Анодный кабель что это
Принципы работы и использование различных видов анодных заземлителей
Анодное заземление — главный компонент установки катодной защиты и состоит из анодных электродов, размещенных в электролитической коррозионной среде. Заземление этого типа используется для защиты подземных металлических коммуникаций от коррозийных процессов.
Принципы работы анодных заземлителей
Примерно в середине XX века ученые осознали, что преодолеть развитие коррозии расположенных под землей металлических конструкций за счет одних только защитных покрытий не представляется возможным. По причине неоднородной структуры, высокой влажности и кислотности грунта на поверхности металла возникают участки с противоположными электродными потенциалами. В результате возникают гальванические коррозионные образования.
Коррозионное разрушение металла дополнительно провоцируется воздействием блуждающих токов. Такие токи время от времени появляются в почве, на поверхности которой проходит электрический транспорт, расположены электроподстанции, сотовые вышки и т. п.
Чтобы избежать коррозионных процессов, используются установки катодной защиты. Объект оказывается в условиях отрицательной поляризации, где выступает в качестве катода. Роль анода отдается специальному заземлительному устройству.
Находясь в электролитной среде, разные виды металлы имеют отличные друг от друга электродные потенциалы. Если в стальном трубопроводе запустить минус от постоянного источника электричества, а рядом с трубой установить электрод из цинка, алюминия или магния с подведенным к нему плюсом, цветной металл выступит в качестве анода. Электролизная реакция на поверхности металла запускает восстановительные процессы, ржавление становится менее интенсивным, а анод подвергается разрушению. Такие аноды называют жертвенными электродами.
По указанной схеме защищаются всевозможные металлические конструкции, находящиеся под землей, в том числе емкости, колонны, трубопроводы. Для организации эффективной защиты важно не только правильно подобрать анодный заземлитель, но и безошибочно выполнить монтажные работы.
В условиях плотной застройки в городах анодный заземлитель часто невозможно разместить по горизонтали. Существует вероятность его отрицательного воздействия на окружающие объекты. В связи с этим американские ученые выдвинули предложение возможности установки заземляющих устройств на большой глубине в вертикальном положении. Первое воплощение идеи увидело свет в 1952 году в США. Анодный заземлитель был установлен на глубину 90 метров.
В дальнейшем на практике было доказано, что глубинные заземлители подходят не только для городов, но и для использования на участках, где верхние пласты почвы отличаются повышенным удельным сопротивлением. Удаляясь от поверхности, сопротивление должно сокращаться. Неприменима технология глубинного заземления только для скальных пород и заболоченной местности.
Виды анодных заземлителей
Катодная защита объектов, изготовленных из металла, осуществляется не только глубинными, но и поверхностными заземлительными устройствами. Поверхностный анодный заземлитель находится на одном уровне с защищаемой конструкцией. Такие заземлители характерны компактностью и ограниченным радиусом действия. Поверхностная система — электрод, произведенный из цинкового или магниевого сплава, соединенный кабель с источником электропитания.
Чтобы получить более дешевую конструкцию и не потерять в качестве, современные устройства производятся из железокремниевого материала, отличающегося стойкостью к ржавлению. Поверхностные заземлительные системы чаще всего выглядят как стержень с круглой отливкой и заизолированными участками соединения контактного проводника с заземлителем.
Обратите внимание! Количество анодных заземляющих устройств определяется специалистом на основе анализа многочисленных факторов окружающей среды.
Стержни соединяют с магистралью с помощью термитного сварочного процесса или особыми зажимами. Срок службы поверхностного заземлителя достигает 35 лет, если его корпус присыпан смесью кокса и других минеральных веществ. Такая смесь замедляет процессы распада анода в грунте.
Глубинные заземлители используются с той же целью, что и поверхностные устройства. Однако монтаж и конструкция глубинных систем существенно отличаются. Глубинные аноды стоят значительно дороже, а потому их использование оправдано только в случае невозможности монтажа поверхностной системы.
Глубинные системы отличаются большой массой из-за дополнительного элемента — коксо-минеральной смеси, наносимой на анодный заземлитель. Глубина заземления достигает 40 и более метров. Это еще одна причина дороговизны монтажных работ: необходимо механизированное бурение с помощью буровых установок.
Несмотря на большую стоимость, заземление глубинного типа значительно эффективнее поверхностного, когда речь идет о защите больших территорий. В условиях плотной городской застройки часто проще установить один заземлитель глубокого заложения, чем создавать множество поверхностных систем. Еще один довод в пользу глубокого заземления — меньшие расходы на электроэнергию, что обеспечивается значительным радиусом действия системы.
Обратите внимание! Сопротивление в анодном заземляющем устройстве не зависит от сезона. Электрод расположен на глубине, где исключено промерзания грунта. Стабильное сопротивление — веский аргумент для использования именно этой методики.
Глубинные заземлительные контуры характеризуются менее длительным сроком эксплуатации в сравнении с поверхностными. Объясняется это большим давлением почвы на конструкцию. В среднем система глубокого заложения функционирует в течение трех десятилетий.
Особенности проектирования и установки
Проектирование и монтаж глубинного заземляющего устройства осуществляются в соответствии с определенными правилами:
Популярные модели анодного заземления
На рынке есть множество моделей, предназначенных как для поверхностной установки, так и для глубинной. Техника поставляется в комплекте, содержащем от 10 до 20 заземлителей и один источник электропитания.
Среди поверхностных заземлителей отечественного производства стоит выделить такие модели:
Распространенные глубинные модели:
Обе модели глубинного оборудования рассчитаны на тридцатилетний срок службы при условии соблюдения правил установки.
Глубинный анодный заземлитель и его применение
Ещё в первой половине XX века выяснилось, что практически невозможно победить коррозию трубопроводов, металлических свайных фундаментов и других, заглублённых в землю металлоконструкций одним лишь нанесением защитного покрытия. Из-за неоднородности структуры, влажности, кислотности грунта на поверхности трубопровода появляются области с противоположным электродным потенциалом, что приводит к возникновению гальванических коррозионных элементов.
Электрокоррозионное разрушение металла усиливается под действием блуждающих токов, неизбежно возникающих в грунте, по поверхности которого перемещается электротранспорт.
История создания глубинных анодных заземлителей
Для предотвращения коррозии металла применяются УКЗ – установки катодной защиты. Защищаемый объект отрицательно поляризуется, ему отводится роль катода, в качестве анода используется специальный заземлитель. В результате электролиза на поверхности объекта происходят восстановительные процессы, коррозия значительно замедляется, а анод постепенно разрушается (поэтому его называют жертвенным электродом).
Но в условиях плотной городской застройки сложно разместить анодный заземлитель горизонтально. К тому же, при таком его расположении возникает опасность негативного влияния на другие объекты. Поэтому американский учёный Роберт Кун предложил устанавливать заземлители на большой глубине и вертикально. Впервые идея была реализована в 1952 году в Новом Орлеане, где анод опустили в скважину глубиной 90 м.
Позднее выяснилось, что глубинный анодный заземлитель – оптимальный вариант не только для городов, но и в тех случаях, когда верхние пласты грунта характеризуются высоким удельным сопротивлением, а по мере удаления от поверхности оно уменьшается. Эта технология не подходит лишь для скальных пород и заболоченных участков.
Конструкция изделий
Глубинными называются те заземлители, которые устанавливаются вертикально в скважину глубиной более 15 м. Такое оборудование должно поддерживать уровень сопротивления растеканию анодного тока не выше 4 Ом.
Первые из заземляющих анодов представляли собой цельные чугунные трубы или старые рельсы. Однако обычный металл разрушается очень быстро, а для того, чтобы стоимость бурения и оборудования скважины окупалась, анод должен прослужить как можно дольше. Поэтому учёные постоянно экспериментируют с материалами и конструкцией заземлителей.
Современный глубинный анодный заземлитель – это гирлянда из электродов, объединённых при помощи кабелей. Длину кабелей рассчитывают при проектировании оборудования.
Для производства электродов используют:
Электроды из конструкционного графита выгодно отличаются от металлосодержащих высокой устойчивостью к действию агрессивных сред. Графит экологически безвреден, удобен в хранении и перевозке. При эксплуатации трубчатые графитовые электроды (ЭГТ) растворяются равномерно и очень медленно.
Чтобы анодное оборудование прослужило дольше, каждый электрод заключают в корпус из оцинкованной стали. Пространство между сердечником и цилиндром засыпают коксовой или графитной крошкой. Наполнитель защищает электрод от разрушения и продлевает срок его службы.
Особенности проектирования и монтажа
При проектировании и монтаже глубинного анодного заземлителя следует придерживаться нескольких правил:
Установка катодной защиты с глубинным анодным оборудованием позволяет значительно продлить срок эксплуатации трубопроводов, промплощадок и других важных объектов.
Анодный заземлитель, что это такое, устройство, принцип работы, проектирование и установка
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:
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 материалу
При выборе анодных заземлителей необходимо учесть материал, из которого изготавливается рабочий элемент.
Здесь доступно несколько решений:
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.
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:
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.
По конструкции
При выборе изделия важно учесть его конструктивные особенности.
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:
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.
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.
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
При значительном повышении уровня тока выделяется кислород, что повышает скорость повреждения изделия. Процесс останавливается при высокой концентрации хлора в грунте.
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
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.
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.
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.
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.
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:
При работе на промышленных площадках монтаж заземляющих устройств необходим в местах:
Главные правила монтажа:
В процессе монтажа запрещено:
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:
Кроме рассмотренных выше, применяются и другие типы малорастворимых анодных заземлителей Менделеевец:
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:
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.
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.
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.
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:
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.
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.