Электролитическое заземляющее устройство

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для обеспечения защитного заземления и заземления молниезащиты удаленных объектов электрооборудования линейных потребителей, таких как камеры приема систем линейной телемеханики магистральных газопроводов, расположенных на грунтах с высоким содержанием песка, или состоящих из скальных пород или многолетнемерзлых грунтов, обладающих высоким удельным электрическим сопротивлением (более 300 Ом/м).
Сопротивление заземления, соответствующее требованиям Правил устройств электроустановок (ПУЭ) (не более 4 Ом), в грунтах, перечисленных выше, может быть достигнуто только применением электролитического заземления небольшой глубины залегания.
Известно электролитическое устройство заземления (см. патент RU 157109, H01R 4/66. опубл. 20.11.2015), содержащее полый перфорированный металлический электрод, выполненный в вертикальном исполнении, заполненный смесью минеральных солей, отличающееся тем, что суммарная площадь перфорационных отверстий, расположенных в металлическом электроде, не превышает 20% от общей площади боковой поверхности металлического электрода. Недостатком данной полезной модели является то, что суммарная площадь перфорированных отверстий 20% не позволяет достаточно эффективно использовать электролит, за счет экономии солевого раствора значительно снижается надежность работы устройства, а значит и электробезопасность обслуживающего персонала.
Известен способ выполнения заземления в многолетнемерзлых грунтах (см. патент RU 2276825, Н02В 1/16, H01R 4/66. опубл. 01.01.2000). В предлагаемом способе уменьшения сезонного сопротивления устройства заземления электроустановки, заложенного в многолетнемерзлый грунт и гальванически связанного с коаксиальным нагревателем, достигается на контакте тонкого сезонно-талого электропроводящего поверхностного слоя грунта с талой электропроводящей средой вокруг нагреваемого током коаксиального нагревателя.
Недостатком известных способов заземления являются значительное снижение эффективности работы устройства, за счет ограниченной поверхности взаимодействия электролита с грунтом, в первом случае, и использование электроэнергии большой временной период в течение года, во втором случае.
Известно принятое за прототип электролитическое заземляющее устройство (см. патент RU 133980, H01R 4/66. опубл. 27.10.2013), которое состоит из металлического электрода с расположенным на нем узлом соединения с заземляющим проводником. При этом металлический электрод выполнен полым, L-образной формы с перфорацией в горизонтальной части, и заполнен смесью минеральных солей, а на торце вертикальной части электрода может быть установлена съемная крышка.
Недостатками известного устройства является сама форма конструкции L-образной формы, которая определяет: ограниченную поверхность распространения воды и образования электролита по длине горизонтальной части электрода по мере удаления от вертикальной его части; недостаточно эффективное заполнение всей длины полости электрода при повторной засыпке смеси минеральных солей в процессе эксплуатации, в случае, если эта длина горизонтальной части значительна; недостаточную технологичность монтажа заземления (несимметричная форма не позволяет осуществлять подъем и монтаж устройства без перекосов с помощью грузоподъемных механизмов); не предусмотрен периодический контроль и осмотр узла соединения электрода с контуром заземления, проведение измерений сопротивления заземляющего устройства без раскопки грунта.
Задачей заявленной полезной модели является обеспечение качественного и эффективного защитного заземления в районах со сложными грунтами, обладающими высоким удельным электрическим сопротивлением, а также в грунтах, где невозможен монтаж защитных заземляющих устройств на глубину более 2 метров.
Техническим результатом на достижение которого направлена заявленная полезная модель является значительное снижение затрат, на сооружение защитных заземляющих устройств энергообъектов, электрических систем и электроустановок, в том числе за счет длительного срока службы, и обеспечение высокой электробезопасности работы обслуживающего персонала.
Поставленная задача и технический результат достигается тем, что металлический электрод электролитического заземляющего устройства выполнен Т-образной формы, с расположенным на нем узлом соединения с заземляющим проводником, в своей горизонтальной части имеющий перфорацию и заполнен смесью минеральных солей, при этом электрод погружен в гелевую токопроводящую «подушку», которая удерживает электролит вокруг электрода.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическим рисунком, где на фиг. 1 изображена конструкция электролитического заземляющего устройства, которая выполнена Т-образной формы. Устройство состоит из полого металлического электрода 1, изготовленного из трубы стальной 2 с перфорацией, заполненной смесью минеральных солей 3 (хлорид калия, хлорид кальция), погруженного в засыпку 4 (смесь бентонита с графитовым порошком); вертикальной части электрода 5, состоящей из трубы стальной; узла соединения с заземляющим проводником 6, выполненного из стали; съемной крышки 7, стального исполнения, для доступа к крышке и к узлу соединения установлен колодец 8, для подъема и монтажа устройства предусмотрены монтажные петли 9 также стального исполнения.
Установка электролитического заземляющего устройства происходит следующим образом. В вырытый канал глубиной 1,0-2,0 м и длиной, несколько превышающей длину горизонтальной части металлического электрода электролитического заземляющего устройства, засыпается смесь бентонита с графитовым порошком, благодаря их свойствам при контакте с водой превращающаяся в электропроводящий незамерзающий гель и препятствующая быстрому вымыванию смеси минеральных солей из полости электрода. Далее электрод укладывается в вырытый канал и после соединения с заземляющим проводником засыпается грунтом. Узел соединения может представлять собой зажим с резьбой, в который вставляется и зажимается заземляющий проводник, приваренный токовводящий провод, соединяемый с заземляющим проводником отдельно, или любое другое известное соединительное устройство, обеспечивающее качественный электрический и механический контакт. Места соединений гидроизолируются с целью снижения коррозии. Для обеспечения периодического осмотра и контроля работы всей конструкции, а также проведения измерений сопротивления заземляющего устройства на поверхности земли монтируется колодец со съемным люком. После установки необходимо залить в горловину вертикальной части электрода 10 литров воды. Смесь минеральных солей, которой заполнена горизонтальная часть металлического электрода, впитывает воду, превращаясь в электролит (выщелачиваясь). Этот электролит проникает в грунт, повышая его электропроводность (понижая его удельное электрическое сопротивление) и уменьшая его промерзание (понижая температуру замерзания), вследствие чего эффективность защитного заземления существенно повышается. При растворении минеральных солей происходит искусственное химическое снижение удельного сопротивления грунта вокруг электрода. Таким образом, электролит, образовавшийся в грунте при растворении минеральных солей в грунтовых водах, способен хорошо проводить электрический ток, т.е. обладает низким удельным электрическим сопротивлением, которое зависит от температуры окружающей среды и насыщенности раствора минеральными солями. Чем выше концентрация солей в растворе, тем ниже температура промерзания грунта, даже в зимнее время токопроводность грунта остается высокой. Кроме того, все материалы, используемые для реализации технического решения, обладают высокой устойчивостью к действию агрессивных сред, нетоксичны, экологически безвредны.
Для удобства монтажа электрода с помощью грузоподъемных механизмов около горловины вертикальной части электрода предусмотрены приваренные стальные петли для зацепа крюков или строп. Благодаря симметричной форме электрода обеспечивается подъем и монтаж электрода без перекосов.