RU2752012C1

RU2752012C1 - Protective grounding of electrical installations

Info

Publication number: RU2752012C1
Application number: RU2020130598A
Authority: RU
Inventors: Руслан Викторович Агиней; Екатерина Владимировна Исупова; Сергей Викторович Савченков
Original assignee: Акционерное общество "Гипрогазцентр"
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2021-07-21

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to protective grounding of electrical installations. The technical result is achieved by the fact that the protective grounding of electrical installations consists of one or more electrically connected ground wires covered with electronegative metals or their alloys and located in the ground, the grounding bus for the electrical connection of ground wires to the electrical installation, additionally contains a polarized screen installed in the ground near the grounding electrodes, as well as a potential displacement station connected by the positive pole to the grounding bus, and the negative pole to the polarized screen.EFFECT: ensuring a reduction in electricity consumption by cathodic protection stations, increasing the service life of anode ground wires, as well as providing the necessary reserve stock of cathodic protection converters in current and power1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергосбережения в системе электрохимической защиты от коррозии подземных сооружений, электрически связанных с системой защитного заземления, и может быть использовано в нефтяной и газовой промышленности с целью повышения эффективности противокоррозионной защиты объектов промышленных площадок.The invention relates to the field of energy saving in the system of electrochemical corrosion protection of underground structures, electrically connected to the protective grounding system, and can be used in the oil and gas industry in order to improve the efficiency of anti-corrosion protection of industrial sites.

Известно защитное заземление электрооборудования, выполненное в виде вертикального заземлителя, заглубляемого в грунт и присоединяемого к общему контуру защитного заземления, который в свою очередь при помощи электропроводящей шины, соединяется с электрооборудованием. Вертикальный заземлитель выполнен в виде стержня длиной 2-5 м, диаметром не менее 16 мм из черной стали либо диаметром не менее 12 мм из оцинкованной стали или меди (Правила устройства электроустановок. Издание седьмое, табл. 1.7.4).Known protective grounding of electrical equipment, made in the form of a vertical ground electrode, buried in the ground and connected to a common circuit of protective grounding, which, in turn, using an electrically conductive bus, is connected to electrical equipment. The vertical earthing switch is made in the form of a rod 2-5 m long, with a diameter of at least 16 mm made of black steel or with a diameter of at least 12 mm made of galvanized steel or copper (Electrical Installation Rules. Seventh Edition, Table 1.7.4).

Также известна конструкция заземляющего устройства, выполненная в виде сборной системы, включающая вертикальный заземляющий электрод, состоящий по меньшей мере из двух стержней заземления из нержавеющей стали, горячеоцинкованной стали или из стали с медным покрытием, соединенных муфтой, и наконечника (патент РФ №2667904, опубл. 25.09.2018).Also known is the design of a grounding device, made in the form of a prefabricated system, including a vertical grounding electrode, consisting of at least two ground rods made of stainless steel, hot-dip galvanized steel or steel with a copper coating, connected by a sleeve, and a tip (RF patent No. 2667904, publ. . 25.09.2018).

Общим недостатком таких конструкций является то, что при электрическом соединении защитного заземления с катоднозащищенным объектом, например, по следующей цепи: «защитное заземление - электроустановка (например, электрический привод насоса, крана) - гидравлический узел, приводимый в действие электроустановкой (например, насос, кран, задвижка) - катоднозащищаемый объект (например, подземный трубопровод, резервуар)», возникает натекание катодного тока от системы электрохимической защиты катоднозащищаемых объектов на защитное заземление.A common disadvantage of such structures is that when the protective ground is electrically connected to a cathode-protected object, for example, along the following circuit: "protective ground - an electrical installation (for example, an electric drive of a pump, crane) - a hydraulic unit driven by an electrical installation (for example, a pump, crane, gate valve) - a cathode-protected object (for example, an underground pipeline, reservoir) ", there is a leakage of the cathodic current from the electrochemical protection system of cathode-protected objects to the protective ground.

При этом, фактическая сила катодного тока может превышать расчетную в десятки раз и даже сотни раз, происходит перерасход электроэнергии, кратное снижение срока службы анодных заземлителей, повышается риск выхода из строя преобразователей систем катодной защиты, увеличивается коэффициент загрузки систем катодной защиты по току и мощности, снижается эффективность катодной защиты подземных объектов.At the same time, the actual strength of the cathodic current can exceed the calculated one by tens of times or even hundreds of times, there is an overconsumption of electricity, a multiple decrease in the service life of anode ground electrodes, the risk of failure of converters of cathodic protection systems increases, the load factor of cathodic protection systems in terms of current and power increases, the effectiveness of cathodic protection of underground objects decreases.

Такие факты отмечаются на площадных объектах трубопроводного транспорта нефти и газа, таких как компрессорные, газораспределительные или нефтеперекачивающие станции, для которых характерна сложноразветвленная и компактно расположенная система трубопроводов и защитных заземлений.Such facts are noted at areal facilities for pipeline transportation of oil and gas, such as compressor, gas distribution or oil pumping stations, which are characterized by a complex and compactly located system of pipelines and protective grounding.

Для снижения силы тока систем катодной защиты, натекающего на защитное заземление, выполняют разрыв шины подключения заземлителей с электрооборудованием с включением в разрыв электрических устройств, позволяющих пропускать нештатные токи, возникающие на корпусе электрооборудования и препятствующие движению тока катодной защиты (см. патенты РФ №104394, опубл. 10.05.2011, №2700269, опубл. 16.09.2019).To reduce the amperage of cathodic protection systems flowing to the protective ground, break the bus for connecting ground electrodes with electrical equipment with the inclusion of electrical devices in the gap that allow abnormal currents to flow arising on the body of electrical equipment and impede the movement of cathodic protection current (see RF patents No. 104394, publ. 05/10/2011, No. 2700269, publ. 09/16/2019).

К основному недостатку устройств, включаемых в разрыв шины защитного заземления, относят риск обрыва цепи элементов (как правило, полупроводниковых) из которых они состоят, что несет в себе угрозу жизни и здоровья обслуживающего персонала при возникновении нештатных ситуаций с электрооборудованием.The main disadvantage of devices included in the rupture of the protective grounding bus is the risk of breaking the circuit of the elements (usually semiconductor) of which they are composed, which poses a threat to the life and health of maintenance personnel in the event of emergency situations with electrical equipment.

Частично задача снижения силы тока катодной защиты, натекающего на защитное заземление электроустановок, решена в защитном заземлении, взятым нами за прототип, состоящем из электрически соединенных между собой заземляющих электродов, которые расположены в грунте и поверхность которых полностью покрыта электроотрицательным металлом (магнием, цинком, алюминием или их сплавами), заземляющие электроды в свою очередь при помощи шины заземления электрически подключены к заземляемой электроустановке. Например, с целью снижения негативного влияния на систему электрохимической защиты рекомендуется выполнять защитные заземления оборудования из оцинкованной стали (см. СТО Газпром 9.2-002-2019, п. 4.17).Partially the problem of reducing the cathodic protection current flowing into the protective grounding of electrical installations was solved in the protective grounding, which we took as a prototype, consisting of electrically connected grounding electrodes, which are located in the ground and the surface of which is completely covered with an electronegative metal (magnesium, zinc, aluminum or their alloys), the grounding electrodes, in turn, are electrically connected to the grounded electrical installation using a grounding bus. For example, in order to reduce the negative impact on the electrochemical protection system, it is recommended to perform protective grounding of equipment made of galvanized steel (see STO Gazprom 9.2-002-2019, p. 4.17).

Недостатком использования покрытий заземляющих электродов из электроотрицательных материалов является низкая эффективность по причине использования сплавов материалов, что позволяет добиться лишь незначительного смещения потенциала защитного заземления в отрицательную сторону, чего недостаточно для обеспечения эффективной катодной защиты подземных сооружений.The disadvantage of using coatings of grounding electrodes made of electronegative materials is low efficiency due to the use of alloys of materials, which makes it possible to achieve only a slight displacement of the protective grounding potential to the negative side, which is insufficient to ensure effective cathodic protection of underground structures.

Задачей изобретения является совершенствование конструкции заземляющих устройств электроустановок с целью предупреждения натекания катодного тока на элементы системы заземления, электрически связанные с катоднозащищаемым оборудованием.The objective of the invention is to improve the design of grounding devices for electrical installations in order to prevent the flow of cathodic current on the elements of the grounding system, electrically connected with the cathode-protected equipment.

Технический результат заключается в ограничении негативного влияния, оказываемого элементами защитного заземления на параметры электрохимической защиты катоднозащищаемых подземных сооружений и непосредственно на оборудование, что обеспечивает снижение потребления электроэнергии станциями катодной защиты, повышение срока службы анодных заземлителей, а также позволяет обеспечить необходимый резерв запаса преобразователей катодной защиты по току и мощности.The technical result consists in limiting the negative impact of the protective grounding elements on the parameters of the electrochemical protection of cathodic protection underground structures and directly on the equipment, which ensures a decrease in electricity consumption by cathodic protection stations, an increase in the service life of anode grounding electrodes, and also allows to provide the necessary reserve of cathodic protection converters according to current and power.

Поставленная задача решается тем, что защитное заземление электроустановок, включающее один или несколько электрически соединенных между собой заземлителей, расположенных в грунте и покрытых электроотрицательными металлами или их сплавами, шину заземления для электрического подключения заземлителей к электроустановке, дополнительно содержит поляризованный экран, устанавливаемый в грунт вблизи заземлителей, а также станцию смещения потенциала, подключаемую положительным полюсом к шине заземления, а отрицательным полюсом к поляризованному экрану.The problem is solved by the fact that the protective grounding of electrical installations, including one or more electrically connected ground electrodes located in the ground and covered with electronegative metals or their alloys, a grounding bus for electrical connection of ground electrodes to an electrical installation, additionally contains a polarized screen installed in the ground near the ground electrodes , as well as a potential bias station, connected with the positive pole to the ground bus, and the negative pole to the polarized shield.

Сущность изобретения поясняется фиг., гдеThe essence of the invention is illustrated in Fig., Where

1 - катоднозащищаемый трубопровод;1 - cathode-protected pipeline;

2 - электропроводящая шина заземления;2 - electrically conductive grounding bus;

3 - заземлитель защитного заземления;3 - protective grounding conductor;

4 - поляризованный экран;4 - polarized screen;

5 - станция смещения потенциала;5 - potential displacement station;

6 - уровень грунта.6 - ground level.

На фиг. в качестве примера изображен подземный участок катоднозащищаемого трубопровода (1), электрически соединенного с электрооборудованием (на фиг. не показано), подлежащим заземлению путем его присоединения при помощи электропроводящей шины заземления (2) к вертикальному заземлителю, представляющему собой заземляющий электрод, (3), заглубляемому в грунт. При этом вокруг заземлителя (3) устанавливают поляризованный экран (4) и станцию смещения потенциала (5), подключенную отрицательным полюсом к поляризованному экрану (4), а положительным - к шине заземления (2).FIG. As an example, an underground section of a cathode-protected pipeline (1) is shown, electrically connected to electrical equipment (not shown in the figure) to be grounded by connecting it with an electrically conductive ground bus (2) to a vertical ground electrode, which is a ground electrode, (3), buried in the ground. In this case, a polarized screen (4) and a potential displacement station (5) are installed around the ground electrode (3), connected with the negative pole to the polarized screen (4), and the positive pole to the ground bus (2).

Защитное заземление электроустановок состоит из заземлителей, представляющих собой заземляющие электроды, выполненные из электропроводящих материалов и покрытые электроотрицательными металлами или их сплавами, которые заглубляются в грунт. В случае применения нескольких заземлителей их электрически соединяют между собой. Один или несколько заземлителей соединены с электрооборудованием посредством электропроводящей шины заземления. В соответствии с изобретением защитное заземление дополнительно содержит поляризованный экран из токопроводящего материала, устанавливаемый вблизи заземлителей, а также станцию смещения потенциала, подключенную отрицательным полюсом к экрану и положительным полюсом к заземлителям через шину заземления. Станция смещения потенциала смещает потенциал экрана в отрицательную область относительно грунта, при этом снижается сила тока катодной защиты, натекающая на защитное заземление. Работоспособность защитного заземления при этом сохраняется.Protective grounding of electrical installations consists of grounding electrodes, which are grounding electrodes made of electrically conductive materials and covered with electronegative metals or their alloys, which are buried in the ground. In the case of using several ground electrodes, they are electrically connected to each other. One or more ground electrodes are connected to electrical equipment via an electrically conductive ground bus. In accordance with the invention, the protective grounding further comprises a polarized shield made of a conductive material, installed near the grounding electrodes, as well as a potential bias station connected with the negative pole to the shield and the positive pole to the grounding electrodes through the grounding bus. The potential displacement station shifts the shield potential to a negative area relative to the ground, while reducing the cathodic protection current flowing onto the protective ground. At the same time, the performance of the protective grounding is preserved.

Расстояние, на которое экран удален от электродов защитного заземления, выбирается исходя из размера зоны растекания тока, необходимой для его эффективной работы, обеспечивающей безопасность персонала при работе с электроустановками. Для снижения скорости растворения материала электродов защитного заземления они могут быть выполнены из электропроводной эластомерной композиции.The distance to which the shield is removed from the protective grounding electrodes is selected based on the size of the current spreading zone required for its effective operation, ensuring the safety of personnel when working with electrical installations. To reduce the rate of dissolution of the material of the protective grounding electrodes, they can be made of an electrically conductive elastomeric composition.

Пример.Example.

На территории газораспределительной станции расположен узел учета расхода газа, оборудование которого заземлено с использованием вертикальных заземляющих электродов длиной 1500 мм, установленных в грунт и соединенных заземляющей шиной, подключенной к общему контуру защитного заземления промышленной площадки. По результатам электрометрического обследования системы катодной защиты подземных технологических трубопроводов и оборудования установлено, что в зоне установки заземляющих электродов наблюдается локальное снижение величины защитного потенциала, что указывает на опасность возникновения и развития коррозии подземных трубопроводов по причине натекания катодного тока на элементы защитного заземления. С целью приведения потенциала «труба-земля» к нормируемому значению в соответствии с ГОСТ Р 51164-98 требуется реконструкция заземляющего контура с использованием устройства защитного заземления электроустановок, выполненного в виде вертикального заземляющего электрода, дополнительно включающего поляризованный экран, подключаемый к заземлителю через станцию смещения потенциала. Экран выполнен в виде цилиндра из двух одинаковых частей с диаметральными и продольными стыками, длина которого соответствует размеру вертикального заземлителя. В качестве материала экрана используется листовая сталь толщиной 5 мм. Поляризация экрана обеспечивается путем подключения станции смещения потенциала (применяется дополнительная станции катодной защиты) с использованием соединительных проводов. Дополнительная станция подключается положительным полюсом к шине заземления, а отрицательным полюсом к экрану. После установки поляризованного экрана выполняются электроизмерения потенциала «труба-земля» и силы тока, натекающего на защитное заземление, по результатам которых устанавливают, что на рассматриваемом участке подземного трубопровода обеспечивается необходимый уровень защиты от коррозии в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51164-98. Кроме того, дополнительно контролируют величину сопротивления растеканию тока защитного заземления, которая по показаниям измерителя сопротивления составляет 4 Ом, что соответствует требования ПУЭ к заземляющим устройствам электроустановок.On the territory of the gas distribution station, there is a gas metering unit, the equipment of which is grounded using vertical grounding electrodes 1500 mm long, installed in the ground and connected by a grounding bus connected to the general protective grounding circuit of the industrial site. According to the results of an electrometric examination of the cathodic protection system of underground technological pipelines and equipment, it was found that in the area of the grounding electrodes installation there is a local decrease in the value of the protective potential, which indicates the danger of the occurrence and development of corrosion of underground pipelines due to the cathodic current flowing onto the protective grounding elements. In order to bring the "pipe-ground" potential to the standardized value in accordance with GOST R 51164-98, it is necessary to reconstruct the grounding circuit using a protective grounding device for electrical installations, made in the form of a vertical grounding electrode, which additionally includes a polarized screen connected to the ground electrode through a potential displacement station ... The screen is made in the form of a cylinder of two identical parts with diametrical and longitudinal joints, the length of which corresponds to the size of the vertical ground electrode. The screen material is 5 mm thick sheet steel. The polarization of the screen is ensured by connecting a potential bias station (an additional cathodic protection station is used) using connecting wires. The additional station is connected with the positive pole to the ground bus, and the negative pole to the shield. After installing the polarized screen, electrical measurements of the “pipe-to-ground” potential and the current flowing to the protective ground are performed, according to the results of which it is established that the required level of corrosion protection is provided in the considered section of the underground pipeline in accordance with the requirements of GOST R 51164-98. In addition, the value of the resistance to the spreading of the protective grounding current is additionally monitored, which, according to the readings of the resistance meter, is 4 ohms, which corresponds to the requirements of the PUE for the grounding devices of electrical installations.

Claims

Protective grounding of electrical installations, including one or more electrically connected ground electrodes covered with electronegative metals or their alloys and located in the ground, a grounding bus for electrical connection of ground electrodes to an electrical installation, characterized in that it additionally contains a polarized screen installed in the ground near the grounding electrodes, as well as a potential bias station, connected with the positive pole to the ground bus, and the negative pole to the polarized shield.