Необслуживаемый активный соляной электрод серии «УДАВ»

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для заземления в различных типах грунтов, например в мерзлых, скальных, песчаных и других грунтах, имеющих высокое удельное электрическое сопротивление (от 100 Ом⋅м), а также в условиях ограниченной площади для монтажа заземляющих устройств.
Полезная модель, а именно необслуживаемый активный соляной электрод (АСЭ) серии «УДАВ», предназначена для использования в качестве заземлителя и выполняет следующие функции:
– защитное заземление – для обеспечения электробезопасности;
– помехозащитное заземление – для обеспечения электромагнитной совместимости оборудования;
– молниезащитное заземление – для отвода в грунт токов молнии;
– рабочее заземление – для обеспечения требуемых режимов и надежной работы электроустановки, системы или оборудования.
Известно электролитическое заземляющее устройство, состоящее из полого металлического электрода, при этом металлический электрод выполнен Т-образной формы, с перфорацией в его горизонтальной части, заполненной смесью минеральных солей, где в вертикальной части электрода находятся узел соединения с заземляющим проводником и съемная крышка, для доступа к крышке и к узлу соединения установлен колодец, а по бокам колодца предусмотрены монтажные петли (RU198712U1, H01R4/66, опубл. 23.07.2020).
Основными недостатками известного технического решения являются необходимость периодического обслуживания данного заземляющего устройства, что приводит к дополнительным затратам при эксплуатации, а также сложность засыпки смеси минеральных солей внутрь электрода ввиду его Т-образной формы.
Известен активный заземлитель, 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 (RU148646U1, МПК H01R 4/66, опубл. 10.12.2014).
Основными недостатками известного технического решения являются:
–низкая эффективность данных заземлителей ввиду отсутствия в комплекте смеси минеральных солей, из которой образуется электролит. Электролит за счет своих физических свойств увеличивает проводимость грунта вокруг заземлителя;
– отсутствие возможности монтажа ввинчиванием в скальный и вечномерзлый грунт;
– неэффективность применения в районах вечной мерзлоты, пучинистых грунтах и в грунтах с промерзанием более 1,5…2 м.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является активное устройство заземления, содержащее 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, при этом токопроводящий наполнитель представляет собой смесь графита и гелеобразующей добавки (RU188937U1, H01R4/66, 30.04.2019).
Основным недостатком известного технического решения является необходимость периодического обслуживания данного устройства заземления, что приводит к дополнительным затратам при эксплуатации.
В основу полезной модели поставлена техническая проблема исключения ежегодной инспекции, а также обслуживания электролитических заземлителей.
Техническим результатом заявленной полезной модели является увеличение срока службы и эксплуатации без обслуживания.
Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что необслуживаемый активный соляной электрод, представляющий собой полый электрод круглого сечения с перфорационными отверстиями, заполненный соляным наполнителем, согласно полезной модели, в верхней части упомянутого полого электрода закреплен необслуживаемый соляной модуль с двумя соляными накопителями, выполненными в оболочках, имеющих перфорацию, при этом первый соляной накопитель представляет собой прессованный блок, а второй соляной накопитель является рассыпчатым и крупнокристаллическим, при этом упомянутый полый электрод выполнен с возможностью подключения к горизонтальному заземлителю посредством медного отвода в химстойкой термоусадочной трубке, закрепленного на нем, и использования низкоомного грунтового катализатора, причем необслуживаемый активный соляной электрод изготовлен посредством аргонодуговой сварки с применением защитной электрохимической пассивации и использованием присадочных прутков из коррозионностойкой хромоникелевой стали и крепежных изделий из коррозионностойкой стали.
Кроме того, дополнительным отличием является тот факт, что перфорационные отверстия расположены на 50% длины нижней части упомянутого полого электрода.
Кроме того, дополнительным отличием является тот факт, что в качестве соляного наполнителя, который входит в состав соляных накопителей, использована смесь хлоридов.
Кроме того, дополнительным отличием является тот факт, что необслуживаемый активный соляной электрод выполнен в двух вариантах исполнения – вертикальном и горизонтальном.
Основными инновационными отличиями необслуживаемых активных соляных электродов (АСЭ) серии «УДАВ» от существующих электролитических заземлителей являются следующие параметры:
– уникальная конструкция: в верхней части электрода закреплен соляной модуль с запасом прессованного соляного наполнителя в пакетах со специально разработанной игольчатой и пробивной перфорацией;
– уникальный околоэлектродный заполнитель: в комплект поставки входит грунтовый катализатор «ГАК-30» № 1, 2, 3, который имеет разный многокомпонентный состав. Данное решение увеличивает срок службы и обеспечивает более эффективную работу электрода за счет определенной миграции электролита. Благодаря индивидуальным составам и послойной засыпке при монтаже грунтовый катализатор обеспечивает:
«ГАК-30» № 1 «До установки электрода» – правильную работу технической системы за счет задержки электролита в нижней части электрода;
«ГАК-30» № 1 «После установки электрода» – дополнительную минерализацию околоэлектродного пространства нижней части технической системы в первое время эксплуатации;
«ГАК-30» № 2 – ограничение распространения электролита в верхнюю часть технической системы;
«ГАК-30» № 3 – повышение коррозионной стойкости особо ответственных элементов ЗУ и более длительный срок эксплуатации.
– уникальные соляные накопители: в комплект поставки входят специально разработанные мешочки из геотекстильного материала с соляным наполнителем, обеспечивающие длительное поэтапное выщелачивание электролита в околоэлектродное пространство заземлителя. При изготовлении мешочков применяется геотекстильный материал различной плотности в комбинации с многослойностью.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
На фиг.1 представлен необслуживаемый активный соляной электрод серии «УДАВ» вертикального исполнения.
На фиг.2 представлен необслуживаемый активный соляной электрод серии «УДАВ» горизонтального исполнения.
На фиг.3 представлена конструкция необслуживаемого соляного модуля.
Необслуживаемый АСЭ серии «УДАВ» представляет собой полый электрод (1) круглого сечения с перфорационными отверстиями, заполненный соляным наполнителем, длиной 3, 6, 9, 12 метров и представлен на фиг.1, 2.
Необслуживаемый АСЭ может быть выполнен вертикальным (фиг.1) или горизонтальным (фиг.2) в зависимости от монтажа - либо в скважину диаметром 300 мм, либо в траншею глубиной 1050 мм и шириной 400 мм.
Электроды длиной 9 и 12 м изготавливаются исключительно модульного типа (модули 3 м и 6 м соединяются между собой посредством фланцевого соединения).
В верхней части упомянутого полого электрода (1) закреплен необслуживаемый соляной модуль (2) с запасом соляного наполнителя. Соляной модуль представляет собой резервуар, изготовленный из прочного гофрированного материала – полиэтилена низкого давления (ПНД). Модуль предназначен для поддержания запаса прессованного и разнофракционного крупнокристаллического соляного наполнителя «СНАП-24», который обеспечивает работоспособность на протяжении всего срока службы без обслуживания и инспекции.
В соляном модуле, представленном на фиг.3, размещаются 2 вида соляных накопителей, которые и являются необходимым запасом:
− первый соляной накопитель представляет собой прессованный соляной блок (6) в оболочке (7), который изготавливается с помощью пресса массой 200 тонн. Данная технология позволяет замедлить выщелачивание электролита и увеличить срок службы технической системы до необходимого уровня;
− второй соляной накопитель представляет собой рассыпчатый крупнокристаллический соляной наполнитель (4) в оболочке (5), который за счет своей фракции имеет замедленную скорость выщелачивания, что также увеличивает срок службы технической системы до необходимого уровня.
В целом, рабочие характеристики выщелачивания первого и второго соляных накопителей регулируются за счет их фракции и оболочки (5, 7), состоящей из ПВД-пакетов толщиной не менее 100 мкм, с игольчатой перфорацией по всей площади и пробивной перфорацией диаметром не менее 5 мм.
Поступление электролита из соляного модуля обеспечивается в месте крепления соляного модуля (2) к электроду (1) за счет перфорационных отверстий в самом электроде (в части, которая заходит в корпус соляного модуля) и верхней заглушке (3).
Соляной наполнитель «СНАП-24», используемый для заполнения соляного модуля (2), представляет собой смесь хлоридов солей в различном соотношении. Благодаря способности хлоридов поглощать водяные пары из окружающей среды к соляному наполнителю притягивается влага, за счет чего он постепенно выщелачивается и поступает сначала внутрь электрода, а затем в околоэлектродное пространство.
Упомянутый полый электрод выполнен с возможностью подключения к горизонтальному заземлителю посредством медного отвода в химстойкой термоусадочной трубке, закрепленного на нем.
В необслуживаемом активном соляном электроде используется низкоомный грунтовый катализатор «ГАК-30», который представляет собой смесь из углеродсодержащих веществ с низким удельным сопротивлением и которым при монтаже заполняется пространство вокруг электрода.
Грунтовый катализатор «ГАК-30» № 1, 2, 3 представляет собой низкоомную многокомпонентную смесь с различным составом и свойствами. Многокомпонентный состав грунтового катализатора увеличивает срок службы и обеспечивает более эффективную работу электрода за счет контролируемой миграции электролита. Данная смесь предназначена для замены высокоомного околоэлектродного грунта, она снижает сопротивление растеканию тока и увеличивает площадь токоотдающей поверхности электрода. Достигается это за счет наличия углеродосодержащих веществ (коксовая мелочь различной фракции и др.) с низким удельным сопротивлением и минерализации грунта околоэлектродного пространства. «ГАК-30» гигроскопичен, не растворяется в воде, не промерзает при отрицательных температурах, не усыхает (не теряет объем) в засушливый период. Уникальный четырехкомпонентный состав грунтового катализатора обеспечивает контролируемую миграцию образовавшегося электролита в околоэлектродном пространстве. За счет добавления мелкофракционной бентонитовой глины в состав «ГАК-30» № 2 ограничен доступ образовавшегося электролита в нижней части электрода в верхнюю часть системы.
Эффективная работа активных соляных (электролитических) электродов основана на двух принципах – локальная замена грунта вокруг электрода на низкоомный катализатор и снижение сопротивления окружающего грунта за счёт применения соляного наполнителя (образование электролита и проникновение его в окружающий грунт).
При изготовлении электродов к контактным соединениям предъявляются самые высокие требования по коррозионной стойкости:
– сварные соединения выполняются при помощи аргонодуговой сварки и присадочных прутков из коррозионностойкой хромоникелевой стали. Данные прутки применяются специально для сварки аустенитных коррозионностойких сталей;
– дополнительная коррозионная стойкость сварных швов обеспечивается за счет применения защитной электрохимической пассивации, покрытия битумным лаком и термоусадочных трубок;
– в болтовых контактных соединениях электродов используются крепежные изделия из высококачественной коррозионностойкой стали, обладающей повышенной стойкостью к коррозии в средах, содержащих кислоты, соли и хлор;
– медный отвод, используемый для подключения электрода к горизонтальному заземлителю, изготавливается из провода медного М-95 ГОСТ 839-80, который обладает повышенной коррозионной стойкостью и применяется во всех макроклиматических районах и любых условиях эксплуатации. Дополнительная защита медного отвода от воздействия окружающей среды обеспечивается с помощью химстойкой термоусадочной трубки. Для защиты болтового контактного соединения «медный отвод-электрод» применяется химстойкая клеевая термоусадочная трубка.
Главным элементом заземлителя является полый электрод (1) круглого сечения из нержавеющей/оцинкованной стали диаметром 60 мм с толщиной стенки не менее 4 мм, с перфорационными отверстиями, которые выполняются на 50% длины нижней части электрода. Отверстия занимают менее 0,1% от площади поверхности трубы и имеют диаметр не более 3 мм. Отверстия располагаются на определенном расстоянии по специально разработанному алгоритму таким образом, чтобы основная часть электролита образовывалась в нижней части смонтированной системы. Благодаря данному решению обеспечена защита горизонтального заземлителя из нелегированной стали от воздействия электролита, что, в свою очередь, продлевает срок службы заземляющего устройства в целом.
После монтажа в грунт полый электрод (1) заполняется крупнокристаллическим соляным наполнителем «СНАП-24» и подключается к горизонтальному заземлителю при помощи медного отвода сечением не менее 95 мм², закрепленного на электроде, либо приваренной монтажной полосы. В верхней части электрода располагается необслуживаемый соляной модуль с запасом соляного наполнителя. Пространство вокруг электрода заполняется низкоомным материалом – грунтовым катализатором «ГАК-30» № 1, 2, 3 с удельным электрическим сопротивлением менее 0,5 Ом⋅м. В целях повышения эффективности и длительности работы электродов и улучшения электропроводности грунта в комплекте предусмотрен соляной наполнитель «СНАП-24» в мешочках из геотекстильного материала.
Соляной наполнитель «СНАП-24» представляет собой наполнитель из минеральных солей, прессованных солей и дополнительных добавок.
В активных соляных электродах производства ООО «ВОЛЬТ-СПБ» обеспечена правильная и стабильная подача электролита в околоэлектродное пространство за счет геометрически выверенного правильного расположения перфорационных отверстий в электроде, определенного рассчитанного количества перфорационных отверстий в электроде, использования специальных пакетов с различной перфорацией для изготовления соляных накопителей – от игольчатой размерами 0,01-0,5 мм до пробивной диаметром 5 мм, использования геотекстильного материала различной плотности для изготовления многослойных мешочков с дополнительным запасом соляного наполнителя, располагаемых в околоэлектродном пространстве при монтаже электрода в грунт.
Вышеперечисленные мероприятия обеспечивают ступенчатое (поэтапное) выщелачивание соляного наполнителя, которое позволяет эксплуатировать электрод без обслуживания на протяжении всего заявленного срока службы.
Применение необслуживаемых активных соляных электродов позволяет достичь нормируемого сопротивления контура заземления электроустановки минимальным количеством заземлителей по сравнению с классическими способами, значительно сократить площадь заземляющих устройств, увеличить срок службы и эксплуатации, снижая при этом общую стоимость организации заземляющих устройств.
Необслуживаемые активные соляные электроды серии «УДАВ» – это тип электролитического заземления, не требующий эксплуатационных затрат в течение 30 лет.
Таким образом, вышеперечисленные существенные признаки дополняют друг друга и находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом, заключающимся в увеличении срока службы и эксплуатации электрода без обслуживания, за счет использования заявленных необслуживаемых активных соляных электродов серии «УДАВ».