Что такое искусственный заземлитель

Чаще всего искусственным заземлителем является стальной проводник, заложенный в грунт горизонтально или вертикально (наклонно), или группа таких проводников, соединенных между собой. В последнем случае заземлитель называется сложным, а если электроды образуют контур, то такой сложный заземлитель называется заземляющим контуром.

Название «горизонтальные» и «вертикальные» заземлители весьма условно. Строгое соблюдение горизонтальности в первом случае не обязательно, важно, чтобы электроды находились в грунте на нужной глубине, не подвергаясь повреждениям при работе машин. Поскольку поверхность земли в оврагах, на уклонах и в ряде других мест может оказаться не горизонтальной, то и протяженные (лучевые) заземлители будут следовать кривизне поверхности. Для вертикальных электродов также необязательно строгое соблюдение вертикальности.

Горизонтальные заземлители прокладывают на глубине 0,5 м, на пахотной земле – не менее 1 м. Они рациональны в тех случаях, когда электропроводность верхнего слоя грунта обеспечивает нужную проводимость. Монтаж таких заземлителей механизирован и выполняется с минимальной затратой ручного труда, однако верхние слои почвы часто имеют большее электрическое сопротивление, чем глубинные. Кроме того, близко к поверхности земли растекание тока не идет равномерно во все стороны, как на глубине. Следовательно, сопротивление горизонтальных электродов обычно больше, чем сопротивление вертикальных электродов такой же массы. Поэтому наибольшее распространение в качестве заземлителей получили именно вертикальные электроды. Глубинные вертикальные электроды наиболее экономичны, достигают хорошо проводящих слоев грунта.

Заземляющие электроды, смонтированные в грунте, перемычки между ними и выводы от заземлителей на поверхность должны иметь следующие минимальные размеры:

круглая сталь – диаметр не менее 10 мм;

круглая оцинкованная сталь – диаметр не менее 6 мм;

угловая сталь – толщина полки не менее 4 мм;

общее сечение для заземлителей молниезащиты (грозозащиты) – не менее 160 мм²;

полосовая сталь – толщина не менее 4 мм при сечении не ниже 48 мм² (для магистралей заземления – не менее 100 мм², для молниезащиты – не менее 160 мм²);

отбракованные трубы – толщина стенки не менее 3,5 мм.

Минимальные размеры электродов применяются в основном для временных электроустановок, где условия коррозии не имеют решающего значения. Для постоянных установок сечение заземлителей выбирают с запасом на коррозийное разрушение. По стойкости против коррозии предпочтительнее круглая сталь, так как разъедание электрода ржавчиной пропорционально площади поверхности электрода, соприкасающейся с грунтом, а площадь электрода круглого сечения из всех профилей наименьшая.

С целью обеспечения надежной работы заземлителя в течение 40-50 лет в благоприятных грунтовых условиях достаточно увеличения диаметра стержневого электрода против минимального всего на 2-3 мм, во влажных грунтах необходимо увеличение диаметра заземлителя вдвое.

От заземляемого элемента электроустановки, например от опоры воздушной линии электропередачи, горизонтальные лучи прокладывают в двух противоположных направлениях или, если лучей не 2, а 3-4, разносят под углом в плане 120° или 90°. Это необходимо для эффективного использования закладываемого металла, так как рядом расположенные заземлители взаимно экранируются и их эффективность снижается во много раз. По этой же причине вертикальные заземлители нужно удалять друг от друга на возможно большее расстояние, равное хотя бы длине электрода. Например, если десять вертикальных электродов длиной по 5 м расположить в одну линию на расстоянии по 5 м друг от друга, то коэффициент их использования составит 0,47, а если те же электроды для экономии места расположить по замкнутому треугольнику или четырехугольнику, то коэффициент их использования будет еще ниже. То же относится и к применению наклонных электродов, которые разносят под равными углами аналогично горизонтальным и погружают в землю под углом около 45° для наилучшего использования.

Неравномерность распределения потенциалов на поверхности земли над заземлителем и вокруг него создает опасные напряжения шага и прикосновения. Для выравнивания потенциалов в таких случаях заземлитель можно выполнить в виде сетки из горизонтальных элементов, прокладываемых в земле вдоль и поперек территории электроустановки и соединяемых сваркой в местах пересечений. Размер ячейки такой сетки обычно составляет от 6х6 до 10х10 м.

Вокруг опоры ВЛ потенциалы можно выровнять заземлителем, выполненным в виде концентрических колец, заложенных в грунт и соединенных с опорой.

Снижает напряжения шага и прикосновения до допустимых значений на всей занимаемой им площади сетчатый заземлитель, однако за пределами сетки опасность может сохраняться. Поэтому в опасных местах, например на подходах к территории подстанций или вокруг фундаментов опор ВЛ, укладывают дополнительные заземлители на постепенно увеличивающейся глубине и соединяют их с основными заземлителями.

Отводимая под заземлитель площадь и расход металла могут быть снижены защитным изолирующим ограждением, сооружаемым вокруг заземлителя. Простейшее ограждение из диэлектрического материала препятствует растеканию тока по поверхности земли и снижает напряжение шага по сравнению с напряжением на заземлителе не менее чем в 100 раз и выравнивает потенциал за пределами заземлителя.

Вертикальная часть ограждения от уровня поверхности располагается на 0,4-0,6 м от глубины заложения верха заземлителя. Отбортовка ограждения выполняется под углом 90-95° к вертикали и имеет длину, составляющую (0,1–0,15)vS (S – площадь заземлителя). Для устройства ограждения может быть использован любой недорогой диэлектрический материал, обладающий достаточной механической прочностью и имеющий электрическую прочность не менее 1 МВ/м (изоляционные материалы на битумной основе, например бризол, выпускаемый из отходов производства и имеющий прочность не менее 20 МВ/м).

При стекании тока с заземлителя, например с заземляющей сетки, вокруг него формируется электрическое поле. На поверхности земли возникает электрический потенциал, и напряжение шага может достигать опасных значений непосредственно за пределами заземлителя, даже при применении известных способов выравнивания потенциалов. Поэтому геометрические параметры ограждения установлены в результате анализа электрического поля, формируемого заземлителем совместно с диэлектрическим выравнивающим ограждением, и отвечают требованиям безопасности. Устройство можно применять для заземлителей любой конструкции и при любых структурах грунта.

Часто заземлители из профильной стали не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к заземляющим устройствам. Например, в засушливых местах трудно добиться стабильной проводимости таких заземлителей, в скальных грунтах их трудно монтировать, а в агрессивных грунтах трудно обеспечивать защиту от коррозии и долгий срок службы. Для таких ситуаций разработаны конструкции специальных заземлителей.

Для засушливых районов заземлитель может быть выполнен, например, в виде железобетонной емкости, устанавливаемой ниже поверхности земли и наполняемой водой через съемный люк. Заземлитель снабжают водораспределительной системой в виде отрезков металлических труб с отверстиями для стока воды, расположенными равномерно по всей длине труб. Трубы покрыты слоем влагопоглощающего материала (бетона, цемента). Скорость фильтрации влаги через бетон в землю устанавливается за счет подбора марки бетона, что дает возможность избежать частых регулировок увлажнения и сократить трудозатраты, связанные с необходимостью регулярного увлажнения. Вывод от железобетонной емкости к заземляемому оборудованию, например к нейтрали трансформатора, присоединяется к стальным стержням арматуры железобетона.

Обратим внимание на конструкцию заземлителя, предложенную за рубежом. Цель этой разработки – уменьшение металлоемкости и облегчение забивки в грунт. Заземлитель имеет тонкостенную (1?2 мм) металлическую трубку, в которую впрессован полужесткий стержень из пластичного материала, имеющий жесткость, достаточную для того, чтобы являться опорой упругой тонкостенной трубки.
о качество обеспечивает возможность некоторого изгибания электрода для обхода препятствий, встречающихся при его забивке в землю. Для повышения срока службы, т. е. для уменьшения коррозии, материалом для трубки предлагается нержавеющая сталь. Наконечник, имеющийся в нижнем конце электрода, нужен только для забивки, поэтому нет необходимости изготовлять его из антикоррозийного материала. Форма наконечника может быть острой либо закругленной для лучшего соскальзывания с препятствий, встречающихся в грунте. Вместо изготовления наконечника можно обжать конец трубки с заполнителем.

Типичный диаметр трубки – 15 мм. Предварительный диаметр сердечника, который прессуют в трубку, должен быть несколько больше, чем внутренний диаметр трубки. Трубка может быть заполнена (как вариант) текучим материалом затвердевающим внутри, например эпоксидной смолой, полиуретаном или эластомером. Полужесткий заполнитель располагается внутри стальной трубки по всей длине. Более жесткие материалы и более толстые стенки трубки снижают гибкость стержня и уменьшают способность электрода обходить препятствия в грунте, что ведет к поломкам. С другой стороны, чрезмерно пластичные материалы не обеспечивают достаточной прочности стенок, необходимой для забивки на достаточную глубину (около 2,3 м). Для забивки электрода предусмотрена съемная наковальня, имеющая плечо, упирающееся в конец трубки, и выступ, сопрягающийся с внутренним диаметром трубки и сердечником.

studopedia.ru

Ответ:Для устройства искусственных заземлителей успешно применяется обычная дешевая черная сталь. Разумеется, можно несколько облегчить заземлители, применив нержавеющую, оцинкованную или алюминированную сталь, защищенную от коррозии. Но обычно дешевле применить черную сталь несколько большего сечения, чем защищенную сталь меньшего сечения, при одинаковом обеспечении заданного срока службы заземлителя. В некоторых случаях, например при катодной защите сооружений от коррозии, с рабочих заземлителей постоянно уносится металл вследствие электролиза, поэтому электроды применяют массивнее обычных. Но такие случаи в этой книге не рассматриваются. Обычно искусственным заземлителем является стальной проводник, заложенный в грунт горизонтально или вертикально (либо наклонно), или группа таких проводников-электродов, соединенных между собой. В последнем случае заземлитель называют сложным, а если электроды образуют контур, то сложный заземлитель называют заземляющим контуром. Название «горизонтальных» и «вертикальных» заземлителей весьма условное. Строгое соблюдение горизонтальности необязательно, важно лишь, чтобы электроды находились в грунте на нужной глубине, не мешая пахоте и не подвергаясь повреждениям при работе сельскохозяйственных машин. Поскольку поверхность земли в оврагах, на уклонах и в ряде других мест может оказаться не горизонтальной, то и протяженные (лучевые, «горизонтальные») заземлители будут следовать кривизне поверхности.
я вертикальных электродов также необязательно строгое соблюдение вертикальности. Горизонтальные заземлители прокладывают на глубине 0,5, на пахотной земле — не менее 1 м. Они рациональны в тех случаях, когда электропроводность верхнего слоя грунта обеспечивает нужную проводимость. Монтаж таких заземлителей наиболее механизирован и выполняется с минимальной затратой ручного труда. Однако верхние слои почвы чаще имеют большее электрическое сопротивление, чем глубинные. Кроме того, вблизи от поверхности земли растекание тока не идет равномерно во все стороны, как на глубине. Следовательно, сопротивление горизонтальных электродов обычно больше, чем сопротивление вертикальных электродов такой же массы. Поэтому наибольшее распространение в качестве заземлителей получили вертикальные электроды. Лучшую экономичность имеют глубинные вертикальные электроды, достигающие хорошо проводящих нижних слоев грунта. Заземляющие электроды, смонтированные в грунте перемычки между ними и выводы от заземлителей на поверхность должны иметь следующие минимальные размеры: круглая сталь — диаметр не менее 10 мм; круглая оцинкованная сталь — диаметр не менее 6 мм; угловая сталь — толщина полки не менее 4 мм; общее сечение для заземлителей молниезащиты (грозозащиты) — не менее 160 мм²; полосовая сталь — толщина не менее 4 мм при сечении не ниже 48 мм² (для магистралей заземления — не менее 100 мм², для молниезащиты — не менее 160 мм²); отбракованные трубы — толщина стенки не менее 3,5 мм (кондиционные трубы использовать для заземления запрещено ввиду дефицитности).
нимальные размеры электродов применяют в основном для временных электроустановок, где условия коррозии не имеют решающего значения. Для постоянных установок сечение заземлителей выбирают с запасом на коррозийное разрушение. По условию стойкости от коррозии предпочтительнее круглая сталь, так как разъедание электрода ржавчиной пропорционально площади поверхности электрода, соприкасающейся с грунтом, а площадь электрода круглого сечения наименьшая из всех профилей. Для обеспечения надежной работы заземлителя в течение 40—50 лет в благоприятных грунтовых условиях достаточно увеличение диаметра стержневого электрода против минимального всего на 2—3 мм, а во влажных грунтах бывает необходимо увеличение диаметра заземлителя даже вдвое. Сравнение заземлителей из круглой стали с другими профилями показывает ее преимущество не только по коррозионной стойкости. Расчеты показывают, что применение стержневых электродов вместо угловых снижает расход металла в 1,5, а стоимость заземлителя — в 1,75 раза. Кроме того, стержневые электроды легче монтировать. Контакт заземлителя с грунтом, необходимый для беспрепятственного растекания тока с металла в грунт (имеющий гораздо большее сопротивление, иногда в тысячи раз большее, чем металл), должен иметь достаточную поверхность и быть весьма плотным.
сюда ясно, почему заземляющие контуры часто имеют большие размеры и включают иногда сотни метров горизонтальных лучей и десятки (а то и сотни) вертикальных электродов. От заземляемого элемента электроустановки, например от опоры воздушной линии электропередачи, горизонтальные лучи прокладывают в двух противоположных направлениях, либо, если лучей не два, а три или четыре, разносят их под углом в плане 120 или 90° (рис. 1). Такое разнесение лучей необходимо для эффективного использования закладываемого металла, так как рядом расположенные заземлители взаимно экранируются и их использование снижается во много раз.

Рис. 1. Схемы искусственных заземлителей:
а — протяженные (горизонтальные) лучи-заземлители: б — то же в разрезе; е, г — контур (сложный заземлитель) из вертикальных и горизонтальных электродов в плане и разрезе: в. е — сложный заземлитель из наклонных и горизонтального электродов в плане и разрезе; 1, 2, 3 — горизонтальный, вертикальный и наклонный электроды заземления соответственно; 4 — вывод от заземлителя (заземляющий проводник). По этой же причине вертикальные заземлители нужно удалять друг от друга на возможно большее расстояние, равное хотя бы длине электрода. Например, если десять вертикальных электродов длиной по 5 м расположить в одну линию на расстоянии по 5 м друг от друга, то коэффициент их использования составит всего лишь 0,47, а если те же электроды расположить для экономии места по замкнутому треугольнику или четырехугольнику, то использование будет еще хуже. То же относится к случаю применения наклонных электродов, которые разносят в плане под равными углами аналогично горизонтальным и погружают в землю под углом около 45° для наилучшего использования. В ряде случаев, указываемых расчетом, неравномерность распределения потенциалов на поверхности земли над заземлителем и вокруг него создает опасные напряжения шага и прикосновения. Для выравнивания потенциалов в таких случаях можно выполнить заземлитель в виде сетки из горизонтальных элементов, прокладываемых в земле вдоль и поперек территории электроустановки и соединенных сваркой в местах пересечений. Размер каждой ячейки такой сетки обычно составляет от 6X6 до 10X10 м. Вокруг опоры BЛ потенциалы можно при необходимости выровнять заземлителем, выполненным в виде концентрических колец, заложенных в грунт и соединенных с опорой. Сетчатый заземлитель снижает напряжения шага и прикосновения до допустимых значений на всей занимаемой им площадке, однако за пределами сетки опасность может сохраниться. Поэтому в опасных местах, например на подходах к территории подстанций или вокруг фундаментов опор ВЛ, укладывают дополнительные заземлители на постепенно увеличивающейся глубине и соединяют их с основными заземлителями. Площадь, отводимая под заземлитель, и расход металла могут быть снижены защитным изолирующим ограждением, сооружаемым вокруг заземлителя. Простейшее ограждение из диэлектрического материала препятствует растеканию тока по поверхности земли, этим снижает напряжение шага по сравнению с напряжением на заземлителе не менее чем в 100 раз и выравнивает потенциал за пределами заземлителя. Вертикальная часть ограждения располагается от уровня поверхности на глубину 0,4—0,6 от глубины заложения верха заземлителя. Отбортовка ограждения (рис. 2) выполнена под углом 60—95° к вертикали и имеет длину, составляющую (0,1—0,15) /S [S — площадь заземлителя (сетки)]. Для устройства ограждения может быть использован любой недорогой диэлектрический материал, обладающий достаточной механической прочностью и имеющий электрическую прочность не менее 1 МВ/м.

Рис. 2. Устройство для выравнивания потенциалов за пределами заземлителя:
1 — контур заземления (заземлитель, сетка); 2 и 3 — отбортовка и вертикальная часть сплошного контурного (кольцевого) ограждения над периметром заземлителя; h3 — глубина заложения заземлителя; hg — высота (глуби» на заложения) вертикальной части ограждения, равная (0,4—0,6)Л3: L — длина отбортовки, равная (0,1—0,15) l^S, где S — площадка, занятая заземлителем; а — угол отбортовки Наиболее подходят для этой цели изоляционные материалы на битумной основе, например бризол, выпускаемый промышленностью из отходов производства и имеющий электрическую прочность не менее 20 МВ/м. При стекании тока / с заземлителя, например с заземляющей сетки, вокруг заземлителя формируется электрическое поле. На поверхности земли возникает электрический потенциал, и напряжение шага может достигать опасных значений непосредственно за пределами заземлителя даже при применении известных способов выравнивания потенциалов. По данному новому предложению геометрические параметры ограждения установлены в результате анализа электрического поля, формируемого заземлителем совместно с диэлектрическим выравнивающим ограждением, и отвечают требованиям безопасности. Устройство применимо для заземлителей любой конструкции и при любых геоэлектрических структурах грунта. Во многих случаях описанные выше заземлители из профильной стали не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к заземляющим устройствам. В засушливых местах трудно добиться стабильной проводимости таких заземлителей, в скальных грунтах их трудно монтировать, а в агрессивных грунтах трудно обеспечивать защиту от коррозии и долгий срок службы. Для таких случаев разработаны конструкции специальных заземлителей. Специальный заземлитель для засушливых районов может быть выполнен, например, в виде железобетонной емкости, устанавливаемой ниже поверхности земли и наполняемой водой через верхний съемный люк. Заземлитель снабжают водораспределительной системой в виде отрезков металлических труб с отверстиями для стока воды, расположенными равномерно по всей длине труб. Трубы покрыты слоем влагопоглощающего материала (бетон, цемент). Скорость фильтрации влаги через бетон в землю устанавливается за счет подбора марки бетона. Это дает возможность избежать частых регулировок увлажнения и сократить трудозатраты, связанные с необходимостью регулярного увлажнения. Вывод от железобетонной емкости к заземляемому оборудованию, например к нейтрали трансформатора, присоединяется к стальным стержням армировки железобетона. Другая конструкция специального заземлителя направлена на сведение к минимуму скорости электролитического растворения заземлителя-электрода, что уменьшает потерю его массы и увеличивает в 5—10 раз срок его службы. Это достигается устранением непосредственного контакта поверхности электрода с электролитом почвы (рис. 3,а).
Заземлитель состоит из токопроводящей засыпки и погруженного в верхнюю часть этой засыпки электрода (токопровода). Нижняя часть засыпки выполнена в грунте и имеет непосредственный контакт с окружающим массивом земли, а верхняя зона, находящаяся выше поверхности земли, заключена в защитный кожух, например в виде цилиндра из гетинакса или другого изолирующего материала. Токоввод погружен в проводящую засыпку, на поверхность которой уложен пресс-диск, компенсирующий усадку проводящей засыпки и улучшающий контакт токоввода с засыпкой. Нижний конец токоввода расположен выше поверхности земли, а верхний соединен с гибким изолированным кабелем, служащим для присоединения к заземляемому оборудованию. Еще одна конструкция совмещает в себе естественный чаземлитель (фундаментную сваю сооружения) и искусственный выполненный в виде металлических пластин, расположенных на поверхности сваи и соединенных с аоматурным каркасом сваи (рис. 3,6).

Рис. 3. Специальные заземлители:
а — засыпной для агрессивных грунтов; б — свая-заземлитель; е — тонкостенный с пластичным сердечником; 1 — электрод; 2— пригрузка (пресс-диск); 3 — заземляющий проводник (вывод к заземляемому оборудованию); 4 — крышка; 5 — верхняя зона засыпки; 6 — изолирующий кожух; 7 — нижняя зона засыпки; 8 — металлическая пластина на боковой поверхности сваи; 9— арматурный каркас сваи и его соединение с пластиной; 10 — съемная наковальня для забивки электрода; 11 — запрессованный полужесткий стержень Свая при этом ограждается от действия электрокоррозионных факторов и от протекания блуждающих токов через бетон сваи, что увеличивает долговечность не только заземлителя, но и фундамента. Проводимость сваи как заземлителя увеличивается почти вдвое, что сокращает работы по устройству дополнительных искусственных заземлителей, особенно трудоемкие при строительстве в условиях многолетнемерзлых грунтов. Свая имеет железобетонный ствол с арматурным каркасом и монтажными петлями, электрически соединенными металлическими связями с каркасом и с дополнительно установленными металлическими пластинами на боковой поверхности сваи. Таким образом, свая представляет собой квадратный заземлитель. При длине сван 8 м расчетное сопротивление растеканию такого заземлителя в грунте с удельным сопротивлением 500 Ом-м составляет 42 Ом. Аварийные токи стекают через заземляющие проводники и через пластины в грунт минуя бетон, так как доля аварийного тока, поступающего через арматуру и с арматуры через бетон в землю, весьма мала по сравнению с током через пластины. Одна из конструкций заземлителей, предложенная за рубежом, показана на рис. 3, в. Цель разработки — уменьшение металлоемкости и облегчение его забивки в грунт. Заземлитель имеет тонкостенную (1—2 мм) металлическую трубку, в которую впрессован полужесткий стержень из пластичного материала, имеющий некоторую жесткость, достаточную для того, чтобы являться структурной опорой упругой тонкостенной трубки. Это обеспечивает возможность некоторого изгибания электрода и обход препятствий (например, небольших камней), встречающихся при забивке электрода в землю. Для повышения срока службы, т. е. для уменьшения коррозии, материалом трубки предлагается нержавеющая сталь. Наконечник, имеющийся в нижнем конце электрода, нужен только для забивки, поэтому нет необходимости изготовлять его из антикоррозийного материала. Форма наконечника может быть острой либо закругленной для лучшего соскальзывания с препятствий, встречающихся в грунте. Вместо изготовления наконечника можно обжать конец трубки с заполнителем. Диаметр и длина электрода определяется параметрами заземляющего устройства для конкретного объекта. Типичным диаметром трубки принят диаметр 15 мм. Предварительный диаметр сердечника, впрессуемого в трубку, должен быть несколько больше, чем внутренний диаметр трубки. Как вариант трубка может быть заполнена текучим материалом, например эпоксидной смолой, полиуретаном или эластомером, затвердевающим внутри трубки. Полужесткий заполнитель располагается внутри стальной трубки по всей ее длине. Более жесткие материалы и более толстые стенки трубки снижают гибкость стержня и уменьшают способность электрода обходить препятствия в грунте, что ведет к поломкам. Чрезмерно пластичные материалы не обеспечивают достаточной прочности стенок, необходимой для забивки на достаточную глубину, принятую около 2,3 м. Для забивки предусмотрена съемная наковальня, имеющая плечо упирающееся в конец трубки, и выступ, сопрягающийся с внутренним диаметром трубки и сердечником.

helpiks.org

Искусственный заземлитель — заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.

Заземляющее устройство (ЗУ) состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть (точку) с заземлителем. Заземлитель может быть простым металлическим стержнем (чаще всего стальным, реже медным) или сложным комплексом элементов специальной формы.

Электроустановки в отношении мер электробезопасности разделяются на:

• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью;
• электроустановки напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью;
• электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью;
• электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью.

В зависимости от технических особенностей электроустановки и снабжающих электросетей, её эксплуатация может требовать различных систем заземления. Как правило, перед проектировкой электроустановки, сбытовая организация выдаёт перечень технических условий, в которых оговаривается используемая система заземления.

Классификация типов систем заземления приводится в качестве основной из характеристик питающей электрической сети. ГОСТ Р 50571.2-94 «Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики» регламентирует следующие системы заземления: TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT.

Для электроустановок напряжением до 1 кВ приняты следующие обозначения:

• система TN — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников;
• система TN-С — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем её протяжении;
• система TN-S — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем её протяжении;
• система TN-C-S — система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то её части, начиная от источника питания;
• система IT — система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены;
• система ТТ — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.

Первая буква — состояние нейтрали источника питания относительно земли

• Т — заземленная нейтраль (лат. terra);
• I — изолированная нейтраль (англ. insulation).

Вторая буква — состояние открытых проводящих частей относительно земли

• Т — открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети;
• N — открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.

Последующие (после N) буквы — совмещение в одном проводнике или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников

• S — нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены (англ. separated);
• С — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник) (англ. combined);
• N — нулевой рабочий (нейтральный) проводник; (англ. neutral)
• РЕ — защитный проводник (заземляющий проводник, нулевой защитный проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов)(англ. Protective Earth)
• PEN — совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники (англ. Protective Earth and Neutral).

fixup.ru

Основные функции

В электротехнике используются такие понятия, как заземление рабочее и защитное. Рабочее заземление применяется с целью обеспечения эффективной и бесперебойной работы установки. Молниеотводы, защищающие электроустановки от небесного электричества и воспламенений, также принадлежат к категории рабочих, поскольку в этом случае заземление никак не ограждает от поражений электрическим током.

Для защиты человека от электротока или удара молнией применяется защитное заземление. Другими словами, защитное заземление выполняется с целью снизить напряжение прикосновения до безопасного уровня. Это особенно важно на электрооборудовании с высоким, опасным для жизни напряжением.
Заземлитель является частью заземляющего устройства (заземления, ЗУ). Он плотно контактирует с грунтом. Один его конец подключен к электроприбору, благодаря чему происходит выравнивание потенциалов прибора и земли, и это защищает от удара током.

Согласно пункту 1.7.28 ПУЭ, заземлением является преднамеренно выполненное электрическое соединение точки электросети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Заземление подключают на всех электроустановках.

Расположение в грунте

Искусственное заземление применяется там, где нет возможности воспользоваться естественным заземлением, либо когда токовые нагрузки на естественные заземлители превышают допустимые нормы. Искусственные заземляющие устройства изготавливаются из стальных конструкций, но если в почвах превышена кислотность, или напротив, она подвержена ощелачиванию, применяются ЗУ из меди или оцинкованного металла.

По форме и структуре искусственный заземлитель похож на классический электрод. Чаще, это стержень, выполненный из стальной полосы или круглого прута. По типу расположения существуют 2 основных вида ЗУ. В горизонтальном типе заземлители укладывают по периметру фундамента на дне траншеи.

Вертикальные заземлители делают из стержней диаметром 12-15 мм и длиной до 4-5 метров. Их забивают в грунт на глубину 0,5-0,7 м.

Допускается расположение искусственных заземлителей под некоторым углом, и тогда понятия вертикальный или горизонтальный становится условным.

Наклонное расположение применяют в том случае, если стена строения расположена под углом к вертикали. Наклон не сказывается существенным образом на выполняемых функциях устройства.

В заземлении электроустановок с высоким напряжением используются так называемые сложные заземлители, в которых вертикальные элементы соединены с горизонтальными.

Когда устройство искусственных заземлителей оказывается на пахотной земле, все электроды должны размещаться на глубине не менее 1 метра. Это позволяет увеличить контакт с грунтом.

Какие требования предъявляются к искусственным заземлителям

Искусственные заземлители не подлежат окрашиванию, так как окраска играет роль изолятора и препятствует отведению электротока в землю. Таким образом, цвет заземлителя должен быть естественным, которым обладает применяемый в заземляющих устройствах, металл. Но места соединения проводников (сварочные швы) должны быть окрашены битумной краской, для предотвращения разрушения.

Нельзя размещать искусственные или применять естественные заземлители вблизи источников тепла, которые сушат землю. Для засушливых территорий существует особая железобетонная конструкция. Заземлитель делают в форме емкости, и помещают ниже поверхности земли. Емкость заполняют водой через люк. Таким образом, в заземлении принимает участие водораспределительная система. Стальные электроды соединены с выводом из емкости. Так обеспечивается оптимальное сопротивление.

Для создания искусственных заземлителей используются следующие материалы с указанными параметрами:

• диаметр стального арматурного прута не менее 10 мм;
• диаметр оцинкованного прута не менее 6 мм;
• в уголках толщина стенок от 4 мм;
• при использовании полосовой стали ее толщина должна быть не менее 4 мм;
• в молниезащитных заземлителях сечение берется от 155 мм2;
• толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5мм.

Только для временных электроустановок можно применять электроды с минимальными значениями. Чтобы заземляющее устройство служило 40-50 лет в благоприятных грунтовых условиях, достаточно выбрать стержни для него на 2-3 мм больше. Во влажных грунтах толщина и диаметры ЗУ должны быть в 2 раза выше минимального.

Из всех названых материалов наиболее оптимальным признано использование круглой арматуры, поскольку расход металла в этом случае снижается в 1,5 раза, уменьшается соответственно и себестоимость заземляющих устройств.

Коррозионная стойкость у круглой стали выше, чем у линейной, потому что у круглого электрода площадь соприкосновения с землей самая малая в сравнении с другими формами ИЗ. Еще одно преимущество состоит в том, что стержневые круглые электроды легче монтируются, экономится время, затрачиваемое на устройство ЗУ.

При заземлении мощных высоковольтных установок применяются контуры, состоящие из горизонтальных лучей, раскинувшихся на сотни метров и нескольких десятков вертикально установленных стержней. Чтобы искусственные заземлители не экранировали друг на друга, лучи разводят горизонтально в противоположные стороны. Если лучей 3, или 4, их располагают под углом 90 и 120 градусов соответственно.

Сопротивление искусственного заземлителя

Чтобы ЗУ эффективно выполняло свою задачу, оно должно иметь сопротивление растекания, не превышающее определенных значений. Данный параметр показывает, насколько хорошо устройство проводит электрический ток.

Для заземляемой электроустановки с напряжением 380В сопротивление искусственного заземлителя не должно превышать 30 Ом. Работающие под высоким напряжением, медицинская аппаратура, серверные блоки, системы видеонаблюдения заземляются с сопротивлением 0,5-1 Ом.

Расчет для искусственных заземлителей производится с целью определить, какое количество вертикальных и горизонтальных токопроводящих стержней должно быть смонтировано для получения оптимального сопротивления.

evosnab.ru

Разновидности заземлителей

При отсутствии естественных заземлителей выполняется монтаж наружного контура заземления, к которому присоединяют соответствующие выводы и клеммы электрооборудования.

Искусственное заземление может быть реализовано с вертикальных или горизонтальных заземлителей. Для вертикальных используют трубы из стали или уголки, которые соединяют друг с другом, в результате чего образуется контур. Соединяющие элементы являются горизонтальными заземлителями: применяется для этого металлические полосы толщиной не менее 4 мм или круглого сечения арматура диаметром от 10 мм.

Горизонтальные заземлители могут быть выполнены в виде металлических полос, заложенных на дно котлованов, подготовленных для строительства фундамента. Располагаются полосы таким образом, чтобы их наибольшая поверхность была ориентирована в сторону земли. Сечение полос – 30×4 мм, может использоваться круглая стальная арматура диаметром 12 мм.

Использовать алюминий для создания заглубленного заземления не разрешается, так как этот металл быстро разрушается в почве от электрокоррозии.

Там, где монтаж горизонтального заземления невозможен (например, из-за отсутствия земельного участка, свободного от асфальта и других коммуникаций), применяется технология глубинного заземления. При этом в одной точке в грунт различными способами вводятся металлические стержни: конец каждого следующего соединяется с предыдущим, образуя заземлитель с большой контактной площадью.

Как выполняется горизонтальное заземление

Технология монтажа заземления проста. Используется для выполнения работ болгарка с кругом по металлу, сварка, кувалда и металлическая щетка для зачистки мест сваривания. Весь процесс состоит из следующих пунктов.

1. Заготавливаем необходимые материалы. Понадобятся:
   • полоса из того же материала 40×4 мм или круглая проволока (арматура) диаметром 10 мм;
   • горяче-цинковые уголки по 2,5 м (сечением 50×50×5 мм – 3-4 шт).
2. Составляем проект, в котором на прилегающей территории предусматривается достаточно места для расположения вертикальных электродов на расстоянии, превышающем их собственную длину (то есть более 2,5 м).
3. Роется траншея шириной около 400 мм глубиной 700-800 мм.
4. В намеченных местах уголки с заточенными верхушками забивают кувалдой, оставляя на поверхности 200 мм.
5. Выполняется сварка контура заземления: полоса металла приваривается к торчащим над землей верхушкам.
6. Производится сварка заземления с проволокой или шиной, проложенной к распределительному щиту или шкафу управления.
7. Сварка полосы заземления с уголками и соединительная проволока покрывается битумной мастикой для защиты от коррозии.
8. Все элементы присыпаются землей, которая затем утрамбовывается.
9. Измеряется сопротивление заземления.
10. Если полученный результат превышает 4 Ом, необходимо добавить еще один вертикальный элемент, который соединяется сваркой с остальной конструкцией.

Монтаж вертикального глубинного заземления

Кроме экономии места, глубинное заземление обладает еще одним преимуществом: за счет контакта с нижними, плотными и насыщенными грунтовыми водами слоями грунта, достигается хорошая проводимость.

Монтаж заземления своими руками осуществляется различными способами. Выбор зависит от свойств грунта в данной местности:

• для рыхлых пород применяется вдавливание, вкручивание и забивка электродов, состоящих из отдельных стержней;
• в плотные и мерзлые грунты электроды погружаются методом забивки или вибропогружения;
• в скальных породах электроды углубляются в специально пробуренную скважину.

Электроды, в зависимости от грунта, используются разные. Они бывают квадратные, уголковые и круглые. Сечение их выбирается для мягких грунтов в пределах 12 – 14 мм (если глубины забивки достаточно до 6 м), для плотных грунтов и значительной глубины забивки (свыше 10 м) сечение электродов должно составлять 16 – 20 мм. Для глубинной забивки используют специальные вибраторы, в других случаях достаточно применение отбойного молотка или мощного перфоратора.

Если о свойствах грунта ничего неизвестно, при монтаже глубинного заземления действуют следующим образом.

1. Заготавливают электроды необходимой длины.
2. Забивают первый отрезок заземлителя и измеряют сопротивление заземления.
3. К верхнему концу забитого отрезка приваривают следующий элемент и забивают его.
4. Вновь проводят измерения так продолжают до тех пор, пока не получат требуемое значение сопротивления заземления.
5. К верхнему концу углубленного электрода приваривают шину или проволоку, другой конец которого заводят в распределительный шкаф или щит.

Для того чтобы обеспечить электротехническую безопасность в доме или на предприятии, необходимо установить заземляющий контур. Земля, является отличным проводником, который заряжен отрицательно, и если корпус мощных электрических приборов соединить с этим проводником, посредством вертикального заземления, то можно не опасаться поражения электрическим током, даже в случае утечки фазного напряжения.

Чтобы осуществить монтаж вертикального заземления, которое бы отвечало всем правилам и стандартам, необходимо ознакомиться с основными принципами правильной установки этого метода электротехнической защиты.

Материалы для вертикального заземления

Как показала практика, лучший вертикальный заземлитель — это стальной круглый стержень, который устанавливается в грунт, непосредственно возле защищаемого объекта. Кроме стального прута, допускается использовать в качестве заземлителя медный провод. Но учитывая высокую стоимость этого материала, его не так часто используют в качестве заземляющего проводника. Одного прута не достаточно для обеспечения надёжной защиты от поражения электрическим током, поэтому стержни помещённые на некотором расстоянии друг от друга соединяются с помощью электросварки.

Для того чтобы осуществить соединение стержней между между собой, необходимо приобрести арматуру, которая приваривается к каждому заземлителю из круглой стали, и вводится в дом для подключения к электрическим приборам и устройствам.

Цена стального стержня невелика, а при наличии электросварочного аппарата, все работы можно выполнить самостоятельно. Стоимость расходных материалов при проведении подобных работ, также не будет слишком большой, поэтому заземление, которое выполнено с использование стальных стержней и арматуры, не потребует значительных финансовых вложений.

Расчёт параметров

Прежде чем приступить к выполнению монтажных работ, необходимо осуществить правильный расчёт параметров заземления. Площадь соприкосновения вертикального заземлителя с породой напрямую зависит от сопротивления грунта.

Если осуществляется в северных районах страны, где грунт промерзает на значительную глубину, площадь соприкосновения проводника с грунтом должна быть более значительной, чем на юге, где грунт не промерзает на глубину более 0,5 метра.

При промерзании грунта его сопротивление резко увеличивается, что негативно сказывается на эффективности заземляющего контура. Поэтому, для обеспечения надлежащего уровня электротехнической защиты в условиях вечной мерзлоты, могут применяться монтажные технологии, отличающиеся от общепринятых.

Если земля полностью промёрзла, то необходимо осуществить бурение на значительную глубину, установить металлические электроды и засыпать отверстие ранее удалённым грунтом.

От породы, в которой необходимо осуществить заземление, также зависит площадь соприкосновения грунта с грунтом и удельное сопротивление вещества.

Наибольшее значение сопротивления в скальном и каменистом грунте. Длина вертикального заземлителя, в этом случае, будет максимальной, для того чтобы обеспечить нормальное прохождение электрического тока в породе. В таких условиях монтаж вертикального заземления, является единственным способом осуществить электротехническую защиту объекта. Наиболее оптимальный вариант установки электротехнической защиты в таких условиях — это применение специального вибратора, который позволяет довольно легко осуществить монтаж стержня в скальном или каменистом грунте.

Если осуществляется монтаж заземления в чернозёме и торфе, то для обеспечения нормального заземления, достаточно погружения электрода на глубину 1,5 метра.

Диаметр вертикального заземлителя должен быть не менее 16 мм. Обычно в качестве вертикальных стержней для заземления, используется металлическая арматура диаметром 18 — 20 мм.

Монтаж оборудования

После того, как будет определён тип грунта, где планируется установка заземления, можно приступать к установке стержней.

Прежде чем устанавливать стержни в землю, необходимо снять верхний слой грунта на глубину не менее 0,5 метра. Обычно такая траншея делается по периметру всего здания. Расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не более 5 метров. Количество вертикальных заземлителей несложно подсчитать, если общую длину траншеи разделить на «5». Например, при общей длине траншеи в 50 метров, количество вертикальных заземлителей составит 10 штук.

Для того чтобы осуществить проникновение стержней в грунт на необходимую глубину, можно их вбить с помощью кувалды. Если грунт мягкий, а длина стержней не превышает 3 метров, то монтаж ручным способом не займёт много времени и сил. Для удобства дальнейшего монтажа, необходимо установить вертикальные стержни в траншее таким образом, чтобы они возвышались от дна на высоте 10 — 20 см.

Если грунт достаточно каменист, можно применить отбойным молоток со специальной насадкой для установки вертикальных стержней.

Оригинальным способом монтажа пользуются в том случае, если есть трактор-экскаватор типа «Петушок». Гидравлический привод управления ковшом позволяет с достаточным усилием воздействовать на вертикально поставленный стержень, чтобы последний полностью вошёл даже в каменистый грунт.

После установки всех вертикальных заземлителей их соединяют между собой горизонтально расположенными кусками арматуры.

Диаметр горизонтально расположенных стержней должен составлять не менее 10 см, иначе не будет достигнуто показание сопротивления на необходимом уровне.

Соединить стержни между собой можно стальной лентой. Ширина ленты должна быть не менее 48 мм, а толщина металла — не менее 4 мм. Сварка должна быть выполнена качественно, чтобы в местах соединения металла не образовался процесс коррозии, который может быть значительно усилен токами, проходящими через сварной шов.

Чтобы обеспечить беспрепятственное истечение электрического тока по проводнику следует обеспечить по всему периметру электрического контура, сопротивление вертикальных заземлителей, равное 4 Ом. Если не удаётся добиться данного идеального показателя сопротивления, допустимо отклонение этого значения до 10 Ом, без ухудшения защитных свойств вертикального заземления.

Если сразу после установки электротехнической защиты её вводят в эксплуатацию, то места, где расположены вертикальные стержни, необходимо полить значительным количеством воды. Таким образом удаётся восстановить структуру грунта, который будет максимально эффективно передавать электрический потенциал от металлических стержней земле.

levevg.ru

Что представляет собой искусственный заземлитель?

В большинстве случаев в роли искусственного заземлителя выступает проводник, изготовленный из стали и помещенный в грунт в горизонтальной или вертикальной плоскости. В некоторых случаях используют целую группу подобных проводников, которые соединяют между собой. В таком случае заземлитель получается сложным. Если же электроды образуют контур, то это уже будет заземляющий контур.

Чем отличаются друг от друга вертикальные и горизонтальные заземлители?

Фактически эти понятия достаточно условны, так как, например, во втором случае, совершенно необязательно, чтобы положение заземлителя в грунте было строго горизонтальным. Однако очень важно, чтобы проводники, образующие собой заземлитель или заземляющий контур, находились на требуемой глубине. Это необходимо для того, чтобы в случае земляных работ они не получили никаких механических повреждений.

Из-за того что поверхность земли на различных ее участках не является достаточно ровной, горизонтальные заземлители должны следовать рельефу поверхности, по возможности в точности повторяя его.

Точно так же вертикальные электроды могут быть установлены не совсем вертикально, а под незначительным наклоном, который, впрочем, не будет оказывать существенного влияния на их работу.

На какую глубину помещают горизонтальный заземлитель?

Горизонтальные заземлители лучше всего прокладывать на глубине приблизительно 0,5 м. Если же земли пахотные, то глубину лучше всего увеличить приблизительно до 1 м. Их следует использовать в тех случаях, когда верхний слой грунта в состоянии обеспечить требуемую проводимость электрического тока.

Как правило, подобные заземлители устанавливаются с помощью специальных аппаратов, поэтому ручной труд здесь практически не задействуется. Следует отметить, что верхние слои почвы зачастую способны сильнее сопротивляться электрическому току по сравнению с более глубокими.

Если же заложить горизонтальный заземлитель слишком близко к поверхности земли, то в этом случае растекание электрического тока по почве будет проходить не слишком равномерно, а на более значительной глубине такой эффект достигается без лишних затрат и усилий.

У горизонтально заложенных проводников сопротивление значительно выше по сравнению с аналогичным проводником, установленным в вертикальное положение. Именно по этой причине чаще всего при проведении электромонтажных работ пользуются вертикальными проводниками.

Лучше всего для этой цели использовать глубинные вертикальные электроды, так как они способны добраться до хорошо проводящих электрический ток слоев грунта.

Как подобрать размеры искусственных заземлителей?

Заземляющие электроды, установленные в почве, а также выводы от них и любые перемычки, должны иметь следующие минимально допустимые размеры:

—              круглая сталь — диаметр 10 мм;

—              круглая оцинкованная сталь — диаметр 6 мм;

—              угловая сталь — толщина полки 4 мм;

—              общее сечение для заземлителей с присоединенной к ним системой защиты от молний — 160 мм2;

—              полосовая сталь — 4 мм, в случае, если сечение составляет 48 мм2 (при изготовлении магистрали заземления сечение должно составлять не менее 100 мм2, а для заземления с молниезащитой — 160 мм2);

—              отбракованные трубы — толщина стенок труб 3,5 мм.

Исходя из чего вычисляются минимальные размеры?

Указанные выше минимальные размеры для электродов в искусственной системе заземления берутся, главным образом, для их использования во временных установках, где условиями коррозии можно пренебречь, так как они не будут иметь решающей роли.

Если же необходимо соорудить систему заземления для постоянной установки, то в этом случае сечение заземлителей нужно выбирать таким образом, чтобы был еще и запас на коррозионное разрушение материалов. Лучше всего способна сопротивляться негативному воздействию коррозионный процессов круглая сталь. Дело в том, что разъедание металла ржавчиной напрямую зависит от поверхности металла, которая будет непосредственно соприкасаться с землей. Из-за того что площадь круглой стали наименьшая, она значительно медленнее разрушается.

Для того чтобы заземлитель надежно функционировал достаточно долгое время, например 40—50 лет, для его изготовления нужно брать материал гораздо большей толщины, чем указанное минимальное значение. Например, если фунтовые условия достаточно благоприятные, то есть не слишком влажные, то диаметр заземлителя должен быть больше всего на 2—3 мм. Если же грунт влажный, то диаметр должен быть больше минимального значения в два раза.

Как устанавливать в грунте искусственный заземлитель?

От заземляемой части электроустановки горизонтальные лучи заземляющего устройства должны расходиться в противоположных направлениях. Если же этих лучей не два, а больше, то лучше всего их располагать под углом друг к другу.

Это делают с той целью, чтобы как можно большая площадь земли использовалась рационально. Если же установить заземлители рядом друг с другом, то они будут экранироваться друг другом, следовательно, их эффективность будет в значительной степени снижена. По такой же причине на значительном расстоянии друг от друга устанавливают и вертикальные заземлители. Вертикальные заземлители лучше всего установить на расстояние, равное как минимум длине самого заземлителя.

Из-за того что потенциалы на поверхности земли могут распределиться не слишком равномерно, вокруг заземлителя будут создаваться опасные напряжения. Для того чтобы выровнять разные потенциалы, заземлитель изготавливают в форме сетки, которая должна быть сделана из горизонтальных элементов. В почве их нужно уложить вдоль и поперек места электроустановки. Также их следует соединить друг с другом с помощью сварки. Как правило, размер одной ячейки полученной сетки составляет от 6 х 6 до 10 х 10 м.

Кроме того, в некоторых случаях потенциалы выравнивают с помощью заземлителя, который изготавливают в форме концентрических колец. Их необходимо поместить в почву и соединить с заземляемым устройством.

Напряжение на поверхности можно снизить за счет сетчатого заземлителя, только в этом случае все равно высока вероятность того, что за пределами этой сетки возможность поражения электрическим током будет сохраняться. В связи с этим нужно уложить дополнительные заземлители, глубина закладки которых должна постепенно увеличиваться. Такие дополнительные конструкции также нужно соединить с основными заземлителями.

Как дополнительно обезопасить участок заземления?

Площадь заземлителя и расход металла можно сократить за счет сооружения специального изолирующего заграждения, которое устанавливается по периметру заземлителя. Следует отметить, что ограждение должно быть изготовлено из диэлектрика. Такой подход позволяет не допустить растекания электрического тока по земной поверхности. Кроме того, ограждение из диэлектрика позволяет выровнять потенциал за пределами заземлителя.

Из чего лучше всего изготовить заграждение?

Для сооружения данной конструкции можно использовать любой материал, не пропускающий электрический ток, также он должен быть весьма прочным с механической точки зрения, а электрическая прочность его должна составлять не меньше 1 МВ/м. Для этой цели лучше всего подойдут изоляторы, которые изготавливают на битумной основе. Например, к ним относят бризол, производимый из отходов производства. Его электрическая прочность обычно бывает не менее 20 МВ/м.

Какие трудности могут возникнуть при изготовлении заземлителя?

Зачастую заземлители, изготовленные из профильной стали, не в состоянии удовлетворить те требования, которые предъявляют к заземляющим конструкциям. Допустим, в засушливой местности достаточно проблематично добиться того, чтобы данный вид заземлителя имел необходимую проводимость электрического тока. В скальных породах затруднен монтаж данного типа заземлителей, а в агрессивной среде очень сложно защитить их от коррозии и одновременно добиться необходимого уровня проводимости электрического тока. Для подобных случаев разработаны специальные конструкции искусственных заземлителей.

Из чего делают заземлитель в районах с засушливыми почвами?

Для засушливых районов чаще всего используется следующая конструкция. Заземлитель представляет собой емкость, изготовленную из железобетона. Ее размещают ниже поверхности земли. Водой такая емкость наполняется через специальный съемный люк.

Такая конструкция оборудуется водораспределительной системой. Она представляет собой отрезки стальных труб, в которых имеются отверстия для стока воды, располагающиеся равномерно по всей длине трубы. Трубы покрывают слоем материала, способного поглощать влагу, например бетоном или цементом. Скорость фильтрации влаги, с которой вода будет просачиваться через бетон и уходить в почву, напрямую зависит от марки бетона. Правильно подобранный бетон позволит сократить затраты усилий, направленных на регулярное увлажнение. Вывод от железобетонной емкости соединяется со стальными стержнями.

Какие отличительные черты иностранной конструкции заземлителя современного образца?

Основная цель данной конструкции состоит в уменьшении металлоемкости и облегчении помещения этого устройства в грунт. Заземлитель в этом случае оснащен тонкостенной металлической трубкой (толщина ее стенок равна 1—2 мм). При этом в нее установлен полужесткий стержень, изготовленный из пластичного материала. Однако его жесткость достаточна для того, чтобы служить опорой для упругой трубки с не слишком толстыми стенками. Данное свойство позволяет заземлителю обходить препятствия, которые встречаются на его пути. Для того чтобы максимально увеличить срок службы данного заземлителя, трубку изготавливают из нержавеющей стали.

На конце, этой трубки имеется конусообразный стальной наконечник, изготовленный из обычной стали. Он предназначен для того, чтобы трубку можно было как можно легче забивать в землю. Если же наконечника нет, то трубку можно попросту обжать в тисках.

Диаметр данной трубки обычно составляет 15 см. При этом диаметр сердечника, который впрессовывают в такую трубку, обычно больше его. Трубку иногда заполняют не полужестким сердечником, а текучим материалом, затвердевающим после заполнения. Чаще всего для этой цели используют эпоксидную смолу, полиуретан или эластомер.

Однако не следует использовать для этой цели слишком пластичные материалы, так как они не способны создать достаточную прочность для стенок трубки, ведь ее придется забивать на относительно большую глубину — приблизительно 2,3 м. Для того чтобы забить такую конструкцию в почву, используют специальную съемную наковальню. В ее конструкции предусмотрено плечо, которое упирается в конец трубки, а также выступ, который соединяется не только с внутренним диаметром самой трубки, но и пластичным сердечником.

www.eti.su

Что выступает в роли искусственного заземлителя

Заземляющий элемент выполняется в виде проводника (электрода) определенного материала, который помещается в грунт. В некоторых случаях монтируется несколько подобных заземлителей.

Определение ситуации, когда необходимо монтировать именно группу искусственных стержней, реализуется посредством специальных расчетов. Результатом вычисления обосновывается выбор конфигурации электрода по отношению к его сопротивлению — основному показателю, определяющему качество заземления.

Важно! Совокупность соединенных искусственных стержней, вмонтированных в землю и объединенных с электрооборудованием при помощи проводника, образует заземляющий контур.

Искусственный заземлитель изготавливается из таких материалов:

1. Омедненная сталь. Соединение меди и стали имеет хорошее сцепление. Стержни прочные, отлично контактируют с любыми материалами. За счет химических особенностей сплав обладает отличной электропроводимостью. Электрохимическая активность меди и стали незначительна, нормальная эксплуатация заземлителей из такого металла может достигать больше ста лет.
2. Оцинкованная сталь. Преимущества — коррозионная стойкость материала, низкое сопротивление, электроды устойчивы к кислотной среде.
3. Черные металлы. Недостаток — быстрое разрушение в агрессивном грунте (образуются коррозия и ржавчина). Высокая прочность материала повышает сопротивление растеканию тока, что крайне опасно для человека.

Помимо материала, искусственные заземлители различается по форме и по расположению в почве (углубленный вертикальный и протяжной горизонтальный тип).

Чем отличаются вертикальные и горизонтальные заземлители

Особого функционального отличия между такими типами электродов нет. При монтаже как вертикального, так и горизонтального элемента важна лишь глубина их погружения.

Стандартные показатели заглубления:

1. Верхний конец вертикально заложенных в грунт заземляющих элементов углубляется на 0,7 м. Укладываются на дно горизонтально, по периметру фундамента. Диаметр электродов — от десяти до шестнадцати мм, длина — до 5 м.
2. Горизонтальные элементы заземляющего устройства углубляются в грунт на 0,5 м. Если земля пахотная, прокладывать их необходимо на глубину не меньше 1 м. Рациональность их применения обоснована лишь при хорошей электропроводимости верхнего слоя почвы. Такой вид электродов может использоваться для связи вертикальных заземляющих элементов. Соединения выполняются при помощи сварки. Применяется или сталь округлой формы диаметром более 10 мм, или стальные полосы толщиной больше 4 мм.

Обратите внимание! Практичнее использовать вертикальные заземлители. Горизонтальные элементы заземления крайне сложно заглубить в почву на необходимую глубину. При небольшой глубине в таких заземлителях начинает ухудшаться основной характеризующий показатель — увеличивается удельное сопротивление.

Конкретного профильного требования, которое регламентирует монтаж заземлителей четко в вертикальном положении, не существует (исключительно рекомендательный характер). Возможен вариант установки вертикального электрода под незначительным углом. Такой фактор не отражается на функциональности заземлителя.

Функции искусственного заземляющего элемента

Согласно пункту ПУЭ 1.7.28, заземление должно быть организованно для всех видов промышленных и бытовых электроустановок. Необходимость установки аргументирована практической значимостью функций системы. Каждой части заземляющего устройства отведена своя задача.

Проводящий элемент или совокупность соединенных между собой аналогичных элементов заземляющего устройства играют важную роль в надлежащей работе всей системы заземления объекта.

Существует две основных функции заземления, которые реализуются при помощи искусственного заземлителя:

1. Обеспечение электрической безопасности пользователям электроустановки. Основные задачи защитной функции — уменьшение показателей разности потенциалов, отвод блуждающего тока. Ток утечки образуется при взаимодействии заземляющего предмета с фазным кабелем.
2. Поддержка эффективной и бесперебойной работы как электрического оборудования, так и всей электроустановки.

Важно! Заземление более эффективно, когда электрическая система объекта оснащена УЗО (устройством защитного отключения) или аналогичными защитными приборами. Такие устройства моментально реагируют на утечку тока.

Искусственный заземлитель имеет ряд требований, реализация которых позволит добиться надлежащего результата выполнения функций. Основа — надежный монтаж и оптимальное расположение в грунте заземляющего элемента.

Как устанавливать искусственный электрод в грунт

Искусственный заземлитель в процессе изготовления неоднократно подвергается проверке на соответствие всем параметрам нормативных требований. Аналогичная ситуация с его установкой и расположением в грунте. Обобщив данные, можно выделить основные моменты производства такого электромонтажа:

1. Процесс установки практически полностью механизирован.
2. Если предусмотрено два протяженных (горизонтальных) луча, от заземляемой части электроустановки электроды прокладываются в противоположных направлениях. При условии, что заземлителей больше двух, прокладка лучей осуществляется под наклоном (угол в 120° – 90°). Обусловлено такое размещение улучшением показателя сопротивляемости.
3. При монтаже заземлителя часто происходит распределение потенциалов. Разница потенциала на поверхности грунта (сверху заземлителя) и вокруг элемента (внутри почвы) служит причиной возникновения опасных напряжений. Для выравнивания потенциалов в таких случаях искусственный заземлитель изготавливается в форме сетки. Горизонтальные электроды прокладываются как вдоль, так и поперек площади электроустановки. Соединения на местах пересечения выполняются сваркой.

Важно! При близком расположении электродов такого типа происходит экранирование. Снижается показатель их эффективности.

Завершающим этапом выполнения заземления обязательно будет работа по измерению параметров сопротивления заземления.

Как определить сопротивление

Согласно нормативной документации, такой показатель считается основным для определения качества заземляющего устройства. Сопротивление регламентирует надежность производства основных функций заземляющих элементов.

Факторы, которые оказывают первостепенное влияние на показатель:

1. Площадь (S) заземляющих электродов с почвой («стекание» тока).
2. Удельное электрическое сопротивление грунта (R).

Существуют стандартные показатели сопротивления растекания, при соответствии которым реализуется эффективная работа заземляющей системы. Определяется уровень проводимости тока устройством.

Обратите внимание! Для электроустановки с напряжением в 380 В показатель сопротивления не должен превышать 30 Ом. Системы видеонаблюдения, серверные блоки и медаппаратура выполняется заземлением с сопротивлением заземляющих элементов в 0,5–1 Ом.

Определение такого показателя проводимости не единичная рекомендация. Существует еще и ряд общеобязательных требований по структуре и монтажу такого элемента заземления.

Основные требования

Большая часть профильных рекомендаций и правил регламентирует конструкцию и размещение такой составной части заземляющей системы. Требования, которым должен соответствовать искусственный заземлитель:

1. Для засушливых территорий существует отдельная технология производства заземления с применением железобетонных конструкций.
2. Искусственный заземлитель не подлежит окраске. Объясняется тем, что любое окрашивание выполняет роль изолятора. Изоляция будет препятствовать протеканию тока в почву. Искусственный заземлитель должен иметь естественный цвет.
3. Окраске подлежат сварочные швы (соединения проводников). Окрашиваются битумной краской, предотвращается преждевременное разрушение соединительных элементов.
4. Нестандартные (уменьшенные) значения электродов применяются исключительно при установке временных электроустановок.

Оптимальным выбором материала заземлителя считается круглая арматура. Обоснование такого приоритета:

1. Минимальный расход металла. Следовательно, снижается себестоимость заземляющего устройства.
2. Коррозионная стойкость у такого электрода значительно выше, чем у его аналогов.
3. Легкость монтажа.

Помимо профильных требований, существует рекомендационная стандартизация параметров (размеров) материала, используемого для создания искусственного заземляющего элемента.

Как подбираются размеры искусственных электродов

Все параметры основной конфигурации проводников в обязательном порядке должны соответствовать нормативным требованиям профильной документации, в частности ГОСТ Р 50571.5.54-2013.

Основные аспекты:

1. Стальной прут в диаметре должен быть свыше 10 мм.
2. Оцинкованный арматурный стержень должен иметь диаметр 6 мм и больше.
3. Соблюдение толщины стенок в уголках — свыше 4 мм.
4. Молниезащитные заземлители применяются с сечением свыше 155 мм².
5. Стенки отбракованных труб монтируются с толщиной свыше 3,5 мм.
6. Толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5 мм.

Правильно подобранные материалы и размеры электродов, применение оптимальной вариации производства такого электромонтажа — основные рабочие моменты заземления, которые влияют на качество работы заземлителя.

Искусственный электрод обладает важным эксплуатационным преимуществом, обусловленным принципом монтажа. Такой вид чаще монтируется глубоко в грунт. За счет грунтовых вод уменьшается показатель удельного сопротивления материала. Итог — реализация оптимальной характеристики и стабильности конечного сопротивления заземлителя.

220.guru