Анодный заземлитель с токопроводящей оболочкой
ANODE EARTHING DEVICE WITH CONDUCTIVE SHELL

Изобретение относится к области электрохимической защиты от коррозии сооружений и может быть использовано для анодных заземлений установок электрохимической защиты металлических и железобетонных сооружений от коррозии, контактирующих с грунтом с высоким содержанием солей, и в качестве защитного заземления от перенапряжений в сети.
Известна электропроводная эластомерная композиция для заземляющих электродов и заземляющий протяженный эластомерный электрод, анодное заземление и глубинный анодный заземлитель по патенту РФ на изобретение №2225420, C23F 13/00, 2004. Электропроводная эластомерная композиция для заземляющих электродов включает каучук, технический углерод, тиурам и пластификатор. В качестве технического углерода выбран электропроводный высокодисперсный технический углерод. По этому же патенту известен заземляющий протяженный эластомерный электрод, содержащий металлический токопровод и рабочую оболочку. Оболочка состоит из слоев углеродного материала в виде углеродных нитей, свитых в ровинг, или ленты из углеродной ткани и гибкой оболочки из токопроводящей электропроводной эластомерной композиции. Недостатком является высокая анодная растворимость металлического токопровода, низкая устойчивость к истиранию и механическим повреждениям, приводящие к недолговечности работы устройства.
Известен жертвенный анод для ремонта железобетонных конструкций по патенту на изобретение CN №102418101, C23F 13/16, 2013. Анод содержит сердечник из сплава цинка с алюминием, магнием, кремнием, оловом. Сердечник помещен в коллоидные цементы высокой проводимости, включающие портландцемент, полипропиленовые волокна и мелкозернистый заполнитель из коксовой мелочи, графита, бентонита. Недостатком является высокая анодная растворимость и неравномерное переходное сопротивление, приводящие к малому сроку службы устройства.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбрано изобретение по патенту CN №103469212, C23F 13/12, 2013. Устройство для катодной защиты железобетонных изделий содержит главный анод и проводящий наполнитель. Проводящий наполнитель содержит связующее, отвердители, ускорители, коксовую мелочь, углеродное волокно, чешуйчатый графит, цемент и кварцевый песок. Массовая доля в частях по весу каждого компонента следующая: связующее 30-70, отвердитель 1,5-2,5, ускоритель 0,5-1,5, коксовая мелочь 80-140, углеродные волокна 10-20, чешуйчатый графит 20-30, цемент 20-70, кварцевый песок 0-20. Недостатком является также высокая анодная растворимость главного металлического анода, неравномерное распределение тока по всей длине, что вызывает быстрое разрушение анода.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение эксплуатационных свойств.
Технический результат заключается в увеличении срока работы анодного заземлителя.
Технический результат достигается тем, что в анодном заземлителе, включающем углеродосодержащий токопроводник и токопроводящую оболочку, согласно изобретению, в качестве токопроводника используется углеродный сердечник, в качестве токопроводящей оболочки используется токопроводящий бетон, содержащий следующие компоненты, масс. %:
песок
10-50
препарат коллоидно-графитовый
5-50
цемент
5-50
углеродный наполнитель
1-30
3
Технический результат обеспечивается за счет того, что в качестве основного токопроводника используется углеродный сердечник, например углеродный шнур, у которого анодная растворимость в 10-15 раз ниже, чем у стального токопроводника. Выполнение электрода без металлического сердечника улучшает свойства анодного заземлителя и повышает его надежность и долговечность, в отличие от аналогичных устройств, где входящий в состав электрода металлический сердечник растворяется в процессе защиты. Растворение металлического сердечника приводит к ухудшению электрических параметров, например, в процессе растворения металлического сердечника анодного заземлителя значительно возрастает сопротивление растеканию тока. Углеродный шнур позволяет создать равномерное распределение тока по всей длине анодного заземлителя, что обуславливает равномерное его растворение и исключает разрушение одних участков анода раньше других. Все это значительно повышает долговечность работы устройства. Использование для анодного заземлителя токопроводящей бетонной оболочки, содержащей песок, препарат коллоидно-графитовый, цемент, шунгитовую крошку, нитрофоску в указанных количествах позволяет обеспечить достаточную электрическую проводимость и срок действия устройства. Электрическая проводимость токопроводящей оболочки создается за счет введения в бетонную смесь препарата коллоидно-графитового и углеродного наполнителя. Коллоидно-графитовый препарат, содержащий рекристаллизованный, высокодисперсный графит, обладает наивысшей электрической проводимостью по сравнению монокристаллами графита, его электрическая проводимость близка к проводимости металлов. Количество коллоидно-графитового препарата 17,8-27,8 мас. % в общем составе проводимой оболочки является оптимальным, т.к. при более высоком содержании препарата прочность бетона резко снижается, а при более низком - уменьшается его проводимость. Углеродный наполнитель служит одновременно и проводником, и арматурой, его количество определяет прочность оболочки заземлителя. В качестве углеродного наполнителя используется шунгитовая крошка или коксовая мелочь фракции 5-10 мм. Шунгитовая крошка, содержащая твердый углерод, служит для придания смеси электропроводящих свойств, т.к. значение электропроводности шунгита в среднем составляет 1-3×10 см/м. Кроме того, шунгит обладает высокой плотностью и прочностью на сжатие - до 276 МПа, что позволяет использовать его как армирующий материал в бетоне. Это также повышает прочность и твердость токопроводящей оболочки, предотвращает ее механическое повреждение и способствует увеличению срока службы устройства. Коксовая мелочь каменноугольного и пекового кокса также обладает электропроводностью и достаточной прочностью, так предел прочности при сжатии каменноугольного коса составляет 15-25 МПа. Указанное количество углеродного наполнителя является оптимальным. При снижении его концентрации в бетоне уменьшается проводимость оболочки, а при увеличении количества этих компонентов свыше указанного бетон потеряет прочность. При хорошей электрической проводимости, анодная растворимость заявляемого заземлителя гораздо ниже, чем у обычных анодных заземлителей с металлическими сердечниками за счет присутствия графита как в токопроводнике, так и в проводящей оболочке.
На фигуре представлен анодный заземлитель с токопроводящей оболочкой.
Анодный заземлитель состоит из токопроводника 1 и токопроводящей оболочки 2 и устанавливается в скважину 3.
Анодный заземлитель работает следующим образом.
Токопроводник 1 подключают к положительному полюсу источника тока, защищаемое сооружение подсоединяют к отрицательному полюсу источника тока. При этом защищаемый объект выступает в роли катода. В процессе защиты анодный заземлитель растворяется и разрушается, сохраняя неповрежденным объект защиты. В анодном заземлителе растворяется токопроводник 1 и токопроводящая оболочка 2. В качестве токопроводника 1 используют углеродный шнур УШ-1, или углеродный стержень, изготовленный на основе однонаправленных углеродных волокон М Brace Bar CF. При изготовлении токопроводящей бетонной оболочки используют коллоидно-графитовый препарат сухой из искусственного графита марки C-1 или C-2, который является высокодисперсным малозольным сухим графитом, используют цемент, например цемент глиноземистый марки м400, м500, м600, м700.
Пример 1
Готовят состав смеси для изготовления токопроводящей оболочки из расчета 50 кг.
Компоненты берут в следующих количествах, в кг:
песок
15,9
препарат коллоидно-графитовый C
2,5
цемент
13,6
углеродный наполнитель
18
Замешивают данный состав в 23 л воды, размещают в скважине углеродный шнур и заливают в скважину полученную смесь. После затвердевания состава углеродный шнур с помощью муфты соединяют с кабелем, второй конец кабеля подводят к станции катодной защиты. Опытно-расчетным путем установлено, что срок службы анодного заземлителя приведенного состава составляет около семнадцати лет при токовой нагрузке в три ампера.
Пример 2
Готовят состав смеси для изготовления токопроводящей оболочки из расчета 50 кг.
Компоненты берут в следующих количествах, в кг:
песок
15,9
препарат коллоидно-графитовый С
12,5
цемент
13,6
углеродный наполнитель
8
Замешивают данный состав в 23 л воды, размещают в скважине углеродный шнур и заливают в скважину полученную смесь. После затвердевания состава углеродный шнур с помощью муфты соединяют с кабелем, второй конец кабеля подводят к станции катодной защиты. Расчетным путем установлено, что срок службы анодного заземлителя приведенного состава может составить восемьдесят три года при токовой нагрузке в три ампера.
Пример 3
Готовят состав смеси для изготовления токопроводящей оболочки из расчета 50 кг.
Компоненты берут в следующих количествах, в кг:
песок
12
препарат коллоидно-графитовый С
25
цемент
10
углеродный наполнитель
3
Замешивают данный состав в 23 л воды, размещают в скважине углеродный шнур и заливают в скважину полученную смесь. После затвердевания состава углеродный шнур с помощью муфты соединяют с кабелем, второй конец кабеля подводят к станции катодной защиты. Расчетным путем установлено, что срок службы анодного заземлителя приведенного состава составляет сто шестьдесят семь лет.
Срок службы данного анодного заземлителя превышает срок службы стандартных анодных заземлителей, использующихся на станциях катодной защиты в 8-10 раз.
Таким образом, изобретение позволяет увеличить срок работы анодного заземлителя.