Электролитическое заземление в вечномерзлых грунтах: вертикальные или горизонтальные электроды?

Освоение территорий вечной мерзлоты всегда было актуально для России, поскольку в этих регионах находятся несметные объемы полезных ископаемых, а также проходят кратчайшие трассы федеральных и даже международных транспортных коридоров. Но освоение мест, где почва постоянно находится в замерзшем состоянии, требует установки электрооборудования в условиях, когда организация заземления не является трививальной задачей.

В условиях средней полосы России инженерам приходится иметь дело с грунтами, удельное сопротивление которых составляет от 10 Ом·м (чернозем) до 150 Ом·м (суглинок).  В районах вечной мерзлоты удельное сопротивление составляет от 1000 Ом·м. Кроме этого, существуют проблемные грунты с удельным сопротивлением от 300 Ом·м, к зоне вечной мерзлоты не относящиеся, но, тем не менее, требующих специальных мер при организации заземления. Сделать заземление на глубине, где есть влажные грунты, либо грунтовые воды, не всегда представляется возможным. Кроме этого, есть определенный риск, что бурение на большую глубину, крайне затратное в условиях вечной мерзлоты, может и не привести к нужным грунтам.

Действующие ПУЭ 7 дают следующие указания на этот случай. П. 1.7.106 рекомендует выносить заземление на расстояние до 2 км туда, где удельное сопротивление грунта приемлемое. Но 2 км линии до заземления — это дорого и ненадежно. Кроме этого, предлагается осуществлять обработку грунта с целью снижения удельного сопротивления, но только в том случае, если возможности иных способов уже исчерпаны. Под обработкой грунта подразумевается насыщение его солью. Помимо того, что соль вымывается за 2 — 3 года и разъедает электроды, ее применение наносит ущерб экологии.

П. 1.7.107, в частности, рекомендует: помещать заземлители в незамерзающие водоемы и талые зоны, использовать обсадные трубы скважин, искусственно создавать талые зоны. Применение обсадных труб скважин требует наличия поблизости самих скважин, а также обсадных труб из металла, что сейчас бывает далеко не всегда. Незамерзающий водоем не всегда возможно найти поблизости. Остается искусственно создавать талую зону и, на самом деле, это оптимальный вариант по соотношению цена/качество.Именно на принципе искусственного создания талой зоны и работают так называемые электролитические заземления.

По конструкции электролитические заземления можно разделить на системы с вертикальными и горизонтальными электродами.

Принцип работы

Электрод электролитического заземления представляет собой перфорированную трубу из нержавеющей стали, заполненную изнутри специальной смесью минеральных солей. Труба соединяется с заземляющим проводником при помощи медного каната, либо полосы из нержавеющей стали. Для обеспечения необходимых физико-химических свойств к смеси минеральных солей добавляется присадка, состав которой различен у разных производителей заземления и является своего рода производственной тайной. Сопротивление электролитического заземления до 12 раз меньше сопротивления обычного заземления на основе стального электрода тех же размеров. Размер отверстий в трубе и состав, заполняющий электрод изнутри, рассчитаны таким образом, что при повышении влажности грунта не происходит полного растворения солей.

Грунт выщелачивается постоянно и равномерно. В результате со временем концентрация солей вокруг электрода только увеличивается, что обеспечивает не только отсутствие увеличения (что имеет место при методике засаливания почвы), а даже некоторое снижение  сопротивления заземления в процессе эксплуатации.

Обслуживание электролитического заземления сводится к контролю уровня внутреннего заполнителя и досыпки его внутрь трубы по необходимости. Для этого электролитическое заземление снабжается специальным прочным люком, который размещается над вертикальным электродом, либо над вертикальной частью горизонтального электрода, в зависимости от конструкции заземления. Следует отметить, что электролитические заземления производства ZANDZ требуют обслуживания не чаще, чем 1 раз в 10 лет при сроке службы заземления не менее 50 лет.

Вертикальный электрод

Представляет собой вертикальную трубу диаметром около 60 мм и длиной от 3 до 15 м, устанавливаемую в предварительно пробуренную скважину. Для того, чтобы при установке электрод не был деформирован, а также для его нормальной работы диаметр скважины должен заметно превышать диаметр электрода. В пространство между электродом и стенками скважины засыпается так называемый околоэлектродный заполнитель.

Он состоит из специальной смеси содержащей графитовую крошку заранее необходимой фракции. Благодаря околоэлектродному заполнителю увеличивается площадь контакта электрода с почвой, а также повышается равномерность процесса выщелачивания.

Конструкция электролитического заземления с вертикальным электродом

Примером электролитического заземления с вертикальным электродом является ZZ-100-102-MB.

Преимуществом вертикального электрода является технологичность — процесс бурения скважины в наше время максимально автоматизирован. К недостаткам вертикального электрода можно отнести то, что не всегда есть техническая возможность пробурить грунт на глубину 3 и более метров.

Горизонтальный электрод

В том случае, если пробурить грунт на заданную глубину не представляется возможным, делают траншею на глубине около 0,7 м. Поскольку на такой глубине грунт летом частично подтаивает, в это время года вести работы можно с помощью простого и недорогого оборудования.

Конструкция электролитического заземления с горизонтальным электродом

В траншею укладывается электрод L-образной формы, который обсыпается со всех сторон околоэлектродным заполнителем. Вертикальный участок устанавливается таким образом, чтобы обеспечить доступ к внутреннему заполнителю через колодец. Диаметр трубы составляет около 60 мм, общая длина вертикального и горизонтального участков электродов — от 3 до 15 м.

Простота монтажа – важное преимущество электролитического заземления с горизонтальным электродом ZZ-100-102 .

Выводы

При наличии технической возможности (буровой установки, способной работать с замерзшим грунтом), предпочтительно использовать систему с вертикальным электродом. Это оптимальный выбор при строительстве крупных объектов с большим количеством электрооборудования. При ограниченности в используемых средствах или фактическом отсутствии возможности применения вертикального выбор делается в пользу системы с горизонтальным электродом. В целом, горизонтальный электрод — наилучшее решение для небольших отдельно стоящих объектов вроде метеостанции или станции мобильной связи. Для того, чтобы не ошибиться в выборе типа заземления и правильно составить проект с учетом требований по безопасности, лучше обратиться к профессионалам из Технического центра ZANDZ.

Опасна ли молния в большом городе? Природа электрохимической коррозии Безопасность людей в наземном транспорте при прямом ударе молнии УЗИП и его плавкая вставка Электролитическое заземление в средней полосе России Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ" Почему вертикальные заземлители нельзя располагать близко друг к другу?