Принципы работы и использование различных видов анодных заземлителей
Анодное заземление — главный компонент установки катодной защиты и состоит из анодных электродов, размещенных в электролитической коррозионной среде. Заземление этого типа используется для защиты подземных металлических коммуникаций от коррозийных процессов.
Принципы работы анодных заземлителей
Примерно в середине XX века ученые осознали, что преодолеть развитие коррозии расположенных под землей металлических конструкций за счет одних только защитных покрытий не представляется возможным. По причине неоднородной структуры, высокой влажности и кислотности грунта на поверхности металла возникают участки с противоположными электродными потенциалами. В результате возникают гальванические коррозионные образования.
Коррозионное разрушение металла дополнительно провоцируется воздействием блуждающих токов. Такие токи время от времени появляются в почве, на поверхности которой проходит электрический транспорт, расположены электроподстанции, сотовые вышки и т. п.
Чтобы избежать коррозионных процессов, используются установки катодной защиты. Объект оказывается в условиях отрицательной поляризации, где выступает в качестве катода. Роль анода отдается специальному заземлительному устройству.
Находясь в электролитной среде, разные виды металлы имеют отличные друг от друга электродные потенциалы. Если в стальном трубопроводе запустить минус от постоянного источника электричества, а рядом с трубой установить электрод из цинка, алюминия или магния с подведенным к нему плюсом, цветной металл выступит в качестве анода. Электролизная реакция на поверхности металла запускает восстановительные процессы, ржавление становится менее интенсивным, а анод подвергается разрушению. Такие аноды называют жертвенными электродами.
По указанной схеме защищаются всевозможные металлические конструкции, находящиеся под землей, в том числе емкости, колонны, трубопроводы. Для организации эффективной защиты важно не только правильно подобрать анодный заземлитель, но и безошибочно выполнить монтажные работы.
В условиях плотной застройки в городах анодный заземлитель часто невозможно разместить по горизонтали. Существует вероятность его отрицательного воздействия на окружающие объекты. В связи с этим американские ученые выдвинули предложение возможности установки заземляющих устройств на большой глубине в вертикальном положении. Первое воплощение идеи увидело свет в 1952 году в США. Анодный заземлитель был установлен на глубину 90 метров.
В дальнейшем на практике было доказано, что глубинные заземлители подходят не только для городов, но и для использования на участках, где верхние пласты почвы отличаются повышенным удельным сопротивлением. Удаляясь от поверхности, сопротивление должно сокращаться. Неприменима технология глубинного заземления только для скальных пород и заболоченной местности.
Виды анодных заземлителей
Катодная защита объектов, изготовленных из металла, осуществляется не только глубинными, но и поверхностными заземлительными устройствами. Поверхностный анодный заземлитель находится на одном уровне с защищаемой конструкцией. Такие заземлители характерны компактностью и ограниченным радиусом действия. Поверхностная система — электрод, произведенный из цинкового или магниевого сплава, соединенный кабель с источником электропитания.
Чтобы получить более дешевую конструкцию и не потерять в качестве, современные устройства производятся из железокремниевого материала, отличающегося стойкостью к ржавлению. Поверхностные заземлительные системы чаще всего выглядят как стержень с круглой отливкой и заизолированными участками соединения контактного проводника с заземлителем.
Обратите внимание! Количество анодных заземляющих устройств определяется специалистом на основе анализа многочисленных факторов окружающей среды.
Стержни соединяют с магистралью с помощью термитного сварочного процесса или особыми зажимами. Срок службы поверхностного заземлителя достигает 35 лет, если его корпус присыпан смесью кокса и других минеральных веществ. Такая смесь замедляет процессы распада анода в грунте.
Глубинные заземлители используются с той же целью, что и поверхностные устройства. Однако монтаж и конструкция глубинных систем существенно отличаются. Глубинные аноды стоят значительно дороже, а потому их использование оправдано только в случае невозможности монтажа поверхностной системы.
Глубинные системы отличаются большой массой из-за дополнительного элемента — коксо-минеральной смеси, наносимой на анодный заземлитель. Глубина заземления достигает 40 и более метров. Это еще одна причина дороговизны монтажных работ: необходимо механизированное бурение с помощью буровых установок.
Несмотря на большую стоимость, заземление глубинного типа значительно эффективнее поверхностного, когда речь идет о защите больших территорий. В условиях плотной городской застройки часто проще установить один заземлитель глубокого заложения, чем создавать множество поверхностных систем. Еще один довод в пользу глубокого заземления — меньшие расходы на электроэнергию, что обеспечивается значительным радиусом действия системы.
Обратите внимание! Сопротивление в анодном заземляющем устройстве не зависит от сезона. Электрод расположен на глубине, где исключено промерзания грунта. Стабильное сопротивление — веский аргумент для использования именно этой методики.
Глубинные заземлительные контуры характеризуются менее длительным сроком эксплуатации в сравнении с поверхностными. Объясняется это большим давлением почвы на конструкцию. В среднем система глубокого заложения функционирует в течение трех десятилетий.
Особенности проектирования и установки
Проектирование и монтаж глубинного заземляющего устройства осуществляются в соответствии с определенными правилами:
- Электроды, входящие в гирлянду, устанавливают исключительно ниже уровня промерзания почвы. Особенно четко это условие следует соблюдать в регионах с многолетними мерзлыми грунтами.
- При превышении силы тока на катодной станции 25 Ампер понадобится установка на гирлянду перфорированной трубки для удаления газов, выделившихся в процессе работы оборудования. В противном случае газовая оболочка, возникающая возле анода, увеличивает сопротивление и сокращает радиус действия системы.
- Чтобы продлить срок службы электродов, скважину засыпают не землей, а коксовой крошкой.
Популярные модели анодного заземления
На рынке есть множество моделей, предназначенных как для поверхностной установки, так и для глубинной. Техника поставляется в комплекте, содержащем от 10 до 20 заземлителей и один источник электропитания.
Среди поверхностных заземлителей отечественного производства стоит выделить такие модели:
- «Менделеевец-ММ». Поверхностная модель, эффективно предотвращающая деструктивные процессы в подземных конструкциях. Заземлитель используют для защиты нефтегазовых объектов, но и могут задействовать и для охраны любых других металлических коммуникаций, расположенных в грунте. Интенсивность растворения электрода — 300 граммов в год. Исходя из массы электрода — 43 килограмма, — его хватит более чем на столетие.
- «Менделеевец-МТП». Магниевый анодный заземлитель поверхностного типа, используемый для предотвращения коррозии на магистральных трубопроводах. Характеристики модификации позволяют работать в условиях особенно агрессивных сред. Например, «Менделеевец-МТП» часто используют для защиты портовых сооружений. В комплектацию устройства входит станция, поставляющая электропитание.
Распространенные глубинные модели:
- «ГАЗ-М». Рассчитано на защиту глубоко установленных конструкций всех типов. Работает с током 10 Ампер.
- «Менделеевец-МРКГ». Устройство малорастворимого типа, предназначенное для работы в почвах с повышенным уровнем удельного сопротивления. В комплектацию входит до 24 заземлителей.
Обе модели глубинного оборудования рассчитаны на тридцатилетний срок службы при условии соблюдения правил установки.
Источник
Монтаж, испытания и ремонт заземляющих устройств
Под заземлением понимают преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки системы электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
Монтаж заземляющего устройства включает в себя прокладку шин заземления внутри здания подстанции и выполнение наружного контура заземления. Внутренний заземляющий контур выполняют чаще всего из полосовой стали, которую обычно крепят к стене либо пристрелкой дюбелями к беленому или кирпичному основанию с помощью строительно-монтажного пистолета, либо шурупами, ввинченными в пластмассовые дюбели, расклиненные в просверленных отверстиях в стене. Точки крепления полосы (рис. 4.55) располагаются вблизи (
100 мм) поворотов и мест ответвления, а также на расстоянии 650—1000 мм друг от друга на прямых участках.
Если в конструкциях зданий предусмотрены закладные детали, заземляющие проводники приваривают к ним, а к строительным конструкциям из гипсолита, шлакобетона, толстой штукатурки крепят на «вмазанных сухарях» (рис. 4.55, г).
К оборудованию заземляющие проводники, как правило, присоединяют непосредственно, а не через конструкции, на которых оно установлено, причем присоединение
|
проводников осуществляется с помощью специальных болтов или шпилек, заранее приваренных к корпусу заземленного оборудования. Однако в щитах, шкафах и других электроконструкциях заземлять каждый аппарат сложно, поэтому в этих случаях ограничиваются заземлением каркасов, корпусов, салазок электродвигателей, то есть самих конструкций. При этом места установки аппаратуры тщательно зачищают и смазывают техническим вазелином, чтобы создать хороший контакт между корпусом оборудования и конструкцией, надежно соединяют болтами или сваривают.
Рис. 4.55. Крепления стальных проводников заземления: а – держателем, приваренным к закладной детали; б – дюбелем непосредственно к стене; в – то же, с изгибом заземляющей полосы для обеспечения расстояния от стены; 1 — закладная деталь; 2 – держатель; 3 – дюбель-гвоздь; 4 – проводник заземления (полосовая или круглая сталь) |
Проход заземляющих шин сквозь стены выполняют через стальные трубы или обоймы, при пересечении температурных швов устраивают компенсаторы. Шины соединяют сваркой, длину сварочных швов принимают равной двойной ширине шины при прямоугольном сечении или шести диаметрам ее при круглом. Заземление опорных и проходных изоляторов, установленных на кирпичных и железобетонных строительных конструкциях, выполняют присоединением шин заземления к фланцам изоляторов при помощи болтов фланцев.
По окончании монтажа все расположенные внутри здания заземляющие проводники окрашивают черным асфальтовым лаком, места, предназначенные для присоединения временных переносных заземлений, оставляют зачищенными, неокрашенными.
В наружных электроустановках, расположенных на открытом воздухе вне зданий, а также в грунтах заземляющие проводники подвержены коррозии, поэтому их минимальные размеры регламентированы ПУЭ: диаметр круглой стали должен быть не менее 6 мм; толщина полосовой стали 4 мм, сечение шин (кроме магистралей) 48 мм 2 ; толщина полок угловой стали и стенок труб 3 мм; диаметр стальных однопроволочных спусков заземления на опорах ВЛ до 1 кВ — 6 мм, а на ВЛ выше 1 кВ —10 мм (площадь сечения многопроволочных спусков — 35 мм 2 ) на опорах ВЛ до 1 кВ — б мм, а на В Л выше 1 кВ — 10 мм (многопроволочных — 35 мм 2 ).
Наружный контур заземления предназначен для обеспечения наименьшего сопротивления растеканию тока в грунте. Он состоит из вертикальных заземлителей (так называемых электродов заземления) и горизонтальных соединительных заземляющих проводников, приваренных к вертикальным и объединяющих их в общий контур. В грунтах с большим удельным сопротивлением контур заземления выполняют либо из глубинных заземлителей, погружаемых в грунт на 10—30 м, либо из горизонтальных протяженных поверхностных заземлителей с длиной лучей до нескольких десятков метров. Монтаж наружного контура начинают с разметки и устройства траншей глубиной 600—700 мм. При небольших объемах работ устройство траншеи ведется вручную, так как применение мощных машин нерентабельно, а в других случаях их вообще нельзя применить из-за подземных коммуникаций и других препятствий, в лучших случаях применяют механизмы малой мощности, например микротраншеекопатель МТКМ-120.
Электроды заземления погружают в грунт различными способами, зависящими от конструкции и размеров электродов, характера грунта и его состояния во время монтажа (талый, мерзлый) и от ряда других факторов. Электроды из угловой и другой профильной стали можно забивать или вдавливать в грунт, а также закладывать в пробуренные сква жины.
|
Электроды из круглой или арматурной стали и труб погружают, кроме того, ввертыванием в грунт. Обычно наиболее рациональными способами монтажа являются: при талых и мягких грунтах — вдавливание и ввертывание стержневых электродов, забивка и вдавливание профильных электродов; при плотных грунтах — забивка электродов любого сечения; для мерзлых грунтов при необходимости глубокого погружения — закладка в пробуренную скважину.
Погружение небольшого числа электродов выполняется, главным образом, вручную: применяют также иногда легкий вибратор мощностью до 0,8 кВт или электромолоток, устанавливаемые в рабочее положение с погружаемым электродом усилием одного-двух рабочих. Процесс такого погружения зависит от множества факторов (в том числе, от плотности и состава грунта) и может продолжаться неопределенно долгое время или привести к переносу точки погружения.
Другое приспособление для забивки электродов, также имеющих небольшой вибратор, показано на рис. 4.56.
Рис.4.56. Забивка вертикальных электродов- заземлителей навесным механическим или электрическим вибратором: 1 — вибратор; 2 — погружаемый заземлитель; 3 —электромолоток; 4— вставной боек; 5— муфта; 6 — козлы с ограждением; 7—направляющий уголок; 8 — зажим |
Электроды заземления свободно вставляют через трубу — боек в верхний боек — держатель до упора. Затем включают вибратор, и с каждым его ударом электрод погружается на глубину, равную зазору между бойками, а все приспособление опускается вниз под действием своей тяжести. Зазор между бойками восстанавливается силой отдачи и упругости рессор. Когда приспособление, опускающееся вместе с электродом, приблизится к поверхности земли, вибратор отключают и приспособление снимают. Если глубина погружения заземлителя недостаточна, то к забитому заземлителю приваривают следующий отрезок круглой стали и процесс забивки повторяют.
Концы электродов, выступающие над дном траншеи, объединяют в контур горизонтальными заземлителями с помощью электро- или газосварки, реже — термитной сварки. Для предохранения от коррозии сварные швы, находящиеся в земле, покрывают горячим битумом. Перед этим сварные соединения осматривают и простукивают молотком, визуально проверяют отсутствие глубоких раковин, трещин и сколов. Простукиванием освобождают соединения от наплывов шлака и проверяют их прочность. По чистому звуку, характерному для монолита, и отсутствию дребезжания убеждаются в хорошем качестве сварки.
После проверки соединений траншею засыпают грунтом, а выводы от наружного контура заземления соединяют с внутренним. По окончании работ монтажная организация должна предъявить приемочной комиссии следующую техническую документацию: исполнительные чертежи и схемы с указанием расположения элементов контура заземления; акты на выполнение скрытых работ, в частности, заземлителей и скрыто проложенных заземляющих проводников; протоколы измерения сопротивления растеканию тока промышленной частоты контура заземления; акты проверки элементов выравнивания потенциалов и других устройств, предусмотренных проектом.
На каждое находящееся в эксплуатации заземляющее устройство должен быть заведен паспорт, содержащий схему заземления, основные технические данные, сведения о результатах проверки его состояния, о характере ремонтов и изменениях, внесенных в данное устройство.
Осмотр заземляющих устройств включает в себя проверку состояния контактных соединений заземляющих проводников, их крепления, степени воздействия на них коррозии, отсутствие нагрева. В установках напряжением до 1000 В проверяют также состояние искровых промежутков и пробивных предохранителей. Внешний осмотр заземляющего устройства производится вместе с осмотром электрооборудования электроустановок.
При текущем ремонте заземлений производят замену неисправных элементов заземляющего устройства; затяжку ослабленных болтовых соединений; обновление окраски. Капитальный ремонт заземлений, как правило, планируют заранее и проводят после тщательной подготовки к нему. Как исключение проводят внеочередные ремонты, необходимость в которых выявляется при измерениях, осмотрах и текущих ремонтах. При подготовке к капитальному ремонту изготовляют электроды заземления, заземляющие проводники, проверяют механизмы и приспособления, составляют график ремонта, проводят проверку знаний персонала и др. Сопротивление контуров заземления проверяют при подготовке в разное, в том числе и наиболее неблагоприятное, время года, т.к. измерения во влажном грунте и пересчет с помощью приближенных сезонных коэффициентов не всегда дают точные результаты, и при проверке зимой или в засушливый летний период сопротивление может оказаться чрезмерным. Снижение сопротивления заземлений до нормы достигается при капитальном ремонте устройством дополнительных электродов или нового заземляющего контура. При этом местонахождение и конструкцию контура заземления определяют по исполнительным чертежам и актам скрытых работ, поэтому техническую документацию, получаемую эксплуатационной организацией при приемке объекта в эксплуатацию, нужно хранить в течение всего срока его эксплуатации.
При планировании капитальных ремонтов рассчитывают примерный срок службы заземлителей, пользуясь результатами наблюдений за ними в конкретных условиях либо пользуясь ориентировочными средними данными. Так, в обычных условиях, например на промышленных подстанциях, коррозия незащищенной стали заземлителей составляет в грунте в среднем примерно 2,5 мм за 10 лет. Следовательно, полосовая сталь толщиной 5 мм, ржавеющая с обеих сторон, за 10 лет полностью выйдет из строя, а за 5 лет потеряет половину своей толщины и массы. При толщине полосовой стали 4 мм такая потеря произойдет за 4 года, при толщине 6 мм — за 6 лет и т.д. Так же будут ржаветь и полки угловой стали и стенки труб.
Электроды заземления заменяют, не ожидая их полного разрушения, в сроки, определяемые местными инструкциями. Обычно замену осуществляют при уменьшении вдвое толщины полосовой стали или толщины стенки труб, что совпадает с уменьшением вдвое массы заземлителя. Для заземлителей из круглой стали расчет срока замены ведется не по уменьшению диаметра, а по уменьшению массы вдвое, что возникает значительно раньше. Согласно действующим нормам элемент заземлителя должен быть заменен, если разрушено более 50 % его сечения [20].
Испытания заземляющих устройств проводят после окончания текущего и капитального ремонтов.
После текущего ремонта выполняют следующее.
Проверку непрерывности цепи в проводниках, соединяющих элементы оборудования с заземляющим устройством, которая выполняется простукиванием легким молотком заземляющих проводников в месте их соединения или ответвления для определения механической прочности.
Измерение переходного сопротивления заземляющих проводников между оборудованием и контуром заземления. Измерение сопротивления заземляющго устройства с помощью измерителя заземления типа МС-08, в котором используется метод амперметра-вольтметра с применением вспомогательного заземлителя и потенциального электрода (зонда). Шкала прибора отградуирована в Ом с тремя пределами измерения: 0—1000 Ом, 0—100 Ом, О—10 Ом.
|
Рис. 4.57. Схема измерения сопротивления заземляющих проводников прибором типа МС-08: 1 — переключатель; 2 — реостат потенциальной цепи; 3 — красная черта на шкале; 4 — зонд; 5 — вспомогательный заземлитель; Rx — испытуемое сопротивление заземления |
Измерения проводятся по схеме (рис. 4.57). При измерении больших сопротивлений зажимы E1L1соединяют перемычкой и присоединяют к испытываемому заземлителю R к, а для исключения погрешности, вносимой соединительными проводами, используют другую схему (рис. 4.58). Для создания нагрузочной цепи на некотором расстоянии от него в землю забивается вспомогательный за-землитель 5. Зонд 4 нужен для измерения падения напряжения в заземлителе в зоне нулевого потенциала. Для уменьшения погрешности при измерениях вспомогательные электроды (зонд и вспомогательный заземлитель) должны располагаться между собой и испытательным заземли-телем на определенном расстоянии (рис. 4.59). Эти расстояния составляют: а) сложный заземлитель (рис. 4.59, а):
б) сложный заземлитель, однолуче-
вая схема (рис. 4.59, б):
Рис. 4.58. Схема измерения сопротивления заземляющих
160 м L XB = L X3 = L B3 — 20 м ‘
г) сосредоточенный заземлитель (рис. 4.59, г):
При малом сопротивлении испытываемого заземляемого устройства длинные соединительные провода измерительной схемы могут внести значительную погрешность в результаты измерений, поэтому в этих случаях рекомендуется подключать заземлитель X двумя отдельными проводами от зажимов прибора lj и Е\.
Рис. 4.59. Взаимное расположение испытуемого заземлителя и вспомогательных электродов и минимальные расстояния между ними: а — сложный заземлитель, двухлучевая схема; б — то же, однолучевая схема; в — одиночный заземлитель; г — сосредоточенный заземлитель; D —диагональ контурного заземлителя; X— испытуемый заземлитель; 3 — зонд; В — вспомогательный заземлитель |
Измерение полного сопротивления петли «фаза— нуль» в установках напряжением 1000 В с глухим заземлением нейтрали. Для проверки соответствия заземляющих устройств требованиям защиты цепи при аварийных режимах необходимо измерять величину полного сопротивления всей цепи тока КЗ, при этом автоматически учитываются все факторы, от которых это сопротивление зависит, включая проводимости всякого рода па-
|
раллельных путей прохождения тока замыкания — металлоконструкций, оболочек, кабелей и т. п.
Рис. 4.60. Схема измерения сопротивления цепи «фаза—нуль» с отключением оборудования |
Наиболее просто измерить сопротивление цепи «фаза—нуль» при отключенной линии. Сначала измеряют сопротивление цепи Zn от точек М, Wvi Vj\o точки Р без учета сопротивления трансформатора (рис. 4.60) методом амперметра и вольтметра. Измерение проводят с подачей пониженного напряжения 12 или 36 В понижающего трансформатора Т2, который включают по возможности ближе к рабочему трансформатору, чтобы учесть сопротивление всей сети. Напряжение в испытываемой цепи для регулирования величины тока поднимают постепенно, для чего в цепи трансформатора устанавливают реостат RR. Естественные проводники от сети заземления не отсоединяют. Предварительно проверяют сопротивление изоляции испытываемой линии и в случае необходимости устраняют дефекты.
Для проверки расплавления плавкой вставки предохранителя FU1 (или отключения автоматического выключателя) производят искусственное замыкание в точке 1 на корпус аппарата при отключенном рубильнике S1. Для проверки сгорания плавкой вставки предохранителя FU2 такое же замыкание на корпус делают в точке 3 как более удаленной, чем точка 2. После подачи напряжения в цепь измеряют ток IИЗМ и напряжение UИЗМ для каждой точки. Сопротивление цепи «фазный-нулевой» провод от точек М, W, V до точки Р определяют по формуле:
Чтобы вычислить ток однофазного замыкания, определяют расчетное сопротивление трансформатора
из таблиц, после чего, зная величины
и
определяют ток одно-
Поскольку измерение проводится при отключенной нагрузке, в результаты подсчета вносят поправки: в качестве фазного напряжения принимают 0,95 UФ (чтобы учесть его реальное снижение при нагрузке); для учета переходного сопротивления в месте замыкания и погрешности приборов, вводят понижающий коэффициент, примерно равный 0,9.
Таким образом, расчетная формула имеет вид:
Для обеспечения надежности работы защиты наименьший ток однофазного КЗ I3 должен в несколько раз превышать ток её срабатывания. Поэтому величина тока I3 должна удовлетворять условию:
где IН — номинальный ток плавкой вставки, А;
k— коэффициент, равный для плавких вставок не менее 3, для автоматических выключателей — 1,4.
После капитального ремонта выполняют:
— выборочное вскрытие грунта для осмотра элементов заземляющего устройства,
находящихся в земле.
— проверку состояния пробивных предохранителей в установках напряжением до 1000 В
и искровых промежутков в цепи отсоса РУ 3,3 кВ.
Пробивные предохранители устанавливают непосредственно на крышках баков си-ловых трансформаторов. Один контакт предохранителя присоединяют к выводам обмоток низшего напряжения, другой — к баку трансформатора. Предохранитель рассчитан на ток до 220 А продолжительностью 30 мин. Пробой предохранителя происходит в отверстиях прокладки по воздушному промежутку при напряжении 350—500 В (U до 220 В) и 700—1000 В (U до 500 В).
Проверку состояния пробивных предохранителей начинают с внешнего осмотра предохранителя. Если на контактной поверхности предохранителя обнаружены подгары, их зачищают напильником. Проверяют исправность слюдяной прокладки. Поврежденную прокладку заменяют. Толщина слюды, определяющая уровень пробивного напряжения, должна быть 0,08—0,02 мм при номинальном напряжении до 220 В и 0,21—0,03 мм при напряжении до 500 В.
Исправность искровых промежутков, включенных между отсосом и внешним контуром заземления на тяговых подстанциях постоянного тока, контролируют электролампой, включенной параллельно промежуткам. Погасание лампы указывает на пробой.
На тяговых подстанциях переменного тока проверяют целостность цепи рельсов подъездных и станционных путей со стыковыми соединителями и путевыми дросселями связи с контуром заземления подстанции.
Дата добавления: 2017-11-04 ; просмотров: 1360 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник