Снижение электрического сопротивления заземляющих устройств применением грунтозамещающей смеси на основе графита и гидрогеля для стабилизации электрофизических параметров грунта

В статье рассмотрены факторы, влияющие на электрическое сопротивление растекания тока заземляющего устройства; электрофизические параметры грунта, влияющие на его удельное сопротивление, и учет таких параметров при проектировании заземляющих устройств. Показано, что удерживание влаги в околоэлектродном пространстве заземлителя, а также поддержание ее на определенном уровне способствуют улучшению качества и надежности работы заземления. Установлена связь между способностью удерживать влагу и величиной сезонных колебаний электрического сопротивления грунта, а также коэффициентом сезонности, учитывающим изменения при разных климатических условиях окружающей среды. Рассмотрены вопросы применения различных способов снижения удельного сопротивления грунта при монтаже заземляющих устройств. Одним из основных способов снижения сопротивления заземления является применение растворов различных минеральных солей. Этот метод не оптимален, так как ускоряет коррозионные процессы в материалах электродов заземления. Также рассмотрены и другие способы снижения сопротивления контура заземления. В частности, авторами предложен метод уменьшения сопротивления заземляющего устройства на основе метода частичной замены грунта в околоэлектродной области на смесь с более низким удельным сопротивлением на основе графита и гидрогеля,  способной собирать влагу. Данный тип смеси является экологически безопасным при применении и не агрессивным к материалу заземляющего контура. Принцип работы смеси основан на том, что гидрогель позволяет стабилизировать влажность в месте закладки контура, а графит повышает общую проводимость смеси. В работе представлены результаты лабораторных исследований, которые проводились согласно ГОСТ 9.602–2016. Для этого контрольные образцы помещались в емкости из непроводящего материала (оргстекло) и осуществлялись измерения зависимости удельного сопротивления от влажности, температуры, удельного содержания графита и гидрогеля. В статье приведены графики зависимостей удельного сопротивления смеси от влажности, температуры, количественного содержания гидрогеля. Из полученных результатов можно сделать вывод о возможности применения смеси в энергетике для повышения надежности работы электроустановок и обеспечения электробезопасности.

1. Веденеева, Л. М. Исследование влияния основных свойств грунта на сопротивление заземляющих устройств / Л. М. Веденеева, А. В. Чудинов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2017. Т. 16, № 1. С. 89–100.

2. IEEE Std 142–2007. IEEE Recommended Practice for Grounding of Industrial and Commercial Power Systems. Approved 7 June 2007. 225 p. https://doi.org/10.1109/ieeestd.2007.4396963.

3. Драко, М. А. Коррозия заземлителей электроустановок / М. А. Драко // Энергетическая стратегия. 2019. № 6. C. 44–48.

4. Веденеева, Л. М. Исследование влияния влажности и пористости грунтов на величину их проводимости / Л. М. Веденеева, А. В. Чудинов // Вестник ПНИПУ. Безопасность и управление рисками. 2016. № 5. С. 119–130.

5. Кучеренко, Д. Е. Влияние особенностей грунта на расчет и проектирование ЗУ / Д. Е. Кучеренко, Д. Н. Грищенко // COLLOQUIUM-JOURNAL. 2018. № 12–6. С. 84–90.

6. Барайшук, С. М. Снижение сезонных колебаний сопротивления растеканию тока заземляющих устройств применением смесей для стабилизации влажности грунта / С. М. Барайшук, И. А. Павлович, М. И. Кахоцкий // Эпоха Науки. 2020. № 24. С. 87–93.

7. Grounding System Design Method in High Soil Resistivity Regions / Zhuang Chijie [et al.] // Gaodianya Jishu/High Voltage Engineering. 2008. Vol. 34, Nо 5. 893–897.

8. The influence of Seasonal Soil Moisture on the Behavior of Soil Resistivity and Power Distribution Grounding Systems / L. Coelho Vilson [et al.] // Electric Power Systems Research. 2015. Vol. 118. P. 76–82. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2014.07.027.

9. Драко, М. А. О разработке смеси на основе гидролизованного полиакрилонитрила для уменьшения удельного электрического сопротивления грунта / М. А. Драко, С. М. Барайшук, И. А. Павлович // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23, № 1. С. 80–92. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-1-80-92.

10. Tung, C. C. Performance of Electrical Grounding System in Soil at Low Moisture Content Condition at Various Compression Levels / C.C. Tung, S. C. Lim // Journal of Engineering Science and Technology. 2017. Vol. 12, Special Iss. 1. P. 27–47.

11. Грибанов, А. Н. Бипрон – заземление электроустановок / А. Н. Грибанов // Экспозиция Нефть Газ. 2016. № 4. С. 72–75.

12. Kirkpatrick, E. L. The conflict Between Copper Grounding Systems and Cathodic Protection Systems [Electronic Resource]. Mode of access: https://www.elkeng.com/pdfs/6-The-Conflict-Between-Copper-GroundingCP122001.pdf.

13. Снижение сопротивления заземляющих устройств применением обработки грунта неагрессивными к материалу заземлителя стабилизирующими влажность добавками / С. М. Барайшук [и др.] // Агропанорама. 2021. № 5 (147). С. 28–33.

14. Павлович, И. А. Температурная зависимость удельного сопротивления грунтозамещающих композиционных смесей для оптимизации заземления / И. А. Павлович, С. М. Барайшук, М. Х. Муродов // Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК: материалы Международной научно-технической конференции, Минск, 21–22 декабря 2021 г. Минск: БГАТУ, 2021. С. 230–232.

15. Профессиональный центр знаний zandz.com о молниезащите и заземлении [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://zandz.com/ru/. Дата доступа: 24.10.2022.

16. Электроустановки на напряжение до 750 кВ. Линии электропередачи воздушные и токопроводы, устройства распределительные и трансформаторные подстанции, установки электросиловые и аккумуляторные, электроустановки жилых и общественных зданий. Правила и защитные меры электробезопасности. Учет электроэнергии. Нормы приемосдаточных испытаний: ТКП 339-2011(02230). Введ. 23.08.2011. Минск: Министерство энергетики Республики Беларусь, 2011. 593 с.

17. Молниезащита зданий, сооружений и инженерных коммуникаций: СН 4.04.03-2020. Введ. 21.04.2021. Минск: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 2020. 161 с.