Электролитический заземлитель в вечной мерзлоте.

Общеизвестен принцип действия электролитического заземлителя: использован метод искусственного химического снижения удельного сопротивления грунта.

Так как общее сопротивление заземления зависит от сопротивления прилегающих к заземлителю слоев грунта, применение заземлителя позволяет достичь снижение сопротивления заземления понижением удельного сопротивления грунта в области вокруг заземлителя химическим путем при помощи электролитов, образующихся при растворении минеральных солей входящих в комплект поставки заземлителя.

Дополнительное снижение сопротивления грунта достигается созданием вокруг заземлителя зоны с пониженным удельным сопротивлением - заменой грунта на заменитель типа смеси коксовой мелочи с минеральными солями для образовании электролита и получения околоэлектродного заполнителя  с очень низким удельным сопротивлением (или другим способом химической обработки грунта).

Различают две основные группы проводников электрического тока: проводники I рода, электрическая проводимость которых обусловлена электронами (металлы, графит), и проводники II рода, обладающие ионной проводимостью (расплавы и растворы электролитов).

Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

Разберем электрические характеристики электролитов:

Удельное сопротивление (ρ) – это сопротивление раствора электролита, заключенного между электродами площадью 1 м2 каждый и расположенными на расстоянии 1 м.

Измеряется в Ом*м.

Однако часто оказывается логичнее пользоваться обратной величиной - проводимостью. Для характеристики электрической проводимости растворов пользуются величинами удельной электропроводности (ϰ) и молярной электропроводности (λ).

Удельная электропроводность (ϰ) – это электропроводность раствора электролита, заключенного между электродами площадью 1 м2 каждый и расположенными на расстоянии 1 м.

 Удельная электропроводность (ϰ) есть величина обратная удельному сопротивлению раствора (ρ):

ϰ = 1/ρ [См×м-1] (4.1.)

где См – Сименс: См = Ом-1.

Способность растворов электролитов проводить электрический ток объясняют тем, что молекулы электролитов при растворении распадаются на электрически положительно и отрицательно заряженные частицы — ионы. Величина заряда иона численно равна валентности атома или группы атомов, образующих ион. Ионы отличаются от атомов и молекул не только наличием электрических зарядов, но и другими свойствами, например ионы хлора не имеют ни запаха, ни цвета, ни других свойств молекул хлора. Положительно заряженные ионы называют катионами, отрицательно заряженные—анионами. Катионы образуют атомы водорода Н+, металлов: К+, Na+, Са2+, Fe3+ и некоторые группы атомов, например группа аммония NH+4 ; анионы образуют атомы и группы атомов, являющиеся кислотными остатками, например Cl, NO3, SO2—4, CO2—3 .
Распад молекул электролитов на ионы называется электролитической диссоциацией, или ионизацией, и представляет собой обратимый процесс, т. е. в растворе может наступать состояние равновесия, при котором сколько молекул электролитов распадается на ионы, столько их вновь образуется из ионов.

Таким образом электролит, образовавшийся в грунте при растворении минеральных солей в грунтовых водах способен очень хорошо проводить электрический ток, т.е. обладает низким удельным электрическим сопротивлением, которое зависит от температуры окружающей среды и насыщенности раствора минеральными солями.

Рассмотрим физические свойства электролитов (водных растворов минеральных солей) на предмет воздействия отрицательных температур:

Влияние температуры окружающей среды на электролит.

Удельная электрическая проводимость раствора зависит от природы растворителя и растворенного вещества, концентрации раствора и температуры.

Под смесью минеральных солей производители электролитических заземлителей как правило подразумевают обычно галит или сильвинит и, соответственно, образование водных электролитов в грунте на их основе.

Температурный режим определяет в первую очередь скорость протекания процесса вымораживания (Л1).

Температура в области положительных и отрицательных значений влияет на скорость реакций, растворимость соединений, скорость растворения, коагуляции,  а также на концентрацию недиссоциированных ионных пар. Различают несколько разновидностей температуры в растворах: структурная, температура замерзания.  Температура начала кристаллизации (температура замерзания) - температура, при которой в результате охлаждения раствора начинается образование кристаллов. Понижение температуры замерзания ΔТз - разность между температурой замерзания чистого растворителя и раствора. Температура замерзания рассола всегда ниже температуры замерзания чистой воды и зависит от концентрации растворенных солей. Эта зависимость для рассолов может быть выражена уравнением:

ΔТз = KC,

где К - коэффициент пропорциональности; С - концентрация растворённого вещества в растворе.

Хлористый натрий NaCl (поваренная каменная соль, галит) применяется в виде технической соли (серого или светло-серого цвета); плотность 2,16 г/см3; предельная растворимость при 25 ºС 26,43% (по массе). Температура замерзания водных растворов NaCl приведена в табл. 1

Таблица 1.Температура замерзания раствора NaCl

Плотность при 15 ºС, г/см3 Содержание NaCl, г Температура замерзания, ºС
в 100 г раствора в 100 г воды
1,01 1,5 1,5 —0,9
1,02 2,9 3,0 — 1,8
1,03 4,3 4,5 —2,6
1,04 5,6 5,9 —3,5
1,05 7,0 7,5 —4,4
1,06 8,3 9,0 —5,4
1,07 9,6 10,6 —6,4
1,08 11,0 12,3 —7,5
1,09 12,2 14,0 —8,6
1,10 13,6 15,7 —9,8
1,11 14,9 17,5 —11,0
1,12 16,2 19,3 — 12,2
1,13 17,5 21,2 —13,6
1,14 18,8 23,1 — 15,1
1,15 20,0 25,0 — 16,0
1,16 21,2 26,9 —18,2
1,17 22,4 29,0 —20,0
1,175 23,1 30,1 —21,2

Хлористый калий КCl  (сильвин) — белый порошок плотностью 1,99 г/см3; предельная растворимость в воде при 20 ºС  34,3% (по массе).

Температура замерзания раствора калия хлорида в зависимости от концентрации
Концентрация, %
Температура замерзания, °С
2
-0,9
4
-1,9
6
-2,8
8
-3,8
10
-4,8
12
-5,9
14
-7,0
16
-8,2
18
-9,6

Вывод: Учитывая, что глубина промерзания в разных районах с вечной мерзлотой разная, при поверхностном размещении электролитического заземлителя в вечной мерзлоте (с температурой ниже указанной в таблицах), электролит с концентрацией 23,1 гр.NaCl на 100 гр.воды полностью замерзнет при достижении отрицательной температуры грунта —21,2 гр.С., KCl замерзнет при температуре -9,60С, т.е. электролитический заземлителей поверхностного типа с глубиной монтажа до 3-5 метров при достижении в грунте температуры замерзания электролита работать не будет, в связи с резким скачком удельного сопротивления грунта!

Глубина промерзания до указанных критических температур определяется районом установки заземлителя. Согласно нормативных документов, минимальная рекомендуемая глубина размещения глубинного электролитического заземлителя в вечной мерзлоте - 15-20 метров, т.е. на глубине, где стабильная температура: - 100С.

Конечно, предпрочтительнее использование в вечной мерзлоте выносных заземлителей в незамерзающих водоемах, а если их нет - использовать глубинный электролитический заземлитель указанной длины. При этом, для получения искуственного талика на указанной глубине применяется определенная технология монтажа.

Внимание! Опасайтесь поставщиков, которые предлагают расчет по упрощенным формулам (без ссылки на нормативный документ) или необоснованно утверждают, что при применении электролитических заземлителей сопротивление упадет в любых типах грунтов: в 24 раза, в 11 раз, в 10 раз, что противоречит существующим в России методикам расчетов таких заземлителей! Как правило, они не могут обосновать происхождение своей формулы расчета электролитического заземлителя методическими материалами и нормативными документами РФ! Это приводит к ошибкам проектирования и к неработоспобности заземлителей при замерзании электролита при отрицательных температурах грунта!

ООО "Элмашпром" производит электролитические системы заземления для высокоомных грунтов, в том числе для вечной мерзлоты.  Конструкция принята и расчет производится на основании действующих норм и правил Российской Федерации. Например: заземлитель электролитический вертикальный ЭЗВ-60-15000-340Н длиной 15 метров из нержавеющей стали 60х4 мм (соединение муфтами 68х6 мм) предназначенный для установки в высокоомных грунтах (вечная мерзлота, скальный грунт) в соответствии с инструкцией по монтажу и проектными решениями. Требуется предварительное бурение скважины 300х15500 мм (для вечной мерзлоты рекомендуется устанавливать глубинные электролитические заземлители длиной не менее 15-20 метров в целях улучшения качественных показателей заземляющего устройства, в том числе для достижения значительной стабильности его сопротивления и минимизации влияния температуры окружающей среды на показатели).

31.03.2015 13:36

Источник: ООО "Элмашпром", 603104, Нижний Новгород, ул.Нартова,6 +7 831 27867072, 2786073


заземление заземлитель электролитический
Забыли пароль?