2.3. Параметры анодного заземления

2.3.1. Анодное заземление характеризуется сопротивлением растеканию, стабильностью этого сопротивления в течении года, длительностью срока службы, стоимостью сооружения заземления и его срока службы. Для уменьшения непроизводительных потерь электроэнергии на заземлении необходимо максимально уменьшить сопротивление растеканию. Сопротивление, оказываемое землей, зависит от ее удельного сопротивления и от характера распределения тока в ней. В свою очередь характер распределения тока, стекающего с заземлителей, определяется их размером и формой, а также месторасположением, по отношению к земной поверхности.

Практическое применение нашли сложные анодные заземления, состоящие из нескольких электродов, установленных в грунте вертикально, горизонтально или смешено. Электроды обычно изготавливают из стали, графита, ферросилида или магнетита. Иногда материалом для электродов служат стальные балки, рельсы, чугунные трубы, железные рамы. Иногда материалом для электродов служит скрап (стальные балки, рельсы, чугунные трубы, железный лом).

Уменьшение растворимости заземлителей продлевает срок их службы и улучшает стабильность работы УКЗ; для заземления растворимых анодов их помещают в активатор, представляющий собой коксовую мелочь, которая имеет низкое удельное сопротивление ρ_Д = 0,25 Ом∙м, если размеры кусочков не превышают 10 мм, а содержание пыли не более 10%.

2.3.2. Сопротивление растеканию электрода, расположенного вертикально рассчитывают по формуле:

, Ом (11)

при l_э < 4Н_э и d « 2l_э

где, ρ₃ – удельное электрическое сопротивление грунта, Ом∙м;

l_э – длина электрода, м;

d_э – диаметр электрода, м²;

Н_э – глубина установки электрода (расстояние от уровня земли до середины электрода) , м.

H_э – глубина установки электрода ( расстояние от уровня земли до уровня электрода), м.

При выборе значений l_э и d_э следует учитывать, что с увеличением диаметра электрода его сопротивление растеканию снижается медленнее, чем с увеличением длины электрода.

2.3.3. При установке электрода горизонтально, сопротивление растеканию рассчитывают по формуле:

, Ом (12)

при l_э » d_э

При горизонтальном электроде небольшой длины, когда l_э < Н_э последняя формула упрощается:

, Ом (13)

2.3.4. В случае протяженного горизонтального электрода, когда l_э>12Н_э, его сопротивление растеканию находят из уравнения:

, Ом (14)

2.3.5. При установке вертикального электрода в активаторе сопротивление растеканию определяется по формуле:

, Ом (15)

где, l_a – длина столба активатора, м;

d_а – диаметр столба активатора, м;

ρ_а – удельное электрическое сопротивление активатора, Ом∙м.

2.3.6. Сопротивление растеканию горизонтального электрода в активаторе рассчитывается по формуле:

, Ом (15)

при l_а » d_а

2.3.7. При протяженном горизонтальном электроде в активаторе, когда l_э>12Н_э, можно пользоваться формулой:

, Ом (16)

2.3.8. Для практических расчетов можно принять соотношение диаметров столба активатора в пределах d_a = (2 + 3)d_э. Если горизонтальные электроды, устанавливаемые без активатора, применяются не круглые, а ленточные (полоса) прямоугольного сечения, в случаях с использованием формул (12) и (13), вместо d_э подставляют значение 2b/π, где b – ширина полосы в м. При установке таких электродов в активаторе в формулы (15) и (16) вместо d_a подставляют значение 4b_a/π , где b_a – ширина засыпки активатора в м.

2.3.9. Выбор расстояния между электродами в заземлении – экономическая задача. В общем случае расстояние между электродами рекомендуется принимать равным двойной длине электрода: .

2.3.10. Число электродов в заземлении при заданном расстоянии между ними определяется по формуле:

шт (17)

Где – I_к – сила тока катодной установки в конце расчетного периода, А;

R_Э – сопротивление растиканию одиночного електрода, Ом;

С_э – сопротивление 1кВт/ч электроэнергии, руб/кВт;

С_а – стоимость одного электрода;

- КПД катодной установки ( 0,7 – 0,8);

_э – коэффициент экранирования электродов (0,7);

_И – коэффициент использования электродов (0,8 – 0,9).

2.3.11. Общее сопротивление растеканию анодного заземления состоящего из N параллельно включенных отдельных электродов можно выразить таким образом:

R₃= F (R_Э/N), Ом (18)

где F – коэффициент сопротивления для группы электродов. В свою очередь, величину F можно определить из уравнения:

(19)

где S - расстояние между отдельными электродамив заземлении, м.

Следует иметь в виду, что только при очень больших расстояниях между электродами S » 10 l_Э получают общее сопротивление R_з = R_э / N

2.3.12. Срок службы анодного заземления определяется по формуле:

лет (20)

где, m₃ – масса метала заземления;

К_н – коэффициент неравномерности растворения заземления, равный 1,1 – 1,3;

g_з – потеря массы материала заземления вследствие анодного растворения (электрохимический эквивалент), кг (А∙год);

I_3.ср –среднее значение тока стекающее с заземления.

А (21)

Здесь І_н и І_к соответственно сила тока в начальный и конечный расчетные периоды эксплуатации анодного заземления, определяется по уравнениям (7) и (8).

Для стальных электродов без активатора g₃ = 10 кг/А∙год , для стальных в активаторе g₃ = 3 кг/А∙год, для графитовых электродов в активаторе (в коксовой мелочи) g₃ = 1 кг/А∙год.

Срок службы анодного заземления при проектировании катодной защиты принимается равным не менее 10 лет. Если расчетный срок получится менее 10 лет, необходимо увеличить число электродов или принять электроды с меньшей потерей металла на 1 А/год.