Одиночный глубинный электрод (“обсадная труба”)

· При таком подходе заземлителем является глубокий электрод (чаще всего одиночный) в виде стальной трубы, размещенной в пробуриваемом в грунте отверстии. Бурение и размещение в отверстии трубы выполняется специальной машиной - буровой установкой (обычно на базе грузового автомобиля).

· Большая площадь контакта заземлителя с грунтом достигается большой длиной (вернее, глубиной) электрода. Кроме того, за счет достижения глубинных слоев грунта, в большинстве случаев имеющих меньшее удельное электрические сопротивление, такой способ имеет большую эффективность (меньшее сопротивление заземления), чем первый - при одинаковой суммарной длине электродов.

Достоинства:

· высокая эффективность

· компактность, т.к. не нужно “городить” множество электродов

· сезонная НЕзависимость качества заземления. Зимой из-за промерзания грунта сопротивление такого заземлителя почти не изменяется из-за нахождения в зоне промерзающего грунта не более 5-10% длины электрода.

Недостатки:

· высокая стоимость буровых работ (от 1500-2000 рублей за метр бурения). Приведенный в расчётах (п. Г2.2.) электрод обойдется в 50-60 тысяч рублей.

· (как и у первого способа) необходима сварка, а значит, сварочный аппарат и человек с навыками сварщика.

· (как и у первого способа) небольшой срок службы электродов в 5-15 лет (особенно в грунтах с высокими грунтовыми водами). При использовании толстостенной трубы возможно его увеличение до большего срока, однако это вызывает увеличение стоимости этой трубы.

3. Модульное заземление (для обычных грунтов) или“модульное штыревое заземление”. При таком способе строительства заземляющий электрод необходимой длины (глубины) представляет собой сборную конструкцию из нескольких коротких (1,5 метра) стальных штырей-модулей, имеющих небольшие поперечные размеры (диаметр менее 20 мм) с цинковым или медным покрытием, которые соединяются последовательно друг за другом. Для заглубления используется обычный бытовой электрический отбойный молоток с достаточной энергией удара. Как и в случае “обсадной трубы” - большая площадь контакта заземлителя с грунтом достигается большой длиной (глубиной) электрода. За счет достижения глубинных слоев грунта, в большинстве случаев имеющих меньшее удельное электрические сопротивление, такой способ имеет большую эффективность (меньшее сопротивление заземления).

Цинковое покрытие.В паре “цинк-железо” цинк является восстановителем/ донором (wiki). Окисляется/ корродирует прежде всего именно цинк, защищая, таким образом, железо. Когда вся его масса проучаствует в реакции (окислится) - начнет корродировать сталь.

Достоинства:

· отсутствие необходимости механической защиты покрытия при монтаже. Повреждение целостности покрытия не приводит к последствиям, т.к. цинк всё равно защищает железо, находясь рядом.

· дешевое, налаженное и широко распространенное производство оцинкованных изделий со стандартной для этого материала толщиной покрытия от 5 до 30 мкм (“горячее” и “холодное” цинкование)

· антикоррозийная защита не только штырей, но и всех металлоконструкций в зоне действия. Однако эти металлоконструкции чаще всего не нуждаются в такой защите.

Недостатки:

· сравнительно небольшое увеличение срока службы штыря из-за малой толщины покрытия - до 15-25 лет.

· Толстый слой цинкового покрытия имеет высокую стоимость. Кроме того, очень редко встречается производство, имеющее техническую возможность для этого.

· сокращение срока службы штырей в присутствии большого количества металлоконструкций, расположенных рядом с ними.

Медное покрытие . В паре “медь-железо” медь является окислителем, а железо - восстановителем/ донором (wiki). Окисляется/ корродирует прежде всего железо, защищая таким образом медь. Странно... нам необходимо противоположное действие. Но тут кроется особенность электрохимической реакции: она возможна только в присутствии электролита/ воды. Если железо изолировать от него, то реакция останавливается. Поэтому медное покрытие должно быть толстым и однородным для того, чтобы не допустить его глубокого повреждения при монтаже и таким образом не допустить попадания электролита/ воды к железу. При этом положительно сказывается мягкость/ пластичность чистой меди: она сильно уменьшает силу трения при сцарапывании, что не позволяет острому элементу в грунте (например, камню) полностью процарапать покрытие по глубине - до стального сердечника. Камень просто скользит по поверхности, снимая небольшой наружный слой. Такое поведение меди можно сравнить с мылом, используемым для снятия застрявшего на пальце кольца.

Достоинства:

· очень большой срок службы омеднённого штыря - до 100 лет (при соблюдении целостности покрытия)

Недостатки:

· необходимость создания покрытия большой толщины (от 200 мкм) для его защиты от глубокого повреждения при монтаже. Такое покрытие дороже более тонкого.

· дорогостоящее и редкое производство омеднённых изделий с большой толщиной покрытия

4. "Электролитическое заземление" (электролит - раствор солей). Электрод такого типа представляет собой трубу небольшой длины (обычно 2-3 метра) из нержавеющей стали, имеющей почти по всей длине перфорацию. Внутри этой трубы находятся гранулы (не порошок) смеси солей. Кроме привычного NaCl в смеси присутствуют еще 3 компонента. Состав якобы является секретом производителей.Промышленно выпускается два вида труб. В вертикальном исполнении и горизонтальном (в виде повёрнутой буквы “Г”).
Такой электрод помещается в грунт: вертикального исполнения - в заранее сделанную скважину необходимой глубины (2,5 - 3,5 метра); горизонтального исполнения - в заранее выкопанную канаву глубиной 0,7 метра длиной 2,5 метра (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Конструкция «электролитического заземлителя»

· Влага из грунта впитывается солями в электроде и выходит в виде раствора (электролита) в этот же грунт, пропитывая его и вызывая уменьшение его удельного электрического сопротивления.
Т.к. смесь солей находится в гранулах и в её составе присутствует специальная добавка, она не растворяется всем объемом в весеннее время, когда грунт пропитан водой. Таким образом достигается длительный и равномерный выход электролита из электрода, постепенно увеличивающий (а не просто сохраняющий) концентрацию ионов в окружающем грунте. Обычно заводской “заправки” электрода хватает на 15 лет, после чего возможна неоднократная “дозаправка”.

· Применение в качестве материала трубы из нержавеющей стали и использование менее агрессивной, чем NaCl смеси солей, обеспечивают срок службы “оболочки” такого электрода не менее 50 лет.

Достоинства:

· простота и лёгкость монтажа

· очень высокая эффективность заземлителя, обеспечивающая низкое сопротивление заземления

· компактность, позволяющая монтировать заземлитель на небольшой площадке.

·  большой срок службы заземляющего электрода (не менее 50 лет) при его “дозаправке” смесью солей.

· очень слабая сезонная зависимость качества заземления

· не нужна сварка. Элементы конструкции надежно сопрягаются без неё.

Недостатки:

· высокая цена электрода (40-60 тысяч рублей за электрод), которая ограничивает широкое использование.Рекомендуется применение электролитического заземления в вечномёрзлых или каменистых грунтах, в которых обычные способы строительства не позволяют добиться необходимого результата или ещё дороже.

        необходимость отдаления от фундаментов зданий и дорог.

Заземляющие устройства должны быть выбраны и смонтированы таким образом, чтобы удовлетворять следующим требованиям.

1. Значение сопротивления стеканию тока с ЗУ должно соответствовать требованиям защиты и работы установки в течение определенного периода (времени) ее эксплуатации.

2. Протекание токов замыкания на землю и токов утечки не должно создавать опасности в отношении нагрева, термической и динамической стойкости.

3. Применяемые в ЭУ заземляющие устройства по своим нормированным, гарантированным и расчетным характеристикам должны соответствовать условиям работы данной ЭУ.

  4. Заземляющее устройство ЭУ и связанные с ним конструкции должны быть стойкими в отношении воздействия окружающей среды или защищены от этого воздействия, а также должны иметь дополнительную механическую защиту по ГОСТ 30331.2, ГОСТ 50571.2-92.

  5. Строительная часть ЭУ (конструкций зданий и сооружений и их элементов) должна выполняться в соответствии с действующими Строительными нормами и правилами (СНиП) Госстроя РФ при обязательном выполнении дополнительных требований, которые будут приведены далее.

   6. Заземляющее устройство ЭУ должно удовлетворять требованиям действующих директивных документов о запрещении загрязнения окружающей среды вредным или мешающим влиянием электрических полей.

  7. Проектирование и выбор схем, компоновок и конструкций заземляющего устройства ЭУ должны производиться на основе технико-экономических сравнений, применения простых и надежных схем, внедрения новейшей техники, с учетом опыта эксплуатации, наименьшего расхода цветного металла и других дефицитных материалов, оборудования и т. п.

   8. При опасности возникновения электрокоррозии или почвенной коррозии должны предусматриваться соответствующие мероприятия по защите заземляющего устройства, железобетонных фундаментов производственных зданий и сооружений, оборудования, трубопроводов и других подземных коммуникаций.

  9. Буквенно-цифровое и цветовое обозначения одноименных нулевых защитных и нулевых рабочих шин в каждой ЭУ должны быть одинаковы (см. п. 1.6).

   10. Кроме того, необходимо, чтобы были выполнены требования ПУЭ по расположению шин.

   При расположении шин «плашмя» или «на ребро» в распределительных устройствах кроме комплектных сборных ячеек одностороннего обслуживания (КСО) и комплектных распределительных устройств (КРУ) 6-10 кВ, а также панелей 0,4-0,69 кВ заводского изготовления необходимо соблюдать следующие условия.

  1. В распределительных устройствах напряжением 6-220 кВ при переменном трехфазном токе сборные и обходные шины, а также все виды секционных шин должны располагаться:

     а) при вертикальном расположении: одна под другой сверху вниз А—В—С; одна за другой, наклонно или треугольником: наиболее удаленная шина А, средняя — В, ближайшая к коридору обслуживания — С;

      б) при горизонтальном расположении (в одной плоскости или треугольником): слева направо А—В—С или наиболее удаленная шина А, средняя — В, ближайшая к коридору обслуживания — С;

      в) ответвления от сборных шин, если смотреть на шины из коридора обслуживания (при наличии трех коридоров —из центрального): при горизонтальном расположении: слева направо А—В—С; при вертикальном расположении (в одной плоскости или треугольником): сверху вниз А—В—С.

2) В пяти- и четырехпроводных цепях трехфазного переменного тока в ЭУ напряжением до 1 кВ расположение шин должно быть следующим:

      а) при горизонтальном расположении: одна под другой: сверху вниз А—В—С—N—РЕ (PEN); одна за другой: наиболее удаленная шина А, затем фазы В—С—N, ближайшая к коридору обслуживания — РЕ (PEN);

     б) при вертикальном расположении: слева направо А—В—С—N—РЕ (PEN) или наиболее удаленная шина А, затем фазы В—С—N, ближайшая к коридору обслуживания — РЕ (PEN);

      в) ответвления от сборных шин, если смотреть на шины из коридора обслуживания: при горизонтальном расположении: слева направо А—В—С—N—РЕ (PEN); при вертикальном расположении: сверху вниз А—В—С—N—РЕ (PEN).

  3) При постоянном токе сборные шины должны располагаться: при вертикальном расположении: верхняя М, средняя (-), нижняя (+); при горизонтальном расположении: наиболее удаленная М, средняя (-) и ближайшая (+), если смотреть на шины из коридора обслуживания. Ответвления от сборных шин: левая шина М, средняя (-), правая (+), если смотреть на шины из коридора обслуживания.

   В отдельных случаях допускаются отступления от требований, приведенных выше, если их выполнение связано с существенным усложнением ЭУ (например, вызывает необходимость установки специальных опор вблизи подстанции для транспозиции проводов воздушных линий электропередачи) или если на подстанции применяются две или более ступени трансформации.

    Для защиты от электрического влияния заземляющих устройств ЭУ должны предусматриваться меры в соответствии с «Общероссийскими нормами допускаемых индустриальных радиопомех» и «Правилами защиты устройств проводной связи, железнодорожной сигнализации и телемеханики от опасного и мешающего влияний линий электропередач».

Безопасность обслуживающего персонала и посторонних лиц должна обеспечиваться путем:

· —применения надлежащей изоляции, а в отдельных случаях — усиленной;

· —применения двойной изоляции;

· —соблюдения соответствующих расстояний до ТВЧ или путем ограждения ТВЧ;

· —применения блокировки аппаратов и ограждающих устройств для предотвращения ошибочных операций и доступа к ТВЧ;

· —надежного и быстродействующего автоматического отключения частей ЭО, случайно оказавшихся под напряжением, и поврежденных участков сети, в том числе защитного отключения;

· —защитного заземления или защитного зануления корпусов ЭО и элементов ЭУ, которые могут оказаться под напряжением вследствие повреждения изоляции;

· —выравнивания потенциалов;

· —применения разделяющих трансформаторов;

· —применения напряжений 50 В и ниже переменного тока частотой 50 Гц и 120 В и ниже постоянного тока;

· —применения предупреждающей сигнализации, надписей и плакатов;

· —применения устройств, снижающих напряженность электрических полей;

· —использования средств защиты и приспособлений, в том числе для защиты от воздействия электрического поля в ЭУ, в которых его напряженность превышает допустимые нормы.

      В электропомещениях с установками напряжением до

1 кВ допускается применение неизолированных и изолированных ТВЧ без защиты от прикосновения, если по местным условиям такая защита не является необходимой для каких-либо иных целей (например, для защиты от механических воздействий). При этом доступные прикосновению ТВЧ должны быть расположены так, чтобы нормальное обслуживание исключало прикосновение к ним, обеспечивая требуемую ЭБ обслуживающего персонала.

     В производственных помещениях и электропомещениях устройства, служащие для ограждения и закрытия ТВЧ, допускаются сплошные, сетчатые или дырчатые. Ограждающие и закрывающие устройства должны быть выполнены так, чтобы снимать или открывать их можно было лишь при помощи ключей или инструментов.

     Все ограждающие и закрывающие устройства должны обладать достаточной механической прочностью в соответствии с местными условиями. При напряжении выше 1 кВ толщина металлических, ограждающих и закрывающих устройств должна быть не менее 1 мм.       В ЭУ напряжением до 1 кВ допускается выполнять ограждения сетчатыми с размером ячейки 10 х 10 мм.

    Для защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током, от действия электрической дуги все ЭУ должны быть снабжены средствами защиты, а также средствами оказания первой помощи в соответствии с «Инструкцией по применению и испытанию средств защиты, используемых в электроустановках».

     Выполнение указанных выше требований, предъявляемых к ЗУ, обеспечивает эффективность их применения в различных электрических сетях и ЭУ.