Дългосрочно изследване на устойчивостта на параметрите на заземители с електропроводима бетонна обмазка

Изграждането на заземителни уредби с ниско нормирано съпротивление на заземяване в райони с недопустимо високи стойности на специфичното съпротивление на почвата е несъмнено голямо предизвикателство пред проектантите. Проблемът се утежнява значително и от факта, че за осигуряване на високо ниво на електро­безопасност и гарантиране на ефективната работа на системите за мълниезащита е необходимо целогодишно, независимо от метеорологичните условия, да се поддържа съпротивление на зазмяване със стойност под нормира­ната от стандарта за съответния енергиен обект.

Специфичното съпротивление на почвените слоеве в планински райони с камениста и песъчлива почва се променя в зависимост от влагосъдържанието и темпера­ту­рата в широк диапазон – от 500 до 19000 (Adegboyega and Odeyemi, 2011; Венков и Петров, 2002).

За намаляване на разхода на метал и поддържане на устойчиви стойности на съпротивлението на заземяване, в световната практика са намерили приложение материали с голяма специфична електропроводимост за подобряване на съпротивлението на заземяване (Grounding Enhancing Materials - GEM), които се поставят около електрода в предварително изкопани канали при хоризонталните заземители или в предварително пробити отвори в почвата при вертикалните заземители (Петров и Велев, 2007).

На територията на Технически университет – Габрово преди близо 5 години са монтирани реални физически образци на вертикални и хоризонтални заземители, положени в слой електропроводящ материал, разработен специално за целта в следствие на сътрудничество между Технически университет - Габрово и МГУ „Св. Иван Рилски” (Петров и Велев, 2007; Велев, 2009).

Настоящият доклад има за цел да установи устойчивостта на експлоатационните параметрите на монтираните физически образци на заземители, положени в електропроводящ материал, на базата на извършени измервания на съпротивлението им на заземяване и сравняването им със стойности, измерени при тяхното монтиране. Резултатите от сравнителния анализ са меродавни и относно дългосрочните качества на раз­работения материал за подобряване на съпротивлението на заземяване.

Приложението на материали за подобряване на съпротивлението на заземяване е най-голямо в развитите страни – САЩ, Япония, Канада и др. В Европа приложението на такива материали е все още ограничено.

В нашата страна, нормативната уредба имаща отношение към защитното заземяване, изобщо не засяга въпроса за използване на материали за намаляване на съпротивлението на заземяване. Съществен пропуск в българската нормативна база е и липсата на какъвто и да било цялостен стандарт за оразмеряване на заземителни уредби. Някои насоки и технически предписания са посочени единствено в НАРЕДБА № 3 за устройството на електрическите уредби и електропроводните линии и НАРЕДБА № 4 за мълниезащитата на сгради, външни съоръжения и открити пространства.

Някои от най-големите разработчици и производители на материали за подобряване на съпротивлението на заземяване са:

• 
  Американско-японската компания Sankosha, която разработва и предлага на пазара подобрител за заземяване с търговската марка San-Earth M5C под формата на високо електропроводима пръст, втвърдяваща се от влагата в самата почва;
  
• 
  Международната компания ERICO, предлагаща от 1992 г. прахообразен подобрител за заземяване със специ­фично обемно съпротивление около 10 и тър­говска марка ERITECH GEM25A;
  
• 
  Harger – Ultrafill earth;
  

• 
  През 2007 г. екип от ТУ – Габрово и МГУ „Св. Иван Рилски” разработиха материал за подобряване на съпротивлението на заземяване на базата на цимент, графит и пясък, който не е сертифициран и патентован (Петров и Велев, 2007);
  
• 
  Българската фирма Парадайс Електрик консулт ЕООД предлага на пазара сертифициран прахообразен подобрител за заземяване с търговската марка “Зевс”.
  

Във Велев (2009) са публикувани статистически резултати от ежемесечни измервания на съпротивлението на заземяване на хоризонтални и вертикални заземители положени в един или два слоя електропроводящ бетон.

Дата	сезон	Съпротивле-ние на заземяване			Дата	сезон	Съпротивление на заземяване
		Ω	Ω	Ω			Ω	Ω	Ω
28.04.09	В	40	29,5	23,5	30.04.13	В	48,5	32	23,5
29.05.09	С	45	36	29	17.05.13	С	60	49	32,5
17.06.09	С	54	38,5	35,2	06.06.13	С	50	38,5	31
21.07.09	С	56	40	36,1	10.07.13	В	33,5	31	19
19.08.09	С	59	41,5	37,8	08.08.13	С	62	60	38
средно		51	37,1	32,3	средно		50,8	42,1	28,8

Дата	сезон	Съпротивле-ние на заземяване		Дата	сезон	Съпротивление на заземяване
		Ω	Ω			Ω	Ω
28.04.09	В	21	14,8	30.04.13	В	23,25	14,7
29.05.09	С	30,5	17,5	17.05.13	С	36	21
17.06.09	С	37,5	20,5	06.06.13	С	29,5	19,5
21.07.09	С	34	21,5	10.07.13	В	16,5	12
19.08.09	С	35,6	23	08.08.13	С	36	30,5
средно		31,7	19,46	средно		28,3	19,5

Информацията от табл. 1 и табл. 2 е представена за по-голяма прегледност в графичен вид и са направени съответните разсъждения:

• 
  Съпротивлението на заземяване се изменя в един и същи диапазон, като през 2013 г., поради силно променливите метеорологични условия, измерените стойности през различните месеци се различават значително;
  
• 
  Средната стойност на съпротивлението на заземяване през 2009 и 2013 г. приблизително съвпада, което е индикация, че състоянието на заземителя не се променя с времето;
  

• 
  Измерените стойности за съпротивлението на заземяване през 2013 г. са видимо по-големи от тези през 2009 г.;
  
• 
  По средна стойност също се забелязва, че след 4 годишен период, съпротивлението се е увеличило средно с 5 Ω (+13,5%).
  

• 
  Поради по-голямата електропроводимост на вътреш­ния слой проводим бетон, контактуващ с електрода се забелязва, че съпротивлението на заземяване през 2013 г. е значително по-ниско от това измервано през 2009 г.;
  
• 
  След период от четири години съпротивлението на заземителя е намаляло средно с 3,5 Ω (-10,8 %);
  

За конвенционален хоризонтален заземител (съгласно фиг. 6):

• 
  Има тенденция към намаляване на съпротивлението на заземяване, която се дължи най-вероятно на интензивните валежи през месец юни и юли 2013 г. Освен това, цялата заземителната шина е положена на дълбочина 60 cm под нивото на почвата, където изсъхването на почвения слой е по-ограничено. За сравнение, горната част на всички изследвани вертикални заземители е на нивото на земната повърхност.
  

• 
  Средната стойност на съпротивлението на заземяване през 2009 и 20013 г. е приблизително една и съща. Състоянието на заземителя следователно не се променя с течение на времето.
  

• 
  През месец август 2013 г., съпротивлението на заземяване достига най-голямата си измерена стойност 30,5 Ω, което е с 5,5 Ω (-15,3%) по малко от стойността за конвенционалния хоризонтален заземител със същите размери.
  

• 
  При вертикалния заземител с един слой електропроводима обмазка се наблюдава влошаване на параметрите на проводимия бетон за изследвания период от 4 години. Най-вероятната причина за този ефект е контактът на проводимия бетон със заобикалящата околна среда и относително високото съдържание на цимент и пясък в този подобрител (фиг. 8). В горещите летни дни влагата се изпарява интензивно от горната повърхност на бетона. Поради силно хигроскопичната си същност долната част на бетоновата обмазка абсорбира от заобикалящата почва наличната влага, която се изпарява интензивно в горната част на заземителя. По този начин, в най-сухите периоди на годината, параметрите на заземителят се изравняват с тези на конвенционалния;
  

• 
  При вертикалния заземител положен в два различни концентрични слоя проводящ бетон параметрите на подобрителят остават непроменени. Това се обяснява с по-голямата електропроводимост на вътрешния слой бетон, контактуващ с електрода, където процентното съдържание на графит и цимент е 50/50 %;
  
• 
  При хоризонталния заземител положен в един слой проводящ бетон се наблюдава подобрение на параметрите поради липсата на контакт на бетона с околната среда (заземителната шина и заобикалящата я проводима бетонна обмазка са на 60 cm под нивото на повърхността, което ограничава в голяма степен външното негативно влияние на околната среда през сухите летни месеци);
  
• 
  Препоръчва се при използване на електропроводими бетони с графит, като електропроводящ агент, да не се използва пясък, или неговото съдържание да бъде ограничено до минимум;
  
• 
  Извършените експерименти доказват, че при използ­ване на подобрители за заземяване на циментова основа е абсолютно недопустимо проводимата бето­нова обмазка да бъде изложена пряко на атмосфер­ните условия, т.е. да бъде изнесена на повърхността на почвата;
  
• 
  При монтажа е препоръчително целият обем на използвания подобрител за заземяване да бъде под повърхността на земята на дълбочина минимум 50 – 60 cm. Това ще гарантира устойчиви стойности на съпротивлението на заземяване целогодишно, независимо от атмосферните условия и сезона.
  

Венков Г. И., П. К. Петров, 2002. Техническа безопасност, Габрово Принт.

Петров, П. К., Г. Ц. Велев. 2007. Подобряване съпротивлението на заземители чрез използване на проводима обмазка - Списание „Безопасност на труда и трудова медицина”, ЕСКАРГО – София, брой 4

Петров П. К., Г. Ц. Велев. 2007. Изследване на вертикален заземител с проводима обмазка - Известия на ТУ-Габрово, Tом 34, Габрово, ISSN 1310-6686;

Петров П. К., Г. Ц. Велев. 2007. Изследване на проводими обмазки, допринасящи за намаляване съпротивле­нието на заземители – Международна научна конференция UNITECH’07, Габрово, ISSN 1313-230X

Велев, Г. Ц., 2009. Физическо моделиране и статистически анализ на експлоатационните параметри на заземители с проводима бетонна обмазка за приложение в минната индустрия, Годишник на Минно-геоложкия Университет „Св. Иван Рилски” – София, Свитък III: Механизация, електрификация и автоматизация на мините, ISSN 1312-1820.

Sankosha Corporation, San-earth technical review – Practical measures for lowering resistance to ground.

http://www.paradise-electric.eu/images/stories/products/zeus_application.pdf