Заземление, защитное заземление, технологическое заземление, молниезащита — эти понятия обыденны и просты на слух. Однако за внешней простотой скрывается клубок сложнейших, запутанных и нерешенных проблем. В северных регионах России, а особенно в Северо-Восточном регионе и на Дальнем Востоке, устройство заземлений сопряжено с рядом дополнительных трудностей. Прежде всего к ним относится наличие многолетнемерзлых грунтов, а также галечниковых и скальных пород.
Авторы:
- Грибанов А. С., технический директор;
- Белов Д. А., коммерческий директор.
В таких условиях надежность заземления зависит, в первую очередь, от правильного учета геоэлектрической структуры грунтов, величины удельного электрического сопротивления земли, правильного выбора оптимального метода расчета заземляющих устройств и их рациональных конструкций. Важно также учесть и то, что затраты на устройство заземлений подстанций и линейных объектов в условиях сложных грунтов достигают 30−35% от их сметной стоимости. Поэтому уменьшение затрат за счет оптимального проектирования и использования качественных систем заземления имеет огромное значение для всех предприятий электроэнергетики.
Традиционные технологии заземления
В настоящее время известно множество способов решения проблем заземления в высокоомных грунтах (≥ 100 Ом•м). Обозначим наиболее распространенные:
- Понижение естественного сопротивления грунта путем добавления в него минеральных солей рядом с электродом заземления. Соль, абсорбируя грунтовую влагу, превращается в электролит — тем самым улучшается электропроводность грунта и понижается температура замерзания;
- Замена части грунта вокруг электрода засыпкой с высокой электропроводностью (угольная обработка, засыпка коксовой мелочью
и т. п. ); - Глубинный заземлитель.
Перечисленные способы заземленияимеют ряд сложностей и существенных недостатков, которые обозначены ниже.
Добавление раствора поваренной соли рядом с электродом
Поскольку в большинстве случаев для организации заземляющего устройства используются материалы из черной углеродистой стали, соль вызывает очень сильную коррозию металла электрода, и заземление служит не более 6−8 лет.
За счет вымывания солей из околоэлектродного грунта весенним таянием и дождевой влагой в летний период со временем понижается концентрация электролита в грунте. В результате за 3−4 года снижается срок эффективной работоспо- собности электрода до 40%.
Замена высокоомного грунта вокруг электрода грунтом с более высокой электропроводностью
Это сложный способ, который реализуется путем замены части высокоомного грунта вокруг электрода заземления иным наполнителем, имеющим более низкое удельное сопротивление. Основными проблемами чаще всего являются удаленность объектов и отсутствие необходимого объема замещающего наполнителя.
Кроме того, дороговизна подобных смесей и проблемы своевременной доставки их на объект делают данный способ редко используемым.
Глубинные электроды
Данный способ предусматривает бурение глубоких скважин (от 8 до 100 м) с последующей установкой стальной шины и засыпкой ее глинисто-песчаной смесью с хлоридом натрия. То есть в данном случае обязательно наличие на строительной площадке специальной бурильной техники. Подобный вид работ достаточно дорогой за счет значительного увеличения трудозатрат, связанных с бурением, установкой обсадных труб и иных сопутствующих манипуляций. Стоимость устройства такого заземления еще больше возрастает при производстве работ в скальных и галечниковых грунтах.
При этом существует проблема значительной погрешности при замере сопротивления глубинных электродов. Это происходит в основном по причине разнородности грунта по составу и структуре в различных слоях скважины. Таким образом, уверенный в достижении требуемого сопротивления грунта потребитель в результате оказывается далек от истины.
Также при воздействии токов большой величины (10−20 кА), например при грозовом разряде, более значимой является такая характеристика заземляющего электрода, как скорость нейтрализации разряда, нежели собственно его удельная электропроводность. В этом случае контур из нескольких коротких электродов большого диаметра более эффективен, чем контур из 1−2 глубинных заземлителей.
Электролитическое заземление «Бипрон» как альтернатива традиционным технологиям
Электрод «Бипрон» вертикального или горизонтального типа представляет собой полую трубу, выполненную из высококачественной нержавеющей стали, стойкой к воздействию солей, диаметром 70 мм, длиной от 1 до 12 м. Один конец трубы имеет сварное дно, другой — винтовую пробку для заправки и ревизии. Заземлитель внутри заполнен вибрационным способом в заводских условиях специальной смесью минеральных электролитных солей высокой степени плотности с добавлением ингибитора (электролитический модуль). В стенках трубы по всей длине электрода имеются малоразмерные отверстия особой формы (перфорация).
Соли из модуля, через перфорацию смешиваясь с грунтовой влагой, превращаются в электролит. Медленно и равномерно проникая в окружающий грунт, этот раствор формирует область с повышенной электропроводностью и понижает температуру замерзания грунта вокруг электрода.
Для соединения с горизонтальным заземлителем (магистральной шиной) электрод снабжен полосой присоединения из нержавеющей стали (антивандальный вариант) или медным проводом без оплетки.
Вторым элементом в системе «Бипрон» является замена грунта вокруг электрода на материал с высокой электропроводностью, что уменьшает начальное сопротивление электрода к земле. Таким образом, стремительный рост сопротивления при понижении температуры значительно замедляется или прекращается вовсе.
В качестве заполнителя пространства вокруг электрода используется минеральный активатор грунта «МАГ-2000» (патентное изобретение, производитель «Бипрон»). Такое сочетание заземлителя и активатора (электрод заземляющий комплектный — ЭЗК) в условиях высокоомных грунтов повышает работоспособность всей системы более чем в 10 раз по отношению к традиционным способам заземления. Данное решение значительно уменьшает общую металлоемкость контура заземления и, соответственно, ведет к существенному сокращению трудозатрат на монтаж и обслуживание заземляющего устройства.
Подтвержденный срок службы ЭЗК «Бипрон» — более 30 лет.
В стандартной комплектации ЭЗК поставляется с инспекционным колодцем (полипропиленовый или чугунный) и принадлежностями для крепления к шине заземления, в упаковке по ГОСТ для районов Крайнего Севера и приравненных с ним местностей (рис. 1).
Заключение
Предприятие «Бипрон» с начала века разрабатывает и выпускает продукцию для организации электролитического заземления в районах вечной мерзлоты и высокоомных грунтов (Якутия, Крайний Север, Дальний Восток и пр.). Имея достаточный опыт в данном вопросе, наш коллектив предлагает обратить особое внимание на выбор способа организации заземления и оценить преимущества системы «Бипрон» (рис. 2).
Для эксплуатационных служб, а также для организаций, осуществляющих проектирование или монтаж систем заземления в районах со сложными грунтами, важно понимать, с какими проблемами можно столкнуться при устройстве контура заземления. Наличие параметров, которые подвергаются существенным сезонным изменениям в течение годичного цикла, значительно осложняет достижение требуемого стабильного сопротивления к токорастеканию в грунте.
Несомненно, что все электрическое и электронное оборудование на предприятиях должно быть надежно и безопасно заземлено. Просчеты, недосмотры, другие «слабые места» и ложная экономия в данной области могут привести к выходу из строя дорогостоящей техники и простоям в процессах производства, что в условиях пониженных температур крайне нежелательно.