геотермальные тепловые насосы снизят ваши расходы на отопление и охлаждение независимо от того, насколько хорошо утеплен ваш дом. Тем не менее, изоляция и защита от атмосферных воздействий являются ключевыми факторами для получения максимальной экономии от любого типа системы отопления и охлаждения.


4. Может ли геотермальный тепловой насос также нагревать воду?

Да. Используя то, что называется пароохладителем, некоторые типы геотермальных тепловых насосов могут сэкономить вам до 50 процентов на счетах за нагрев воды за счет предварительного нагрева воды в резервуаре. Пароохладители входят в стандартную комплектацию одних агрегатов и являются дополнительными для других. Некоторые геотермальные модели могут обеспечить все ваши потребности в горячей воде по запросу с той же высокой эффективностью, что и циклы нагрева/охлаждения.


5. Сложно ли установить геотермальный тепловой насос?

Большинство блоков легко установить, особенно когда они заменяют другую систему принудительной вентиляции. Их можно устанавливать в местах, не подходящих для печей, работающих на ископаемом топливе, потому что в них нет горения, следовательно, нет необходимости в отводе выхлопных газов.

Воздуховоды должны быть установлены в домах, в которых нет существующей системы распределения воздуха.Сложность установки воздуховодов будет различной и должна оцениваться подрядчиком.

6. Можно ли добавить геотермальный тепловой насос к моей печи, работающей на ископаемом топливе?

Сплит-системы могут быть легко добавлены к существующим печам для тех, кто хочет иметь двухтопливную систему отопления. Двухтопливные системы используют тепловой насос в качестве основного источника тепла и печь на ископаемом топливе в качестве дополнения в экстремально холодную погоду, если требуется дополнительное тепло.


7. У меня есть воздуховод, но будет ли он работать с этой системой?

По всей вероятности, да. Ваш подрядчик по установке должен быть в состоянии определить требования к воздуховодам и любые незначительные модификации, если это необходимо.


8. Нужно ли мне увеличивать размер моей электрической услуги?

Геотермальные тепловые насосы не используют большое количество тепла сопротивления, поэтому существующие услуги могут быть достаточными.Как правило, услуга на 200 ампер будет иметь достаточную мощность, а услуги с меньшим усилителем в некоторых случаях могут быть достаточно большими. Ваша электроэнергетическая компания или подрядчик могут определить ваши потребности в обслуживании.


9. Должен ли я купить тепловой насос достаточно большой мощности, чтобы обеспечить отопление без дополнительного тепла?

Ваш подрядчик должен предоставить расчет нагрузки по отоплению и охлаждению (теплопотери, теплоприток), чтобы помочь вам выбрать оборудование.Размеры геотермальных тепловых насосов соответствуют вашим требованиям к охлаждению. В зависимости от ваших потребностей в отоплении геотермальный тепловой насос обеспечит 80-100 процентов расчетной тепловой нагрузки. Выбор размера теплового насоса для удовлетворения всех ваших потребностей в отоплении может привести к несколько более низким затратам на отопление, но экономия может не компенсировать дополнительные затраты на более крупный тепловой насос. Кроме того, слишком большой блок может вызвать проблемы с осушением в режиме охлаждения, что приведет к потере летнего комфорта.


10.Есть ли у геотермальных тепловых насосов наружные блоки?

Нет. Оборудование находится внутри вашего дома, обычно в подвале, гараже, подвале или техническом помещении. Поскольку он находится в помещении, срок службы компрессора и основных компонентов значительно увеличивается, срок службы большинства из них составляет 20 лет и более.

[Верх]

 

Источник: Electric Institute of Indiana & WaterFurnace International

Микроволновые печи101 | Заземление

Нажмите здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную цепям стабилизации питания

Да, Кузнечик, земля не всегда такое стабильное место, как ты думаешь.Здесь мы опубликуем несколько примеров того, как вы можете попасть в беду.

Контуры заземления

Новинка ноября 2014 года!

Взгляните на изображение контура заземления на 110 вольт в нашем микроволновом морге.

Многие инженеры и техники не знают, что такое контур заземления. Они не должны освещать это в колледже. И нет никакого «приложения для этого».

Вот пример, который должен быть знаком инженерам и специалистам по СВЧ: силовой транзистор включается для подготовки к ВЧ-тестированию.Обратки двух источников питания общие, кому-то почему-то захотелось сэкономить кусок провода. Провода имеют солидное сопротивление 0,1 Ом. На схеме можно нарисовать два контура питания, которые имеют общий путь заземления; отсюда и термин «контур заземления» или «контур заземления».

 

Типичная процедура включения обычно включает отключение устройства (скажем, -4 В) на затворе, а затем включение стока на полное значение (10 вольт). На самом деле, при этом у вас могут возникнуть проблемы с колебаниями, мы поговорим об этом в другой раз.Затем затвор медленно поднимается до тех пор, пока не появится целевой ток (1 ампер) на входе стока. В этот момент вы можете видеть, что само тестовое приспособление теперь поднято до ~ 0,1 вольта, что не совсем опасно для поражения электрическим током, но плохо по другой причине. Затем ИУ подключается коаксиальными кабелями к векторному анализатору цепей. Внезапно ток значительно возрастает. Может быть, РЧ-сигнал переводит ИУ в режим работы с большим сигналом? Может он нестабилен? Нет, вы просто сместили напряжение затвора на 0,1 вольта, что изменило постоянный ток; FET — это источник тока, управляемый напряжением, и здесь он неуправляем.А как насчет шума переменного тока на внешней оболочке VNA, так как он подключен к защитному заземлению помещения, которое в конечном итоге подключается к 220-амперной панели? Если бы вы сделали это с парой динамиков в своем домашнем кинотеатре (или стереосистемой, если вам больше 40 лет), вы бы заметили раздражающий гул, который заставил бы вас поискать проблему в Google и, в конце концов, познакомиться с термином «земля». петля» из Википедии. Попробуйте выполнить измерение фазового шума с контурами заземления и отправьте результаты!

Ниже показана передовая практика подключения двух источников питания к тестируемому устройству в условиях испытательной лаборатории.Здесь все четыре провода от двух источников питания направляются к ИУ, а защитное заземление остается разомкнутым на источниках питания, но подключается к ИУ. Сопротивление выводов может быть источником незначительных ошибок, но, по крайней мере, два источника не взаимодействуют друг с другом, и напряжение «земли» ИУ не изменится, когда оно подключено к другому элементу испытательного оборудования (например, к векторному анализатору цепей).

Если вы хотите стать по-настоящему модным, вы можете подключить сенсорные линии к источнику питания (вы знаете, те соединения, которые вам сказали не использовать…) Тогда блок питания будет самокорректироваться, а при установке стока на 10 вольт, блок питания будет компенсировать сопротивление щупов.

Но имейте в виду, есть два пути, по которым это может навлечь на вас неприятности. Если вы соедините сенсорные линии в обратном направлении, питание будет отключено, и вы взорвете оборудование. Компетентный инженер будет отправлен «увидеть, что произошло», и он/она осознает ситуацию, и вам лучше надеяться, что вы не взорвали их любимую железяку. В худшем случае вы взорвете колонку или несколько усилителей при тестировании пластин GaN и вас уволят.

Во-вторых, это может вызвать проблемы, если сенсорная линия отключается. Угадай, что может случиться, Кузнечик? Наш совет заключается в том, что сенсорные линии следует использовать только на установках для производственных испытаний и с одобрения инженера, который готов взять на себя ответственность за это или обвинить его, если что-то пойдет не так.

Обратите внимание: если ваше тестируемое устройство включает регуляторы напряжения и/или оно не потребляет много постоянного тока, вы можете никогда не узнать, что создали контур заземления. Но компетентные инженеры будут закатывать глаза, когда будут смотреть на вашу установку.Вы можете объяснить эту проблему только 10 или 20 раз в своей жизни, прежде чем она станет очень раздражающей…

Два параллельных пути к земле с блокировкой по постоянному току

Это интересная тема, мы надеемся скоро ее затронуть.

 

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.