АКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для заземления в различных типах грунтов, например, в вечномерзлых, каменистых или песчаных грунтах, имеющих высокое удельное сопротивление (от 400 Ом∗м и выше), без применения специальной техники и насыпного грунта.
Известны заземляющие устройства, состоящие из отдельных стержней с электропроводящим антикоррозионным покрытием, соединенных между собой (см. патенты RU: 48112, МПК H01R 4/66, опубликован 10.09.2005 г.; 79722, H01R 4/66, опубликован 10.01.2009 г.).
Известные заземляющие устройства для достижения качественного заземления забивают в грунт на глубины свыше 10 м. Однако даже при погружении на такие глубины известные конструкции заземляющих устройств в грунтах, имеющих высокое удельное сопротивление, требуют большого диаметра заземляющих электродов или же увеличение их количества, поскольку для эффективного заземления необходима максимальная площадь электрического контакта заземлителей с грунтом.
Известно заземляющее устройство (см. патент RU 2416137, МПК H01R 4/66, опубликован 10.04.2011 г.), содержащее соединенный с токовводящим кабелем, выполненный в форме стержня металлический электрод, расположенный внутри перфорированной трубы (или контейнера из сетки), заполненной углеродистой засыпкой. При этом, размеры перфорации (или ячеек сетки) меньше, чем размеры гранул засыпки.
Известное устройство используется следующим образом.
В пробуренную до необходимой глубины (по патенту до водоносного слоя) скважину устанавливают устройство, после чего скважину засыпают, оставляя снаружи вывод токовводящего кабеля. К выводу подсоединяют заземляющий проводник от заземляемой электросети. Электрический ток из электросети через заземляющий проводник и токовводящий кабель поступает на расположенный в скважине электрод, с которого через углеродистую засыпку перетекает к водоносному слою и растекается в массиве грунта. Выполнение перфорационных отверстий меньшего размера, чем фракция углеродной засыпки, не позволяет воде вымывать последнюю из трубы.
Наличие углеродистой засыпки внутри перфорированной трубы позволяет увеличить площадь электрического контакта с грунтом (максимальная площадь поверхности достигается при условии выполнения обсадной трубы в виде контейнера из сетки). Однако данное устройство, эффективное в случае наличия в грунтах водоносных слоев, также неприменимо в условиях грунтов с высоким удельным сопротивлением.
Известен активный заземлитель (см. патент RU № 148646, МПК H01R 4/66, опубликован 10.12.2014 г.), содержащий ввинчиваемые в грунт вертикальные электроды, в качестве которых используются перфорированные в нижней части трубы из оцинкованной или неоцинкованной стали, заполненные коррозионно неактивной многокомпонентной смесью на основе графита.
Работает заземлитель следующим образом. После установки вертикальных электродов в грунт производится заливка в трубу заземлителя многокомпонентной графитовой смеси в жидкой фазе, которая проникает в грунт через перфорированные отверстия труб заземлителя. В результате растекания многокомпонентной смеси по грунту создается полный контакт наружной и внутренней поверхности системы заземления с почвой, заполняются пустоты, образовавшиеся от вибрации при внедрении перфоратором, многократно увеличивая токопроводящую поверхность за счет распространения по трещинам и пустотам в грунте, дополнительно создавая объемную токопроводящую поверхность. В результате увеличивается площадь контакта заземлителя с грунтом, тем самым снижая его сопротивление растеканию. После затвердевания графитовой смеси, она сохраняет свои токопроводящие свойства.
Известный заземлитель является (по заявлению авторов) необслуживаемым, удобен в установке и обеспечивает стабильные характеристики электропроводности в грунт.
Основным недостатком известного заземлителя является невозможность его использования в климатических зонах с большими перепадами среднегодовых температур, поскольку такие перепады приводят к разнонаправленным деформациям как прилегающих непосредственно к заземлению грунтов, так и корпуса заземления. Из-за деформаций происходит растрескивание электропроводящей смеси снаружи и внутри заземлителя и, как следствие, резкое снижение электропроводности всей системы.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является электролитическое устройство заземления (см. патент RU № 157109, МПК H01R 4/66, опубликован 20.11.2015 г.), содержащее полый перфорированный металлический электрод с расположенным на нем узлом соединения с заземляющим проводником, заполненный смесью минеральных солей, при этом перфорационные отверстия расположены в металлическом электроде по всей его длине от узла соединения с заземляющим проводником, а их суммарная площадь не превышает 20% от общей площади боковой поверхности металлического электрода.
Устройство устанавливают в грунт. Затем в промежуток между устройством засыпается смесь графита и бентонита, увеличивающую площадь контакта электрода с грунтом и обеспечивающую стабильность процесса выщелачивания в засушливое лето.
После установки смесь минеральных солей, которой заполнена перфорированная часть металлического электрода заявляемого устройства, впитывает воду из окружающей среды, 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 заземления существенно повышается. Обмен жидкостями осуществляется через перфорированную поверхность металлического электрода.
Такое устройство позволяет обеспечить качественное и технологичное заземление электросетей в грунтах с высоким удельным сопротивлением, однако также, как и другие электролитические заземляющие устройства требует постоянного обслуживания. Кроме того, использование электролитического наполнителя негативно влияет на элементы устройства, уменьшая сроки его эксплуатации.
Задачей заявляемой полезной модели является увеличение межсервисных периодов эксплуатации устройств заземления в грунтах, имеющих высокое удельное сопротивление.
Техническим результатом, реализуемым с помощью полезной модели, является увеличение межсервисного временного периода.
Технический результат достигается тем, что в активном устройстве заземления, содержащем полый перфорированный металлический электрод, отверстия в котором расположены по всей его длине от узла соединения с заземляющим проводником, а их суммарная площадь не превышает 20% от общей площади его боковой поверхности, с расположенным на нем узлом соединения с заземляющим проводником, внутренний объем электрода заполнен токопроводящим наполнителем, представляющим собой смесь графита и гелеобразующей добавки.
В частных вариантах исполнения на нижнем торце устройства заземления может быть установлен свайный винтовой наконечник.
Соотношение графита и гелеобразующей добавки в токоповодящем наполнителе может составлять от 5:1 до 1:1.
В качестве гелеобразующей добавки могут быть использованы любые известные гелеобразователи, например, смеси гексацианоферрата натрия с растворимой солью меди, гексацианоферрата калия с растворимой солью меди и т.п.
Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется рисунком, на котором изображен продольный разрез устройства.
Активное устройство заземления содержит полый металлический электрод 1 с перфорационными отверстиями 2, заполненный токопроводящим наполнителем 3, узел соединения с заземляющим проводником 4, съемную крышку 5 и (в частных вариантах) свайный винтовой наконечник 6.
Устройство устанавливают в грунт либо пробурив в нем отверстие необходимых глубины и диаметра, либо просто непосредственно вкрутив его в необходимом месте (при условии, что это позволяет тип грунта). При этом наличие свайного винтового наконечника 6 на торце электрода 1 обеспечивает его легкое ввинчивание в грунт.
После установки токопроводящий наполнитель 3, которым заполнена перфорированная часть металлического электрода 1 заявляемого устройства, впитывает воду из окружающей среды. Полученная смесь за счет полужидкой консистенции (желеобразного типа) через перфорационные отверстия 2 электрода 1 частично проникает в грунт, повышая его электропроводность (понижая его удельное электрическое сопротивление) и уменьшая его промерзание (понижая температуру замерзания), вследствие чего эффективность заземления существенно повышается.
При этом, в зависимости от типа грунтов и количества содержащейся в них влаги выбирают электроды с определенным соотношением между их общей площадью боковой поверхности и площадью перфорационных отверстий, выполненных в электроде.
Так, в случае сухих грунтов с высоким удельным сопротивлением используют электроды, в которых площадь отверстий может достигать 20% (при большем проценте расход наполнителя возрастает), а для грунтов с высоким содержанием влаги достаточно малого количества отверстий небольших диаметров (малой общей площади отверстий), что позволяет рационально использовать токопроводящий наполнитель. Во всех случаях диаметр отверстий выбирается в зависимости от размеров гранул применяемого наполнителя.
Использование токопроводящего наполнителя, представляющего собой смесь графита и гелеобразующей добавки, обеспечивает стабильность его электропроводящих характеристик, не приводит к его затвердеванию (до монолитного состояния) и возможности последующего растрескивания, а также минимизирует его расход (не происходит его вымывания из внутреннего объема устройства заземления).
Применение заявляемого устройства заземления позволяет обеспечить качественное и технологичное заземление электросетей в грунтах с высоким удельным сопротивлением и оптимизирует расход используемого наполнителя, увеличивая таким образом периоды межсервисной эксплуатации.