Анодный заземлитель

Изобретение относится к катодной защите подземных сооружений от коррозии и передаче постоянного тока по системе «провод-земля» и может быть использовано при сооружении анодных и рабочих заземлений постоянного тока. Заземлитель содержит малорастворимый электрод и токоввод, выполненный в залитом компаундом торцевом углублении электрода, в котором зачеканена жила соединительного провода, компаунд выполнен многослойным, причем внутренние слои составлены поочередно из гидрофобного и клеевого слоев так, что с внешним слоем контактирует клеевой слой, а внешний слой выполнен из эластичного материала. Технический результат: повышение надежности и упрощение конструкции заземлителя. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к катодной защите подземных сооружений от коррозии и передаче электроэнергии постоянного тока по системе "провод-земля", а именно к заземляющим устройствам постоянного тока, и найдет применение во многих отраслях промышленности.

Известен анодный заземлитель, содержащий малорастворимый железокремниевый электрод с токовводом, выполненным в торцевом цилиндрическом отверстии электрода, в которое вставлен конец кабеля с оголенной жилой, зачеканенной расплавленным свинцом. Отверстие заполнено эпоксидной смолой и закрыто фторопластовой шайбой. Дополнительно вокруг конца электрода с токовводом сформирована крышка из эпоксидной смолы (см. справочник Стрижевского И.В., Зиневича A.M., Никольского К.К. и др. "Защита металлических сооружений от подземной коррозии", М.: Недра, 1981, с.196).

Необходимость тщательной изоляции токоввода продиктована тем, что даже ничтожно малая утечка тока с металлических элементов токоввода, выполненных из нестойких против анодного растворения металлов (медь или алюминий, свинец), приводит к их разрушению с образованием продуктов растворения, объем которых в несколько раз превосходит объем растворившегося металла. Вследствие этого, под давлением продуктов растворения дефекты изоляции увеличиваются, что ведет к быстропрогрессирующему разрушению токоввода и выходу из строя заземлителя.

Однако даже при такой изоляции с течением времени за счет старения компаунда и температурных напряжений, возникающих за счет разных коэффициентов теплового расширения материалов электрода и компаунда (коэффициент теплового расширения эпоксидной смолы в 30 раз выше, чем у железокремниевого сплава), в компаунде образуются трещины, а между стенкой отверстия электрода и компаундом открывается щель, по которым влага достигает металлических элементов токоввода.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является анодный заземлитель, содержащий электрод из малорастворимого материала, контактный узел (токоввод), выполненный в торцевом отверстии электрода, и размещенную частично в электроде и в контактном узле закладную трубку, в которую зачеканен клином соединительный провод. Внешняя поверхность электрода и зона контактного узла залиты компаундом. В контактный узел введен эластичный вкладыш, окружающий конец соединительного провода и место соединения жилы провода с закладной трубкой. Между вкладышем и проводом и между вкладышем и закладной трубкой размещены обтюраторы (центраторы). На соединительный провод в зоне его выхода из компаунда надета полимерная втулка. Эластичный вкладыш служит для компенсации температурных напряжений в компаунде, что предотвращает, по мнению авторов изобретения, отслаивание компаунда от боковой поверхности контактного узла (при понижении температуры) и разрушение электрода в зоне контактного узла за счет расширения компаунда (при повышении температуры). Полимерная втулка служит для предотвращения излома соединительного провода на выходе из электрода (пат. РФ №2149920, кл. C23F 13/00, опубл. 27.05.2000 г.).

Недостатком этого заземлителя является низкая надежность и сложность конструкции токоввода. Это связано с тем, что эластичный вкладыш не предотвращает полностью возможность отслаивания компаунда от стенки контактного узла, так как между вкладышем и стенкой электрода остается часть компаунда в виде кольца, которая при охлаждении также сокращается в диаметре. При повышении температуры это кольцо также расширяется, создавая разрушающее напряжение на головку электрода в зоне контактного узла (малорастворимые электроды, имея высокую стойкость против анодного растворения, как правило, обладают хрупкостью и низкой механической прочностью). Кроме того, слабым местом является также место контакта компаунда с полимерной изоляцией, по которому из-за низкой адгезии компаунда к изоляции, обычно выполняемой из полиэтилена или поливинилхлорида, может проникнуть вода к контактному узлу.

Задачей изобретения является повышение надежности анодного заземлителя и упрощение конструкции токоввода.

Поставленная задача решается тем, что в анодном заземлителе, содержащем электрод из малорастворимого материала и токоввод, выполненный в залитом компаундом торцевом углублении электрода, в котором зачеканена жила соединительного провода, согласно изобретению компаунд выполнен многослойным, причем внутренние слои составлены поочередно из гидрофобного и клеевого слоев так, что с внешним слоем контактирует клеевой слой, а внешний слой выполнен из эластичного материала.

Гидрофобный слой может быть выполнен из парафина.

Гидрофобный слой может быть также выполнен из неотверждаемой диэлектрической жидкости, плотность которой при расположении заземлителя токовводом вверх выше, а при расположении заземлителя токовводом вниз ниже плотности насыщающей окружающий грунт воды.

Клеевой слой может быть выполнен из отверждаемой полимерной композиции.

Между клеевым слоем и боковой стенкой углубления электрода может быть размещено эластичное кольцо, например, из пористого эластомера.

На чертеже изображен продольный разрез зоны токоввода анодного заземлителя (вариант с двухслойным компаундом).

Заземлитель состоит из малорастворимого электрода 1, выполненного, например, из ферросилида, в утолщенном конце которого выполнено торцевое цилиндрическое углубление 2. В этом же конце электрода размещен закладной стержень 3 с загнутыми или сплющенными концами для усиления фиксации. В углубление 2 введен конец соединительного провода 4 с загнутой или сплющенной оголенной жилой, которая зачеканена в углублении 2 расплавленным свинцом 5. Поверх свинца (после его остывания) залит гидрофобный слой 6 компаунда, например, из парафина.

Гидрофобный слой 6 может быть также выполнен из неотверждаемой диэлектрической жидкости тяжелее воды, например эпоксидной смолы без отвердителя, если заземлитель располагается в грунте токовводом вверх. Если же заземлитель располагается токовводом вниз, то используют диэлектрическую жидкость легче воды, например кузбасслак.

Выше гидрофобного слоя размещен клеевой слой 7 из отверждаемой полимерной композиции, например эпоксидной смолы с отвердителем. В зоне клеевого слоя 7 между клеевым слоем и стенкой углубления 2 может быть размещено эластичное кольцо 8, например, из пористого эластомера. Над внутренними слоями 6 и 7 размещен внешний слой 9 из эластичного материала, например из силиконового герметика, который после отверждения на воздухе переходит в резиноподобное состояние.

Если отверждение клеевого слоя 7 производится при высокой температуре, до которой может нагреться заземлитель до установки в грунт, то необходимость в эластичном кольце в зоне клеевого слоя отпадает.

Более высокая степень защиты токоввода заземлителя от проникновения капиллярной влаги может быть достигнута при увеличении числа внутренних слоев компаунда до 3 (например, 2 клеевых слоя и 1 гидрофобный слой) и более.

Анодный заземлитель работает следующим образом.

От источника постоянного тока, например преобразователя для катодной защиты подземных сооружений от коррозии, по соединительному проводу 4 подается постоянный ток положительной полярности расчетной силы, который через свинцовую заливку 5 перетекает в закладной стержень 3, а от него - в электрод 1. Затем ток стекает со всей поверхности электрода в окружающий грунт и через него втекает в подземное сооружение, обеспечивая его катодную защиту.

Клеевой слой 7 из-за слабой адгезии к изоляции провода и появления зазора между этим слоем и боковой стенкой углубления 2 электрода при понижении температуры может пропустить капиллярную влагу. Однако наличие гидрофобного водоотталкивающего слоя 6 препятствует дальнейшему продвижению этой влаги к металлическим элементам токоввода. При повышении окружающей температуры клеевой слой, обладающий, как правило, высокой прочностью, увеличиваясь в диаметре, давит на стенку углубления и может привести к разрушению головки электрода. Наличие эластичного кольца 8, компенсирующего температурное расширение клеевого слоя, предотвращает такое разрушение. Гидрофобный слой также расширяется в объеме, но из-за того, что этот слой выполняют из непрочных (парафин) или жидких материалов, увеличение объема происходит только за счет увеличения высоты слоя (произойдет смещение вышерасположенных слоев). Свинцовый слой 5 также не требует компенсации температурного расширения, поскольку свинец после заливки в расплавленном состоянии застывает при температуре около 327°С, фиксируя геометрические размеры. В дальнейшем температура может только снижаться и, следовательно, диаметр свинцовой заливки может только уменьшаться. Уменьшение объема свинца приведет к более сильному обжатию свинцом жилу провода и закладного стержня, что уменьшает электрическое сопротивление контактов. Эластичный внешний слой 9, не препятствуя температурному расширению внутренних слоев, предотвращает излом провода на выходе из токоввода и перегибы провода в зоне слоев компаунда, защищая их от разрушения. Таким образом, благодаря предлагаемым техническим решениям, узел токоввода заземлителя надежно защищен как от проникновения капиллярной влаги к месту соединения провода с электродом, так и от механического разрушения электрода в зоне токоввода.

1. Анодный заземлитель, содержащий электрод из малорастворимого материала и токоввод, выполненный в залитом компаундом торцевом углублении электрода, в котором зачеканена жила соединительного провода, отличающийся тем, что компаунд выполнен многослойным, причем внутренние слои составлены поочередно из гидрофобного и клеевого слоев так, что с внешним слоем контактирует клеевой слой, а внешний слой выполнен из эластичного материала.

2. Анодный заземлитель по п.1, отличающийся тем, что гидрофобный слой выполнен из парафина.

3. Анодный заземлитель по п.1, отличающийся тем, что гидрофобный слой выполнен из неотверждаемой диэлектрической жидкости, плотность которой при расположении заземлителя токовводом вверх выше, а при расположении заземлителя токовводом вниз ниже плотности насыщающей окружающий грунт воды.

4. Анодный заземлитель по п.1, отличающийся тем, что клеевой слой выполнен из отверждаемой полимерной композиции.

5. Анодный заземлитель по п.1, отличающийся тем, что между клеевым слоем и боковой стенкой углубления электрода размещено эластичное кольцо.

6. Анодный заземлитель по п.5, отличающийся тем, что эластичное кольцо выполнено из пористого эластомера.