Особенности заземления электроустановок в вечномерзлых и других грунтах c изолирующим основанием, проблемы и способы их решения

 

 

 

Заземление, защитное заземление, технологическое заземление, молниезащита – эти термины настолько обыденны и легко воспринимаются на слух, что многим кажется, что проще понятий и быть не может. Однако под кажущийся простотой кроется сгусток нерешенных сложнейших проблем.

В северных регионах России, особенно в ее северо-восточной части и на Дальнем Востоке, устройство заземлений сопряжено с рядом дополнительных трудностей, связанных с наличием многолетнемерзлых грунтов, а также галечниковых и скальных пород. В таких условиях надежность заземления зависит, прежде всего, от правильного учета геоэлектрической структуры грунтов, величины удельного электрического сопротивления земли, правильного выбора оптимального метода расчета заземляющих устройств и их рациональных конструкций. Важно учесть и то, что затраты на устройство заземлений подстанций, линейных объектов в сложных грунтовых условиях достигают 30–35 % их сметной стоимости, поэтому снижение затрат за счет оптимального проектирования и использования качественных систем заземления имеет огромное значение для всех предприятий электроэнергетики.

На сегодня известно множество способов решения проблем заземления в высокоомных грунтах. Приведем самые традиционные:

1. Понижение естественного сопротивления грунта путем добавления в него минеральных солей рядом с электродом заземления. Соль, смешиваясь с грунтовой влагой, превращается в электролит, тем самым улучшается электропроводность грунта и понижается температура замерзания.

2. Замена части грунта вокруг электрода засыпкой с высокой электропроводностью (угольная обработка, засыпка коксовой мелочью и т.п.).

3. Глубинный заземлитель.

Перечисленные способы заземления имеют ряд существенных недостатков.

 

 

Минусы такого решения:

А. Так как в большинстве случаев контур заземления выполняется из черной углеродистой стали, соль вызывает очень сильную коррозию материала электрода, поэтому такие электроды служат не более 6–8 лет.

Б. Постепенное понижение концентрации электролита в грунте за счет вымывания из него солей во время весеннего таяния снега и после дождей в летний период, в результате чего срок эффективной работоспособности электрода снижается до 40 % за 3–4 года.

 

 

Кроме засоления иногда применяется такой сложный и дорогостоящий прием, как замещение грунта. Он осуществляется путем замены части высокоомного грунта другим, имеющим более низкое удельное сопротивление грунтом.

Из-за удаленности объектов (чаще всего) и, как правило, отсутствия в наличии требуемого объема замещающего грунта, а также вследствие дороговизны и проблемы своевременной доставки грунта на объект этот способ используется довольно редко.

 

 

Этот способ предусматривает бурение глубоких скважин (от 8 до 100 м) с последующей установкой стальной шины и ее засыпкой глинисто-песчаной смесью с хлоридом натрия. При применении данного способа обязательно наличие на площадке специальной бурильной техники. Данный вид работ очень дорог за счет значительного увеличения трудозатрат, связанных с бурением, установкой обсадных труб и других. Стоимость устройства такого заземления еще больше возрастает при производстве работ в скальных и галечниковых грунтах.

Существует также проблема значительной погрешности при замере сопротивления глубинных электродов. Это происходит в основном из-за разнородности грунта по составу и структуре. Таким образом, потребитель, уверенный в том, что достигнуто требуемое сопротивление грунта, в результате оказывается далек от истины.

Кроме того, при воздействии токов большой величины (10–20 кА), например при грозовом разряде, более значима такая характеристика заземляющего электрода, как скорость нейтрализации разряда, чем собственно его удельная электропроводность. В этом случае контур из нескольких коротких электродов большого диаметра более эффективен, чем контур из 1–2 глубинных заземлителей.

 

 

Электрод «Бипрон» представляет собой полую трубку, изготовленную из высококачественной нержавеющей стали диаметром 60,3 мм и длиной 3 м в стандартной комплектации. В стенках трубки имеются отверстия по всей длине электрода (перфорация). Заземлитель заполнен специальной смесью минеральных электролитных солей (электролитический модуль), которые, смешиваясь с грунтовой влагой, превращаются в электролит. Медленно проникая в окружающий грунт через перфорацию, электролит формирует область с повышенной электропроводностью и понижает температуру замерзания грунта вокруг электрода.

Второй момент – замена грунта вокруг электрода в системе «Бипрон» на материал с высокой электропроводностью, что снижает начальное сопротивление электрода к земле. Таким образом, стремительный рост сопротивления при понижении температуры замедлится или прекратится вовсе.

В качестве заполнения пространства вокруг электрода в системе заземления «Бипрон» используется минеральный активатор грунта «МАГ-2000». Такая комбинация заземлителя и активатора в условиях высокоомных грунтов повышает работоспособность всей системы более чем в 10 раз по сравнению с традиционными способами заземления, что приводит к значительному снижению общей металлоемкости контура заземления. Это, в свою очередь, ведет к существенному сокращению трудозатрат на монтаж и обслуживание. Срок службы заземлителей «Бипрон» – более 30 лет.

 

 

Эксплуатационным службам, а также организациям, осуществляющим проектирование или монтаж системы заземления в районах со сложными грунтами, важно понимать, с какими проблемами можно столкнуться при устройстве контура заземления. Наличие параметров, которые подвергаются значительным изменениям в течение календарного года, значительно усложняет достижение требуемого стабильного сопротивления к токорастеканию в грунте. Поскольку все электрическое и электронное оборудование на предприятиях должно быть заземлено, слабые места, недосмотр и лжеэкономия в данной области могут привести к выходу из строя дорогостоящей техники и простоям в рабочих процессах, что крайне нежелательно, особенно в условиях пониженных температур.