Строительство и ремонт заземляющих устройств в условиях климатических изменений. Как не сделать грунт золотым?

Белорусские метеорологи определили, как изменится климат Беларуси в ближайшие десятилетия. Об этом идет речь в аналитической записке "Агроклиматическое зонирование территории Беларуси с учетом изменения климата", которая размещена на сайте Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды. Согласно опубликованных данных с 1989 года в Беларуси начался самый продолжительный период потепления за все время инструментальных наблюдений на протяжении последних почти 130 лет.

За период с 1989 года среднегодовая температура воздуха в Беларуси на 1,3 градуса превысила климатическую норму. В результате потепления в Беларуси произошло изменение границ агроклиматических зон. Северная агроклиматическая область распалась, а на юге Полесья образовалась новая, более теплая зона. Сейчас территория Беларуси разделена на четыре агроклиматические области: северную, центральную, южную и новую. Исследования показывают, что тенденция к изменению климата в сторону потепления в ближайшие десятилетия будет сохраняться. По вышеуказанной причине повсеместно происходят:

• активное зарастание болот вследствие общего снижения уровня грунтовых вод и повышения интенсивности испарения с поверхности болот и их водосборных территорий;
• изменение почвенно-грунтовых условий произрастания лесов вследствие тотального понижения уровня грунтовых вод;
• ухудшение условий водообеспеченности вследствие общего снижения уровня грунтовых вод на значительных территориях.

Климатические последствия особенно заметны в изменении ареала распространения ели, корни которой имеют поверхностную структуру и потребляют воду с небольшой до 2-х метров глубины грунта. Современная южная граница сплошного распространения ели за последние 50 лет в отдельных регионах Беларуси уже сместилась на 20-30 км к северу.

Не только рекомендации Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь, но и практический опыт показывает, что нормы проектирования и строительства, должны изменяться с учетом данных глобальных факторов – происходящих климатических изменений.

Казалось бы, причем здесь заземляющие устройства?

Как оказалось, климатические изменения уже сказались непосредственно и на нашем предмете статьи – строительстве и ремонте заземляющих устройств (далее ЗУ). По имеющейся у нас информации, поступившей от организаций осуществляющих эксплуатацию энергоустановок, в Республике Беларусь начали проявляться тенденции выхода из нормы сопротивления ЗУ отнюдь не по причинам с их механическим либо возрастным, коррозионным разрушением. Основной причиной этих поломок оказалось – повышение удельного сопротивления грунта ЗУ.

Основной проводник тока в грунте – это его грунтовый раствор – смешанные с водой составные части грунта. Грунтовый раствор является электролитом и обладает ионной проводимостью, то есть заряды переносятся не электронами, как в металлических проводниках, а ионами, образовавшимися в результате электрического распада молекул солей, кислот и оснований при растворении их в воде. Под влиянием электрического поля в растворе возникает направленное движение ионов к электродам, что и обуславливает проводимость грунта.

Чем больше ионов переносится за единицу времени через единицу площади, тем больше ток, т.е. тем выше проводимость грунта. Иными словами, чем больше в грунте растворимых веществ и воды, тем выше его проводимость и ниже удельное сопротивление. Немаловажным свойством грунта является его способность накапливать воду. Для сравнения можно привести описание двух наиболее распространенных в Республике Беларусь видов грунтов: песка и глины.

Песок – состоит из рыхлой смеси измельченных горных пород, содержит так же кварц, глинозем, известь и окись железа. Песок не способен накапливать влагу. Обладает высоким удельным сопротивлением даже будучи влажным. Является плохим грунтом для устройства заземления.

Глина – осадочная порода, образующая с водой пластичную массу, хорошо накапливает влагу, богата основаниями, кислотами и солями. Имеет наименьшее удельное сопротивление среди грунтов, представленных в Беларуси. Является хорошим грунтом для устройства заземления.

В тоже время не следует забывать, что в сухом состоянии любые грунты имеют высокое удельное сопротивление и не проводят ток независимо от их состава.

Удельное сопротивление наиболее часто встречаемых грунтов в Республике Беларусь

Климатические изменения, связанные с повышением температуры воздуха и с обезвоживанием грунтов весьма существенно ощущаются на юге Европы в Испании и во Франции. Индустрия этих стран, связанная с производством комплектации для строительства ЗУ, отреагировала следующим образом: в каталогах производителей появились специфические и пока еще весьма экзотические для белорусских специалистов позиции: трубки для увлажнения систем заземления; смеси для оптимизации сопротивления заземления в различных вариантах, а также заземлители с существенно увеличенной площадью электрического контакта.

Однако вернемся к проблемам ЗУ нашей страны. При строительстве ЗУ различных назначений, как известно, их сопротивление прежде всего зависит от двух главных факторов:

Удельного сопротивления грунта, на местности где располагается ЗУ, а также площади электрического контакта с грунтом заземлителей, составляющих конструкцию ЗУ. При строительстве ЗУ высокое удельное сопротивление грунта требует большей площади электрического контакта заземлителей. В результате, ЗУ может занять существенную территорию.

Подобное «расползание» ЗУ происходит за счет увеличения объемов земляных работ и соответственно роста стоимости. В тоже время, низкое удельное сопротивление грунта позволяет выполнить ЗУ из заземлителей с небольшой площадью электрического контакта, разместив ЗУ, на небольшой, компактной территории. При ремонте ЗУ, вышедшего из нормы по причине выросшего сопротивления, основным мероприятием, лежащем как бы на поверхности, которое необходимо провести в ходе его ремонта, кажется увеличение площади электрического контакта его заземлителей, что в итоге, как правило, приводит к расширению площади, занимаемой ЗУ до его ремонта.

В тоже время, наметившиеся климатические изменения в нашей стране, на наш взгляд требуют глубокого осмысления складывающейся в стране ситуации и предложения, новых глубоко обдуманных нестандартных решений по строительству и ремонту ЗУ. Ряд таких решений уже предлагается нашим предприятием: налажен выпуск смеси для нормализации заземления «Поспех» ТУ BY 192946203.001-2019, эффективно работающей на уменьшение коэффициента сезонности ЗУ, а также на уменьшение удельного сопротивления грунта в около электродном пространстве вертикальных и горизонтальных заземлителей. Состав смеси «Поспех» разрабатывался на основании результатов научных исследований сотрудников кафедры практической подготовки студентов Белорусского государственного аграрного технического университета под руководством Барайшука С.М. и соответствует требованиям по оптимизации строительства ЗУ в грунтах с высоким удельным сопротивлением, содержащихся в пункте 4.3.10.2 ТКП 339-2011(02230).

Кроме того, разработан ООО «ИнтербелтрейдЭнерго» заземлитель нового типа – пластина заземляюща со сверхбольшой площадью электрического контакта и со сверхмалой площадью, требующейся для ее установки в траншее (см. Таблицу 1).

Таблица 1. Площадь электрического контакта и соответствие по размеру и весу наиболее часто применяемых при строительстве заземляющих устройств материалов.

Специалистам, изучившим данную таблицу, возможно, придется делать выбор, что выбрать основным элементом будущего ЗУ: пластину заземляющую размером 750*500*4 мм либо равный ей по электрическому контакту 15-ти метровый глубинный электрод диаметром 16 мм? Чтобы дать ответ на этот вопрос мы должны анализировать ряд факторов и в первую очередь то сопротивление, которое мы получаем на одном пробном глубинном электроде и на одной пластине заземляющей. При одинаковых результатах по сопротивлению выбор я бы сделал в пользу пластины из-за меньшей трудоемкости по ее установке, так как расстояние между пластинами можно варьировать в траншее от двух до пяти метров, а вертикальные электроды необходимо разносить на расстояние равное их длине. Ситуации, когда забивка вертикального заземлителя не дает эффективного снижения сопротивления по мере его заглубления, либо, когда вертикальный электрод невозможно забить глубже 10 метров, можно однозначно толковать в пользу применения вместо вертикальных заземлителей пластин заземляющих. Следует так же помнить, что применение и вертикального заземлителя и пластины заземляющей совместно со смесью может дополнительно снизить полученное сопротивление, например, в песчаном грунте как минимум в 2 раза.

Анализ выходящей в нашей стране периодической технической литературы, посвященной проблемам энергетики, а также сайтов ряда организаций, осуществляющих проектирование в данной области, не позволяет нам говорить о каком-либо обсуждении специалистами вопросов, связанных с влиянием климатических изменений на строительство и ремонт ЗУ, а также с поиском каких-либо новых ресурсосберегающих решений по их устройству. В то же время , за примерами, шокирующими своими цифрами по трудоемкости и стоимости далеко ходить не надо: в настоящий момент в нашей энергосистеме существуют действующие, но пока еще не реализованные, проекты ЗУ, где для получения сопротивления от 1,3 и менее Ом размеры траншей в длину составляют от 1,6 до 7 км, требуются проколы под действующей железной дорогой, вырубка лесного массива, используются десятки тонн металлического проката, ну а стоимость колеблется от 20 до 200 тысяч белорусских рублей без НДС. С одним из таких проектов нам удалось познакомиться поближе, так как представители ф-ла «Барановичские электрические сети» РУП «Брестэнерго» предложили осуществить на территории, где будет осуществляться данный проект заземления «ВЛ - 110 КВ Ивацевичи - 220 - Остров опора № 153», с требуемым сопротивлением 1,3 Ом забивку глубинного вертикального заземлителя совместно со смесью для нормализации заземления «Поспех». Площадь электрического контакта заземлителей и заземляющих проводников по данному Проекту составляет: 1610 м.п. круга ⌀16/322 точки по 5 метров/*0,0503=80,983 м², а также 1610 м.п. круг ⌀12*0,0377=60,697 м². Итого площадь электрического контакта, рассчитанного проектировщиками: 141,68 м² (и эти цифры не подвергаются нами сомнению), длина траншей составляет 1610 метров погонных, а вес металла 3716,2 кг.

После ознакомления с данным проектом появилось впечатление, что его авторы не понимают взаимозависимых вещей: чем меньше площадь электрического контакта применяемых для строительства ЗУ заземлителей, тем больше объемы земляных работ для их прокладки в траншеях и соответственно, чем площадь электрического контакта заземлителей больше, тем земляные работы соответственно сокращаются. Мы предлагаем три альтернативных варианта выполнения данного ЗУ с существенным сокращением расходов на его реализацию.

Альтернатива действующему Проекту №1 – только замена горизонтального заземлителя в виде круга ⌀12 мм. на полосу 40*4 мм, имеющую по сравнению с кругом ⌀12 электрический контакт больший в 2,33 раза дала следующий эффект: Площадь электрического контакта заземлителей и заземляющих проводников по альтернативному Проекту №1 составляет 1025 м.п./205 точек по 5 метров/ круг ⌀16*0,0503=51,558, а также 1025 м.п. полосы 40*4 мм * 0,0880=90,2. Итого: общая площадь электрического контакта:141,76 м.кв., длина траншей 1025 м.п. Сокращение длины траншей - 36,34% или в 1,57 раза. Вес металла 2911 кг. Применение смеси для нормализации заземления «Поспех» позволит дополнительно сократить количество материалов, а также земляных работ минимально на 25%.

Альтернатива действующему Проекту №2 – замена круга ⌀16 на пластину заземляющую 750*500*4 мм, а также замена круга ⌀12 на полосу 40*4: Площадь электрического контакта заземлителей и заземляющих проводников по альтернативному Проекту №2 составляет 152 пластин*0,76 м²=115,52, а также 304 м.п. полосы 40*4 мм * 0,0880=26,75. Итого: общая площадь электрического контакта: 142,27 м², длина траншей 418 м.п. Сокращение длины траншей - 74,03% или в 3,85 раза. Вес металла 2207 кг. Применение смеси для нормализации заземления «Поспех» позволит дополнительно сократить количество материалов, а также земляных работ минимально на 25%.

После забивки глубинного вертикального заземлителя совместно со смесью для нормализации заземления «Поспех» появилась возможность просчитать еще один вариант: Альтернатива действующему проекту №3 – замена круга д.16 длиной 5 метров на 10 точек глубинных заземлителей по 15 метров д.16 мм., применение при их забивке 600 литров смеси для нормализации заземления «Поспех»( далее смесь) , а так же замена круга д.12 на полосу 40*4: площадь электрического контакта заземлителей и заземляющих проводников по альтернативному Проекту №3 составляет 150 м.п. заземлителей * 0,0503 м² = 7,545, а так же 150 м.п. полосы 40*4 мм * 0,0880=13,2. Итого: общая площадь электрического контакта: 20,75 м², длина траншей 150 м.п.. Сокращение длины траншей - 90,68% или в 10,73 раза. Вес металла 426 кг. Вес смеси 300 кг. В результате испытаний смеси, проведенных 23 октября 2019 года (протокол проведения испытаний прилагается) стало понятным, что применение смеси совместно с применением глубинных заземлителей позволило бы сократить стоимость действующей сметы на 56,94% (в 2,32 раза) или уменьшить сумму 20385 бел. руб. без НДС на 11607,07 бел. руб. до суммы 8777,93 бел. руб. без НДС. Снижение стоимости до данного уровня станет возможным благодаря сокращению в более чем 10 раз объемов земляных работ, а так же более чем в 5 раз объемов необходимых материалов.

Второе наше предложение относится к оптимизации ремонта заземляющих устройств. На сколько, мы владеем информацией, наибольшей проблемой в ремонте ЗУ является необходимость для данных целей расширения площади ЗУ при отсутствии проекта и предпроектных изысканий иных подземных инженерных коммуникаций. Пример опытной эксплуатации смеси в Брестском ф-ле РУП «Белтелеком» показывает, что применение для этих целей смеси помогает решить данную проблему безболезненно без расширения ЗУ, снизив сопротивление ЗУ с помощью влияния смеси на уменьшение удельного сопротивления грунта (сравнительный анализ протоколов измерений ЦПЛЭС Брестского ф-ла РУП «Белтелеком прилагается). Однако мы полагаем, что возможно и комбинированное решение, позволяющее провести ремонт ЗУ, оставаясь в его прежних границах, применив совместно со смесью пластину заземляющую.

Уважаемые читатели, хотим Вас уверить в целях нашей работы: Мы не предлагаем Вам просто товар. Мы даем Вам ВОЗМОЖНОСТЬ
выполнить заземление проще, дешевле и надежнее.

Автор: ИП Ерусланов Владислав Леонардович для ООО «ИнтербелтрейдЭнерго» г.Минск. сайт www.zazemlenie.by; эл.почта Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в браузере должен быть включен Javascript.

+ 375 17 ‎397-83-89
+ 375 17 ‎337-83-89
+ 375 29 755-14-36
+ 375 29 363-14-36
+ 375 29 756-13-43