ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
PROTECTIVE GROUNDING OF ELECTRICAL INSTALLATIONS

Изобретение относится к области энергосбережения в системе электрохимической защиты от коррозии подземных сооружений, электрически связанных с системой защитного заземления, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности с целью повышения эффективности противокоррозионной защиты объектов промышленных площадок.
Известно защитное заземление электрооборудования, выполненное в виде вертикального заземлителя, заглубляемого в грунт и присоединяемого к общему контуру защитного заземления, который в свою очередь при помощи электропроводящей шины, соединяется с электрооборудованием. Вертикальный заземлитель выполнен в виде стержня длиной 2-5 м, диаметром не менее 16 мм из черной стали либо диаметром не менее 12 мм из оцинкованной стали или меди (Правила устройства электроустановок. Издание седьмое, табл. 1.7.4).
Также известна конструкция заземляющего устройства, выполненная в виде сборной системы, включающая вертикальный заземляющий электрод, состоящий по меньшей мере из двух стержней заземления из нержавеющей стали, горячеоцинкованной стали или из стали с медным покрытием, соединенных муфтой, и наконечника (патент РФ №2667904, опубл. 25.09.2018).
Общим недостатком таких конструкций является то, что при электрическом соединении защитного заземления с катоднозащищенным объектом, например, по следующей цепи: «защитное заземление - электроустановка (например, электрический привод насоса, крана) - гидравлический узел, приводимый в действие электроустановкой (например, насос, кран, задвижка) - катоднозащищаемый объект (например, подземный трубопровод, резервуар)», возникает натекание катодного тока от системы электрохимической защиты катоднозащищаемых объектов на защитное заземление.
При этом, фактическая сила катодного тока может превышать расчетную в десятки раз и даже сотни раз, происходит перерасход электроэнергии, кратное снижение срока службы анодных заземлителей, повышается риск выхода из строя преобразователей систем катодной защиты, увеличивается коэффициент загрузки систем катодной защиты по току и мощности, снижается эффективность катодной защиты подземных объектов.
Такие факты отмечаются на площадных объектах трубопроводного транспорта нефти и газа, таких как компрессорные, газораспределительные или нефтеперекачивающие станции, для которых характерна сложноразветвленная и компактно расположенная система трубопроводов и защитных заземлений.
Для снижения силы тока систем катодной защиты, натекающего на защитное заземление, выполняют разрыв шины подключения заземлителей с электрооборудованием с включением в разрыв электрических устройств, позволяющих пропускать нештатные токи, возникающие на корпусе электрооборудования и препятствующие движению тока катодной защиты (см. патенты РФ №104394, опубл. 10.05.2011, №2700269, опубл. 16.09.2019).
К основному недостатку устройств, включаемых в разрыв шины защитного заземления, относят риск обрыва цепи элементов (как правило, полупроводниковых) из которых они состоят, что несет в себе угрозу жизни и здоровья обслуживающего персонала при возникновении нештатных ситуаций с электрооборудованием.
Частично задача снижения силы тока катодной защиты, натекающего на защитное заземление электроустановок, решена в защитном заземлении, взятым нами за прототип, состоящем из электрически соединенных между собой заземляющих электродов, которые расположены в грунте и поверхность которых полностью покрыта электроотрицательным металлом (магнием, цинком, алюминием или их сплавами), заземляющие электроды в свою очередь при помощи шины заземления электрически подключены к заземляемой электроустановке. Например, с целью снижения негативного влияния на систему электрохимической защиты рекомендуется выполнять защитные заземления оборудования из оцинкованной стали (см. СТО Газпром 9.2-002-2019, п. 4.17).
Недостатком использования покрытий заземляющих электродов из электроотрицательных материалов является низкая эффективность по причине использования сплавов материалов, что позволяет добиться лишь незначительного смещения потенциала защитного заземления в отрицательную сторону, чего недостаточно для обеспечения эффективной катодной защиты подземных сооружений.
Задачей изобретения является совершенствование конструкции заземляющих устройств электроустановок с целью предупреждения натекания катодного тока на элементы системы заземления, электрически связанные с катоднозащищаемым оборудованием.
Технический результат заключается в ограничении негативного влияния, оказываемого элементами защитного заземления на параметры электрохимической защиты катоднозащищаемых подземных сооружений и непосредственно на оборудование, что обеспечивает снижение потребления электроэнергии станциями катодной защиты, повышение срока службы анодных заземлителей, а также позволяет обеспечить необходимый резерв запаса преобразователей катодной защиты по току и мощности.
Поставленная задача решается тем, что защитное заземление электроустановок, включающее один или несколько электрически соединенных между собой заземлителей, расположенных в грунте и покрытых электроотрицательными металлами или их сплавами, шину заземления для электрического подключения заземлителей к электроустановке, дополнительно содержит поляризованный экран, устанавливаемый в грунт вблизи заземлителей, а также станцию смещения потенциала, подключаемую положительным полюсом к шине заземления, а отрицательным полюсом к поляризованному экрану.
Сущность изобретения поясняется фиг., где
1 - катоднозащищаемый трубопровод;
2 - электропроводящая шина заземления;
3 - заземлитель защитного заземления;
4 - поляризованный экран;
5 - станция смещения потенциала;
6 - уровень грунта.
На фиг. в качестве примера изображен подземный участок катоднозащищаемого трубопровода (1), электрически соединенного с электрооборудованием (на фиг. не показано), подлежащим заземлению путем его присоединения при помощи электропроводящей шины заземления (2) к вертикальному заземлителю, представляющему собой заземляющий электрод, (3), заглубляемому в грунт. При этом вокруг заземлителя (3) устанавливают поляризованный экран (4) и станцию смещения потенциала (5), подключенную отрицательным полюсом к поляризованному экрану (4), а положительным - к шине заземления (2).
Защитное заземление электроустановок состоит из заземлителей, представляющих собой заземляющие электроды, выполненные из электропроводящих материалов и покрытые электроотрицательными металлами или их сплавами, которые заглубляются в грунт. В случае применения нескольких заземлителей их электрически соединяют между собой. Один или несколько заземлителей соединены с электрооборудованием посредством электропроводящей шины заземления. В соответствии с изобретением защитное заземление дополнительно содержит поляризованный экран из токопроводящего материала, устанавливаемый вблизи заземлителей, а также станцию смещения потенциала, подключенную отрицательным полюсом к экрану и положительным полюсом к заземлителям через шину заземления. Станция смещения потенциала смещает потенциал экрана в отрицательную область относительно грунта, при этом снижается сила тока катодной защиты, натекающая на защитное заземление. Работоспособность защитного заземления при этом сохраняется.
Расстояние, на которое экран удален от электродов защитного заземления, выбирается исходя из размера зоны растекания тока, необходимой для его эффективной работы, обеспечивающей безопасность персонала при работе с электроустановками. Для снижения скорости растворения материала электродов защитного заземления они могут быть выполнены из электропроводной эластомерной композиции.
Пример.
На территории газораспределительной станции расположен узел учета расхода газа, оборудование которого заземлено с использованием вертикальных заземляющих электродов длиной 1500 мм, установленных в грунт и соединенных заземляющей шиной, подключенной к общему контуру защитного заземления промышленной площадки. По результатам электрометрического обследования системы катодной защиты подземных технологических трубопроводов и оборудования установлено, что в зоне установки заземляющих электродов наблюдается локальное снижение величины защитного потенциала, что указывает на опасность возникновения и развития коррозии подземных трубопроводов по причине натекания катодного тока на элементы защитного заземления. С целью приведения потенциала «труба-земля» к нормируемому значению в соответствии с ГОСТ Р 51164-98 требуется реконструкция заземляющего контура с использованием устройства защитного заземления электроустановок, выполненного в виде вертикального заземляющего электрода, дополнительно включающего поляризованный экран, подключаемый к заземлителю через станцию смещения потенциала. Экран выполнен в виде цилиндра из двух одинаковых частей с диаметральными и продольными стыками, длина которого соответствует размеру вертикального заземлителя. В качестве материала экрана используется листовая сталь толщиной 5 мм. Поляризация экрана обеспечивается путем подключения станции смещения потенциала (применяется дополнительная станции катодной защиты) с использованием соединительных проводов. Дополнительная станция подключается положительным полюсом к шине заземления, а отрицательным полюсом к экрану. После установки поляризованного экрана выполняются электроизмерения потенциала «труба-земля» и силы тока, натекающего на защитное заземление, по результатам которых устанавливают, что на рассматриваемом участке подземного трубопровода обеспечивается необходимый уровень защиты от коррозии в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51164-98. Кроме того, дополнительно контролируют величину сопротивления растеканию тока защитного заземления, которая по показаниям измерителя сопротивления составляет 4 Ом, что соответствует требования ПУЭ к заземляющим устройствам электроустановок.