Электрод заземлитель

(71) Заявитель Ерусланов Владислав Леонардович(72) Автор Ерусланов Владислав Леонардович(73) Патентообладатель Ерусланов Владислав Леонардович(57) 1. Электрод-заземлитель, содержащий, по меньшей мере, два стальных стержня с электролитическим защитным покрытием и резьбовыми соединениями на концах и связанные между собой торцами в стык муфтами, погружаемую головку из упрочненной стали для забивки электрода в грунт на верхнем стержне, а также стальной наконечник для прошивки грунта на нижнем стержне, отличающийся тем, что стык торцов стержней в муфте содержит вкладыш в виде шайбы из мягкого электропроводного материала, например свинца или отожженной меди, и дополнительно электрически соединен сварным швом, муфта выполнена из стали с электролитическим медным покрытием, а погружаемая головка снабжена закаленным оголовком-наковальней и крепежным хвостовиком, подвергнутым низкотемпературному отпуску. 2. Электрод-заземлитель по п. 1, отличающийся тем, что вкладыш выполнен с возможностью заполнения мягким электропроводным материалом люфта резьбового соединения стержень-втулка. 3. Электрод-заземлитель по любому из пп. 1-2, отличающийся тем, что сварной шов выполнен сваркой трением. 4. Электрод-заземлитель по п. 1, отличающийся тем, что оголовок-наковальня погружаемой головки закален до твердости не менее чем 65 С, а крепежный хвостовик снабжен резьбовым соединением и выполнен с твердостью не более чем 35, гдеединица измерения твердости по шкале Роквелла.(56) 1. Патент 2762144 А 1, МПК 6 Н 01 4/66, (22) 09.04.1997 г., (54) Стержневой заземлитель, способ его изготовления и самоблокирующий зажим для подключения к нему провода // ИСМ. - Вып. 100. -20/99. - С. 13. 2. Патент 3074561 В 2, МПК 7 Н 01 4/66, (22) 02.05.1996 г. (54) Заземляющий соединительный стержень // ИСМ. - Вып. 100. - 16/2001. - С. 20. 3. Цирель Я.А. Заземляющие устройства воздушных линий электропередач. - Ленинград, 1989. - С. 26-28. 4. Патент 2274215 А 1, МПК 7 Н 01 4/66, (22) 24.12.1993 г. (54) Устройство для соединения заземляющих стержней // ИСМ. - Вып. 100. - 09/96. - С. 5. 5. Каталог фирмы(Польша). Энергетика и Дальняя связь. - Издание 1/2003. С. 7-9 (прототип). Полезная модель относится к области энергетики, в частности к электротехническим устройствам, предназначенным для защиты людей и животных от поражения электрическим током, является составным элементом системы вертикального заземления для обеспечения безопасной работы электроустановок. Известно устройство стержневого электрода с зажимом для подключения к нему провода и выполнения заземления электроустановок 1. Стержневой заземлительный электрод содержит, по меньшей мере, один удлинительный элемент в виде стального стержня,имеющего на обоих концах глухие отверстия и отдельный штырь с накаткой на боковой поверхности. Штырь оканчивается гладкими конусами, обеспечивающими возможность заглубления в почву или запрессовку в глухое отверстие другого удлинительного элемента. Недостатком конструкции является ненадежное электрическое соединение между удлинительными элементами, достигаемое исключительно механическим путем по прессовой посадке, что ведет к увеличению электрического сопротивления электрода в процессе его эксплуатации под действием коррозии. Известен заземляющий соединительный стержень, содержащий корпус из мягкого металла с металлическим сердечником из жесткого материала 2. На нижнем конце металлического сердечника выполнен конический наконечник для прошивки грунта, а его верхний конец снабжен проточкой меньшего диаметра для крепления путем расчеканивания сцепляемого участка. На внутренней периферии сцепляемого участка расположены выступы, которые отгибаются в осевом и периферийном направлениях. Основная часть верхнего корпуса заземляющего стержня входит в зацепление с вышеупомянутым сцепляемым участком. Поверхностная часть корпуса трубки монтируется на основной части сердечника в радиальном направлении посредством выступов в его верхней части. Смонтированная таким образом часть корпуса трубки прижимается к упомянутым выступам и тем самым достигается необходимое механическое и электрическое соединение между составными частями заземлителя. Недостатком известной конструкции является ненадежность электрического контакта в условиях коррозии в процессе эксплуатации заземлительной системы. Известна также конструкция соединения стержневых заземляющих электродов цапфой,которая применяется исключительно при ударном способе погружения 3. В цапфовое соединение помещается вкладыш цилиндрической формы из мягкого металла, например из свинца. Один конец стержневого электрода имеет глухое отверстие, в котором выполнена кольцевая выточка. Второй конец электрода снабжен штырем с кольцевой проточкой. В процессе монтажа заземлителя в глухое отверстие первого стержня размещают вкладыш, затем в него забивают штырь цапфы второго стержня, при этом свинцовый вкладыш под действием ударной нагрузки подвергается пластической деформации, течет и заполняет кольцевую полость, образованную совмещением выточек на штыре и в глу 2 1563 хом отверстии стержня. Одновременно свинцом заполняется зазор между стенкой отверстия и штырем цапфы, чем достигается дополнительное уплотнение соединения. Недостатком такой конструкции является ее невысокая механическая прочность, что обусловлено исполнением цапфового соединения исключительно за счет посадки в натяг. При этом дополнительное уплотнение зазора свинцом обеспечивает лишь эффективный электрический контакт между стержнями заземлителя. Разработано также устройство для соединения заземляющих стержней посредством резьбы 4. Устройство исполнено в виде цилиндрической муфты с резьбовым отверстием. Расширенный средний участок корпуса муфты снабжен множеством фасок, благодаря которым корпус можно закрепить при помощи гаечного ключа на тех участках заземляющих стержней, которые ввинчены в него. В корпусе могут быть выполнены впадины, которые деформируют резьбу в отверстии и тем самым обеспечивают дополнительную фиксацию стержней в нем. При этом контактирующие торцы концов стержней выполнены с закруглениями. Недостатком этой конструкции является малая площадь контакта торцов стержней изза наличия закруглений, что снижает эффективность электрического контакта между стержнями и ухудшает эксплуатационные свойства заземлителя. По технической сущности наиболее близка к предлагаемой полезной модели конструкция заземлителя фирмы , выбранного в качестве прототипа 5. Заземлитель содержит стальные тянутые стержни, покрытые электролитическим способом медью чистотой 99,9 , образующей покрытие с молекулярной и неразрывной связью со сталью. Толщина покрытия не менее 0,250 мм, что обеспечивает 30-летнюю стойкость стержней,погруженных в грунт. Концы стержней снабжены резьбой, которой они посредством соединительных муфт связываются друг с другом при погружении в грунт. Муфта изготовлена из бронзы с добавкой кремния. Муфта выполнена таким образом, чтобы стержни в месте стыка торцами соприкасались друг с другом в ее центре, а силы, сопутствующие их ударному погружению в грунт, на муфту не передавались. Для ударного погружения стержень снабжен съемной (на резьбе) погружаемой верхней головкой (торцом). При погружении стержня в грунт, головка переставляется на каждый следующий погружаемый стержень. Крайний нижний конец стержня снабжен упрочненным стальным коническим наконечником, который облегчает погружение стержня в грунт и особенно эффективен при прохождении связных грунтов. Упомянутый выше выбор защитного покрытия стержней обусловлен величиной кислотности почвы. Так для рН 7 предпочтительно медное покрытие, а для рН 7 необходимо выбирать для покрытия олово, цинк или алюминий. Недостатком прототипа является недостаточно надежный электрический контакт в месте стыка торцов стержней. Последнее вызвано коррозией стыка, что особенно проявляется по мере увеличения срока эксплуатации заземлителя. Кроме того, исполнение соединительной муфты из латуни или бронзы существенно повышает стоимость электродазаземлителя. Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности электрического соединения стыка стержней, их коррозионной стойкости и снижение стоимости изделия. Поставленная задача решена тем, что электрод-заземлитель, содержащий, по меньшей мере, два стальных стержня с электролитическим защитным покрытием и резьбовыми соединениями на концах и связанные между собой торцами в стык муфтами, погружаемую головку из упрочненной стали для забивки электрода в грунт на верхнем стержне, а также стальной наконечник для прошивки грунта на нижнем стержне, согласно полезной модели,стык торцов стержней в муфте содержит вкладыш в виде шайбы из мягкого электропроводного материала, например свинца или отожженной меди, и дополнительно электрически соединен сварным швом, муфта выполнена из стали с электролитическим медным покрытием, а погружаемая головка снабжена закаленным оголовком-наковальней и крепежным хвостовиком, подвергнутым низкотемпературному отпуску. 3 1563 Вкладыш выполнен с возможностью заполнения мягким электропроводным материалом люфта резьбового соединения стержень-муфта. Сварной шов выполнен сваркой трением. Оголовок-наковальня погружаемой головки закален до твердости не менее чем 65,а крепежный хвостовик снабжен резьбовым соединением и выполнен с твердостью не более чем 35, где С - единица измерения твердости по шкале Роквелла. Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен вид стержней с вкладышем в соединительной муфте. На фиг. 2 - схема размещения погруженного в грунт электрода-заземлителя. На фиг. 3 - схема погружения электрода-заземлителя в грунт. Электрод-заземлитель 1 (фиг. 2) содержит стальные омедненные стержни 2 и 3 с резьбой 4 на своих концах. При этом торец 6 острого конца верхнего стержня 2 через свинцовую или из отожженной меди шайбу-вкладыш 7 связан с тупым торцом 8 нижнего стержня 3 в центре соединительной муфтой 9, изготовленной из стали с последующим нанесением гальваническим способом медного защитного покрытия (на чертеже не показано). Верхний конец стержня 2 через муфту 9 связан с хвостовиком 20 погружаемой головки 10 с оголовком 19 для забивки электрода-заземлителя 1 посредством ударного приспособления 14 в грунт 12. Нижний конец стержня 3 содержит стальной конический упрочненный наконечник 11 для облегчения прошивки грунта 12 и последовательного прохождения слоев верхней почвы 15, песка с гравием 16, глины 17 до достижения грунтовых вод 18. Электрод-заземлитель 1 собирают и монтируютсогласно Правил устройства электроустановок (ПЭУ, п. 1.7.67) в грунтах с большим удельным сопротивлением земли, для которых рекомендуется устройство вертикальных заземлителей увеличенной длины, если с глубиной удельное сопротивление земли снижается. Обычно уровнем наименьшего сопротивления грунтов является уровень грунтовых вод или уровень постоянной влажности в теплое время года, либо ниже уровня замерзания грунта зимой (фиг. 3). Предварительно в грунте 12 верхнего слоя почвы 15 роют приямок 13 шириной около 0,5 м и глубиной около 1,0 м. Затем на стержень 3 с коническим наконечником 11 накручивают муфту 9, с предварительно установленной в ней погружаемой головкой 10. При этом предварительно, в процессе изготовления погружаемой головки 10, ее оголовок 19 упрочняют закалкой до твердости не менее 65, а соединительный хвостовик 20 подвергают низкотермическому отпуску до твердости не более 35. Далее, стержень 3 устанавливают на дно приямка 13, направляя при этом вертикально вниз конический наконечник 11, и посредством ударного приспособления 14 (вибромолота или кувалды) ударяют по погружаемой головке 10 и заглубляют электрод-заземлитель 1 в грунт 12 до уровня края приямка 13. Затем вывинчивают погружаемую головку 10 из муфты 9, вставляют в отверстие последней вкладыш 7, ввинчивают в муфту 9 следующий стержень 2 его острым торцом 6 до упора через вкладыш 7 в тупой торец стержня 3. На верхний конец с тупым торцом 7 вновь установленного стержня 2 навинчивают муфту 9 с предварительно установленной в ней погружаемой головкой 10 и продолжают процесс заглубления электрода-заземлителя 1. Периодически наращивая длину стержней 2 и 3 в последовательности, указанной выше, и поочередно проходя слои грунта 12 с гравием 16, глиной 17 до достижения грунтовых вод 18 и обеспечивают необходимый уровень сопротивления электрода-заземлителя 1. Заглубив верхний конец стержня 2 на глубину около 0,5 м, к нему через хомуты монтируют зажимы с медными или стальными проводами, которыми подсоединяют электроустановку к электроду-заземлителю 1 (на чертежах не показано). Далее приямок 13 засыпают грунтом 12 и приводят электрод-заземлитель 1 в готовность к работе. Работы по монтажу электрода-заземлителя 1 осуществляют согласно СНИП 3.05.06-85,ГОСТа 12.1.030-81, а также соответствующей главы ПУЭ. В процессе монтажа проводят регулярные замеры сопротивления заземляющего устройства. При этом контролируют величину удельного сопротивления и тем самым обеспечивают полный электрический контакт между стержнями. Для дополнительной антикоррозионной защиты контактного соединения 4 1563 зазор вокруг втулки 9 и стержней 2 и 3 предварительно смазывают специальными токопроводящими смазками типа Суперконт или Экстраконт, которые обычно используют для предохранения электрических контактов в агрессивных химических средах. Эти смазки можно заменять также техническим вазелином ГОСТ 15975-70 или смазкой ЦИАТИМ-221 ГОСТ 9433-80. После указанной подготовки продолжают погружение электрода-заземлителя 1 в грунт 12. Новая конструкция электрода выгодно отличается от прототипа тем, что обладает устойчивым низким активным сопротивлением на протяжении длительного срока его эксплуатации. Сварной шов торцов стержней обеспечивает их устойчивое молекулярное сцепление, которое не подвержено интенсивной коррозии. Шов сформирован с возможностью реализации процесса сварки трением, что достигается благодаря соответствующе подобранному соотношению геометрических размеров торцов стержней, а также размеру и материалу вкладышей. Ударное погружение стержней сопровождается сильным разогревом места стыка и, как следствие, интенсивной взаимной диффузией материалов вкладыша, торцов стержней и втулки, а также материалов втулки и стержней друг в друга. При этом обеспечивается также сварка резьбового соединения, что увеличивает его механическую прочность, коррозионную стойкость, а также электрическую проводимость электрода-заземлителя и делает возможным отводить через него в землю токи большой величины. Исполнение же оголовка погружаемой головки с высокой твердостью (не менее 65) и одновременно мягкого ее крепежного хвостовика (не более 35 С) позволяет существенно повысить ее стойкость и долговечность. А изготовление из стали соединительной муфты существенно снижает стоимость ее производства, при этом электролитическое омеднение поверхности позволяет достичь необходимой коррозионной стойкости в процессе эксплуатации. Электрод-заземлитель прошел промышленные испытания и полностью соответствует ГОСТ 30331.10-2001 (МЭК 364-5-54-80). В настоящее время освоено опытно-промышленное производство нового вида электрода-заземлителя вертикального. Фиг. 1 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.