Анодный заземлитель — устройство, предназначенное для создания положительного потенциала с целью защиты подземных металлических коммуникаций от коррозии.
Ниже рассмотрим, в чем особенности конструкции, где она применяется и какие виды бывают. Отдельно поговорим о принципах проектирования и установки, выделим популярные модели и их особенности.
Что такое анодный заземлитель, где применяется
Анодный заземлитель — рабочий элемент из анодных электродов, находящихся в электролитической среде, отличающейся высокой вероятностью коррозии.
Цель применения состоит в защите металлических подземных сооружений от появления ржавчины на поверхности материала. Монтаж анодных заземлителей способствует продлению срока службы металла, а в будущем снизить расходы на их замену.
Устройство и принцип работы
Анодный заземлитель, как правило, устанавливается вертикально на глубину свыше 15 метров. Благодаря такому способу монтажа, уровень сопротивления поддерживается на уровне не более 4 Ом.
Отметим, что в роли первых заземляющих устройств применяли рельсы или трубы из чугуна. Но такой металл быстро разрушается под действием коррозии и теряет эффективность. Сегодня предпочтение отдается другим материалам, о которых поговорим ниже.
Анодный заземлитель состоит из следующих составляющих:
- электрод — главный элемент;
- соединительный кабель (проводит ток);
- контактный узел;
- трубка для отвода газа (для глубинного устройства);
- крепежный элемент для сбора в виде гирлянды (для глубинного варианта).
Для продления срока службы изделие закрывается кожухом из оцинковки, а полость между внешней частью и сердцевиной заполняется графитным или коксовым составом. Назначение последнего состоит в защите электрода от повреждения и продления его ресурса.
Принцип действия анодного заземлителя направлен на компенсацию отрицательного заряда грунта положительными ионами.
Причина коррозии металла, находящегося в земле — высокий уровень влаги, неоднородная структура и высокая кислотность. Как результат, на поверхности металлического изделия появляются разные потенциалы, провоцирующие появление ржавчины.
Дополнительный негативный фактор, ускоряющий разрушение металла — блуждающие токи, появляющиеся из-за движения по поверхности электротранспорта, электрических станций, вышек мобильных операторов и другого оборудования.
Установка анодного заземлителя гарантирует компенсацию отрицательного заряда и тем самым продлевает срок службы металлических изделий. Одно заземление способно защитить любой металл, расположенный под землей — трубы, емкости, плоские поверхности и т. д.
История создания
До появления современных анодных заземлителей применялись «жертвенные электроды» старого типа или установки катодной защиты. Охраняемый объект играл роль катода, а заземление — анода. В результате металлические конструкции служили дольше, но анодный заземлитель быстро повреждался и требовал замены.
Ранее такие аноды располагались горизонтально, но в условиях города такой подход трудно реализовать.
Решение проблемы придумал Роберт Кун, предложивший ставить заземлитель на большую глубину и вертикально. При первой проверке в 1952 году удалось установить анод на 90 метров.
Со временем специалисты пришли ко мнению, что такой способ защиты металлических конструкций лучше подходит для условий города.
Классификация
При изучении темы анодных заземлителей важно понимать их особенности и классификацию. Условно изделия делятся по нескольким признакам.
По расположению
Анодные заземлители отличаются по позиции относительно защищаемого объекта или рабочего элемента.
По расположению относительно защищаемого объекта они бывают:
По расположению касательно рабочего элемента анодные заземлители могут размещаться:
- по вертикали;
- по горизонтали;
- под наклоном;
- в комбинированном варианте — сочетание всех рассмотренных выше типов.
По материалу
При выборе анодных заземлителей необходимо учесть материал, из которого изготавливается рабочий элемент.
Здесь доступно несколько решений:
- чугун;
- сталь;
- графит и пластик;
- железо и кремний;
- полимер композиционный;
- эластомер токопроводящий;
- комбинированный вентильный металл и т. д.
Условно материалы бывают металлическими и неметаллическими, но на этом вопросе еще остановимся ниже.
По форме поперечного сечения
При изготовлении анодного заземлителя могут использоваться разные формы электродов.
Доступные варианты:
- прямоугольник;
- цилиндр;
- сфера;
- винт;
- уголок;
- плоская панель;
- полая трубка;
- проволока;
- стержень;
- сетка с мелкими ячейками.
В зависимости от формы изделия меняются подходы к монтажу и характеристики готовой конструкции, поэтому эти вопросы необходимо учесть при проектировании и монтаже.
По характеру засыпки прианодной области
Во время установки подходы к заполнению пространства возле анодного заполнитель может отличаться.
Здесь возможны следующие варианты засыпки:
- специальный активатор для снижения сопротивления растекания;
- уголь и графит;
- коксоминеральный состав;
- токопроводящая засыпка;
- шунгит;
- грунт.
При выборе засыпки учитывается вид защищаемого объекта и его особенности.
По расстоянию
В зависимости от ситуации анодный заземлитель может устанавливаться на разном удалении от защищаемого объекта.
Доступные варианты:
- удаленные;
- приближенные;
- распределенные.
По конструкции
При выборе изделия важно учесть его конструктивные особенности.
Основные виды:
- протяженные;
- малорастворимые;
- распределенные;
- сосредоточенные (к примеру, свайные).
На практике могут применяться и другие типы анодных заземлителей. Выбор типа и особенностей осуществляется во время проектировки.
По климатическому исполнению
На этапе создания проекта необходимо учитывать, в регионе с каким климатом будет установлен анодный заземлитель.
С учетом этого факта выбирается один из следующих вариантов:
- для применения на суше — ГОСТ-15150;
- эксплуатация на море — категория В (5).
Особенность изделий по климатическому исполнению оговаривается в техусловиях и стандартах.
Виды материалов для анодных заземлителей
Анодные заземлители условно отличаются по особенностям преобразования тока и дальнейшего поведения материала. Рассмотрим основные типы.
Железо
В эту группу входят изделия из металла, к примеру, рельсы, трубы и прочие. Средняя активность растворения — 10 кг/А*год.
Плюсы:
- низкая цена;
- доступность.
Минусы:
- загрязнение грунтовых вод;
- быстрое снижение эффективности.
Сегодня растворимые анодные заземлители не применяются.
Платина и платиновые группы (ММО)
Особенность таких изделий состоит в низком уровне растворения. В категорию ММО входят платиновые материалы (платиновый титан), но на практике применяется только тонкое напыление металла.
Конструктивно представляют собой трубу с медным сердечником. Диаметр изделия 3-25,6 мм.
Средний расход анодного заземлителя во время эксплуатации от 1 до 10 г/А*год. Наибольшая плотность тока — 5000 А/м2.
Плюсы:
- низкая скорость разрушения;
- высокая эффективность заземления.
Недостаток:
- хрупкость и ломкость;
- высокая стоимость;
- дефицитность (для чистой платины).
При использовании анодного заземлителя ММО необходимо смотреть за уровнем потенциала, ведь при достижении 7,5 В титановая пленка разрушается, а заземляющее устройство теряет эффективность.
Активно применяются в химической промышленности и грунтах, имеющих низкое удельное сопротивление. Подходят для применения в качестве протяженных гибких анодных заземляющих устройств с большой плотностью тока.
Графит
Графит отличатся скоростью растворения около 1,2 кг/А*год. Наибольшая плотность тока — 5 А/м2. В зависимости от применяемых связующих материалов бывают гибкими и жесткими.
При значительном повышении уровня тока выделяется кислород, что повышает скорость повреждения изделия. Процесс останавливается при высокой концентрации хлора в грунте.
Преимущества:
- низкая скорость растворения — до 1,2 кг/А*год;
- большой выбор.
Минусы:
- высокое сопротивление графитного материала;
- отсутствие нормальной стойкости к грунту;
- высокая хрупкость (для чистых составов);
- небольшая рабочая плотность тока;
- риск «холодного горения».
Графитовые аноды, как правило, применяются в электрохимическом секторе, в морской среде и землях с высокой хлористостью. Подходят для объектов с минимальным защитным током и малым сроком службы.
Ферросилид
Кремниево-железные анодные заземлители применяются при небольших токах с минимальными потерями металла. Средний параметр «сжигания» материала во время эксплуатации — до 0,5 кг/А*год. Максимальная плотность — 100 А/м2.
Функцию защиты от окисления берет на себя диоксидо-кремниевая пленка, появляющаяся на фоне реакции кремния и О2. Через некоторое время она покрывает поверхность заземляющего устройства и защищает его от разрушения.
Преимущества:
- низкая скорость повреждения;
- высокая эффективность (больше, чем у графита);
- возможность применения в качестве точечных заземлителей.
Недостатки:
- высокая цена;
- дефицитность таких анодных заземлителей.
Ферросилид активно применяется в любых типах грунтов, в том числе в качестве глубинного и поверхностного заземлителя.
Полимеры
В состав полимерных изделий входит пластификатор с углеродным наполнителем. Материал боится повышения анодного тока, из-за чего появляется тонкая анодная пленка.
Как результат, заземляющее изделие теряет свойства из-за появления на поверхности оксидной пленки.
Плюсы:
- стоимость;
- большой выбор полимерных изделий.
Недостатки:
- минимальная механическая надежность;
- низкие показатели максимального анодного тока;
- повышение переходного сопротивления контурного элемента;
- быстрая потеря эффективности.
Дополнительный минус полимерных анодных заземлителей — негативное влияние на экологию. Пластик на долгие годы остается в грунте и не разрушается.
Магнетит
Считается, что магнетит — один из лучших материалов для производства анодных заземляющих устройств. В его состав входит справ оксида железа с добавлением специальных составов.
При соблюдении технологии готовый заземлитель имеет высокую твердость и плотность, а внешне напоминает стеклянное изделие. Средняя активность растворения магнетита — 0,04 кг/А*год. Максимальная плотность тока — 500 А/м2.
Плюсы:
- минимальная скорость разрушения;
- легкость и компактность конструкции;
- стабильное сопротивление растеканию тока;
- возможность монтажа в различном грунте, в том числе в морской воде.
Минусы:
- сложный процесс изготовления;
- большая цена готовых изделий.
Благодаря отличным качествам, магнетитовые анодные заземлители пользуются популярностью и служат десятки лет. Активно применяются для ремонта глубинных аналогов, изготовленных из железных труб. Для выполнения таких мероприятий даже имеется специальный проект.
Диоксид марганца
Изготавливается посредством осаждения соединения на титановую основу. По конструктивным особенностям имеет много общего с ММО. Отличается минимальной скоростью разрушения — до 0,04 кг/А*год.
Из-за невозможности нанесения толстой пленки анодный заземлитель из диоксида марганца имеет небольшой ресурс. Ограничение потенциала не больше 7,5 В. Наибольшая плотность тока — 500 А/м2.
Плюсы:
- низкая стоимость;
- большой срок эксплуатации.
Минусы:
- низкий ресурс;
- небольшая эффективность применения в реальных условиях.
Рассмотренные выше материалы отличаются по характеристикам, потому для правильного их применения необходимо учесть все плюсы и минусы. Знание этих особенностей позволяет грамотно подобрать материал с учетом планируемого ресурса и финансовых расходов.
При этом неметаллические варианты анодных заземлителей имеют ряд преимуществ в сравнении с металлическими конкурентами.
Их плюсы в устойчивости к действию негативной среды, безвредности, удобству в транспортировке. Они медленно разрушаются и имеют больший ресурс.
Проектирование и установка
Перед монтажом выполняется проектирование с учетом типа грунта, требований к сроку службу, особенностей защищаемого устройства и финансовых возможностей. При этом работа выполняется с учетом действующего стандарта, ГОСТ Р 51-164, проекта, правил и норм, действующих в определенной сфере.
Также учитываются данные инструкции и паспорта по установке анодного заземлителя.
Монтаж анодных заземлителей необходима в следующих случаях:
- защита ответственных коммуникаций;
- снижение опасного влияния на другие металлические конструкции;
- наличие участков с низким сопротивлением.
При работе на промышленных площадках монтаж заземляющих устройств необходим в местах:
- с плотным размещением трубопроводов, имеющих плохое состояние;
- на участках с густой сетью коммуникаций;
- в районе трубопровода с плохим состоянием покрытия.
Главные правила монтажа:
- Электроды в гирлянде должны быть ниже линии промерзания земельного участка. Это особенно важно для земель, которые часто промерзают из-за особенностей местного климата.
- Места установки должны иметь специальные обозначения, доступные для считывания в любое время суток.
- При силе тока катодной станции выше 25 А необходимо почистить гирлянду с помощью перфорированной трубки для отвода газа, появляющегося в процессе эксплуатации аппаратуры. Газовая сфера, которая появляется возле анода, способствует росту сопротивления и снижает эффективность заземлителя.
- Для повышения ресурса скважину рекомендуется заполнять коксовой стружкой, а не обычной землей.
- Поверхность анодных заземлителей не должна соприкасаться с защищаемым или иным токопроводящим объектом (над или под землей), не являющихся частью схемы. Расстояние от заземляющего устройства до такого элемента должно быть втрое больше расстояния между поверхностями защищаемого сооружения и электрода.
- При наличии повреждений на поверхности ввод заземляющего изделия в эксплуатацию запрещен.
- Оптимальная температура для укладки заземляющих устройств — от 10 до 40 градусов Цельсия.
В процессе монтажа запрещено:
- укладывать оборудование при температуре ниже 10 градусов мороза;
- делать радиус изгиба меньше 15 внешних диаметров заземлителя;
- подключать несколько катодных преобразователей на одно анодное заземляющее устройство;
- держать изделие под прямым солнечным светом больше 10 дней;
- использование заземлители в силовых и осветительных сетях.
После ввода в эксплуатацию ремонтом анодных заземлителей занимается компания-изготовитель с учетом действующей инструкции. При необходимости для изолирования контактов применяются диэлектрические полимеры и соединительные муфты, предназначенные для таких целей.
Соблюдение ГОСТ 58344-2019 и других нормативных документов позволяет избежать ошибок при проектировании и монтаже, максимально защитить объект и продлить ресурс изделия.
Популярные модели
Современный рынок предлагает большой выбор анодных заземлителей. Ниже рассмотрим особенности и устройство наиболее популярных моделей.
Менделееевец
Под торговой маркой Менделеевец выпускается много современных моделей анодных заземлителей — магнетитовых, ферросилидовых и ММО.
Это российский производитель, имеющий большой опыт изготовления оборудования катодной защиты для разных металлических конструкций — резервуаров, емкостей, труб и т.д.
Дополнительно компания занимается выпуском приборов и оборудования для проверки подземных труб, а также оборудования ПКЗ.
К наиболее востребованным моделям анодных заземлителей Менделеевец можно отнести:
- МТКП — магнетитовый, комплектный, поверхностный. Применяется на участках с большим удельным сопротивлением. Бывает для вертикальной и горизонтальной установки. Имеет вид контейнера с расположенным внутри электродом. Кожух при сделан из оцинкованной стали и активно растворяется в грунте. Подключение кабеля к магистральному аноду выполняется с применением зажима или сварки. Скорость разрушения анода — до 0,03 кг/А* год. Срок службы — от 35 лет. По конструкции схож с МК.
- МТКГ — магнетитовые, комплектные, глубинные. Подходят для грунтов, отличающихся большим удельным сопротивлением. Монтируются вертикально. Имеют вид контейнера, где находится магнетитовый электрод. Для фиксации корпуса применяются направляющие кронштейны, что позволяет собирать элементы в гирлянду. Скорость активного растворения — до 0,03 кг/А*год. Ресурс — до 35 лет. Аналогичная конструкция МКГ.
Кроме рассмотренных выше, применяются и другие типы малорастворимых анодных заземлителей Менделеевец:
- МРП — поверхностные.
- МРКП — комплектные.
- МРГ — глубинные.
- МРКГ — глубинные комплектные.
- МРВ — внутренние.
Все приведенные модели отличаются высоким качеством и надежностью.
Магнит
Структура ООО Магнит — известная компания, занимающаяся разработкой катодной защиты, предотвращающей появления ржавчины на трубопроводах и в иных подземных сооружениях.
Выпускает следующие модели анодных заземлителей:
АЗМ
Выпуском анодных заземлителей АЗМ занимается производитель ООО НПИФ «Сплав». Изделия компании прошли сертификацию и соответствуют требованиям заказчиков.
Предусмотрены типовые решения заземлителей, применяющихся для защиты подземных коммуникаций. За время деятельности производитель получил много положительных отзывов, наработал большой ресурс и партнерскую базу.
Популярные модели:
- АЗМ-ЗХК-СУГАЗ (П) — подповерхностный, ферросилидовый.
- АЗМ-3ХК-СУГАЗ — глубинный, ферросилидовый, в контейнере с КМА.
- АЗМ-3ХК-СУГАЗ (ПК) — подповерхностный, ферросилидовый, в контейнере с КМА.
- АЗМ-3ХК-СУГАЗ (Г-2) — ферросилидовый, двублочный, глубинный.
- АЗМ-3ХК-СУГАЗ (Г2) — ферросилидовый, двублочный.
Особенности конструкции рассмотрим на примере АЗМ-3Х.
Устройство применяется в системах катодной защиты. Подходят для земельных участков, отличающихся повышенной коррозийной активностью, а также в морской воде.
Конструктивно представляет собой цилиндрическую колбу с медными проводами усиленной изоляции, а также специальной муфтой для подключения к кабелю катодной станции.
Параметр растворимости зависит от плотности тока и грунте, в котором работает устройство. Средние показатели — до 0,1-0,5 кг/А*год. Ресурс — от 50 лет.
ГАЗ-М
Анодные заземлители ГАЗ-М применяются для защиты подземных металлических конструкций при невозможности применения более дешевой защиты.
Конструктивно изделие состоит из модуль-электродов, объединенных в гирлянду с помощью специальных муфт (идут в комплекте). Число модулей и проводов, а также длина определяется индивидуально. Газы отводятся через специальные отверстия.
Для установки заземлителя не нужно специальной техники, ведь конструкция собирается из специальных модулей по ходу углубления.
Плюсы:
- надежная защита от коррозии;
- небольшая занимаемая площадь;
- рациональное применение тока;
- отсутствие зависимости сопротивления растекания тока от изменений температуры и уровня влаги в земле;
- возможность размещения на площадках со сложной коммуникацией;
- низкий градиент потенциала и т. д.
Электрод изготовлен из железно-кремниевого сплава типа ЧС-15 ГОСТ 7769-86. Общий объем кремния в составе — 14,5%.
Что такое КМА
Коксо-минеральный активатор — один из элементов многих анодных заземлителей, применяемый для уменьшения переходного сопротивления.
Рекомендуется при установке анодных заземлителей в землях с высоким сопротивлением грунта (больше 30 ОМ*м).
Конструктивно состоит из следующих компонентов:
- коксовая мелочь — до одного сантиметра;
- кокс фракция — от 1 до 2,5 см;
- безгалогенидный активатор.
Структура коксо-минерального активатора четко определена и зафиксирована в патенте, а право на выпуск имеется только у предприятия Химсервис.
На изготовление, использование и продажу есть заключение СЭС. Параметр удельного сопротивления — от 0,03 до 0,06 Ом*м.
Действие КМА:
- снижение активности растворения электродов заземляющего устройства;
- уменьшение переходного сопротивления между анодом и грунтом;
- дренаж прианодного пространства;
- увеличение площади поверхности, которая отдает ток, благодаря коксовой мелочи.
КМА продается в мешках по 40 кг. Должен храниться в упаковочной таре в закрытых объектах. Максимальный срок хранения не лимитируется.
Итоги
Важность анодного заземлителя трудно переоценить. Его действие гарантирует защиту для дорогостоящих металлических подземных коммуникаций.
Но нужно понимать, что эффективность устройства зависит от правильности выбора с учетом типа грунта, плотности сооружений, места установки и других факторов.
Вот почему так важно подойти к этапу проектирования, провести необходимые расчеты, а уже после переходить к монтажу.
Больше информации на нашем сайте.