ШИНА ЗАЗЕМЛЕНИЯ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОРОГОМ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Шина заземления с электрическим порогом подключения. Индекс рубрики МПК-7
Область техники, к которой относится полезная модель.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, содержащих электрооборудование подлежащее заземлению.
Уровень техники.
Известны широко применяемые металлические шины заземления для подключения корпусов электрооборудования к защитному заземлению. На объектах, подлежащих катодной защите от коррозии (нефте-, газо-, продуктопроводы, резервуары и т.д.), защитные заземления, подключенные к корпусам электродвигателей задвижек и насосов, резервуаров и т.п. с помощью металлических шин, затрудняют нормальную работу электрохимической защиты объектов. Металлическим шинам, применяемым на объектах, подлежащих катодной защите от коррозии, присущи следующие недостатки:
- отводят большую часть тока защиты в землю и, как следствие, сокращают срок службы анодных заземлителей станций катодной защиты и протекторов;
- снижают величину защитного потенциала объекта до недопустимой величины;
- затрудняют проведение диагностики состояния защитного покрытия трубопроводов и резервуаров;
Кроме того, на объектах, подлежащих катодной защите от коррозии, возникают противоречия между требованиями о величине потенциала катодной защиты трубопроводов и резервуаров (п.5.1 ГОСТ Р 51164-98) и требованиями п.3.3 ГОСТ 12.2.007.0-75, п.1.7.49 Правил устройства электроустановок (ПУЭ) об обязательном защитном заземлении для предотвращения возможности появления опасного напряжения на объектах в случае аварии или грозового перенапряжения.
Типовая схема подключения защитного заземления к корпусу электродвигателя задвижки с помощью металлической шины приведена на фиг.1.
Сущность полезной модели.
Полезная модель создано с целью расширения эксплуатационных возможностей шины заземления за счет выполнения ее составной. По крайней мере, одна часть шины заземления с электрическим порогом подключения (ШЗЭПП) представляет собой металлический проводник, а другая часть, последовательно соединенная с металлическим проводником, является пороговым устройством (ПУ), осуществляющем подключение защищаемого объекта к защитному заземлению при
достижении величины напряжения на корпусе объекта установленного порогового значения.
Обычная металлическая шина заземления напрямую присоединяет корпуса электрооборудования к заземлителю, что является нежелательным, так как защитный ток протектора или станции катодной защиты (СКЗ), присоединенного(ой) одним полюсом к защищаемому объекту, замыкается через относительно небольшое сопротивление грунта на другой полюс. Большая часть тока защиты расходуется не на защиту объекта, а является бесполезной затратой электроэнергии. Кроме того, ток защиты разрушает протектор или анодное заземление станции катодной защиты. Заземлители, напрямую связанные с объектами защиты, затрудняют проведение диагностики состояния изоляционного покрытия объектов и снижают величину защитного потенциала до недопустимого уровня. Пороговое устройство, подключающее объекты защиты к заземлителю при достижении величины напряжения на корпусе объекта установленного порогового значения, позволяет устранить указанные недостатки. При нормальном (рабочем) напряжении на защищаемом объекте ток защиты расходуется практически только на защиту металла объекта от коррозии.
Применение составной шины с электрическим порогом подключения позволяет достигнуть нескольких технических результатов:
- предотвращает отвод большей части тока защиты в землю;
- продлевает срок службы протектора или анодных заземлителей станций катодной защиты;
- устраняет снижение величины защитного потенциала объекта до недопустимой величины вследствие заземления объектов;
- облегчает проведение диагностики состояния защитного покрытия трубопроводов и резервуаров.
Применение ШЗЭПП исключает противоречия между требованиями о величине потенциала катодной защиты трубопроводов и резервуаров (п.5.1 ГОСТ Р 51164-98) и требованиями п.3.3 ГОСТ 12.2.007.0-75, п.1.7.49 ПУЭ об обязательном защитном заземлении для предотвращения возможности появления опасного напряжения на объектах в случае аварии или грозового перенапряжения.
Перечень фигур чертежей.
Чертежи представлены на двух листах.
На чертежах изображены:
Фигура 1. Схема подключения защитного заземления к корпусу электродвигателя задвижки трубопровода.
Фигура 2. Шина заземления с электрическим порогом подключения. Схема электрическая принципиальная.
Фигура 3. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода.
Фигура 4. Вольтамперная характеристика пары диодов, включенных встречно-параллельно.
Фигура 5. Электрическая принципиальная схема порогового устройства.
Фигура 6. Вольтамперная характеристика порогового устройства.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
Шина заземления с электрическим порогом подключения (фиг.2) состоит из металлического проводника 1 и полупроводниковых диодов 2 и 3, включенных встречно-параллельно. Для сборки ШЗЭПП используются монтажные контакты 4. Допускается при монтаже ШЗЭПП вместо болтовых соединений использовать сварку. Пороговое устройство 5 представляет собой, в частном случае, два полупроводниковых диода, помещенных в корпус.
Рассмотрим работу порогового устройства. Известна Вольтамперная характеристика полупроводникового диода (фиг.3).
д
пор
пор
Напряжение U положительной полярности, приложенное к диоду, вызывает рост тока через р-n переход не с нуля, а при достижении некоторого значения, называемого пороговым напряжением (U). Для кремниевых диодов U имеет величину порядка 0,7 В. При встречно-параллельном включении диодов Вольтамперная характеристика приобретает симметричный характер (фиг.4).
пу
Напряжение срабатывания порогового устройства (U) определяется типом и количеством последовательно включенных диодов или пороговых устройств. Принципиальная схема ПУ приведена на фиг.5.
На схеме показаны варианты последовательного включения пороговых устройств, состоящих из пар встречно-параллельно подключенных диодов или цепей диодов, подключенных последовательно. Вольтамперная характеристика порогового
устройства, состоящего из нескольких пар встречно-параллельно подключенных диодов или цепей диодов, представлена на фигуре 6.
защ
пу
защ
пу
При нормальном (рабочем) напряжении на защищаемом объекте защитный потенциал (U) меньше по величине, чем U, ток в цепи защитного заземления практически отсутствует, и ток защиты расходуется только на поддержание U объекта. При возникновении аварийной ситуации на защищаемом объекте (пробой изоляции или атмосферное перенапряжение) напряжение повышается до величины U, р-n переходы диодов открываются для прохождения электротока и на защищаемом объекте не возникает опасного напряжения. Максимальный ток диодов выбирается исходя из максимального тока срабатывания защиты кабельной линии питания электродвигателей, подключенных к данной ШЗЭПП.
пу
Т.к. электродвигатели работают на переменном токе, используется встречно-параллельное включение диодов для исключения возможности появления опасного для жизни напряжения на объекте при определенной полярности питающего напряжения. Максимальное значение U не превышает 42 В в соответствии с требованием ГОСТ 12.2.007.0-75. В других вариантах исполнения пороговых устройств вместо диодов используются динисторы, тиристоры, а так же низковольтные разрядники.
Библиографические данные.
1. ГОСТ 12.2.007.0-75. Межгосударственный стандарт. Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности. Издание официальное. Москва, ИПК Издательство стандартов, 2003 г.
2. ГОСТ Р 51164-98. Издание официальное. Москва, Издательство стандартов, 1998 г.
3. Правила устройства электроустановок. 7-е издание. Москва, издательство НЦ ЭНАС, 2002 г.