Доброго дня!
Имеем остров в океане довольно близко к северному полюсу. Остров состоит из смерзшейся гальки. Размещаем оборудование, которое будет снабжаться электропитанием от дизелей. Требование к заземлению оборудования - 4 ома. Как реализовать контур заземления? Навозить грунт - ОЧЕНЬ дорого! Утопить контур в океане можно, но до океана 1,5 км. и среда агрессивная плюс отливы-приливы. Глубинный контур? Или....? Посоветуйте, пожалуйста. Есть ли у кого опыт реализации таких контуров?
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.
Либо все-таки рассмотреть вариант заземления в воду (чтобы продлить срок службы ЗУ в агрессивной среде выбирайте коррозиестойкие материалы). Либо, как Вам уже посоветовали, применить электролитическое заземление. Эта технология действительно показала себя достаточно эффективной.Сообщение от ЦВЗ 1966
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.
Естественные заземлители
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.
Выносные заземления
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 5x5 или 10x10 м, сваренная из стальных полос 40x4 мм с размером ячейки 40x40 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.
Количество электродов зависит от удельного электрического сопротивления грунта и определяется проектом.
Соединение заземлителей многоэлектродного заземления осуществляется стальной полосой сечением не менее 40x4 мм2 или круглой сталью диаметром 12 мм, привариваемой к электродам на глубине 0,8-1 м.
С целью предотвращения интенсивного промерзания грунта, площадку установки заземлителей рекомендуется покрывать искусственным теплоизолирующим материалом.
Для бурения скважин применяют бурильные агрегаты СБУ-150-ЗИФ, СБУ-300-ЗИФ (на автомашинах), УТБ-50, АВБ-ТМ-100, БТС-50, БTC-100, БТС-150 (на тракторах), станок ударно-канатного бурения БУ-20М и др.
Наиболее благоприятное время производства работ по установке заземлителей - сентябрь и первая половина октября, до появления первых морозов.
Протяжённые горизонтальные заземлители
В качестве заземления для защиты от ударов молнии в ранне-весенний период рекомендуется использовать ленточный заземлитель, частично (50 м) уложенный в траншею с переменной глубиной заложения 0,1-0,3 м в деятельном слое. Заземлитель должен выполняться из полосовой стали толщиной не менее 3-4 мм, с площадью поперечного сечения не менее 80 мм2, активной длиной 80-100 м.
Траншея засыпается смесью тонкодисперсного грунта (глина, пылеватые пески) с солью (10 кг соли на 50 м траншеи) и трамбуется. Влажность смеси доводится до такой степени, при которой ещё не теряется свойство сыпучести.
Остальная часть ленточного электрода (30-50 м) укладывается на очищенную от растений поверхность и крепится к грунту при помощи металлических костылей. Сверху производится подсыпка электродов слоем тонкодисперсного грунта толщиной в 2-5 см.
Для быстрой оттайки грунта снежный покров над траншеей нужно в первых числах апреля посыпать измельчённым шлаком.
Заземлители, расположенные в местах строительства промышленных и гражданских сооружений
При необходимости иметь стабильную величину сопротивления заземления в районах вечной мерзлоты заземлители целесообразно располагать в местах строительства промышленных и гражданских сооружений: вертикальные и горизонтальные под фундаментами зданий; в виде сетки вдоль теплотрассы; протяжённые горизонтальные в зоне магистральных сетей водоснабжения; горизонтальные в местах выхода тёплых промышленных вод и т. п.
На ширину плиты желоба теплотрассы на землю с предварительной укладкой подушки из тонкодисперсных пород монтируется сетка из стального оцинкованного провода возможно большей длины. Сверху сетка засыпается тонкодисперсными породами и после этого укладывается желоб теплотрассы.
Если теплотрасса смонтирована и работает, то возможна прокладка протяженного заземлителя (провод, полоса), укладываемого рядом с боковыми стенками желоба теплотрассы с заменой прилегающего грунта на тонкодисперсный (рис. 3).
Рис. 3. Заземлитель под теплотрассой
Общая длина горизонтально-протяжённого заземлителя не превышает 35-40 м.
Способы предотвращения интенсивного промерзания грунта на площадке установки заземлителей
С целью предотвращения интенсивного промерзания грунта, площадку установки заземлителя рекомендуется покрывать искусственным материалом в виде различных светопрозрачных пленок и других теплоизоляционных покрытий.
Полотнища пленок шириной до 6 м сваривают специальной установкой в полевых и стационарных условиях, а при её отсутствии - паяльной лампой. Наиболее экономичная толщина пленки 0,08-0,1 мм. Эффективнее других пленка из полихлорвинила.
Края плёнки закрепляются насыпным грунтом.
Рекомендуется многолетняя постоянная эксплуатация пленочного покрытия с периодической проверкой (1-2 раза в год) её сохранности и степени загрязнения.
Применение светопрозрачных пленок позволяет увеличить поток тепла в мерзлую почву на 37-40% по сравнению с открытой поверхностью.
Хорошего результата можно добиться путём применения водовоздушной пены. Для её получения необходимы поверхностно-активные вещества, которые при малых концентрациях (0,2-0,3%) должны давать устойчивую пену, не разрушающуюся при замерзании, переносить длительное хранение при любых температурах, легко вспениваться, не быть токсичными и иметь небольшую стоимость. Поставленным требованиям удовлетворяет выпускаемый промышленностью эмульгатор «Волгонат».
Для получения состава в необходимых количествах в институте «ИРГИРЕДМЕТ» создан пеногенератор. Он лёгок в эксплуатации и удобен для транспортировки.
Утепление поверхности земли слоем водовоздушной пены метровой толщины обеспечивает уменьшение глубины промерзания грунта в 2,5 раза.
Работы по утеплению площадки установки заземлителей слоем водовоздушной пены необходимо проводить в осенне-поздний период в момент наступления сезона устойчивых отрицательных температур.
Для уменьшения промерзания грунта, площадку установки заземлителей можно покрывать слоем твёрдого утепляющего покрытия (шлак, древесные опилки и т. п.) толщиной не менее 0,3-0,5 м.
Твёрдые утепляющие покрытия в ранне-весенний период с началом оттаивания грунта необходимо убирать.
Способы уменьшения глубины промерзания грунта на площадке установки заземлителей, изложенные в пп. 6.3.2-6.3.4, пригодны при сооружении протяженных горизонтальных заземлителей и углубленных заземлителей длиной до 10-20 м.
Утепление площадки оборудования глубинных заземлителей длиной свыше 20 м неэффективно.
При устройстве углубленных заземлителей длиной 10-20 м и менее, для достижения эффекта утепления теплоизоляционным покрытием, радиус этих покрытий должен быть соизмерим с длиной заземлителей.
Работы по утеплению площадки установки заземлителей теплоизоляционными покрытиями необходимо проводить осенью (сентябрь-октябрь), перед наступлением сезона отрицательных температур.
При выполнении глубинных заземлителей в районах вечной мерзлоты не стоит забывать о пучении грунта, в результате которого заземление может быть вытолкнуто.
Системы электролитического заземления рассчитаны на монтаж в небольшом верхнем слое грунта (достаточно 0,7м). В основе этой технологии тот же эффект увеличения проводимости грунта в результате подсаливания. Только благодаря наличию в смеси солей стабилизирующей компоненты, процесс ее выщелачивания происходит постепенно в течение 10-15 лет.
Всем спасибо за помощь!
Безусловно. Однако не стоит забывать о проектировании. Проект должен предусматривать инженерно-геологическую, климатическую обстановку и свойства грунтов в том районе, где планируется установка заземления и генераторов. Выбор конкретного способа заземления и конструкции заземляющего устройства должен быть обоснован и определяться в проекте по предварительным изысканиям и замерам. Документ, который я цитировал ("Руководство по...") хоть и старенький, но содержит все необходимые рекомендации и методики для производства работ. В нём есть целый разделПри выполнении глубинных заземлителей в районах вечной мерзлоты не стоит забывать о пучении грунта, в результате которого заземление может быть вытолкнуто.
8. ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ И УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗЕМЛИ
В обсуждаемом случае надо смотреть мощность (толщину) верхнего слоя галечника, тип подстилающих пород, глубину промерзания и оттаивания и т.д. Замеры удельного сопротивления грунтов могут делаться несколькими способами, а выбор способа зависит от конкретного места и обстановки.
Ваши права
Ответить с цитированием
