Модульно-штырьевая система глубинного заземления с активацией грунта

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использована в качестве заземляющего устройства для обеспечения безопасности при эксплуатации электроустановок различного назначения, в том числе технологического оборудования телекоммуникационных объектов, современного цифрового оборудования бизнес-центров, медицинского оборудования и т.п. Электропроводящие свойства грунта, в который погружают заземляющие устройства, характеризуются, прежде всего, удельным сопротивлением грунта. Наиболее эффективно модульно-стержневое заземляющее устройство, позволяющее погрузиться на глубину до 30 м и позволяющие достичь необходимое сопротивление растеканию электрического тока на ограниченной площади за счет использования более электропроводящих плотных и влажных слоев грунта, залегающих на большой глубине. При этом конструкция модульно-стержневого заземляющего устройства позволяет использовать в качестве заземлителя металлы с разной коррозийной стойкостью и повышенной надежностью резьбовых соединений, применив стопорное устройство, предотвращающее самоотвинчивание при ударных нагрузках в режиме погружения заземляющего устройства, что позволяет ориентироваться на расчетный срок службы на этапе проектирования электроснабжения для электроустановок временной или долгосрочной эксплуатации, также для электроустановок особо ответственных узлов и высококоррозийной среды. Использование активатора грунта с дренажными свойствами, позволяет вывести монтаж модульно-стержневого заземляющего устройства на новый уровень, который позволит в значительной степени снижать переходное сопротивление и увеличивать электрическую проводимость грунта как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, вдоль стержней заземления, причем активацию грунта может проводить как в момент монтажа, так и после. Технический результат - повышение надежности заземлителя за счет обеспечения надежного электрического контакта между отдельными стальными стержнями повышением стойкости соединения отдельных стержней к изломам при погружении в почву. 1 ил.

 

Известен патент на заземлитель RU 103424, содержащий отдельные стальные стержни с антикоррозийным электропроводным покрытием, причем на одном конце каждого стержня выполнена шейка по диаметру меньше диаметра стержня, создавая выступ между шейкой и стержнем, а в торце каждой шейки имеется выемка, заостренный наконечник, прикрепленный к первому подлежащему заглублению стержню, отличающийся тем, что другой конец каждого стержня выполнен с углублением для установки шейки предыдущего стержня, в выемку шейки установлена расклинивающая вставка в виде усеченного конуса, а на основание шейки надето уплотняющее кольцо из электропроводного материала.

Недостатком данного заземлителя является больше количество мелких составных частей, которые создают неудобство при монтаже, сложность очистки шейки от случайно попавшего грунта что может привести к нарушению надежности всего устройства, риск расцепления и потери элементов в грунте при выдергивании вверх штырей в ситуации попадания на глубине 2-4 метров в каменистую породу.

Известен патент на заземлитель RU 103424, состоящий из отдельных стальных стержней с электропроводимым антикоррозионным покрытием, с резьбой по концам каждого стержня, позволяющей соединение их по длине через муфты, выполненные из материала, допустимого для электроконтакта с покрытием стержней. Причем при погружении на первый стержень наворачивается заостренный наконечник, а на каждый последующий через муфту-оголовок.

Недостатком данного заземлителя является низкая надежность из-за слабой стойкости резьбового муфтового соединения стержней к ударной нагрузке при вертикальном заглублении стержней. Резьбовое муфтовое соединение заземлителя не обеспечивает надежный электрический контакт между стержнями, потому что на место соединения стержней влияют агрессивные среды, что приводит к неопределенности переходного электрического сопротивления между стержнями заземлителя, существует риск самоотвинчивания что может привести к повреждению резьбовых элементов.

Известен патент RU №58266, включающее отдельные стальные стержни с антикоррозийным электропроводным покрытием, соединительные муфты, выполненные из электропроводного материала, способного контактировать с покрытием стержней и заостренный наконечник, расположенный на стержне, который первым погружается в почву. По концам каждого стержня выполнены шейки по диаметру меньше диаметра стержня, таким образом, создавая выступ между шейкой и стержнем, в торце каждой шейки имеется отверстие. Стержни и шейки выполнены с медным покрытием, а муфта выполнена с внутренним диаметром, меньшим внешнего диаметра шейки, и имеет по центру в середине кольцевую канавку, а между отверстиями двух шеек установлен стальной шарик, который по диаметру больше внутреннего диаметра отверстия шейки. Соединение заостренного наконечника и установка самого устройства происходит путем прессования. Стальной шарик с медным покрытием выполнен из стали более крепкой и стойкой, чем стержень.

Недостатком конструкции данного устройства заземления является низкая надежность, обусловленная муфтовым соединением отдельных стальных стержней, которое не позволяет визуально контролировать соединение стержней внутри муфты при прессовании, так же высок риск что шарик не будет достаточно деформирован при погружении в грунтах с низкой плотностью, что приводит к потере электрического контакта и неопределенности переходного электрического сопротивления между стержнями.

Известен патент US 2186482, заземляющий электрод состоящий из отдельных стальных стержней покрытых антикоррозийным слоем меди, с резьбой по концам каждого стержня, позволяющей соединение их по длине через муфты, выполненные из материала предпочтительно бронза, допустимого для электроконтакта с покрытием стержней. Погружение происходит через ударный болт, который после выкручивается и вкручивается следующий стержень.

Недостатком данного заземлителя является, отсутствие стартового конусообразного наконечника снижающего сопротивление грунта при погружении, низкая надежность из-за слабой стойкости резьбового муфтового соединения стержней к ударной нагрузке при вертикальном заглублении стержней. Резьбовое муфтовое соединение заземлителя не обеспечивает надежный электрический контакт между стержнями, потому что на место соединения стержней влияют агрессивные среды, что приводит к неопределенности переходного электрического сопротивления между стержнями заземлителя, существует риск самоотвинчивания что может привести к повреждению резьбовых элементов.

Известен патент №2528831, изобретение относится к композиции для снижения переходного сопротивления электрод-грунт, использование настоящей композиции позволяет значительно снизить переходное сопротивление за счет повышения электропроводности заполнителя околоэлектродного пространства, увеличить геометрические размеры токоотдающего объекта и стабилизировать переходное сопротивление электрод-грунт. В качестве глинистого компонента представляет собой бентонитовый глинопорошок.

Недостатком данной композиции является низкая дренирующая способность и глубина проникания, ввиду быстрого увеличения в объеме бентонитовой глины, что не позволяет проникнуть электролиту на достаточную глубину в полости грунт - стержень, не позволяет так же улучшать значения электропроводности грунта вдоль стержня последующим введением электролита.

Известен патент US 6515220 В1, электролитические заземляющие электроды, которые состоят из перфорированных в нижней части труб, выполненных из нержавеющих материалов, в которые заливается электролитический раствор на основе хлорида натрия. Их установка проводится в пробуренный колодец, заполненный графитно-бетонитовой смесью. При эксплуатации происходит диффузия электролитического раствора в окружающий грунт, чем достигается увеличение объема среды с повышенной проводимостью и снижение сопротивления растеканию заземлителя.

Недостатком данного технического решения является сложность монтажа, высокая стоимость электродов и необходимость обслуживания. Причинами этого является: большой диаметр электродов, требующий при установке выполнение бурильных работ, применение дорогих видов сварки для соединения электролитических заземляющих электродов с прочими элементами заземляющего устройства (например, экзотермическая сварка), необходимость периодического обслуживания с доливкой электролитического наполнителя, либо установки соответствующего устройства для такой доливки, для исключения усыхания бентонитовой глины и появления пустот, что негативно повлияет на электрическое сопротивление заземлителя.

Наиболее близким по технической сущности является патент RU 2733882, способ установки сборной системы заземления заключается в том, что перед вертикальным погружением первого стержня заземления электрода заземляющего сборного на стержень сверху до упора вкручивают приемную головку и монтажную муфту, а снизу до упора вкручивают наконечник. На электропроводящую резьбу наносят смазку электропроводящую, затем осуществляют погружение строго вертикально. После погружения монтажную муфту и приемную головку выкручивают и отсоединяют от стержня заземления, затем через соединительную муфту к первому стержню производят присоединение следующего стержня заземления. Операции повторяют до достижения необходимой величины электрического сопротивления стержня заземления и длины стержня заземления, после чего производят затворение зазоров, образовавшихся при погружении, затворяющим составом электропроводящим, причем состав электропроводящий разводят водой в соотношении 1 часть состава электропроводящего на 5 частей воды.

Недостатком данного заземлителя является низкая надежность из-за слабой стойкости резьбового муфтового соединения стержней к ударной нагрузке при вертикальном заглублении стержней. Резьбовое муфтовое соединение заземлителя не обеспечивает надежный электрический контакт между стержнями, существует риск самоотвинчивания, в результате ударные момент при погружении передается не от стержня к стержню, а через резьбовую группу стержень-муфта-стержень, что может привести к повреждению резьбовых элементов принимающих ударные нагрузки, как в верхней резьбовой группе стержень-монтажная муфта-приемная головка, так скрытым дефектам любой резьбовой группы погруженной в грунт, что не позволит произвести визуальную диагностику целостности контакта. Повреждения резьбовой группы стержень-муфта-стержень из за самоотвинчивания снижает надежность электрического контакта, что при проходах токов больших величин может привести к выходу заземляющего устройства из строя, так же позволяет отказаться от предложенной монтажной муфты, что позволит сократить необходимое количество элементов для осуществления погружения заземлителя. При погружении заземлителя ударным инструментом резьбовые группы стержень-муфта-стержень перешедшие в режим самоотвинчивания нагреваются, в результате чего смазка в резьбовой группе стержень-муфта-стержень переходит в жидкое состояние и вытекает, образуя воздушную полость в резьбовом электрическом контакте, что приводит к увеличению переходного сопротивления и риску попаданию грунта при погружении и дождевой, талой воды при эксплуатации. Так же в патенте предложено использовать стартовый наконечник, имеющий внешнюю резьбу, что приводит к использованию дополнительной соединительной муфты, для механической связи наконечника с внешней резьбой и стержня заземления с внешней резьбой.

Техническое решение

При устройстве заземляющего устройства применяется модульно-стержневое заземляющее устройство, состоящее из медных, латунных, нержавеющей стали, стальных стержней с электропроводящим антикоррозионным покрытием, с резьбой по концам каждого стержня, позволяющей соединение их по длине с помощью соединительных муфт или вкручивания стержень в стержень, для снижения сил трения при погружения в грунт первый стержень с одного конца имеет заостренную форму или снабжен установленным на него конусообразным заостренным наконечником, с противоположной стороны стержня до упора накручивается соединительная муфта и удароприемная головка, предназначенная для передачи воздействия ударного инструмента на стержень заземления, после погружения стержня в грунт, ударная головка выкручивается в полость соединительной муфты или стержня укладывается фиксатор, затем накручивается следующий стержень, операция повторяется до достижения необходимых значений сопротивления заземляющего электрода, в качестве фиксатора может использоваться шайба гроверная, шайба пружинная тарельчатая, пластичный электропроводящий металл, или клеевой электропроводящий состав, препятствующая раскручиванию стержней в процессе погружения, выполненный из материала, допустимого для электроконтакта с материалом и, или покрытием стержней и соединительных муфт, для обеспечения легкого скручивания резьбы, увеличения коррозионной стойкости, предотвращения попадания воздуха, молекулярной влаги и грунта в зазор между соприкасающимися резьбовыми поверхностями стержней, соединительных муфт и полости между стержень-фиксатор-стержень, для заполнения воздушных зазоров используется активная или пассивная электропроводящая смазка или клей, которые должны быть допустимы для электроконтакта с материалом стержней, муфт, которая наносится на резьбу. После погружения необходимого числа стержней в грунт, производится засыпка лунки - пространство между стержнями заземления и грунтом, которое образовывается в результате ударных нагрузок при погружении. Следующим шагом идет проливка лунки водой с досыпкой активатора при необходимости. Затем используя прижимной зажим к верхнему стержню заземления подключается проводник заземления, место контакта оборачивается герметизирующей лентой. Для удобства обслуживания, проведения ревизии электрического контакта зажима и возможности последующей активации грунта, а так же возможности сбора и подачи талой и дождевой воды для улучшения электрической проводимости грунта используется ревизионный колодец, если в этом нет необходимости то производится обратная засыпка грунтом. Заземляющее устройство (см. в графической части) готово к эксплуатации.

Модульно-стержневое заземляющее устройство, состоящее из медных, или латунных, или из нержавеющей стали, или стальных стержней с электропроводящим антикоррозионным покрытием, с резьбой по концам каждого стержня, позволяющей соединение их по длине с помощью соединительных муфт, причем для снижения сил трения при погружения в грунт первый стержень с одного конца имеет заостренную форму или снабжен установленным на него конусообразным заостренным наконечником, а с противоположной стороны стержня до упора накручивается соединительная муфта и удароприемная головка, предназначенная для передачи воздействия ударного инструмента на стержень заземления, которая после погружения стержня в грунт выкручивается в полость соединительной муфты, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит фиксатор, препятствующий раскручиванию стержней в процессе погружения, который располагается между накручиваемыми стержнями в последовательности стержень-фиксатор-стержень, причем в качестве фиксатора используется шайба гроверная, или шайба пружинная тарельчатая, или пластичный электропроводящий металл, или клеевой электропроводящий состав.