Монтаж сложных заземлителей из наклонных и горизонтальных электродов

В определенных условиях сложный заземлитель из нескольких наклонных электродов, смонтированных с небольшой обшей площадки на поверхности, может заменить сложный заземлитель из вертикальных и горизонтальных электродов. При этом отпадает работа по рытью траншей, так как не нужны и горизонтальные электроды. Сварочные работы, выполнявшиеся для контурных заземлителей в неудобных условиях узкой траншеи на глубине до 1 м, при сооружении «зонтичных» или «пирамидальных» заземлителей из наклонных электродов сводятся к одному месту сварки около поверхности земли. При этом экономится и металл. На небольших подстанциях зонтичные заземлители могут обеспечивать и выравнивание потенциалов. Эксплуатация зонтичных заземлителей проще, чем контурных. Для контрольных вскрытий и осмотров сварных узлов нет необходимости разыскивать места сварки по территории и выполнять большой объем земляных работ. Измерения параметров заземлителя можно выполнять по простым схемам с небольшим выносом вспомогательных электродов.

Сравнительная эффективность, определенная на основании проведения экономического анализа, показана в табл. 1 для следующих вариантов заземляющих устройств комплектной трансформаторной Подстанции (КТП) напряжением 10/0,4 кВ, мощностью До 100 кВ-А.

Вариант 1. Заземлитель состоит из четырех горизонтальных элементов из круглой стали диаметром 10 мм, уложенных на глубине 0,8 м по сторонам квадрата при длине стороны 60 м.

Таблица 1. Себестоимость строительно-монтажных работ по устройству заземления одной подстанции при неоднородном грунте

Вариант 2. Комбинированный заземлитель состоит из четырех вертикальных электродов длиной по 2,5 м, расположенных по углам квадрата и соединенных между собой горизонтальными заземлителями длиной по 50 м из круглой стали диаметром 10 мм. Вертикальные электроды выполнены из угловой стали.

Вариант 3. То же, что и по второму варианту, но вертикальные электроды имеют длину 5 м и выполнены из круглой стали диаметром 12 мм, а горизонтальные электроды из круглой стали диаметром 10 мм длиной по 15 м.

Вариант 4. Заземлитель состоит из трех симметрично расположенных электродов из круглой стали диаметром 12—16 мм и длиной 8 м, погруженных наклонно под углом 45° к вертикали.

В табл. 1 дано сравнение себестоимости заземляющего устройства по тем же вариантам и для подстанции (ПС) напряжением 35/10 кВ. Первые три варианта совпадают с вариантами для КТП 10/0,4 кВ, но протяженность горизонтальных заземлителей увеличена из-за большей территории подстанции, а заземляющее устройство по четвертому варианту имеет два заземлителя из трех наклонных электродов каждый, расположенный на расстоянии 20 м друг от друга и соединенных горизонтальным заземлителем.

Расчеты проводились и для других областей, где характеристики грунтов резко отличались от исходных, но результаты показали, что во всех случаях наклонные электроды оказались самыми экономичными как для КТП 10/0,4 кВ, так и для однотрансформаторных ПС 35/10 кВ.

Для зонтичного заземлителя чаще всего монтируют три наклонных электрода при расположении их в плане род углом 120°, но применяют также заземлители из четырех электродов при взаимно перпендикулярном расположении и из двух электродов, расположенных в плане в одну линию, но направленных в противоположные стороны. Коэффициент использования, учитывающий взаимоэкранирование электродов, для наклонных электродов часто бывает лучше, т.е. больше, чем для вертикальных, так как нижние концы электродов, находящиеся в большом удалении друг от друга, расположены в нижнем слое грунта, который обычно имеет лучшую проводимость, чем слой у поверхности земли (табл. 2).

Таблица 2. Коэффициенты использования наклонных заземлителей

Во всех случаях наклон к вертикали принимается равным 45°. Для некоторых грунтов лучшие результаты достигаются при угле 55—60°, но погружение электродов значительно усложняется. В глинистых и суглинистых грунтах (удельное сопротивление грунта до 100 Ом-м) во многих случаях достаточно применить электроды длиной 5 м, и только в плохо проводящих грунтах (пески и др.) необходимы электроды большей длины при нормируемом сопротивлении растеканию тока заземления 10 Ом и выше.

Если сопротивление грунта известно, то можно сделать ориентировочный расчет необходимого количества электродов определенной длины для каждого зонтичного заземлителя, пользуясь приведенными значениями коэффициентов. Точный расчет нельзя выполнить без предварительного (до проектирования) измерения удельного электрического сопротивления грунта на каждом месте что для мелких удаленных объектов не всегда целесообразно. Поэтому часто строительно-монтажные организации предпочитают следующий порядок устройства заземлений:

на площадке электроустановки выбирают точку погружения пробного электрода, который в дальнейшем можно использовать в качестве рабочего;

по мере погружения измеряют сопротивление току растекания простым прибором, что доступно любому квалифицированному электромонтажнику 4—5-го разрядов;

после каждого измерения определяют при помощи графиков или таблиц необходимость дальнейшего погружения;

добившись нужного сопротивления пробного электрода, окончательно монтируют заземляющее устройство в соответствии с выбранной схемой;

для проверки измеряют фактическое сопротивление растеканию.

При таком способе заземляющее устройство можно выполнить без специального сложного расчета и без предварительных измерений свойства грунта.

Несмотря на простоту способа пробного электрода, применять его рекомендуется лишь при сооружении небольших заземляющих устройств, например для маломощных подстанций, занимающих небольшую территорию, или для электроустановок напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью. По мере увеличения мощности электроустановки сравнительная экономичность наклонных электродов снижается, а по мере увеличения площади и повышения напряжения и мощности подстанций применение способа пробного электрода может оказаться нерациональным и даже ошибочным вследствие следующих недостатков этого способа.

1. Характер электрической структуры грунта остается неизвестным на глубинах, превышающих глубину погружения пробного электрода. Это может явиться причиной грубого просчета при выборе рациональной длины электродов и других параметров сложных заземлителей.

При проектировании сложных заземляющих устройств, состоящих из десятков и даже сотен элементов и, занимающих площадь в тысячи квадратных метров, фактическое сопротивление может резко отличаться от расчетного, если расчет сделан по способу пробного электрода.

На сопротивление пробного электрода большое влияние могут оказать местные неоднородности грунта, влажность и другие факторы. Поэтому для крупных заземляющих устройств погружают не один, а уже несколько пробных электродов, но и это не гарантирует от ошибок. Способы измерения сопротивления грунта в местах проектируемых заземляющих устройств, дающие более точные результаты, изложены в литературе.

Погружение наклонных электродов аналогично вертикальным. Для этой работы можно использовать многие общие механизмы и приспособления, но некоторые механизмы, используемые для работы с вертикальными электродами, окажутся неприменимыми.

Так, подвесные вибраторы, опускаемые на забиваемый вертикальный электрод под воздействием своей массы, применить для забивки наклонных электродов трудно. Также трудно применить и механизмы, вдавливающие вертикальные электроды опусканием рабочего органа. Легко применить навесные гидроцилиндры или укрепить гидроцилиндр на железобетонной стойке, около которой нужно монтировать наклонный электрод. Из одного места крепления гидроцилиндра, имеющего поворотный Диск, можно смонтировать два наклонных электрода (рис. 2).

Ввернуть наклонный электрод с помощью стандартного электрозаглубителя (рис. 3, а) даже легче, чем этой же ручной машиной ввернуть вертикальный электрод. Погружение электродов облегчается, если предварительно выкопать приямок, из которого можно погрузить все наклонные электроды одного зонтичного заземлителя и в котором можно сварить концы электродов между собой. Если на месте работ имеется бурильная машина, то можно пробурить неглубокий (0,5—0,6 м) котлован. В других случаях электроды погружают непосредственно с поверхности, сваривают между собой над землей и защищают место сварки краской. Один из электродов при этом может быть большей длины, чтобы его использовать как заземляющий проводник, присоединяемый, например, к раме подстанции.

Рис. 2. Вдавливатель электродов, укрепленный на опоре ВЛ (а), и готовый заземлитель (б):

1 — поворотный круг: 2 — гидроцилиндр; 3 — шток с продольным отверстием; 4 — автоматический зажим; 5 — палец; 6 — кожух; 7 — опора ВЛ; 8 — погружаемый заземляющий электрод

Некоторые схемы расположения электродов заземления КТП 10/0,4 кВ мощностью до 100 кВ-А, установленной на четырех железобетонных стойках, показаны на рис. 27, б—д. Эти же схемы можно применить и для заземления других электроустановок, например опор ВЛ 0,4—10 кВ, прожекторных мачт и др.

Весь процесс монтажа заключается в погружения электродов и сварке их концов, выходящих из земли, в один узел. При монтаже по схеме рис. 3, б сварка необходима в двух местах, по схемам г и д — в одном месте. По схеме 3, в сварка вообще не нужна, если длина оставшегося непогруженным конца электрода достаточна для присоединения к КТП. Если конец должен быть не приварен, а присоединен с помощью болтового соединения, то его заранее в мастерской сплющивают проделывают отверстие для болта (или загибают в кольцо) и затем зачищают и предохраняют от коррозии контактную поверхность.

Рис. 3. Монтаж наклонных электродов заземления:

а — прием работы: б—с — схемы заземлителей для КТП 10/0.4 кВ мощностью 100 кВ-А; 1 — подстанция; 2 — фундамент из четырех железобетонных плит L — заземляющий проводник; 4 — место сварки; 5 — наклонный электрод; 6 — горизонтальный электрод; 7 — основание концевой опоры; 8 — ограда подстанции

Для открытых КТП мощностью до 250 кВ-А и За. крытых ПС мощностью до 400 кВ-А в некоторых сетевых предприятиях широко применяют разработанные схемы заземляющих устройств приведенные на рис. 4 и в табл. 1.

Таблица 1. Размеры и сопротивление заземляющих устройств по рис. 4 при удельном сопротивлении грунта 100 Ом-м

При проектировании этих схем использованы конструкции и методика применения заземлителей из наклонных электродов. Наклонные электроды заглубляют в грунт под углом 45е к вертикали. Углы между электродами в плане составляют 120° по рис. 28, а, в или 90е по рис. 4, б. Все электроды одного «зонтичного» заземлителя погружают из одного места, в котором их сваривают в один узел вместе с заземляющим проводником. Для облегчения этой работы концы электродов отгибают в вертикальное положение (рис. 4, г), сжимают клещами, обваривают по периметру сопряжения, накладывают бандаж, затем обжимают сваренный узел бандажом из мягкой полосовой стали 40X4 мм, приваривают его к электродам и заполняют сваркой все полости (рис. 4, е).

Использованы электроды из круглой стали диаметром 12 мм. Длина их зависит от проводимости грунта и заданного сопротивления заземлителя. Для горизонтальных заземлителей и заземляющих проводников при благоприятных (малокоррозийных) условиях принята круглая сталь диаметром 10 мм.

Рис. 4. Заземлители из наклонных и горизонтальных электродов:

а, е - схемы заземлителей для подстанций; г. б — схема монтажа «зонтичного» заземлителя; е — узел / к рис. 4. д- 1 — горизонтальные электроды;- 11 — наклонные электроды; 3 — заземляющие проводники (выводы к подстанции); 4 — гильза; А. Б, В — размеры по табл. 1

Рис. 5. Монтаж наклонных электродов способом штыкования:

а — прием работы; б — штанга сборно-разборного штыка; в— передвижная рукоятка; 1 — наконечник; 2, 3, 4 — штанги нижняя, средняя и верхняя; 5 — ручка; 6 — цилиндр; 7 — стопорный болт М 12; 8 — рычаг

Если нет механизмов, то можно применить освоенный многими организациями простейший способ монтажа заземлителей закладкой их в готовые скважины, пробиваемые вручную «штыками», или забивать методом штыкования электрод заземления, заготовленный из арматурной стали диаметром от 12 до 16 мм с заостренным концом (рис. 5).

При измерении сопротивления растеканию тока заземляющего электрода, вставленного в пробитую скважину, нужно учесть, что в первые дни (недели), пока грунт не уплотнится, у электрода может оказаться плохой контакт с грунтом и измерение даст завышенный результат. Но если из скважины не ушла вода или ее стенки, соприкасающиеся с электродом, будут еще мокрыми, то результат будет занижен. Поэтому измерение нужно в последующем повторить.

Монтаж заземлителей из наклонных электродов можно индустриализировать, изготовляя комплектные контуры заземления в мастерских. В этом случае выше качество сварки, нет необходимости возить сварочную аппаратуру, и квалифицированный сварщик не будет терять время на переезды. Обычно это потерянное время в 5—7 раз превышает полезное время, затрачиваемое сварщиком на сварку контура. Доставленный к месту монтажа в сложенном виде контур раскладывают горизонтальными элементами в подготовленную траншею, а электроды вставляют в проштыкованные отверстия. При этом можно применять тонкие заземлители, прочность которых недостаточна для монтажа другими способами, например круглую сталь диаметром 10 или оцинкованную 6 мм. Места сварки, где нарушается оцинковка, нужно тщательно защитить от коррозии.