Hloubková uzem ovací anoda Ing. Svatopluk Dorda, KPTECH, s.r.o., Ostrava
1.Úvod Uzem ovací anody pro ochranu úložných za ízení vloženým proudem jsou základní sou ástí stanic katodické ochrany. V zemi mohou být uloženy horizontáln nebo vertikáln .
2. Legislativní požadavky na provedení a umíst ní uzem ovacích anod 2.1 Základní požadavky Základní eská technická norma SN EN 12954 o katodické ochran ( KAO) kovových za ízení uložených v p nebo vod stanovuje v l. 7.11.1.1 požadavky na umíst ní anodového uzemn ní (AU). V míst instalace AU má být mj. : -
Nejnižší možná resisitivita p dy Dostate ná vzdálenost AU od cizích za ízení, aby se interference snížila na minimum Dostate ná vzdálenost AU od chrán ného za ízení
Up esn ní požadavk na umíst ní AU je uvedeno v technických pravidlech TPG 920 25, která eší problematiku omezení korozního ú inku bludných a interferen ních proud na úložná za ízení. V l. 8.4 jsou stanoveny podmínky instalace povrchové uzem ovací anody (AU) a hloubkové uzem ovací anody (HUA). 2.2 Povrchová uzem ovací anoda Povrchová uzem ovací anoda (UA), obvykle sestrojena z trubek, by m la být dle TPG od cizí úložné konstrukce ve vzdálenosti minimáln 100 m v . podzemních železobetonových konstrukcí .V zastav ných oblastech, p i resistivit p dy <100 m a výstupnímu proudu z UA I<5A lze umístit anodu do vzdálenosti 40m od cizích objekt . V extravilánech, tj. v p ípad KAO dálkových potrubí lze umístit anodu také do vzdálenosti 40m ( za stejných podmínek), avšak na úkor dosahu SKAO. (obr.1)
1
2.3 Hloubková uzem ovací anoda (HUA) Aktivní ást UA je uložena vertikáln v zemi. Dle TPG nejbližší vzdálenost vodivé konstrukce HUA od povrchu zemn by m la být 20 m. Sou asn horní konec HUA by m l být od cizí úložné konstrukce 40 m (úhlop ). Na povrchu zemn musí být kolem osy HUA min. bezpe nostní vzdálenost 10 m , kde nesmí být umíst no žádné za ízení.(obr.2)
2.4 Umíst ní uzem ovacích anod Uzem ovací anody se instalují tak, aby za ízení s v tšími uzem ovacími soustavami, potrubí bez ochranného povlaku, železobetonové šachty, nebo železobetonové základy staveb, vedení VN a VVN a jiná holá, kovová liniová za ízení byla ve vzdálenosti 100 m, resp. 40 m od povrchových a 40 m od hloubkových uzem ovacích anod. 2.5 Další požadavky na výstavbu AU Další požadavky stanovuje p edpis pro skupinu RWE DSO ozna ený DSO _Tx_B01_05_01 z 1.1.2009 „ Zásady pro projektování, výstavbu, rekonstrukce a opravy za ízení aktivní protikorozní ochrany“. Jsou zde mj. uvedeny požadavky na: -
Povrchov horizontáln a vertikáln uložené AU Hloubkov vertikáln uložené AU
2
2.6 Uzem ovací anody u katodické ochrany složitých konstrukcí Katodická ochrana složitých konstrukcí je definována v SN EN 145 05. Platí pro konstrukce, které mají být katodicky chrán né, nemohou být z technických nebo bezpe nostních d vod elektricky izolovány od cizích konstrukcí, umíst ných v tomtéž elektrolytu jako chrán ná konstrukce. Tyto konstrukce z hlediska této normy ozna ují jako „ složité konstrukce“. Jsou to nap íklad chrán ná za ízení podzemních a nadzemních zásobník plynu, ropných produkt , podzemních nádrží erpacích stanic PHM a pod. Tato norma neplatí pro za ízení, která lze katodicky chránit podle SN EN 129 54. Soustavy potrubních rozvod se nepovažuje za složité konstrukce. V t chto p ípadech instalace hloubkových uzem ovacích anod, s ohledem na dosah ochranného potenciálu pat í mezi velmi vhodná technická ešení.
3. Problémy p i projektování a umíst ní AU v terénu 3.1 Obnova dožitých anodových uzemn ní Katodická ochrana se v R b žn na dálkových potrubích používá od 2. pol. padesátých let. tšinou byly AU projektovány s životností 25 let. V sou asné dob ada t chto AU dožívá,což se projevuje tím, že májí zvýšený zemní odpor, pro dosažení dostate ného ochranného potenciálu se musí zvýšit nap tí napájecího zdroje SKAO. Znamená to i zvýšení nároku na spot ebu el. energie. Mnohdy tyto p vodní zdroje to neumožní. Rozhodne-li se o náhrad stávající povrchové uzem ovací anody, které jsou instalovány evážn , m že vzniknout p i instalaci do stejného místa problém, nebo trubková UA se nyní nap . nachází v již v zastav né oblasti, nebo oblasti ur ené pro zástavbu. Problém : -
nelze dodržet odstupové vzdálenosti UA 100 m resp. 40 m od cizích za ízení jak stanovuje TPG 920 25 majitel pozemku, v n mž je UA uložena nechce povolit vstup na pozemek. Ne vždy se to dá zd vodnit tím, že se jedná o v cné b emeno z d ív jška ešení :
-
je-li stanice SKAO v dané lokalit nutná, je ešením vybudovat zde místo povrchové UA anodu hloubkovou HUA. Podmínkou je, že se najde místo, kde se dodrží minimální vzdálenost aktivní ásti HUA od cizích za ízení 40 m
3
Pokud dožitá UA se nalézá ve volném terénu, kde se neuvažuje se zástavbou, lze p vodní UA nahradit novou podle pot ebných parametr chrán ného za ízení. 3.2 Výstavba nové hloubkové uzem ovací anody 3.2.1 Umíst ní HUA Obecn , pro umíst ní HUA platí podmínky dle SN EN 129 54, l. 7.11.1.1, jak bylo íve v kap. 2 p ednášky.
eno
Vhodnost místa pro realizaci HUA se posoudí dle geologických a hydrogeologických rozbor a zkoušek a m ení resistivity p dy v jednotlivých vrstvách ( výškách ) stavby podloží. Konstrukce HUA musí být dále volena i tak, aby vrtem nedošlo ke spojení dvou r zných volných podzemních vod ( povrchové a spodní ). P i existenci t chto vod musí konstrukce HUA zabránit jejich spojení, tj. nap . trvalým pažením aktivní a izolované ásti a jejich ut sn ním ve vrtu. V nesoudržných vrstvách podloží nelze obvykle HUA bez pažení v bec realizovat. Doporu uje se v rámci p ípravy projektu provést pr zkumný vrt. 3.2.2 Návrh a výpo et HUA
Na základ korozního pr zkumu v dané lokalit a zm ení resistivit p dy v r zných hloubkách se stanoví délka izolované ásti HUA ( min 20 m ) a délka aktivní ásti HUA ( obvykle 20 m ), vystrojené ty emi FeSi. Provede se výpo et zemního odporu HUA, který se dosadí do výpo tu stanice SKAO. Výpo et zemního odporu HUA lze vypo ítat dle literatury, nap . dle „ Katodická protikorozní ochrana“, Ing. Polák, Csc, Ing. Veleta, 2002, kap. 8,tab. 8.1 Z výpo tu SKAO pak vyplyne pot ebná velikost ochranného proudu, z ehož se pak ur í pot ebný po et HUA pro danou stanici SKAO.
4
4. Konstrukce hloubkových uzem ovacích anod 4.1 Konstrukce HUA od spole nosti GAS DE FRANCE Konstrukce je vyzna ena na následujícím obr.3A Ve vrtu jsou anody uchyceny lanky z polypropylenu, která jsou dimenzována podle hmotnosti FeSi ty í, které drží. Každá ty je napojena kabelem o pr ezu 16 mm2 s dvojitou izolací, což umož uje kontrolovat proud každé ty e. Po vystrojení vrtu ty emi, se vrt zaplní materiálem s nízkým odporem ( blátem z vrtu a bentonitem, grafitem , nebo práškem z koksu ). Hloubky vrt 30 – 80 m. V závislosti na podloží m že být vrt vyložen zcela nebo áste
5
ocelovou trubkou.
4.2. Konstrukce HUA v R Anody FeSi se zav šují na trubku PPE Ø50. Horní trubka PVC Ø90 je v horní ásti opat ena otvory pro vnikání podzemní vody. Sou asn tato trubka PVC slouží pro odv trání vrtu. FeSi anody se obsypou koksem o Ø2 až 15 mm. Každá anoda je vyvedena kabelem CYKY 3X6 , který je zapojen do svorkovnice v plastové sk ce, umíst né ve skruži nad vrtem. Používají se FeSi ty e o hmotnosti 20 kg, délce 1,5 m, pr ru 50 mm. Viz. obr. 3B
6
4.3 Konstrukce HUA aplikovaná spole nosti KPTECH, s.r.o. Spole nost KPTECH, s.r.o. projektuje a realizuje HUA pažené v izolované i aktivní ásti – viz. obr. 3C. Obvyklá délka izolované ásti je 30 m, aktivní ást má délku 20 m, tj. celková délka je 50 m. Aktivní ást – 20 m , je vystrojena ocelovou pažnicí 219/8 a je vyložena 20 ks ty í FeSi o délce 850 m, pr
r 40 mm. Každá ty je samostatn napojena na 1 žilu záv sného kabelu CYKY z
4X6. Napojení na kabel je ut sn no a kontrolováno elektrojiskrovou zkouškou, záv sné kabely jsou uchyceny do d ev ných držák , záv sná lanka kabelu jsou ukotvena na trubce nosné konstrukce. Kabely jsou zapojeny do svorkovnice p echodové sk ín , umíst né ve skruži vrtu. Izolovaná ást je provedena z trubky PVC o Ø 250. Ocelová pažnice je na spodním konci uzav ena, jednotlivé segmenty jsou prov eny 2x svárem. Pažnice je p ipojena k soustav ferrosilit také kabelem CYKY 4x6, zapojeným do svorkovnice p echodové sk ín . Všechny žíly kabel od FeSi ty í a pažnice jsou napojeny do samostatných svorek, což umož uje kontrolu funk nosti aktivní ásti HUA. Viz. obr.4 Ocelová pažnice po vystrojení ferrosility se zasype hráškovým koksem. Pro odplyn ní jsou ve vrtu nainstalovány 2 provrtané plastové trubky Ø 20. VÝHODY KONSTRUKCE KPTECH, s.r.o. -Pažení vrt umožní realizaci HUA v jakémkoliv prost edí, tj. i v nesoudržném , s tekutými písky apod. -Ocelová pažnice HUA p ispívá ke snížení velikosti zemního odporu HUA a zvýšení proudové zát že anody. -Pažením lze eliminovat možnost propojení podzemních vod ( povrchové a spodní ), což že být zna ný problém v zastav ných územích. -Vlastní provedení a vystrojení vrtu izolovanou i ocelovou pažnicí realizuje vrtná spole nost, není tak bezprost ední nutnost výstroje vrtu el. komponenty a ty emi FeSi montážní katodá skou firmou. Spole nost KPTECH, s.r.o. zatím realizovala 10 hloubkových uzem ovacích anod a v letošním roce bude realizovat další 4 anody této konstrukce.
7
8
5. Uvád ní do provozu, výchozí m ení Po realizaci HUA, po napojení do stanice SKAO se provádí podrobná m ení. Cílem je ov it, že všechny ty e FeSi jsou funk ní( p i montáži, spoušt ní se neutrhly). í se celkový zemní odpor Wennerovou metodou ( 50 m, 100 m) každé z HUA, pak celkový zemní odpor u SKAO s více HUA. í se jednotlivé odpory ty í FeSi a následn proudy tekoucí z každé ty e FeSi. Tato ení p i p edávání objednateli po realizaci lze považovat za p edb žná, v rohodná jsou až p i úplné aktivaci – polarizaci – tj. cca za 3 m síce po uvedení do provozu. Výsledky se zaznamenávají do p íslušného protokolu.
9
6. Záv r Realizací nových hloubkových uzem ovacích anod, p ípadn jako náhradu stávajících povrchových uzem ovacích anod, lze doporu it hlavn v místech se zástavbou ( stávající nebo plánovanou). Nejv tší výhodou HUA je malý nárok na prostor realizace a dob e splnitelné požadavky z hlediska odstupových vzdáleností od cizích za ízení, tj. s ohledem na interferenci od bludných proud . Pažené HUA mají oproti nepaženým tu výhodu, že lze je instalovat v jakýmkoliv prost edí a riziko, že podloží realizaci neumožní je minimální. Cenov jsou dražší o ocelovou pažnici vrtu, což celkov není výrazná položka p i realizaci celé stanice SKAO.
Ing. Svatopluk Dorda 9/2010
Použitá literatura 1) SN EN 129 54
Katodická ochrana kovových za ízení uložených v p nebo ve vod – Všeobecné zásady a aplikace na potrubí. 2) SN EN 145 05 Katodická ochrana složitých konstrukcí. 3) SN EN 135 09 ící postupy v katodické ochran . 4) TPG 920 25 Omezení korozního ú inku bludných a interferen ních proud na úložná za ízení. 5) DSO_TX_B01_05_01 Zásady pro projektování, výstavbu, rekonstrukce a opravy za ízení aktivní protikorozní ochrany. 6) DSO_TX_B01_02_01 Zásady pro projektování, výstavbu, rekonstrukce a opravy VTL plynovod a p ípojek do 100 bar. 7) Seminá aktivní protikorozní ochrana „ Vertikální anodové uzemn ní“, Vincent Lambin, GAZ DE FRANCE, Ostrava 1994. 8) Katodická protikorozní ochrana, Ing. Polák Csc, Ing. Veleta, eský plynárenský svaz Praha 2002.
10
