Источник: журнал «Вестник связи», 2008, № 5.
Требования современных сетей связи к заземлению
Цифровые системы связи предъявляют более высокие требования к характеристикам заземляющих устройств, чем аналоговое оборудование. Высокая чувствительность к импульсным воздействиям является особенностью цифровой аппаратуры, - даже импульсы с малой амплитудой приводят к сбою в работе, а короткие импульсы с высоким амплитудным значением, но малой энергетикой могут привести к аварии. Кроме этого серьезной проблемой может быть неправильно организованная система уравнивания потенциалов (система рабоче-защитного заземления технологического оборудования). При неправильном заземлении возможна ситуация, когда выравнивание потенциалов между отдельными точками электроустановки проходит через металлический корпус устройства. В этом случае наведенный на корпус потенциал воспринимается устройством как авария, устройство отключается и сообщает о несуществующей неисправности. Найти причину отключения в этом случае бывает очень сложно. Словом, давно уже не секрет, что низкоомное надежное заземляющее устройство является важным элементом системы питания, обеспечивающим стабильную бесперебойную и безаварийную работу телекоммуникационного технологического оборудования.
Среди требований предъявляемых к заземляющим устройствам следует отметить требования ГОСТ Р 50571.10-96. П.542.2.3 гласит: «Материал и конструкция заземлителей должны быть устойчивыми к коррозии».
Ограничения применения заземлителей с медным покрытием
Современный рынок заземляющих устройств предлагает заземлители, имеющие совершенно различную степень устойчивости к коррозионным процессам. Наиболее распространенным способом антикоррозийной защиты является гальваническое покрытие стальных элементов заземлителей медью. Оно обладает рядом достоинств, о которых подробно говорится производителями и поставщиками заземлителей.
Декларируемые зарубежными производителями высокие прочностные качества покрытия таких заземлителей соответствуют действительности. Тем не менее, даже высокие прочностные свойства не полностью гарантируют от повреждений защитного слоя. Дело в том, что под прочностью покрытия понимается устойчивость к механическим воздействиям с вектором, параллельным оси электрода (или под очень острым углом). Другими словами: при погружении в грунт медное покрытие устойчиво к «обдирочным» или «наждачным» воздействиям.
Однако те, кому приходилось видеть сам процесс забивки модульно- штыревого заземлителя, знают, что стержень при этом вибрирует. Проходить при погружении стержня через острые осколки камня, метала или стекла по касательной или «бить» по ним под прямым углом совсем не одно и то же. Вероятность повреждения мягкого медного защитного слоя достаточно высока. Следует отметить, что даже микроповреждения защиты могут носить критичный характер, так как присутствие меди ускоряет процесс коррозии стали. Сочетание «железо-медь» детально описано в технической литературе и не нуждается в дополнительных комментариях.
Второй возможной проблемой для заземлителей, покрытых медью, представляется необходимость соединения заземлителя и заземляющего проводника. Наиболее надежный вариант соединения - электродуговая или газосварка, гарантированно повреждает медный защитный слой. Рекомендуемая защита поврежденного участка специальной лентой (по сути это та же отечественная «смолянка») панацеей быть не может потому, что визуально невозможно определить границы поврежденного участка. К тому же пропуская электрический ток, величина которого позволяет плавить сталь по электроду низкоомного заземлителя с точками с высоким переходным сопротивлением, мы не можем быть полностью уверены в том, что по остальной длине электрода слой легкоплавкой меди сохранится.
Предлагаемые фирмами-изготовителями соединения экзотермической сваркой или прижимание проводника к заземлителю специальными зажимами, не представляются нам надежными. Экзотермическая сварка предполагает заливание расплавленной медью места соединения заземлителя и заземляющего проводника. Успех здесь зависит от многих факторов. Низкая температура заземлителя, повышенная влажность или просто дефект сварочной формы создают видимость соединения, но определить качество сразу же не всегда возможно. Более того, мы можем иметь неоднозначную ситуацию, когда простое касание проводников обеспечивает монтажнику приличные приборные показатели, а в критических режимах высокое переходное сопротивление не обеспечивает нормальную работу заземляющего устройства. То есть не препятствует сдаче в эксплуатацию, но затрудняет определение причины аварийной ситуации.
Что касается использования зажимов, то представьте себе две упругие металлические пластины в верхнем слое грунта с значительными зазорами на некоторых участках. Существует вероятность заполнения зазоров влажным грунтом. В момент замерзания зазор расширяется и нам остается надеяться, что при таянии упругие пластины выдавят грязь и обеспечат надежное соединение заземлителя и заземляющего проводника. Что, в общем-то, возможно. А возможно и нет. Определить данный дефект так же непросто.
Существует еще одно свойство меди, которое ограничивает применение омедненных заземлителей. Дело в том, что при наличии кислотной среды, омедненного заземлителя и стальных металлоконструкций или магистралей (водопровод, газопровод) создается вероятность гальванического переноса меди с электрода заземления на стальные конструкции или магистрали. Вопрос только в полярности и величине потенциалов. Заземляющее устройство гарантирует наличие разности потенциалов. Кислотность грунта в городских условиях - вопрос случая. При определенных условиях омедненный стержень заземления может представлять опасность для подземных металлических конструкций и коммуникаций.
Заземлители с цинковым покрытием и их преимущества
Существует ли альтернатива омеднению заземлителей? Существует. Если мы заменим медь на цинк, получим принципиально новый тип антикоррозионной защиты. При омеднении мы создаем вокруг стали проводящий кокон, устойчивый к коррозии. Можно условно назвать этот метод пассивной защитой.
Цинк по отношению к железу является протектором. Сталь, покрытая цинком, не коррозирует до момента полного «вымывания» цинка в защитной зоне. Подробно рассматривать этот процесс нет необходимости, так как метод широко применяется и подробно описан. Его часто называют активной защитой.
Используются три способа нанесения цинка на защищаемую поверхность:
- окрашивание специальными цинксодержащими красками или цинковыми аэрозолями;
- металлическое покрытие цинком гальваническим способом;
- термодиффузионное цинкование.
Особенности термодиффузионного цинкования
Для защиты заземлителей наиболее перспективно термодиффузионное цинкование. При термодиффузионном цинковании происходит внедрение молекул цинка в кристаллическую решетку стали. В результате на поверхности защищаемой стальной конструкции мы получаем ферро-цинковый расплав.
Отметим те положительные свойства, которыми обладают стальные элементы заземлителя, обработанные в термодиффузионной установке:
- механическая прочность ферро-цинкового расплава значительно выше механической прочности стали. При этом наличие повреждений не критично;
- в виду малого удельного объема цинка, скорость его «вымывания» из защитного слоя, обусловленного потенциалом, создаваемым парой железо-цинк, существенно ниже, чем у заземлителей, покрытых цинком гальваническим способом;
- устойчивость к коррозии значительно выше, поскольку «вырвать» молекулы цинка из стали значительно труднее. В действие вступают межмолекулярные связи;
- возможна газо- и электросварка. Молекулы цинка в процессе сварки перемещаются вглубь электрода заземления, продолжая выполнять защитные функции. После сварки поврежденную поверхность можно покрыть цинковой краской или битумной мастикой.
Использование термодиффузионного цинкования позволяет получить дешевый и надежный заземлитель. Опыт монтажа таких устройств показал:
- поскольку диаметр стальной соединительной муфты значительно меньше латунной, забивка электрода проходит быстрее. Меньше сопротивление грунта при погружении электрода. Размеры воронки, разбиваемой электродом, значительно меньше, что позволяет определить конечное сопротивление растеканию тока более точно;
- сокращается количество операций при монтаже и дополнительных инструментов и приспособлений. Не требуется антикоррозионная паста, сварочный порошок и сварочная форма, что снижает стоимость работ и сокращает количество брака. Качественное производство не требует высокой квалификации и большого опыта монтажников;
- испытания показали, что «вымывание» цинка из 100-микронного защитного слоя в среде средней агрессивности происходит за 25 лет, что соизмеримо с декларированным сроком эксплуатации омедненных заземлителей;
- заземлитель не ускоряет коррозию близлежащих подземных коммуникаций и стальных конструкций.
Использование термодиффузионного покрытия, как средство снижения интенсивности коррозионного процесса, получает все большее распространение. Оно применяется сегодня не только в заземлителях, но и в трубопроводах различного назначения, им покрываются ответственные детали конструкций мостов и дамб.
Ознакомиться с нашими услугами по монтажу систем заземления Вы можете здесь.
