probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2021-23-1-80-92probener-1760Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGО разработке смеси на основе гидролизованного полиакрилонитрила для уменьшения удельного электрического сопротивления грунтCompound mixtures based on hydrolyzed Polyacrylonitrilereducing soil electrical resisctivityhttps://orcid.org/0000-0002-5267-9110ДракоМ. А.DrakoM. A.

Драко Михаил Александрович – магистр техн. наук, исследователь, заведующий электротехнической лабораторией отдела учета и качества электроэнергии

г. Минск

Mikhail A. Drako

Minsk

drako.mikhail@mail.ruБарайшукС. М.BaraishukS. M.

Барайшук Сергей Михайлович – канд. физ.-мат. наук, доцент, заведующий кафедрой практической подготовки студентов

г. Минск

Siarhei M. Baraishuk

Minsk

ПавловичИ. А.PavlovichI. A.

Павлович Иван Александрович – ассистент кафедры практической подготовки студентов

г. Минск

Ivan A. Pavlovich

Minsk

РУП "Белэнергосетьпроект"БеларусьRUE BelenergosetprojektBelarusБелорусский государственный аграрный технический университетБеларусьBelarusian State Agrarian Technical UniversityBelarus2021130520212318092Copyright © Драко М.А., Барайшук С.М., Павлович И.А., 20212021Драко М.А., Барайшук С.М., Павлович И.А.Drako M.A., Baraishuk S.M., Pavlovich I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1760

ЦЕЛЬ. Обосновать целесообразность совершенствования методологии выполнения заземляющих устройств. Исследовать влияние минеральной проводящей смеси на коэффициент сезонности. Проанализировать результаты экспериментальных исследований. Оценить снижение сопротивления тестового заземляющего устройства по отношению к контрольному. Предложить эффективные технические решения для снижения значения сопротивления заземляющих устройств. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи проведен ряд натурных экспериментов по измерению значений сопротивлений заземляющих устройств экспериментальных заземлителей, после обработки смесью околоэлектродного объема грунта для оптимизации сопротивления заземлителя. РЕЗУЛЬТАТЫ. Разработан состав смеси для нормализации (уменьшения) удельного электрического сопротивления грунта, содержащей гидростабилизирующие добавки и низкодиспергированные проводящие вещества. Предложены аналитические выражения для оценки эквивалентного удельного электрического сопротивление грунта с учетом замещения части грунта минеральной проводящей смесью. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Применение смесей на основе гидролизованного полиакрилонитрила наиболее эффективно при использовании совместно с заземлителями, глубина заложения которых меньше глубины промерзания грунта, то есть находящимися в слоях грунта с наибольшими сезонными колебаниями, и будет расти при увеличении площади контакта таких заземлителей с грунтом, обработанным гидролизованным полиакрилонитрилом. Дополнительное уменьшения коэффициента сезонности для вертикальных составных заземлителей, по-видимому, обусловлено влиянием смеси на их части, смонтированные вблизи поверхности грунта. Применение комплексных смесей, содержащих, помимо гидростабилизирующих добавок, также и низко диспергированнные проводящие вещества, позволяет до трех раз уменьшить сопротивление заземляющих устройств в сравнении с контрольными, сгладить сезонные колебания сопротивления ЗУ и капитальные затраты на монтаж заземляющих устройств путем уменьшения количества электродов и размеров территории, на которой они располагаются.

THE PURPOSE. The purpose of the article is to define the reasons to improve the system of grounding devices design. Author studies technical decisions that reduce grounding resistance values. Results are given researches how a mineral conductive mixture, that normalizes grounding, influences a seasonal coefficient. Analysed the results of the experimental surveys. Аlso evaluates a test grounding devise’s resistance decrease compared to the resistance decrease of a control grounding device. METHODS. While solving the above problem, a number of field experiments were carried out to measure the resistance values of experimental circuit grounding devices after their near-electrode soil space had been treated with the mixture that improves the resistance of a grounding wire. RESULTS. The composition of the mixture that normalizes (reduces) soil electrical resistivity has been developed, it has contained hydro-stabilizing and lowdispersed conducting additives. There has been proposed the analytical expressions to evaluate equivalent soil electrical resistivity values after aporton of soil had been submitted by the mineral conducting mixture. CONCLUSION. The use of the mixtures based on hydrolyzed polyacrylonitrile is most effective together with the grounding wires buried in soil no deeper than the soil freezing depth that is located in the soil layers with maximum seasonal fluctuations, and will increase with the increase of the contact area of such grounding wires with the soil treated with hydrolyzed polyacrylonitrile. Additional decrease of a seasonal coefficient for the vertical compound grounding wires apparently is due to the mixture influencing their parts mounded near the ground surface. The use of complex mixtures containing both hydro-stabilizing additives and low-dispersed conducting substances allows up to three times decrease of the resistance values of a grounding device compared to a control grounding device, it allows to even seasonal fluctuation of resistance of a grounding device, and to decrease mounting capital investment for a grounding device by means of the decrease of the number of the electrodes and the territory on which they are located.

электрические станции и электроэнергетические системызаземляющее устройствоудельное электрическое сопротивление грунтазаземлительоколоэлектродное пространствогидростабилизирующие веществакоэффициент сезонностиelectrical stationselectrical energy systemsgrounding devicesoil electrical resistivitygrounding wirenear-electrode soil spacehydro-stabilizing substancesseasonal coefficientReferencesНайденов А.И., Дмитриев Е.А. Параметры заземляющих устройств для защиты персонала и оборудования // Вестник ИрГТУ. 2011. №11 (58). С. 109-112.Naydenov AI, Dmitriev EA. Parameters of grounding devices for the protection of personnel and equipment. Vestnik ISTU. 2011;11 (58):109–112.Соснин В.В. Функциональное заземление // Главный энергетик. 2020. № 7. С. 15-22.Sosnin VV. Functional grounding. Chief Power Engineer. 2020;7:15-22.Ивлиев Е.А. К расчету электрических параметров стержневых заземлителей // Электричество. 1992. № 7. C. 41-44.Ivliev EA. Electricity. 1992;7:41-44.Веденеева Л.М., Чудинов А.В. Исследование влияния основных свойств грунта на сопротивление заземляющих устройств // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2017. Т. 16. № 1. С. 89-100.Vedeneeva LM, Chudinov AV. Investigation of the influence of basic soil properties onКриксин П.В., Бохан Н.В. Заземляющее устройство подстанций - основа обеспечения электромагнитной совместимости технических средств. Опыт Белорусской энергосистемы // Энергия и менеджмент. 2011. №6 (63). С.18-20.the resistance of grounding device. Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Geology. Oil and gas and mining. 2017;16(1):89-100.Zhuang Chi-jie, Zeng Rong, Zhang Bo, et al. Grounding system design method in high soil resistivity regions [J]. High Voltage Engineering. 2008. V. 34(5). pp.893-897.Kriksin PV, Bohan NV. Energy and management. 2011;6 (63):18-20.Coelho Vilson, L. Piantini A, Almaguer Hugo A.D., et al. The influence of seasonal soil moisture on the behavior of soil resistivity and power distribution grounding systems // In The Lightning Flash and Lightning Protection (SIPDA 2013). Electric Power Systems Research. 2015. January. V. 118. pp. 76-82.Zhuang Chi-jie, Zeng Rong, Zhang Bo, et al. Grounding system design method in high soil resistivity regions [J]. High Voltage Engineering. 2008;34(5):893-897.Драко М.А. Коррозия заземлителей электроустановок // Энергетическая стратегия. 2019. № 6 (69). C. 44-48.Coelho Vilson L, Piantini A, Almaguer Hugo AD, et al. The influence of seasonal soil moisture on the behavior of soil resistivity and power distribution grounding systems. In The Lightning Flash and Lightning Protection (SIPDA 2013). Electric Power Systems Research. 2015;118:76-82.Tung C.C., Lim S.C. Performance of electrical grounding system in soil at low moisture content condition at various compression levels // Journal of Engineering Science and Technology. 2017. V. 12, Special Issue 1. pp. 27-47.Drako M.A. Energy strategy. 2019;6 (69):44-48.Грибанов А.Н. Бипрон – заземление электроустановок // Экспозиция Нефть Газ. 2016. С. 72-75.Tung CC, Lim SC. Performance of electrical grounding system in soil at low moisture content condition at various compression levels. Journal of Engineering Science and Technology. 2017;12(1):27–47.Киселев В.Г., Рузич Е.Н. Диэлектрические покрытия и их влияние на защиту от коррозии наружной поверхности подземных трубопроводов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т.20(1-2). С.80-89.Gribanov, Bipron AN. - grounding of electrical installations. Exposition Oil Gas. 2016. P. 72–75.Дремичева Е.С., Зверева Э.Р. Изучение коррозионных процессов нефтяного оборудования // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018;20 (1-2):138-143.Kiselev VG, Ruzich EN. Dielectric coatings and their effect on corrosion protection of the outer surface of underground pipelines. Power engineering: research, equipment, technology. 2018;20(1-2):80-89.Осипенко О.В., Драко М.А., Мойсеенко О.А. Анализ дефектов строительных конструкций высоковольтных подстанций и линий электропередачи и меры по недопущению их дальнейшего развития // Энергия и менеджмент. 2015. № 1 (82). C. 5-9.Dremicheva ES, Zvereva ER. Study corrosion processes of oil equipment. Power engineering: research, equipment, technology. 2018;20(1-2):138-143.Колик В.Р., Драко М.А., Мойсеенко О.А. Актуальность обследования заземляющего устройства и устройств молниезащиты подстанций 35 кВ и выше // Энергетическая стратегия. 2014. № 2. C. .23–25.Osipenko OV, Drako MA, Moiseenko OA. Energy and management. 2015;1 (82):5-9.Леонович И.И., Вырко Н.П. Глубина промерзания грунтов - важнейший фактор водно-теплового режима земляного полотна Depth of soil freezing - a determining factor of the water-heat regime of the roadbed // Строительная наука и техника. 2011. №5. C. 27–35.Kolik VR, Drako MA, Moiseenko OA. Energy Strategy. 2014;2:23–25.Барайшук С.М., Павлович И.А. Снижение сопротивления заземляющих устройств применением обработки грунта неагрессивными к материалу заземлителя стабилизирующими влажность добавками // Агропанорама. 2020. № 1 (137). C. 20-23.Leonovich II, Virko NP. Construction science and technology, 2011;5:27–35.Shi L., Yang N., Zhang H., et al. Anovel poly (glutamic acid) /silk-sericinhydrogel for wound dressing: Synthesis, characterization and biological evaluation // Materials Science and Engineering: C. 2009. V. 48 (1). pp. 533-540.Baraishuk SM, Pavlovich IA. Agropanorama. 2020;1 (137):20-23.Ferre P.A., Redman J.D., Rudolph D.L and R.G. Kachanosk. «The dependence of the electrical conductivity measured by time domain reflectometry on the water content of a sand», Water Resour. Res., 1998.Shi L, Yang N, Zhang H, et al. Anovel poly (glutamic acid) /silk-sericinhydrogel for wound dressing: Synthesis, characterization and biological evaluation. Materials Science and Engineering: C. 2009;48 (1):533-540.Lai, Yang & Hu, Yuhang. (2018). Probing the swelling-dependent mechanical and transport properties of polyacrylamide hydrogels through AFM-based dynamic nanoindentation. Soft Matter. 14. 10.1039/C7SM02351K.Ferre PA, Redman JD, Rudolph DL, et al. The dependence of the electrical conductivity measured by time domain reflectometry on the water content of a sand, Water Resour. Res., 1998.Ширинов Ш.Д., Джалилов А.Т. Исследование кинетики набухания синтезированных гидросорберов на основе гидролизованного полиакрилонитрила // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 3 (45).Lai, Yang & Hu, Yuhang. (2018). Probing the swelling-dependent mechanical and transport properties of polyacrylamide hydrogels through AFM-based dynamic nanoindentation. Soft Matter. 14. 10.1039/C7SM02351K.M. Russo, H. Warren, G. Spinks, D. MacFarlane, J. Pringle Hydrogels containing the ferri/ferrocyanide redox couple and ionic Liquids for thermocells. Australian Journal of Chemistry. 201, 72. 10.1071/CH18395.Shirinov ShD, Jalilov AT. Universum: Chemistry and biology: electron. scientific. zhurn. 2018;3 (45).Lai Y., Hu Y. Probing the swelling-dependent mechanical and transport properties of polyacrylamide hydrogels through afm-based dynamic nanoindentation Soft Matter. 2018. № 14 10.1039/C7SM02351KRusso Matthew & Warren Holly & Spinks, et al. (2018). Hydrogels Containing the Ferri/Ferrocyanide Redox Couple and Ionic Liquids for Thermocells. Australian Journal of Chemistry. 72. 10.1071/CH18395.H. Dehne, F. Hecht, A. Bausch The mechanical properties of polymer-colloid hybrid hydrogels. Soft Matter 2017. №13. 10.1039/C7SM00628D.Lai Y, Hu Y. Probing the swelling-dependent mechanical and transport properties of polyacrylamide hydrogels through afm-based dynamic nanoindentation Soft Matter. 2018;14 10.1039/C7SM02351K.Зайцева, Н.М. Экспериментальное определение удельного электрического сопротивления / Н.М. Зайцева, Б.Б. Исабекова // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2011. №1. С. 351–354.Dehne H, Hecht F, Bausch A. The mechanical properties of polymer-colloid hybrid hydrogels. Soft Matter 2017;13:10.1039/C7SM00628D.M. Hannig. Calculation of the assembled grounding resistance from complex grounding systems by using analytical considerations only. 2018 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE). doi: 10.1109/ICHVE.2018.8641921.Zaitseva NM. Experimental determination of electrical resistivity. Scientific problems of transport in Siberia and the Far East. 2011;1:351–354.Unde M.G., Kushare B.E. Grounding grid performance of substation in two layer soil - a parametric analysis // International Journal of Engineering Sciences & Emerging Technologies. 2012. V.1. № 2. P. 69-76. doi: 10.7323/ijeset/v1_i2_8.Hannig M. Calculation of the assembled grounding resistance from complex grounding systems by using analytical considerations onlty. 2018 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE), 2018, doi: 10.1109/ICHVE.2018.8641921.Koliushko D.G., Rudenko S.S. Mathematical model of grounding connection of a power plant with under layer // Electronic modeling. 2014. V.36, №2. pp. 89–97.Unde MG, Kushare BE. Grounding grid performance of substation in two layer soil - a parametric analysis. International Journal of Engineering Sciences & Emerging Technologies. 2012;1(2):69-76. doi: 10.7323/ijeset/v1_i2_8.Jovanovic D, Cvetkovic N., Raicevic N., Hederić Z. (2016). Comparative analysis of plate and grid ground electrode characteristics as a part of grounding system. 2016 International Conference on Smart Systems and Technologies (SST) Published 2016 Engineering pp.35-40. 10.1109/SST.2016.7765628.Koliushko DG, Rudenko SS. Mathematical model of grounding connection of a power plant with under layer. Electronic modeling. 2014;36(2):89-97.Chung seog Choi, Hyang Kon Kim, Hyoung Jun Gil, et al. The Potential Gradient of Ground Surface according to Shapes of Mesh Grid Grounding Electrode Using Reduced Scale Model. IEEJ Trans. on Power and Energy. 2005. V. 125, N. 12. pp. 1170- 1176.Jovanovic D, Cvetkovic N, Raicevic N, et al. (2016). Comparative analysis of plate and grid ground electrode characteristics as a part of grounding system. 2016 International Conference on Smart Systems and Technologies (SST) Published 2016 Engineering pp.35-40. 10.1109/SST.2016.7765628.Myint, Su Mon; Hla Khin ,Thidar TunTheint. .International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration; Bhopal. 2020.V.7. Iss.63. pp. 28-35.Chung seog Choi, Hyang Kon Kim, Hyoung Jun Gil, et al. The Potential Gradient of Ground Surface according to Shapes of Mesh Grid Grounding Electrode Using Reduced Scale Model”, IEEJ Trans. on Power and Energy. 2005;125(12):1170-1176.Myint Su, Mon Hla, Khin Thidar; et al. International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration. Bhopal.2020;7:63.:28-35.Myint Su, Mon Hla, Khin Thidar; et al. International Journal of Advanced Technology and Engineering Exploration. Bhopal.2020;7:63.:28-35.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.