Заземление в мерзлоте

Заземление в мерзлоте

Добрый день! Проектирую комплекс здание на Новой Земле, там грунт с большим удельным сопротивлением (вечная мерзлота).
Необходим решить вопрос с заземлением, пункты ПУЭ 1.7.106, 1.7.107 я смотрел, но до конца нет понимая как сделать правильно заземление и молниезащиту в данном случае.

Может у кто-то делал уже аналогичные проекты? Поделитесь опытом

Добрый день! Проектирую комплекс здание на Новой Земле, там грунт с большим удельным сопротивлением (вечная мерзлота).
Необходим решить вопрос с заземлением, пункты ПУЭ 1.7.106, 1.7.107 я смотрел, но до конца нет понимая как сделать правильно заземление и молниезащиту в данном случае.

Может у кто-то делал уже аналогичные проекты? Поделитесь опытом

Подвод кабеля по воздушке или под землей?
если под землей, то повторное заземление не нормируется на сколько я знаю.
По воздушке нормируются. Но для большого сопротивления грунта по ПУЭ
допостима в 10 раз повышать сопротивлениие повторок. Слышал про хим. заземление,
оно позволяет добится низких значений сопротивлений в вечной мерзлоте.

Технологии организации заземления в условиях мерзлоты

Из уроков географии мы знаем, что существенная часть территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. Там проживает население, работают предприятия промышленности, и имеется необходимая инфраструктура, в том числе и заземление с молниезащитой. Обустройство последних в условиях суровых климатических условий северных регионов имеет некоторые характерные особенности. Специалисты по заземлению в этих регионах имеет две проблемы: серьезное сопротивление почвы растеканию электрического тока, а также ее высочайшая твердость и плотность. Потому обустройство качественного заземлителя в условиях вечной мерзлоты уже не один год является проблемой для многих умов. В отличие от юга и средней полосы страны на севере для этих целей используются и разрабатываются несколько иные методы заземления.

Засоление земли

Один из первейших шагов, обеспечивающих наружное заземление, является так называемое засоление грунтов. Его суть заключается во внесении в почву, в которой обустраивается заземляющий контур, некоторого объема поваренной соли. В итоге, около контура серьезно уменьшается удельное сопротивление грунта. Даная методика отличается простотой. Правда, есть два серьезных «минуса». Во-первых, соль провоцирует быструю коррозию металлов. Потому заземляющие электроды поддаются губительным разрушениям. Их необходимо менять с интервалом 3-5 лет. Во-вторых, соль из земли попросту вымывается талыми водами и осадками. В итоге, происходит резкое снижение эффективности заземления. Потому требуется повторное засоление почвы.

Замена почвы

Метод замены грунта получил в северных широтах некоторое, довольно узкое распространение. Суть метода заключается в изменении почвы в том месте, где будет монтироваться заземляющее устройство из металлических стержней, полос и пр. При этом новая почва должна иметь значительно меньшее электрическое сопротивление. Эффективность описываемого метода довольно высока. Правда, себестоимость метода также существенна. Ведь необходима выемка серьезного объема старого грунта. А, кроме того, из южных регионов необходимо привезти требуемое количество нового, грунта для замены. Все это требует немалых финансовых трат.

Смеси для замещения грунта

Данная методика монтажа заземления в условиях мерзлоты объединяет «плюсы» двух предыдущих способов. Сегодняшний рынок предлагает множество различных смесей, содержащих графит и солевые компоненты. Также в состав этих смесей входят элементы, свойства которых приближаются к глинистым грунтам. «Плюсы» подобных смесей заключается в том, что благодаря присутствию связующего компонента, которым выступают заменители глины или даже сама глина, не происходит быстрого вымывания указанных смесей. Потому полезные качества заземлителя проявляются на протяжении намного большего промежутка времени, чем в случае с обычным засолением грунта. Правда, Даная методика не исключает проблему быстрой коррозии элементов заземления. Кроме того, эффективность данной смеси несколько не дотягивает до желаемых параметров. Однако, по сравнению с замещением грунта, данной смеси требуется намного меньше.

Электролитический тип заземления

Все чаще перед специалистами ставится задача обустройства молниезащиты и заземления в районах Российской Федерации с вечной мерзлотой. При этом перед специалистами ставится задача максимальной эффективности и функциональности обустроенных систем заземления. Это и стало причиной создания так называемого электролитического заземления. В его основе — труба, которая вкапывается на некотором удалении от поверхности грунта. Она заполняется специальным солевым составом – электролитом. Советские типовые проекты также предусматривали погружение в описываемую трубу медного проводника.

Данный тип заземления должен обустраиваться в полном соответствии с технологией. А в удаленных районах это проконтролировать достаточно сложно. Данная модель заземлителя представляет собой комбинацию всем известных на сегодня типов заземления. Для того чтобы противостоять влиянию коррозии, труба выполняется из стойких к коррозии металлов. Метод наряду с грунтозамещением не отличается высочайшей эффективностью. А его стоимость довольно существенна благодаря применению стойких к коррозии металлических компонентов.

Тема: Как сделать контур заземления на крайнем севере?

Опции темы
Отображение
  • Линейный вид
  • Комбинированный вид
  • Древовидный вид

Как сделать контур заземления на крайнем севере?

Устанавливайте электролитические заземляющие электроды.

Электролитические заземляющие электроды предназначены для создания заземляющих устройств в грунтах с высоким удельным сопротивлением (скальные породы, вечномёрзлые и песчаные грунты), где затруднено или принципиально невозможно использование классического способа заземления. Заземляющие устройства на основе электролитические заземляющих электродов могут использоваться в качестве функциональных, рабочих или молниезащитных заземлений. Электролитические электроды применяются для создания заземляющих устройств в телекоммуникациях, электроэнергетике, нефтегазовом секторе, на железнодорожном транспорте и других отраслях промышленности.

Основные преимущества :
-позволяют создавать заземляющие устройства с низким сопротивлением растекания в грунтах с высоким удельным сопротивлением;
-обеспечивают постоянное сопротивление заземляющего устройства не зависящее от сезонного изменения атмосферных и климатических условий, содержания влаги в грунте;
-обеспечивают повышение проводимости грунта, путем рассеивания в нем электролитической соли;
-эффективно рассеивают токи молнии и короткого замыкания, для контроля направление их стекания дополнительно возможно оснащение электродов горизонтальными радиальными заземлителями;
-требуют минимальное рабочее пространство 2-3 м²;
-коррозионно стойкие;
-срок службы – не менее 30 лет.
Электрод представляет собой медную трубу диаметром 54 мм, толщиной стенки 2,1 мм, наполненную натуральной электролитической солью.

Принцип работы электролитического электрода основан на искусственном изменении электрических свойств грунта.

Многократное уменьшение омического сопротивления грунта происходит за счёт пропитки околоэлектродного пространства электролитом, выщелачиваемым из электролитической соли, находящейся в электроде.

Насыщение околоэлектродного грунта электролитом снижает его температуру промерзания, создавая незамерзающую зону вокруг электрода, что обеспечивает низкое и стабильное в течение длительного периода времени сопротивление растеканию тока.

Частичная замена высокоомного околоэлектродного грунта на материал оптимизации заземления с низким удельным сопротивлением 0,3-0,6 Ом*м способствует уменьшению сопротивления растекания тока заземляющего электрода.

Выпускаются три типа электролитических электродов – вертикальные, вертикальные удлиненные и горизонтальные (L-образные). Горизонтальные электроды применяются там, где вертикальное бурение является экономически нецелесообразным.

Вертикальные электроды выпускаются длиной 3.05, 3.66, 4.57 и 6.10 м. Вертикальные удлиненные электроды состоят из вертикальных электродов, резьбовых соединительных муфт и дополнительных секций длиной 3.05 м.

Комплектность
Электролитические заземляющие электроды поставляются как в стандартной комплектации, так и в виде отдельных компонентов. При заказе только электродов к каталожному номеру добавляется буква «B».

Стандартная комплектация:
— электролитические заземляющие электроды;
— бентонитовая глина — натуральный материал с низким сопротивлением, помещается на дно скважины, в которую погружается электрод;
— материал оптимизации заземления предназначен для замены высокомного грунта в околоэлектродном пространстве;
— инспекционный колодец для обеспечения доступа к электроду и его вентиляции.

По специальному заказу возможно заказать электроды нестандартной длины и оснастить электрод радиальными горизонтальными заземлителями.
Заземляющий проводник электрода рекомендуется соединять с горизонтальным заземлителем с помощью экзотермической сварки.
Материал, применяемый для увеличения проводимости грунтов с высоким удельным сопротивлением, применяться в виде смеси с водой. Размещается в скважине вокруг вертикального электрода или в траншее вокруг горизонтального электрода. Результаты измерений, проводимых в течении 6 лет в рамках Национального проекта исследования заземления показывают стабильно низкие значения сопротивления растекания заземляющих устройств в различных грунтах.

Смотрите так же:  Бензиновые генераторы на 380 вольт цены

В былые времена заземления в скальных или вечномёрзлых грунтах делали в соответствии с

Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной связи и радиотрансляционных узлов
Здесь хорошо изложен вопрос организации заземления в районах вечной мерзлоты (несмотря на то, что документ выпущен Минсвязи).

Посмотрите ПУЭ пп. 1.7.105 — 1.7.108.

Есть ещё один документ — «Технические указания по проектированию, строительству и эксплуатации кабельных линий связи в районах вечной мерзлоты», Москва, 1981. Попробуйте найти его в сети (требуется оплата или он опубликован не полностью).

Выписка из указаний относительно заземления (полностью документ не нашёл. Его надо покупать или он опубликован не полностью):

Рекомендации по оборудованию заземлений

Выбор рациональной среды для сооружения заземлителей

Из естественных сред наиболее благоприятными вследствие их небольшого удельного электрического сопротивления для размещения заземлителей являются:
— непромерзающие и непересыхающие водоёмы (пруды, реки, озера и т. д.);
— талики в относительно тонкодисперсных отложениях;
— солонцы и солончаки;
— хорошо проводящие рудные тела, угольные пласты, кимберлитовые трубки и зоны тектонических нарушений;
— некоторые типы мёрзлых коренных пород (глинистые сланцы, кайонотипные эффузивы);
— тонкодисперсные отложения с массивной криогенной текстурой.

Техногенные талики благоприятны для размещения заземлителей, но вследствие ограниченных размеров большинство из них имеет частное значение.

Неблагоприятными для заложения заземлителей являются водоёмы, основным источником питания которых являются дождевые и талые воды снежников и ледников, талики в грубообломочных породах ввиду относительно высокого их удельного электрического сопротивления и его значительных сезонных вариаций.

Использование вышеперечисленных факторов при сооружении заземлителей является обязательным и первостепенным.

Хорошие результаты при устройстве заземлений в районах вечной мерзлоты получают при использовании естественных заземлителей.

В качестве естественных заземлителей могут служить: существующие обсадные и водоподъёмные трубы скважин, проложенные в земле водопроводные трубы и другие металлические и непокрытые изоляцией трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, а также горючих или взрывчатых газов), железобетонные фундаменты сооружений, металлические неизолированные оболочки кабелей, и металлические ограды, имеющие надёжное соединение с землей, и т. п. Сопротивление их в ряде случаев достаточно мало из-за больших линейных размеров или расположения их в техногенных таликах.

При наличии вблизи заземляемого объекта водоёма любых геометрических размеров, рудной жилы с сопротивлением 10-3 -10-5 Ом·м, таликов в относительно тонкодисперсных отложениях и других мест с грунтом, имеющим значительно меньшее удельное электрическое сопротивление, чем в месте установки объекта, выбор однозначен: сооружение выносного заземления.

Экономически обосновано устройство выносного заземления при длине линии от объекта до выносного контура заземления не более 500-800 м при защите от НЧ влияния. Для заземления защиты от ударов молнии длина линии не должна превышать 25-30 м.

В качестве заземляющих электродов при устройстве выносных заземлений используются:

— листы железа с минимальной площадью 0,75 м2 и толщиной 5 мм;
— сетка размером 5×5 или 10×10 м, сваренная из стальных полос 40×4 мм с размером ячейки 40×40 см;
— стержневые электроды, выполненные из профильной стали или из труб длиной 1,5-2 м с минимальной площадью поперечного сечения 75 мм2 и толщиной стенок 4 мм.

Для непромерзающих водоёмов рекомендуется устраивать заземлители в грунте дна (рис. 1 б) на глубину 1,5-1,8 м или по крайней мере, на поверхности дна (рис. 1 а). При прокладке электродов на дне водоёма целесообразно помещать их в местах, где можно ожидать засасывание речным грунтом.


Рис. 1. Листовой (а) и стержневой (б) заземлители в водоёме
1. Заземлитель; 2. Заземляющий проводник; 3. Груз; 4. Глинистое дно.

Чтобы исключить влияние прибрежного промерзания воды и грунта на сопротивление заземлителей, а также предотвратить возможность повреждения их конструкции от воздействия перемещающихся льдов, не рекомендуется устраивать заземляющие устройства непосредственно у берега водоёма.

Количество заземлителей, требующееся для получения необходимой величины сопротивления, уточняется в процессе выполнения работы по устройству заземления.

При отсутствии близко расположенных естественных водоёмов можно делать искусственный водоём глубиной не менее 2 м. Размеры водоёма определяются условиями его промерзания.

Зимой на поверхности водоёма рекомендуется снегозадержание. При оборудовании заземляющего устройства в зоне талого тонкодисперсного грунта, подвержённого сезонному промерзанию, рекомендуется длину вертикального стержневого заземлителя брать на 4-5 м больше максимальной толщины мёрзлого слоя. При этом практическая длина заземлителя составляет 10-15 м.

Вынос заземления может быть сделан в рудное месторождение промышленного масштаба. В этом случае заземлителем является сама жила или рудное месторождение, а забиваемые электроды выполняют роль электрического контакта.

Заземлитель выполняется путём закладки труб или уголков вертикально в тело рудного месторождения.

Стержневые заземлители с искусственной обработкой грунта

При отсутствии вблизи заземляемого объекта условий, изложенных в (п. 6.2.4) настоящих Указаний, на мощных мёрзлых грунтах тонко- и среднедисперсных пород удовлетворительные результаты могут быть получены установкой глубинных (трубчатых) заземлителей с искусственной обработкой грунта (рис. 2).


Рис. 2. Глубинный трубчатый заземлитель

Оптимальная длина рабочей части заземлителя 15-20 м, диаметр трубы от 3/4″ до 5″. Трубы малого диаметра (до 1″) соединяются в параллельные плети и свариваются по длине в 4-5 местах.

Для повышения эффективности работы заземлителей трубы в своей нижней части, на расстоянии 5 м необходимо выполнять перфорированными, 20-25 отверстий диаметром 0,8-1,5 см на погонный метр.

Внутрь тела заземлителя для постоянной эксплуатации вставляется труба-насадка длиной 2-3 м, которая имеет теплоизоляцию (несколько слоев полиэтиленовой пленки, кабельный пластикат) в нижней части, предохраняющая от интенсивного промерзания грунт в верхней части скважины.

Через трубу-насадку внутрь тела заземлителя заливается горячий раствор поваренной соли (25-40 кг на трубу) для оттаивания ледяных пропластков между фракциями породы в нижней части скважины. Нельзя заливать раствор в пространство между стенками скважин и перфорированной трубой, так как в этом случае возможны обвалы стенок скважины. В зависимости от категории мерзлого грунта и мощности ледяных включений и пустот в нижней части скважины требуется 100-150 литров горячего раствора.

Пространство между стенками скважины и телом заземлителя заполняется смесью горячего соляного раствора (10-15%) с просеянными тонкодисперсными породами (гумусированные породы, мелкий песок, суглинки, глина). Во избежание резкого увеличения сопротивления заземлителя перемешивание смеси и заполнение затрубного пространства следует производить при положительной температуре. Влажность смеси доводится до такой степени, при которой ещё не теряется свойство сыпучести (должна образоваться творожистая масса, исключающая возможность прилипания к стенкам скважин).

Засыпка верхней части скважин (1,5-2 м от поверхности земли) производится без засоления грунта сухими тонкодисперсными породами.

Бурение скважин, для установки глубинного заземлителя, производится до глубины, превышающей рабочую длину заземлителя на 1,5-2,0 м. При механическом бурении с обсадными трубами (сыпучемерзлые грунты) последние извлекаются только после засыпки тела заземлителя на 1/2 длины.

Допускается в верхней части скважины оставлять обсадную трубу на длине примерно 3-5 м от поверхности земли.

Во избежание образования каверн и пустот в скважине должна производиться утрамбовка грунта в течение всего времени заполнения скважины грунтом.

Через каждые три-четыре года, а также в случае значительного роста величины сопротивления заземлителя в зимний период обработку солью следует повторять. Время производства работ по повторной солевой обработке вмещающих пород — осенне-поздний период до появления первых морозов.

При мощных мёрзлых горизонтах грубодисперсных пород и слабом снеговом покрове удовлетворительные результаты могут быть достигнуты установкой глубинных (трубчатых, ленточных, уголковых) заземлителей длиной 20-100 м в скважины, пробуренные через толщу вечномерзлого грунта до слоев земли с высокой проводимостью (рудные включения, межмерзлотные и подмерзлотные талые грунты и т. д.).

Оборудование глубинных заземлителей допускается выполнять без искусственной солевой обработки вмещающего грунта.

При бурении скважины необходимо периодически контролировать сопротивление растекания опущенного в забой бурового снаряда, которое приблизительно равно сопротивлению заземлителя, установленного в скважине. При снижении сопротивления до заданной величины проходку можно прекратить.

В грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлением (1000 Ом·м и более), для получения требуемой величины сопротивления заземления целесообразно оборудовать многоэлектродные заземляющие устройства.

При устройстве многоэлектродного заземления отдельные заземлители располагают либо в один или несколько рядов, либо по замкнутому контуру.

Расстояние между отдельными заземлителями должно быть не менее удвоенной длины заземлителя. Расстояние между рядами должно быть не меньше половины длины одного ряда. При устройстве многоэлектродного заземления отдельные заземлители располагают либо в один или несколько рядов, либо по замкнутому контуру.

Смотрите так же:  Заземление муфты кабеля

Количество электродов зависит от удельного электрического сопротивления грунта и определяется проектом.

ИНТЕРНЕТ-МАГАЗИН

пн-сб, 8:00-21:00 МСК

_________________
+7 (999) 903-36-19

Заземление / Заземление.Теория / Заземление в вечной мерзлоте

Заземление в районах многолетней мерзлоты.

Стоит отметить, что существует проблема получения заземления в условиях крайнего севера, местах с каменистым и скальным грунтом. Проблема заглубления в грунт сопровождается низкими температурами, которые влияют на удельное сопротивление грунта (УСГ), оно возрастает.

К примеру, УСГсуглинка при температуре +10 С 0 не более 100 Ом*м,

УСГсуглинка при температуре -10 С 0 колеблется от 500 — 1000 Ом*м

По зависимости предоставленной IEEE Std 142-1991, можно видеть, что удельное сопротивление суглинка при температурах ниже нулевой отметки резко увеличивается. Данные характеристики связаны с превращением воды в лёд, и как следствие замедление передвижения зарядов.

Таким образом, при температурах мёрзлого грунта -3…-5 градусов, УСГ получаем тысячи Ом*м., что подтверждает сложность получения хорошего заземления для частного дома и не говоря уже о промышленных объектах и узлах связи. Для достижения требуемого сопротивления заземления прибегают к различным ухищрениям:

Засоление грунта – в грунт, непосредственно у заземлителя заливают концентрированный раствор соли для понижения УСГ. (Минусы, коррозия заземлителя, срок службы не более 5 лет + соль вымывается в течении нескольких лет.)

Замена грунта – очень дорогой способ, на месте размещения заземлителя выгребается грунт необходимой площади и засыпается новый с наименьшим УСГ.



Изучив, опыт, ошибки и знания многих поколений покорителей севера, компания ZANDZ предложила удачное решение, сочетающее в себе методику заземлений кустарных способов, исправив их минусы на плюсы. Специалистами проекта ZandZ был разработан комплект электролитического заземления ZZ-100-102, который позволяет получить низкие значения сопротивления заземления в условиях вечной мерзлоты, в грунтах с большим удельным сопротивлением, каменистых поверхностях земли, в северных широтах.

Подробно ознакомится с комплектом электролитического заземления ZZ-100-102 ZANDZ и процессом монтажа электролитического заземления Вы можете посмотрев видео:

Заземление в вечной мерзлоте

Известно, что с уменьшением температуры — удельное сопротивление грунта возрастает. Так для суглинка при +10 С° оно не превышает 100 Ом*м, однако при температуре в -10 С° может достигать 500 — 1000 Ом*м.

Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его температуры (данные из IEEE Std 142-1991):

На этом графике хорошо видно, что при температуре ниже нуля грунт резко повышает свое удельное сопротивление, что связано с переходом воды в другое агрегатное состояние (из жидкого в твердое) — почти прекращаются процессы переноса заряда ионами солей и кислотными/щелочными остатками.

Для вечномерзлого грунта, температура которого ВСЕГДА составляет -3 -5 С°, характерно удельное сопротивление в 10-50 тысяч Ом*м.

Чтобы достигнуть необходимого сопротивления заземления в таких условиях — необходимо смонтировать количество заземляющих электродов в десятки раз превышающее количество электродов, необходимое в обычном грунте. Т.е. не 4 — 6 электродов, а 40 — 60. Что зачастую просто не выполнимо.

Кроме крайне высокого удельного сопротивления, для вечномерзлого грунта характерно такое свойство, как «выталкивание» любых посторонних объектов. Т.е. заземлитель, смонтированный в область вечной мерзлоты будет через некоторое время (годы) вытеснен из этой зоны.
Практически — это выглядит как подъем электрода из земли.

На фотографии — электроды глубиной 2 метра с приваренным соединительным проводником. Высота над уровнем земли около 80-90 см. До этого (2-3 года назад) вся конструкция находилась на глубине 0,5 метра НИЖЕ уровня земли.

Лето 2007 года, г. Якутск. Глубина зоны протайки вечной мерзлоты = 1,5 — 2 метра. Глубина зоны вечной мерзлоты = до 2х километров ниже уровня земли.

Основной способ заземления в вечной мерзлоте

С учетом сложностей заземления в вечномерзлых грунтах, для организации заземляющего электрода обычно применяется следующее решение —
засоление грунта.

Это добавление в почву такого количества обычной поваренной соли NaCl, которое позволяет снизить удельное сопротивление грунта около электродов до необходимого уровня.

Минусы такого решения:

  • соль вызывает очень сильную коррозию материала электрода
    (обычно стали). Поэтому такие электроды служат не более 2-5 лет.
  • вымывание солей из грунта влагой весной и после дождей, понижающее концентрацию электролита в грунте, что снижает срок эффективной работоспособности электрода до 1-2 года

С развитием технологий и материалов удалось преодолеть оба минуса засоления при разработке электролитического заземления ZANDZ.

Дополнительный способ

Кроме засоления, для заземления в вечной мерзлоте иногда применяется такой сложный и дорогостоящий прием, как замена грунта. Он осуществляется путем вынимания естественного грунта и засыпка полученного объема другим, имеющим низкое удельное сопротивление, грунтом (см. таблицу удельных сопротивлений грунта). Такой грунт из-за первоначально низкого сопротивления при замерзании не будет сильно повышать свое удельное сопротивление, а обычные заземлители, размещенные в нем дадут требуемое сопротивление заземления в любое время года.

Из-за необходимости замены существенного объема грунта и удаленности объектов (чаще всего) — стоимость таких работ очень высокая. А из-за необходимости перемещения большого количества почвы — работы бывают невыполнимы.

Современное технологичное решение

Для надежного и качественного заземления в вечномерзлых грунтах рекомендуется использовать готовые комплекты электролитического заземления ZANDZ.

ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ОПОР ВЛ
Эффективность в условиях высокоомных грунтов

В грозовой период наблюдается массовое отключение ВЛ, связанное с грозовой активностью [1–3]. Для повышения грозовой устойчивости ВЛ (ГУ ВЛ) в настоящее время используются следующие способы:

  • установка на ВЛ грозотроса (грозотросов);
  • усиление заземления опор ВЛ;
  • прокладка противовесов (заземлителей вдоль ВЛ);
  • усиление линейной изоляции ВЛ;
  • установка на опорах на фазы устройств ограничения перенапряжений.

Конечно, комплексное применение всех способов позволяет существенно повысить уровень ГУ ВЛ, однако это дорого и трудноосуществимо.

Применяемые мероприятия по обеспечению ГУ ВЛ должны иметь наивысшие технико-экономические показатели, то есть обеспечивать заданный уровень ГУ ВЛ при минимальной стоимости этих мероприятий. Актуальной задачей является разработка и выбор мероприятий, обладающих наиболее высокими техническими и экономическими показателями.

Одним из основных мероприятий, позволяющих повысить уровень ГУ ВЛ, является усиление заземления опор ВЛ.

Этот способ позволяет уменьшить сопротивление растеканию заземляющего устройства (ЗУ) опор ВЛ, снижая тем самым импульсный потенциал, возникающий при разряде молнии в опоры ВЛ и в грозотрос, а также вероятность перекрытия линейной изоляции и отключения ВЛ. Существенное снижение сопротивления растеканию ЗУ опор ВЛ позволяет значительно повысить уровень ГУ ВЛ.

В настоящее время ПУЭ (п. 2.5.129) регламентирует требования к величине сопротивления растеканию ЗУ опор ВЛ. В соответствии с требованиями [4] сопротивление растеканию ЗУ опор ВЛ, в зависимости от грунтовых условий, не должно превышать 10–30 Ом.

В то же время технически и экономически целесообразным может являться достижение иных сопротивлений растеканию ЗУ опор ВЛ. Так например, в случае расположения ВЛ в исключительно тяжелых грунтовых условиях (десятки кОм·м) достижение значения сопротивления растеканию ЗУ опор ВЛ, регламентируемого [4], может оказаться экономически нецелесообразным вследствие крайне высокой стоимости ЗУ. В этом случае обеспечение ГУ ВЛ может быть достигнуто другими способами, которые могут оказаться более эффективными. И наоборот, в случае если наиболее дешевым способом обеспечения ГУ ВЛ окажется усиление заземления, целесообразно будет снизить сопротивление ЗУ ниже требований [4].

Вопрос о необходимом уровне снижения сопротивления растеканию ЗУ должен решаться комплексно, с учетом влияния других способов повышения ГУ ВЛ.

Необходимое значение сопротивления растеканию ЗУ опор ВЛ может быть достигнуто путем применения различных схем заземления. Цель настоящей работы – исследование эффективности различных схем организации ЗУ и выбор наиболее эффективных из них с технико-экономической точки зрения.

ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Растекание импульсного тока с опоры ВЛ обеспечивается фундаментом опоры, который представляет собой естественный заземлитель, а также дополнительно устанавливаемыми искусственными заземлителями.

Для организации искусственного заземления используются горизонтальные и вертикальные заземлители.

Горизонтальные заземлители представляют собой полосовую либо прутковую сталь сечением, как правило, 160–200 мм 2 . В настоящее время основным используемым типом стали, применяемой в качестве горизонтальных заземлителей, является полосовая оцинкованная сталь сечением 4х40 мм.

Применяемые сейчас вертикальные заземлители, как правило, представляют собой модульные конструкции из вертикально устанавливаемых оцинкованных либо омедненных стержней диаметром 14–20 мм. Длина используемого модуля вертикального заземлителя – 3–5 м.

Также активно исследуется возможность применения альтернативных систем заземления, например соляных [5] либо графитовых заземлителей [6]. На основе указанных систем заземления уже реализуются отдельные проекты, которые должны подтвердить эффективность альтернативных систем заземления.

Смотрите так же:  Вредны ли провода

Существующие схемы заземления опор ВЛ можно подразделить на несколько типов (рис. 1):

  • лучевые ЗУ, в которых растекание тока обеспечивается отдельными лучевыми заземлителями;
  • периметральные ЗУ, в которых для улучшения растекания токов вокруг лучевых заземлителей дополнительно организуется периметральный заземлитель;
  • усиленные ЗУ, в которых для усиления ЗУ используются дополнительные лучевые и периметральные заземлители.

Рис. 1. Типы существующих заземляющих устройств:
а) лучевые ЗУ;
б) периметральные ЗУ;
в) усиленные ЗУ

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСТЕКАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА

Для определения технических характеристик ЗУ различного типа выполнено моделирование стекания импульсных токов с ЗУ с использованием программного комплекса «Контур». Моделирование выполнено для опоры ВЛ 110 кВ типа П110-2 с фундаментом, состоящим из четырех железобетонных элементов типа Ф5-4 (рис. 2):

  • горизонтальные заземлители – полосовая сталь сечением 4х40 мм, проложенная на глубине 0,5 м;
  • вертикальные заземлители – стальные стержни диаметром 16 мм, длиной 5 м.

Рис. 2. Элемент фундамента опоры типа Ф5-4

Моделирование сделано для однослойного однородного грунта. В условиях вечной мерзлоты, как правило, отсутствует тенденция к снижению удельного сопротивления грунта с ростом глубины и удельное сопротивление грунта с глубиной изменяется в незначительных пределах, в ряде случаев даже демонстрируя тенденцию к росту.

Принят единичный импульсный ток с временем нарастания 10 мкс и временем полуспада 350 мкс, т.е. стандартная форма импульса тока молнии.

ОРТОГОНАЛЬНАЯ И ДИАГОНАЛЬНАЯ СХЕМА

Фундамент опоры ВЛ представляет собой в сечении прямоугольник (рис. 1). При организации ЗУ горизонтальные заземлители могут размещаться ортогонально либо диагонально по отношению к фундаменту опоры. При равной длине заземлителей и одинаковых затратах на организацию ЗУ, технические характеристики ЗУ могут отличаться друг от друга. Представляет интерес сравнение технических характеристик ЗУ при размещении заземлителей ортогональным и диагональным способом.

С этой целью разработаны расчетные модели опоры ВЛ с различными типами ЗУ, приведенными на рис. 3. Для разработанных расчетных моделей выполнены расчеты сопротивления стеканию ЗУ при различных грунтовых условиях. Результаты выполненных расчетов приведены в табл. 1.

Рис. 3. Размещение заземлителей по отношению к фундаменту опоры:
а) ортогональное;
б) диагональное

Таблица 1. Импульсное сопротивление растеканию ЗУ различных схем при различных грунтовых условиях

Заземление в мерзлоте

К счастью, у нас в РБ, грунты позволяют выполнять практически любое заземление. Ну что делать, если грунт каменистый, или скальный, или песчаник, или заземление необходимо выполнить для объекта, расположенного на территории вечной мерзлоты?

В таких случаях единственным вариантом выполнения заземления может оказаться электролитическое заземление.

Электролитическое заземление как раз предназначено для использования в грунтах с высоким удельным сопротивлением. Для его выполнения не требуется специальная техника и насыпной грунт.

Данный вид заземления может быть также использован на объектах, где по каким-либо причинам невозможно забить электроды больше метра, а стандартный электрод в виде протяженной полосы будет достаточно длинным.

Электролитический электрод позволяет получить до 12 раз меньшее сопротивление, по сравнению с обычным электродом такой же длины. Специальная смесь солей не вызывает ускорения коррозии электролитического электрода. Во время повешенной влажности не происходит превращение в электролит сразу всей смеси. Процесс выщелачивания протекает равномерно. Согласно информации производителя, срок службы электролитического заземления не менее 50 лет. Для монтажа электролитического заземлителя достаточно 0,7м.

Состав электролитического заземлителя:

1 Колодец для обслуживания.

2 Специальная смесь минеральных солей.

3 Электрод – заземлитель.

4 Заполнитель околоэлектродный.

Основным элементом электролитического заземлителя является L-образный электрод. Возможно изготовление и вертикальных электродов до 9м.

Электрод представляет собой полую трубу с отверстиями. Внутрь трубы засыпается специальная смесь, которая под влиянием влаги превращается в электролит и проникает в грунт и тем самым повышает его электропроводность.

Принцип действия электролитического заземления

Для обслуживания необходимо периодически открывать крышку и визуально определять количество смеси. Одной заправки хватает на 10 лет.

А вы применяли электролитическое заземление?

Заземление в мерзлоте

Зависимость r грунта от температуры

Температура грунта изменяется в зависимости от многих причин и оказывает существенное влияние на его удельное сопротивление.

Грунт, содержащий влагу, является электролитом и поэтому обладает отрицательным температурным коэффициентом сопротивления: с ростом температуры его удельное сопротивление уменьшается. Объясняется это тем, что с повышением температуры увеличивается степень диссоциации молекул веществ, растворенных в воде, т. е. возрастает концентрация ионов в растворе, что ведет обычно к снижению удельного сопротивления. Однако эта закономерность сохраняется до тех пор, пока влага не начнет испаряться, что сопровождается резким увеличением сопротивления.

Бурное испарение влаги и как следствие этого стремительный рост сопротивления грунта происходят при температуре 100°С и выше. Такой нагрев может быть результатом прохождения через заземлитель больших токов. Высушивание грунта происходит и под воздействием температуры окружающего воздуха, т. е. при температуре почвы, значительно меньшей 100°С. Правда, в этом случае влаги лишается верхний слой почвы толщиной обычно не больше 50—60 см. Поэтому при устройстве заземлений в целях экономии металла заземлители размещают в земле ниже этого уровня.

При 0°С, т. е. при замерзании влаги в грунте, его удельное сопротивление возрастает скачкообразно в несколько раз, поскольку сопротивление льда, как правило, выше сопротивления воды. Причем с увеличением содержания солей в воде возрастает разница между значениями сопротивлений воды и льда. Лишь при отсутствии солей вода (например, дистиллированная) и ее лед обладают практически одинаковым сопротивлением около 10 6 —10 7 Ом х м (чистый лед обладает ионной проводимостью за счет присутствия в его решетке ионов Н + и ОН — , которая при -10°С составляет 1,4 х Ю -7 См/м.).

Таким образом, образовавшийся в грунте лед в виде линз и тонких прослоек не только не участвует в проведении тока, но и препятствует его прохождению по грунту, уменьшая проводящее сечение грунта и удлиняя путь тока.

При дальнейшем понижении температуры грунта (ниже 0°С) рост удельного сопротивления продолжается, но менее интенсивно, чем при 0°С (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок грунта с влажностью 15% по массе) от температуры

В районах вечной мерзлоты, которые занимают около 25% суши земного шара, слой вечномерзлого грунта, простираясь в глубину на десятки и сотни метров, обладает очень большим удельным сопротивлением, которое практически никогда не изменяется. Лишь у верхнего слоя земли толщиной от 0,5 до 4,5 м r снижается в летнее время в несколько раз, достигая обычных значений. Однако зимой, когда температура этого слоя опускается ниже температуры глубинных слоев, его r оказывается в несколько раз больше удельного сопротивления этих слоев (рис. 2.21). Поэтому в районах вечной мерзлоты очень трудно создать качественное заземление, т. е. обладающее малым сопротивлением.

Рис. 2.21. Удельное сопротивление грунта (глина) в районе вечной мерзлоты на разных глубинах

1 – летом при оттаявшем верхнем слое грунта; 2 – зимой

Похожие статьи:

  • Заземление гру Заземление гру п. 2.2.19 ПБ 12-529-03: 2.2.19. Надземные газопроводы при пересечении высоковольтных линий электропередачи, должны иметь защитные устройства, предотвращающее падение на газопровод электропроводов в случае их обрыва. […]
  • Провода в резиновой оболочке КАБЕЛИ МЕДНЫЕ В РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ (кабель КГ (КРПТ), кабель РПШ, РПШэ) Кабели для радиоустановок: кабель РПШ, РПШМ, РПШ-Т, РПШМ-Т, РПШЭ, РПШЭМ, РПШЭ-Т, РПШЭМ-Т предназначены для присоединения установок в электрических сетях на […]
  • Прогрев бетона от 220 вольт Кабель для прогрева бетона 97 м. (220 вольт) Кабeль для cушки бeтоннo-мoнолитных констpукций от 220 вoльт 40КДБC - 97. Пpи пoнижении темпeратуpы вoздуxa нижe +5°С необxодимо принимaть меpы по пpедотвpащeнию замеpзания бетонa. Haиболеe […]
  • Провода для светильников прозрачные Провод прозрачный 2*0.75 с тросиком (круглый) Прозрачный круглый провод с медными многопроволочными токопроводящими жилами, с изоляцией из ПВХ-пластиката, в оболочке из силикона. Предназначен для присоединения различных осветительных […]
  • Узо 1211 АСТРО-УЗО Ф-1211 В16 кто сталкивался? Форумчане! АСТРО-УЗО Ф-1211 В16- ваше мнение об этом девайсе. radist написал : Форумчане! АСТРО-УЗО Ф-1211 В16- ваше мнение об этом девайсе. УЗО со встроенной защитой от свехтока, тип АС. In=16A, […]
  • Сп кабели и провода Сп кабели и провода 1. Расшифровка. C – свинцовая оболочка П - Броня из стальной оцинкованной проволоки 2. Элементы конструкции кабеля. 1. Токопроводящая жила — медная однопроволочная жила ”ож” (класс 1) - медная многопроволочная (класс […]