Забивка электродов заземлителей

Электроды-заземлители забивают в грунт машинами специального назначения (см. ниже), или приспосабливают для этого серийные электрические и пневматические молотки, электротрамбовки, бензоперфораторы, легкие копры, вибраторы и другие механизмы ударного и виброударного действия, а также и ручные приспособления для монтажа единичных заземлителей в удаленных местах.

При забивке можно применять стальные электроды любого профиля — уголковые, квадратные, круглые, однако наименьший расход металла (при одинаковой проводимости) и наибольшая устойчивость к грунтовой коррозии (в случае равного расхода металла) достигаются при использовании стержневых электродов из круглой стали.

При забивке в обычные грунты на глубину до 6 м рационально и экономично применять стержневые электроды диаметром 12—14 мм. При требуемой глубине до 10 м, а также при забивке коротких электродов в особо плотные грунты необходимы более прочные электроды диаметром от 16 до 20 мм. С помощью ударных механизмов трудно забить электроды глубже, чем на 10 - 12 м. Для этого рациональнее применить механизмы ударно-вибрационного действия — вибраторы, с помощью которых электроды легко погрузить даже в промерзший грунт, теряющий свою прочность под воздействием вибрации.

Вибраторами можно погрузить электроды значительно глубже, чем при ввертывании и вдавливании. Это особенно важно для грунтов с высоким удельным сопротивлением (порядка 1000 Ом) и глубоким уровнем грунтовых вод (более 9 м), например для сухих песков, в которых сопротивление электрода по мере заглубления снижается очень резко:

Глубина забивки электрода, м . . . 3,5 5 7 9 11 13 15 18

Сопротивление растеканию. Ом . . . 300 250 150 110 85 45 20 10

Из этих цифр видно, что один вертикальный электрод, погруженный на глубину 18 м, будет иметь примерно такую же проводимость, что и 30 электродов, погруженных на глубину 3,5 м. Учитывая перемычки, необходимые для соединения коротких электродов, металла понадобится гораздо больше, значительно повысятся и затраты труда и стоимость заземляющего устройства, а проводимость ввиду взаимоэкранирования коротких электродов может оказаться даже хуже, чем у одного глубинного электрода.

Если при проектировании грунт не зондировали и электрические характеристики грунта неизвестны, то во избежание лишней работы монтаж глубинных заземлителей рекомендуется проводить в следующей последовательности:

подготовить отрезки электрода. Их длину принять соответственно конструкции используемого механизма;

забить нижний отрезок электрода;

измерить сопротивление растеканию забитого отрезка;

приварить следующий отрезок электрода;

забить второй отрезок и снова выполнить измерение;

работу продолжать до достижения нужной проводимости.

Механическим вибратором, навешенным на трактор (рис. 1,а), погружали электроды из круглой стали диаметром 18—20 мм на глубину до 18 м. На том же тракторе установили и сварочный генератор.

Рис. 1. Забивка вертикальных злектродов-заземлителей:

а, б — навесными механическим или электрическим вибратором; в, г — электровибратором, укрепленным на электроде или на рессорах; д, е — электромолотком, укрепленным на составном или на цельном электроде; 1 — вибратор; 2 — грузоподъемная стрела; 3 — гибкий приводной вал; 4 — сцепление; 5 вал отбора мощности трактора и ременная передача на сварочный генератор и на сцепление привода вибратора; 6— погружаемый заземлитель; 7 — труба-боек; 8— площадка с верхним бойком; 9 — рессора; 10 — электромолоток; 11 — вставной боек; 12— муфта; 13— козлы с ограждением; 14 — направляющий уголок; 15 — зажим

Механический вибратор массой 8 кг имеет круглый корпус диаметром 100 мм, в котором на двух подшипниках вращается дебаланс. Посредством промежуточного бойка, прикрепленного к корпусу на спиральных пружинах, и трубчатого наконечника удары передаются на погружаемый электрод.

Вибратор подвешен к трактору на легкую откидную укосину. Во вращение он приводится двигателем трактора через дополнительно установленное сцепление и гибкий вал диаметром 16 мм. Данная конструкция вибратора не уравновешена в горизонтальной плоскости, и поэтому длина погружаемого отрезка определяется высотой подвески вибратора к укосине. При уравновешенной конструкции электрод, пропускаемый через эту конструкцию, мог бы быть цельным, однако перевозка по бездорожью и установка для погружения длинных прямых стержней затруднительна, а выполнение сварочных работ на месте необходимо во всех случаях.

Отсутствие силовых передач или движущихся частей в вибраторе, кроме единственного массивного дебаланса, делает его исключительно надежным. В рабочей зоне нет открытых движущихся частей, и нет сжатого воздуха и электрического напряжения. Это повышает безопасность работающих.

За один прием погружали отрезок электрода длиной 2—2,5 м, потом вибратор поднимали, наращивали сваркой следующий отрезок и продолжали погружение до достижения достаточной проводимости заземлителя. Цикл работы — погружение электрода на 2,5 м и его наращивание — в зависимости от плотности грунта и достигнутой глубины занимал от 2 до 7 мин.

В других случаях используют электровибратор, подвешенный к крановой стреле, смонтированной на автомобиле (рис. 1, б). Для выполнения сварочных работ в кузове машины установлен сварочный трансформатор, а для электропитания трансформатора, привода стрелы и вибратора установлен электрогенератор. Кнопки управления установки смонтированы на стенке автомашины в защитном кожухе. Стрела грузоподъемностью 0,5 т вынесена на крышу фургона. Подъем вибратора занимает 2 мин, а погружение отрезка электрода длиной 3 м, изготовленного из отходов труб, — около 5 мин.

К электровибратору заводского выпуска дополнительно изготовляют направляющий стакан с цилиндрическим переходником для электродов круглого сечения или с переходником, насаживаемым на электрод из угловой стали или стали соответственно другого профиля.

Мощность электровибратора — 1,2 кВт, масса — 100 кг. Мощность электродвигателей на подъемной лебедке и стреле соответственно 1,7 и 1,0 кВт.

На автомашине установлен электрогенератор мощностью 25 кВт, обеспечивающий питание вибратора, электродвигателей и сварочного трансформатора. Контур заземления монтируется с помощью такой установки звеном из двух рабочих, из которых один является шофером, а другой имеет совмещенную профессию слесаря и сварщика. Оба они обучены способам осмотра, измерения и проверки качества заземлителя. Звено монтирует электроды, сваривает их в контур, проверяет его и оформляет протокол измерения и акт осмотра заземлителя (заполняет бланки).

Такой же способ погружения небольшого числа электродов можно использовать и без специально оборудованного автомобиля или трактора, применив легкий вибратор мощностью до 0,8 кВт, устанавливаемый в рабочее положение вместе с погружаемым электродом усилием одного-двух рабочих. Использование специальной металлической подставки (рис. 4, в) позволяет рабочим не прикасаться к приспособлению в процессе погружения электрода, что существенно облегчает работу.

Другое приспособление для забивки электродов, также имеющее небольшой вибратор, показано на рис. 1, г. Две автомобильные рессоры скреплены скобами. На верхней рессоре укреплена площадка, на которой размещен вибратор с бойком-держателем электрода. На нижней рессоре укреплена аналогичная площадка с отрезком трубы, служащим другим бойком. При работе вибратора бойки соударяются, для чего между ними должен быть достаточный зазор. Электроды заземления могут использоваться любого профиля, но проще всего применять стержневые электроды, при которых изготовление бойков проще.

Электрод заземления свободно вставляют через трубу-боек в верхний боек-держатель до упора. Затем включают вибратор, и с каждым его ударом электрод погружается в грунт на глубину, равную зазору между бойками, а все приспособление опускается вниз под действием своей тяжести. Зазор между бойками восстанавливается силой отдачи и упругости рессор. Когда приспособление, опускающееся вместе с электродом, приблизится к поверхности земли, вибратор отключают и приспособление снимают. Если глубина погружения заземлители недостаточна, то к забитому заземлителю приваривают следующий отрезок круглой стали и процесс забивки повторяют.

В грунт средней плотности стержневой электрод диаметром 16 мм длиной 4 м забивают за 5 мин, а длиной 8 м — за 20 мин, включая время сварки отрезков электрода. Приспособлением можно забивать не только круглую сталь, но и трубы и сталь других профилей, если для этого поставить в приспособление боек-держатель и направляющую электрод трубу соответственных размеров.

Накоплен большой опыт погружения заземлителей при помощи электромолотков и пневмомолотков, серийно выпускаемых заводами. Используя передвижной электрогенератор или компрессор, можно включать в работу одновременно 2—3 и более молотков, ускоряя работы.

В мастерской заранее изготовляют отрезки стержневых электродов длиной по 2,5 м и к одному концу каждого отрезка приваривают муфту, изготовленную из трубы соответственного диаметра и длиной 100 мм, прорезанную с любой стороны на толщину стенки вдоль. Прорезь нужна для продольного сварного шва.

При заготовке электродов их вставляют в муфту на 50 мм, приваривают поперечным швом торец муфты к электроду по его окружности и продольным швом длиной 50 мм вдоль прорези в муфте. Вторая половина длины муфты остается свободной для удобства соединения отрезков и забивки. Электромолоток (рис. 1, д) с вставленным в него бойком, входящим своим концом в верхнюю половину муфты, надежно в ней удерживается и, вибрируя под действием собственной массы при включении источника энергии, забивает электрод.

В процессе забивки удерживать электромолоток руками не нужно, что значительно облегчает работу. Но для установки электромолотка массой до 21 кг на вертикально поставленный на грунте электрод необходимы прочные, устойчивые переносные козлы с ограждением рабочей площадки.

После того, как электрод погрузится до своего верхнего конца, молоток отключают, снимают с электрода и в верхнюю половину муфты вставляют нижний конец следующего отрезка электрода, приваривают его по- перечным и продольным швами к забитому электроду и продолжают погружение, установив электромолоток в муфту, имеющуюся на верхнем конце второго отрезка.

Работа по изготовлению муфт и затраты на это труб или листовой стали иногда кажутся монтажникам излишними, и они предпочитают соединять концы отрезков погружаемых электродов заземления менее трудоемкой и простой непосредственной сваркой встык, без муфт. Однако соединение муфтами надежнее и создает удобство в работе. Но муфты создают дополнительное сопротивление (увеличивают реакцию грунта), немного замедляют погружение и уменьшают наибольшую возможную глубину погружения при данной мощности механизма, что особенно заметно в плотном грунте. Сварку встык все же рекомендовать нельзя, так как она непрочна, а сварка внахлестку или с накладками замедляет погружение еще больше, чем муфта.

Для электробезопасности молоток должен иметь двойную изоляцию, либо (при обычной изоляции) он должен быть заземлен отдельной жилой шлангового кабеля, по остальным жилам которого подается электроэнергия от генератора или от внешней сети. Дополнительной мерой безопасности, как и для работы с любым электроинструментом, может быть применение резиновых перчаток или устройств защитного отключения.

Если вблизи имеется компрессор, то вместо электромолотка рациональнее применить легкий пневмомолоток, но и тогда нужно иметь прочные, устойчивые козлы, так как пневмомолоток в обычно применяемых приспособлениях приходится во время работы удерживать руками, чтобы он не соскочил с электрода вследствие отдачи. Одно из таких приспособлений представляет собой специальную насадку-переходник, верхним концом закрепляемую в пневмомолотке и имеющую в нижнем конце полый цилиндр, в который вставляется конец электрода.

Каркас козел можно изготовить из тонкостенных стальных труб диаметром 22—24 мм или из легких, но дорогих дюралюминиевых труб диаметром 20—22 мм, а площадку из досок толщиной 40 мм или из рифленой стали толщиной 4 мм. Если козлы сделать из досок целиком, то они будут тяжелее стальных и быстро придут в негодность.

Если козел нет, то электрод можно забить непосредственно с земли) но тогда забиваемые отрезки придется забивать не по 2,5 мм, как рекомендовалось ранее, а короче, соответственно росту рабочего, который будет держать механизированный инструмент на электроде.

В мягкий грунт можно забивать электромолотком длинные (до 5 м) электроды небольшого диаметра (до 13 мм) без предварительной заготовки коротких отрезков и сварки их на месте. Это существенно облегчает работу (рис. 1,е).

Электромолоток снабжают зажимом, действующим при давлении на него вниз и отпускающим электрод при поднимании молотка. Кроме того, на молоток крепят направляющий уголок. Электрод пропускают через зажим и через отверстие в направляющем уголке. Затем приспособление вместе с электродом ставят на землю и погружают электрод примерно на 0,8 м. После того как приспособление приблизится к земле, его переставляют вверх по электроду на удобную по росту рабочего высоту и продолжают забивку заземлителя.

При достаточной мощности электромолотка (0,6— 0,8 кВт) конец электрода подготавливать к погружению не нужно, а при меньшей мощности — конец электрода заостряют для облегчения забивки.

Электроинструменты и механизмы с электрическим приводом получают питание от устанавливаемых на автомобилях и тракторах электрогенераторов или от перевозимых в кузовах автомобилей небольших (мощностью 2 кВт) серийно выпускаемых промышленностью бензоэлектрических агрегатов.

Если имеется электротрамбовка, то ее можно использовать для забивки электродов, сняв башмак, предназначенный для трамбовки грунта, и насадив на боек ударную втулку, имеющую внутренний диаметр соответственно диаметру вставляемого во втулку стержневого электрода. Аналогично можно приспособить электроперфораторы, электробетоноломы и другие ударные электрические или пневматические ручные машины, снабжая их переходниками для забивки электродов из круглой стали или стали других профилей.

При применении пневмоинструментов сжатый воздух Для них подается от компрессоров, которые могут иметь электропривод или механический привод от двигателя автомобиля или трактора. Одна из конструкций механического привода показана на рис. 5. На тракторе Т-40 (или другой марки) устанавливают компрессор производительностью порядка 1 м3/мин при рабочем давлении воздуха до 1 мПа. Для воздушного охлаждения на коми, рессоре монтируют крыльчатку вентилятора автомобильного типа. Около компрессора устанавливают передачу для привода от вала отбора мощности трактора.

Pиc. 2. Пневматический заглубитель электродов на тракторе Т-40 с тележкой:

1 — раздаточный вентиль; 2 — манометр; 3 — редукционный клапан; 4 — трактор; 5 — прицепная тележка; 6 — перевозимые электроды; 7 — компрессор; 8 — редуктор; 9 — ресивер; 10 — отбойный молоток; 11 — шланг сжатого воздуха

Ресивер емкостью 300 л П-образной формы, изготовленный, например, из цельнотянутой стальной трубы диаметром 180 мм, монтируют спереди трактора. На ресивере устанавливают предохранительные клапаны, манометр, редуктор для регулировки давления сжатого воздуха на входе и раздаточные вентили для подключения шлангов, питающих пневмоинструменты. Для перевозки электродов заземления, инструментов и инвентаря можно применить прицепную тележку. Пневмоинструменты (перфораторы, отбойные молотки, рубильные молотки) подбирают так, чтобы их характеристики соответствовали параметрам компрессора.

При забивке электродов механизированными инструментами (ручными машинами) небольшой мощности в холодное время года нужно иметь с собой, помимо основного приспособления, еще дрель с длинными сверлами, снабженными наконечниками из твердого сплава. В случае, если толщина мерзлого слоя грунта не поддается пробивке, его просверливают до талого грунта, в скважину вставляют электрод и продолжают забивку.

Работниками группы компании Энергостроймеханизация совместно с работниками механизированной колонны № 71 и Нормативно-исследовательской станции № 40 Энергостройтруда при строительстве ВЛ 500 кВ был предложен и внедрен агрегат для монтажа заземляющих устройств опор линии. Для этой цели на базе трактора ДТ-75 было смонтировано навесное оборудование, в состав которого вошли: компрессор Зиф-55; сварочный агрегат ГС-300, молот МО-5 с комплектом шлангов, переходник (боек) для забивки электродов.

Работы производили двое электролинейщиков и машинист-тракторист. В среднем в зависимости от сопротивления грунта для заземления каждой опоры забивали 4—5 электродов длиной 3—6 м из круглой стали диаметром 16 мм. После забивки первых трех электродов и приварки к ним горизонтальных перемычек измеряли сопротивление растеканию тока заземления и при необходимости забивали дополнительные электроды. Общее время сооружения заземляющего устройства опоры составило около 2 ч.

Высокая производительность агрегата, позволявшего применить глубинные электроды, дала основание предложить замену запроектированных ранее горизонтальных лучей-заземлителей на вертикальные, получить при этом экономию затрат и снизить вдвое расход металла.

Заводами выпущены специальные машины для монтажа заземляющих устройств и универсальные машины, могущие быть использованными для этой цели.