Смесь для нормализации заземления – трудный путь к успеху
Энергетическая наука постоянно вела поиск в направлении искусственного уменьшения сопротивления заземляющих устройств без применения дополнительных металлических вертикальных и горизонтальных заземлителей.
Для устройства заземляющего устройства малого сопротивления в плохо проводящих грунтах (песок, гравий, камень и т.п.) требуются десятки, а иногда и сотни стальных стержней и полос, покрытых либо непокрытых медью и цинком, располагаемых на большой территории.
С целью удешевления заземляющих устройств (далее ЗУ) в местах с высоким удельным сопротивлением грунта применяют различные методы его искусственного снижения. При этом уменьшаются количество металлических горизонтальных и вертикальных заземлителей, размеры территории, на которой они должны располагаться, объемы работ и в итоге сметная стоимость ЗУ.
Общее сопротивление ЗУ зависит, как указывалось выше, от сопротивления прилегающих к ЗУ слоев грунта. Поэтому можно добиться снижения сопротивления ЗУ понижением удельного сопротивления грунта лишь в небольшой области вокруг ЗУ. Одним из способов уменьшения удельного сопротивления ЗУ на 10-40% и, как следствие, его металлоемкости является способ тщательной трамбовки грунта над горизонтальными заземлителями.
Кроме снижения удельного сопротивления грунта, прилегающего к ЗУ, в США и Германии для тех же целей при строительстве ЗУ используют цементные смеси, например, такие как «GEM», «DEHNIT», «PRONIT» с добавками из модифицированного углерода и металлического порошка. Однако данные материалы соединяются с металлическими проводниками ЗУ и работают как его проводящие части и хоть и незначительно, но увеличивают его размеры.
В СССР, наибольшее распространение получили способы искусственного снижение удельного сопротивления грунта достигающиеся химическим путем при помощи электролитов и путем укладки заземлителей в котлованы, вырытые с помощью экскаваторов с насыпным углем, коксом, а также грунтом с меньшим, чем песок и гравий, удельным сопротивлением. Опыт показал, что максимальное уменьшение сопротивления заземления достигается при использовании соляных электролитов, древесного угля и коксовой мелочи.
Первый способ заключался в том, что вокруг заземлителей грунт пропитывается водяными растворами солей: хлористого натрия (обыкновенной поваренной соли), хлористого кальция, нитрита натрия, сернокислой меди (медного купороса) и т.д. Следует отметить, что указанным способом можно добиться сравнительно большого снижения величины сопротивления ЗУ , однако на непродолжительный срок до 1 года и при условии низкой интенсивности атмосферных осадков в данном районе, после чего требуется вновь пропитывать грунт электролитами из данных солей. Существовали разные способы укладки соли в грунт близ ЗУ. В практике Министерства связи СССР была распространена укладка около вертикального трубчатого заземлителя поваренной соли слоями. С помощью буровой установки бурилась скважина большего диаметра, чем сам вертикальный трубчатый заземлитель, затем поваренная соль укладывалась в скважину возле трубчатого вертикального заземлителя. Последний способ являлся более удобным в том отношении, что практически отсутствовала необходимость вывоза излишков грунта.
Однако коррозия данного ЗУ проявляла себя в самое ближайшее время так как на один погонный метр вертикального трубчатого заземлителя требовалось до 10 кг поваренной соли. Иногда поваренной солью заполняется пространство внутри заземлителя, выполненного в виде полой толстостенной трубы с отверстиями, через которые раствор соли выходит в окружающий грунт.
Широкое применение солей в бывшем СССР сводилось не только к понижению удельного сопротивления грунта, но и к понижению температуры его замерзания в северных районах страны. Так как соль со временем вымывается, то срок действия обработки грунта ограничен и через 2 - 4 года ее приходится повторять.
Эффективность обработки неодинакова и с течением времени меняется. В первый год, когда соль еще не успевала достаточно пропитаться влагой и распространиться вокруг ЗУ, сопротивление снижалось сравнительно мало. Оптимальные условия по снижению сопротивления наступали на втором-третьем году после завершения строительства и затем начинали идти на убыль.
Стойкость обработки поваренной солью зависит от строения грунта, влажности, количества осадков. К недостаткам указанных способов обработки грунтов относятся: необходимость возобновления пропитки грунтов примерно через 2 - 4 года и неизбежность быстрого разрушения заземлителей от химического воздействия на них солей или соляных растворов, вследствие чего потребуется ремонт ЗУ.
Вторым, наиболее часто ранее встречаемым в бывшем СССР, способом создания вокруг ЗУ зоны с пониженным удельным сопротивлением, являлся способ замены высокоомного грунта по месту строительства. В грунте делался котлован с помощью экскаватора радиусом до 2-х метров и глубиной, равной длине забиваемого стержня вертикального заземлителя. Затем котлован заполнялся грунтом, имеющим удельное сопротивление в 5-10 раз меньше, чем удельное сопротивление основного грунта. В качестве заполнителя котлована могли быть использованы: суглинок, глина, торф, чернозем, шлак и т.п. Таким способом достигалось снижение сопротивления ЗУ в среднем в 2,5 раза. В тоже время данный способ снижения сопротивления считался дорогим из-за существенного применения самосвалов и землеройной техники.
В мировой практике делались попытки устранить недостатки, связанные с недолговечностью ЗУ построенных с помощью добавления в грунт солей и электролитов из солей. Так, в Германии, например, был предложен способ, по которому в грунт вокруг заземлителя вводятся металлы в тонкоизмельченном виде, как, например, в коллоидных растворах, или в виде мелкой металлической пыли и стружки. При этом тонко измельченные металлы выбирались таким образом, чтобы не могли возникать гальванические пары с материалом ЗУ и, как следствие, его коррозия.
Однако коллоиды оказались не более устойчивы в грунте, чем соли и соляные растворы. Они постепенно вымываются из близлежащих к ЗУ слоев грунта дождевой водой, вследствие чего достигнутое его уменьшенное сопротивление с течением времени пропадает. В США предложен способ задержания вымывания соляных растворов из грунта путем смешивания соляного раствора (например, медного купороса) с нерастворимой в воде пластмассовой смесью и впрыскивания их в грунт под большим давлением. Этот способ является весьма затратным и продолжительность его действия не определялась.
Из других способов искусственного снижения сопротивления ЗУ, предложенных в различных странах, в первую очередь заслуживает внимания шведский способ - обработка грунта вокруг ЗУ при помощи электролитов, образующих гель. В результате смешения концентрированного раствора сернокислой меди с эквивалентным количеством концентрированного раствора соли щелочного синеродистого железа получается нерастворимый в воде продукт реакции - железистосинеродистая медь, которая при известных условиях образует однородный электропроводящий гидрогель. Электрические и физические свойства данного геля - электролита существенно не меняются от длительного воздействия воды и являются устойчивыми при колебаниях температуры в пределах от -60 до +60 °С. Однако данный гель - электролит эффективен при снижении очень высоких сопротивлений заземлений (порядка 400-600 Ом) и малоэффективен при величинах сопротивлений порядка 20-30 ом.
В Республике Беларусь в настоящий момент до последнего времени различные способы искусственного снижения удельного сопротивления грунта практически не применяются. Действующие ныне ТНПА «поставили крест» на применении при строительстве ЗУ соли в различных ее видах. Так же не используются цементные смеси с добавками соединяющиеся с металлическими проводниками ЗУ и работающие как его проводящие части. Даже простой и надежный способ уменьшения удельного сопротивления ЗУ путем тщательной трамбовки грунта над горизонтальными заземлителями, похоже, так же «благополучно» забыт. Исключением, можно лишь назвать применение в отдельных энергетических проектах требования по закладке горизонтальных заземлителей красной глиной и использование глинистой суспензии при забивке вертикальных заземлителей.
Требование по искусственному снижению удельного сопротивления грунта декларируется в главе 4.3 ТКП 339-2011 (02230) «Электроустановки на напряжение до 750 кВ. Линии электропередачи воздушные и токопроводы, устройства распределительные и трансформаторные подстанции, установки электросиловые и аккумуляторные, электроустановки жилых и общественных зданий. Правила устройства и защитные меры электробезопасности. Учет электроэнергии. Нормы приемо-сдаточных испытаний», заменившей главу 1.7 «Заземление и защитные меры безопасности» ПУЭ изд.6. В частности, в пункте 4.3.10.2 ТКП 339-2011 говорится: «При сооружении искусственных заземлителей в районах с большим удельным сопротивлением земли рекомендуется …: …применение искусственной обработки грунта неагрессивными к материалу заземлителя компонентами с целью снижения его удельного сопротивления…».
Данное требование, просуществовав без его практической реализации при строительстве ЗУ уже 8 лет, сможет воплотиться лишь сейчас, в 2019 году, с появлением на белорусском рынке смеси для нормализации заземления «Поспех» ТУ BY 192946203.001-2019.Что на самом деле представляется значимым событием и настоящим успехом для специалистов.
Смесь «Поспех» состоит из минеральных составляющих, обеспечивающих низкое сопротивление заземляющего устройства, путем дисперсного введения модифицирующих добавок. При создании смеси учитывался мировой и отечественный опыт по снижению металлоемкости ЗУ. Смесь «Поспех» создана не агрессивной к металлу, не токсичной, не ядовитой, не взрывопожароопасной, не загрязняющей окружающую среду.
После затворения водой с последующим перемешиванием и отстаиванием смесь «Поспех» образует киселеобразный электролит, обладающий высокой ионной проводимостью, то есть заряды переносятся в нем не электронами, как это имеет место в металлических проводниках, а ионами, образовавшимися в результате электрической диссоциации (распада) молекул минеральных компонентов смеси при растворении их в воде. Под влиянием электрического поля в образовавшемся из смеси «Поспех» киселеобразном электролите возникает направленное движение ионов к электродам, что обуславливает высокую проводимость грунта.
При повышении в результате атмосферных осадков общей влажности грунта более плотная, чем вода структура полученного из смеси «Поспех» киселеобразного электролита не позволяет снизить концентрацию ионов за счет вымывания минеральных компонентов смеси, что обеспечивает ее длительный срок службы. Смесь «Поспех» может использоваться при строительстве новых ЗУ на участках с высоким удельным сопротивлением грунта с целью его снижения.
Особенностью смеси «Поспех» по сравнению с ранее известными материалами является возможность ее применения для ремонта ЗУ, введенных в эксплуатацию ранее, который может заключаться в снижении повысившегося сопротивления ЗУ, например, из-за снижения уровня грунтовых вод, а так же сглаживания сезонных колебаний его эффективности. Ремонт может осуществляться после проверки механической прочности ЗУ.
Смесь «Поспех» эффективно снижает сопротивление ЗУ от расчетного не менее чем на 25% в любых видах грунтов, даже обладающими низким удельным сопротивлением. В тоже время, при проведении испытаний смеси в песчаных грунтах с высоким удельным сопротивлением эффект снижения сопротивления от применения смеси составил 140%. Данное обстоятельство позволяет со всей ответственностью декларировать ресурсосберегающее значение смеси «Поспех» при строительстве и ремонте ЗУ.
Более подробно об особенностях работы со смесью при строительстве и ремонте ЗУ Вы сможете прочитать в «Руководстве по применению смеси для нормализации заземления «Поспех» ТУ BY 192946203.001-2019 при строительстве заземляющего устройства.»
Смотреть руководство по применению
(В статье использовались информация из документов по проектированию и строительству ЗУ МИНИСТЕРСТВА СВЯЗИ СССР ГЛАВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕЖДУНАРОДНОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ за 1971 год.)
Индивидуальный предприниматель Ерусланов Владислав Леонардович
