Заземляющее устройство: что это такое, пример выполнения для частного дома

Измерение сопротивления

Завершающим этапом монтажа конструкции является измерение сопротивления, которым обладают электроды. Этот параметр является главной качественной характеристикой работы заземлительного контура искусственного типа. Он зависит от таких факторов, как площадь электродов и удельное электрическое сопротивление грунта.

Вам это будет интересно Как используется эффект Холла: принципы явления и способы применения

Удельное сопротивление показывает уровень электропроводности грунта, выступающего в роли проводника. В разных почвах оно разное, на его величину оказывает влияние влажность, температура, состав и плотность грунта, а также наличие в нём солей, кислотных и щелочных остатков.

Проверка сопротивления установленного контура происходит с применением специальной техники. Если система содержит разветвления, то сначала делают замеры на отдельных участках магистрали и сравнивают их с показателями на участке, связанном с заземлителем. После этого снимают показания между заземляемыми электроустановками и соотносят их с показателями на ранее проверенных участках.

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.

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).

Влияние изоляции

Показатель удельного сопротивления изоляции способен значительно влиять на характерные особенности трубопровода. Согласно проведенным исследованиям, уровень сопротивления в заземлении трубопровода, использующего битумную изоляцию, может сильно зависеть от разницы потенциалов между грунтом и самим трубопроводом.

Если разница варьируется в пределах нескольких сотен вольт, в дефектных местах может происходить тлеющий разряд, который, в свою очередь, снижает сопротивление заземления. Если разность потенциала находится на уровне одного киловольта и больше, между грунтом и трубопроводом появляется дуговой разряд.

Он, соответственно, сильно снижает сопротивление установленному заземлению. Также может использоваться и переносное заземление, в котором струбцина является основной деталью.

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.

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.

Главные особенности

При обустройстве системы заземления необходимо соединение с грозозащитой здания. С ее помощью полностью исключается возможное воздействие на сырье, транспортируемое внутри.

Это особенно актуально в случаях, когда внутри находится взрывоопасное вещество – газ, нефть, спирт и другие легковоспламеняющиеся материалы.

Чтобы заземлить трубопровод, необходимо присоединить токоотводящую полосу к заземленному металлическому предмету. Для этого применяется медная проволока, поскольку медь считается отличным проводником. На каждые двадцать метров делают как минимум одно заземление.

Если магистраль собрали из бумажно-металлической трубы, металлические оболочки надо соединить между собой, а также с корпусами ящиков, электроприемников или коробок.

При выполнении работ потребуются перемычки, выполненные из голого медного проводника с хорошим запасом гибкости.

Специалисты рекомендуют пользоваться проводниками, сечение которых составляет минимум 2,5 м кв

Причем экономить в этом отношении нельзя, даже обращая внимание на высокую стоимость меди. Достаточно закрепить его на каждом конце труб посредством проволочного бандажа, либо припаяв отвод к корпусу и самой трубе с помощью паяльника

Проверка цепи между заземлителями и заземленными элементами

Контроль заземления включает следующие этапы:

1. Осмотр проводников и соединений на предмет обрыва.
2. Замер переходного сопротивления в разъемных соединениях. Максимально допустимое значение — 0,05 Ом.
3. Проверка наличия цепи специальными приборами.

• Ф4104-М1;
• Р.ЗЗЗ;
• Ф4103-М1;
• МКИ-100;
• М1Ш-101;
• МКР- 200;
• М2Р-300.

Приборы отличаются диапазоном показателей, уровнем помехоустойчивости, областью применения, частотой измерительного тока и прочими параметрами.

Проверка электроцепи заземленный объект – заземлитель осуществляется после:

• монтажа;
• реконструкции;
• ремонта.

Для некоторых электроустановок предписывается проверять наличие цепи с определенной периодичностью (точные сроки указаны в нормативных документах).

От правильности выбора и эксплуатации заземлителя зависит безопасность персонала, работающего с электроустановкой. К настоящему моменту разработаны конструкции для любых условий, эффективно работающие даже в грунтах с самой низкой проводимостью.

Как нельзя осуществлять заземление

Согласно параграфу 1.7.110 ПУЭ, запрещается использовать в качестве рабочего заземления любые виды трубопроводов. Кроме того, запрещено выводить заземляющий кабель наружу и подключать его к неподготовленной контактной площадке на шине. Такой запрет объясняется тем, что каждый металл имеет свой индивидуальный потенциал. При воздействии внешних факторов образуется гальванический пар, который способствует процессу электроэрозии. Коррозия может распространиться под оболочку заземляющего провода, что повышает опасность его оплавления во время подачи больших токов на контур заземления в случае аварии. Специальная защитная смазка предотвращает разрушение металла, но действует она лишь в сухом помещении.

Также ПУЭ запрещает осуществлять поочерёдное заземление электроустановок друг с другом, подключать более одного кабеля на одну площадку заземляющей шины. Если пренебречь такими правилами, то в случае аварии на одной установке она будет создавать помехи в работе соседа. Такое явление называется электрической несопоставимостью. При неправильном подключении рабочего заземления работы по устранению недостатков опасны для жизни.

Из рассылки

Короткое замыкание Автоматы защитыЗащита от токовой утечкиКак расключать распределительный электрощитСерия рассылок: «Умные устройства». 1. Диммер- что это такое и как можно использоватьСерия рассылок: «Умные устройства». 2. Блок защиты, датчик движения, таймер отключения и еще кое-чтоКак управлять включением/выключением электропотребителей из 2-х, 3-х, 4-х, … мест. Реализация: двухпроводная система с применением бистабильного релеКак защитить бытовую технику от перенапряжений и индустриальных помех в сети электропитания. Стабилизация напряжения.Автоматизация водоснабжения в частном домеВключение потребителей (например, нагревательные установки) по заданной временнОй программеВключение света, звукового извещателя или видеокамеры при появлении движущегося объекта в зоне действия датчикаЗащита галогенных ламп и ламп накаливания от перегорания, продление их службы в несколько разВключение/выключение света (и не только) в зависимости от времени суток (сумерки/рассвет)Отключение питания от потребителя в случае превышения потребляемой мощности. Защита от несанкционированного подключения к питающей сетиОтключение от электропитания неприоритетной цепиКак имитировать присутствие человека в помещении путем включения/выключения света через случайные промежутки времениКонтроль и поддержание заданной температуры в помещенииКак заставить работать вентилятор в санузле после отключения освещения на установленный отрезок времени

Естественный заземлитель: что можно использовать

Стандартизация применения заземлителей в электроустановках зданий регламентируется в материалах следующей документации:

1. ПУЭ 7-е издание Раздел 1 Глава 1.7.
2. ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96).
3. ГОСТ Р 50571.22-2000 (МЭК 60364-7-707-84).
4. ГОСТ Р 50571.10-96 (МЭК 364-5-54-80).

Основным требованием при применении естественного контура выступает его устойчивость к протекающим токам короткого замыкания. Исключается вариант возможного нарушения работоспособности связанных с заземлителями устройств.

Естественный заземлитель предусматривает строение конструкции, которая постоянно находится в земле. В качестве заземляющих устройств такого типа принято использовать:

1. Металлическую или железобетонную конструкцию (арматура, железобетонные фундаменты объектов, находящиеся в соприкосновении с почвой).
2. Водопроводные трубы из металла, проходящие под землей.
3. Трубы буровых скважин обсадного типа.
4. Металлические сваи (шпунты) ГТС.
5. Оболочки металлического состава различных бронированных кабелей, проходящих под землей.
6. Железнодорожные колеи неэлектрифицированных дорог при обязательном наличии перемычек.

Соответствие требованиям ПУЭ по соотношению сечения проводимости — общеобязательный аспект выбора любого устройства в качестве заземляющего элемента. Естественный заземлитель соединяется с заземляющей магистралью электроустановки в двух и более местах.

В качестве естественного контура запрещено применять:

1. Конструкции металлических труб горючих или токсичных веществ, газов.
2. Трубы с коррозионно-стойкой изоляцией.
3. Проводники отопительных систем или канализационных магистралей.

Особенности установки

Для того чтобы искусственная заземлительная конструкция эффективно выполняла защитную функцию, она должна быть правильно установлена с применением техники и специального оборудования. При укладке двух горизонтальных электродов от заземляемой части установки их необходимо располагать в противоположном направлении. Если количество заземлителей больше двух, их монтаж требуется проводить под наклоном в 90−120 градусов. Таким образом удастся достичь улучшенного показателя сопротивляемости деталей.

В процессе установки происходит распределение электрических потенциалов. Наличие существенной разницы показателей на поверхности земли и внутри неё повлечёт за собой возникновение опасных напряжений. С целью предотвращения такой ситуации и выравнивания параметров применяется искусственный заземлительный элемент в виде сетки, когда горизонтальные электроды располагаются вдоль и поперёк, а места их пересечений фиксируются сваркой.

Заземлители искусственного типа должны иметь естественный цвет, их нельзя окрашивать, поскольку это приведёт к образованию изоляционного слоя. Он ограничит протекание электричества в грунт. Покрывать битумной краской разрешается только места соединения проводников, обработанные сваркой. Такое покрытие защитит элементы от раннего разрушения.

Самой простой и эффективной (с точки зрения монтажа и эксплуатации) считается установка круглой заземлительной конструкции. Она имеет низкую себестоимость, поскольку для её изготовления требуется минимальное количество материалов. Коррозийная устойчивость круглого контура значительно выше, чем контуров другой формы.

Технологии заземляющих устройств

Есть несколько способов изготовления контура заземления.

Чаще всего, используют две из них:

1. Модульно-штыревое заземление.
2. Традиционное заземление.

Конструкция модульного заземления

Для ее устройства используют стержни, из покрытого медью качественного металла. Их вертикально забивают в грунт на глубину около 1 м, диаметр стержней 14 мм. По краям стержня нарезают по 30 мм резьбы и так же покрывают ее медью.

Металлические части конструкции соединяют вместе латунными муфтами. По горизонтали их соединяют стальными полосами с латунными зажимами или используют для этого комплект медного провода. Также, устраивают соединение контура заземления и щитка-распределителя. Для защиты элементов заземления от коррозии, в комплект входит защитная паста.

Традиционное заземление

Изготавливают такую систему из черного металла: полос, труб, уголка. На 3 м в грунт, с промежутком 5 м вбивают треугольником три металлических электрода. Далее, электроды соединяют в общий контур, используя металлическую полосу и электросварку.

Такое заземление имеет несколько отрицательных свойств (к примеру, трудоемкость создания контура и коррозия, разрушающая металл изделия), по этой причине, в наше время вместо нее стараются использовать более совершенный способ заземления.

Естественные заземляющие элементы

Чаще всего, их используют для заземления электрического оборудования. В качестве естественных заземлителей применяют металлические элементы различных ЖБ конструкций, к примеру, фундаменты подстанций и линий электропередач и фундаменты строений.

Дополнительно, для естественного заземления подключают части подземных коммуникаций, изготовленных из металла, к примеру, подходит броня кабелей и всевозможные трубопроводы, иногда допустимо подключать и наземные коммуникации, к примеру, подойдут для этой цели рельсовые пути.

Устройство штыревого заземления

Основной составляющей этого типа заземления является вертикальный составной электрод из стали. Отдельные элементы представляют собой стальные штыри, с обмеднением по внешней поверхности. На обоих концах штыря размещена резьба, которая служит для соединения штырей между собой и для накручивания наконечника на начальный.

Соединение штырей заземления между собой подлежит дополнительной обработке. Перед установкой штыря на резьбу наносится токопроводящая смазка, после чего на нее накручивают острие и насадку для вибромолотка. После чего штырь для заземления вбивается в почву, насадка скручивается и переносится на следующий штырь. Он с помощью муфты накручивается на уже вбитый. Обязательно нанесение на резьбовые поверхности токопроводящей смазки. Таким образом, электрод наращивается до нужной глубины. В процессе наращивания необходимо контролировать его сопротивление. Контроль осуществляется использованием специальной аппаратуры, предназначенной для замера сопротивления.

По окончанию забивки на концевую резьбу последнего элемента одевается так называемый сжим, который служит для фиксации токоотводящего кабеля к ГЗШ. Он, как правило, выполнен из нержавеющей стали.

Реже  для соединения применяется разъёмное соединение «в штырь», сварка для соединения электродов не применяется, в ответ нагреву вызывается обгорание гальванопокрытия.

Модульная система безопасности требует для своей установки небольшую площадь, кроме того может осуществляться одним человеком. Повторное заземление служит наиболее частым типом использования этой системы.

Назначение и принцип работы

Рабочее или функциональное заземление создается не для защиты, а для нормальной эксплуатации установки. При его создании делают так, чтобы установка контактировала с землей. Основное назначение — сведение к нулю вероятности поражения током при соприкосновении человека с корпусом установки или с ее токопроводящими элементами, которые находятся под высоким напряжением.

Такая защита используется в электросетях с 3-фазной системой распределения электрического тока.

Между корпусом электрической установки и грунтом уменьшается напряжение. Его величина становится менее опасной. В том случае, если корпус электрической установки не будет иметь рабочего заземления, прикосновение к нему приведет к тем же последствиям, что и контакт с фазным проводом. С учетом того что электрическое сопротивление обуви и пола невелико по сравнению с сопротивлением почвы, ток может стать опасным.

Если все будет функционировать правильно, то ток, который пройдет через тело человека, не нанесет никакого вреда. Напряжение в этом случае тоже будет небольшим: почти вся энергия уйдет в грунт. Поспособствует этому заземляющий проводник — по-другому он называется заземлителем.

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.

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).

Искусственный и естественный заземлитель: преимущества

Искусственный контур специально выполняется для реализации заземления. Производятся соответствующие расчеты, определяется, какое оптимальное количество стержней необходимо смонтировать для реализации надлежащего сопротивления. Работа трудоемкая, требуется закупка определенных материалов для создания конструкции.

Примеры специальных заземляющих устройств:

• железные балки, трубы, стержни или уголки, монтируемые в землю;
• разной формы стальные полотна, которые закладываются в грунт.

Преимуществом электромонтажа заземления с применением естественного заземляющего устройства выступает его бюджетность:

• минимальные затраты на материал;
• монтаж заземляющего контура не требует значительных капиталовложений.

Качество заземления

Выше уже говорилось о том, что тип грунта и материал для системы влияют на качество заземляющего контура. Но кроме этого есть еще несколько позиций.

Площадь заземления

Сразу скажем так, чем больше площадь заземления, тем его качество выше. Поэтому, когда стоит вопрос, что использовать: стержень заземления или пластину, то выбирается второй вариант. Почему? Все дело в ее большей площади. Площадь соприкосновения у пластины для заземления в разы больше, чем у штыря. При этом данную площадь можно, в принципе, увеличивать до бесконечности. А это большой плюс. Для этого обычно используют пластины «PTCE» из сплава никеля и меди.

Поэтому чаще всего, когда планируется заземление высоковольтных линий, к примеру, опор ВЛ 10 кВ, используется именно пластинчатый вариант (PTCE). Хотя показатель площади можно увеличить и по-другому. Можно просто использовать стержень заземления, только не один, а несколько, обвязав их вокруг опор ВЛ 10 кВ контуром из хорошего проводника. Вот почему в частном домостроение используется контур из трех или четырех штырей. Для ВЛ 10 кВ количество может быть увеличено до бесконечности. Для производственных мощностей не обязательно применять квадрат или треугольник, здесь может быть использована линейная структура. Главное – побольше стержней установить на линии.

Чем больше больше площадь заземления, тем выше его качество

Есть еще один вариант увеличения площади контакта с грунтом. Это увеличить размеры штырей. То есть, сделать их длиннее и толще. Кстати, такой вариант используется, если верхние слои грунта имеют высокое сопротивление, а нижние, наоборот, низкое. Такое глубинное заземление прекрасно работает даже в том случае, если устанавливается один металлический штырь. Правда, для 10 кВ линий придется количество заземляющих проводников увеличить, один ничего здесь не решит. Но лучше установить PTCE.

Расчет заземления

Не будем останавливаться на этом разделе долго. Все дело в том, что рассчитать заземление непросто. Существует достаточно большая и сложная формула, по которой и производится расчет. Но, как показала практика, ее конечный результат – всего лишь неточная цифра. Почему? Потому что все зависит от типа грунта. Наша земля во многих участках – слоеный пирог из разных наполнителей. Поэтому точно определить, где и какой слой находится, можно только по специальной карте геологической разведки.

Вот почему выбирая глубинное заземление, необходимо ориентироваться на максимальный показатель, подставляя в формулу разные величины сопротивления грунта.

Выбор стержней для модульно штыревого заземления

Обычно они идут омедненные стандартной длины 1,5м. Для подвалов, где низкие потолки,  можно взять и покороче – 1,2м.

Самый распространенный диаметр стержней – 14мм.

Говорят, что чем выше пятно контакта с землей, тем лучше. Безусловно это так. Но не ждите каких-то супер улучшенных характеристик по сопротивлению при увеличении сечения.

Согласно формуле расчета заземления для одиночного вертикального заземлителя, диаметр не шибко влияет на общий показатель.

Даже если вы его увеличите на 100%, то сопротивление уменьшится всего на 9%.

Не то, что вы ожидали, правда? Поэтому особого смысла переплачивать и покупать максимально толстые штыри нет.

Берите минимально допустимые по нормам.

Помимо омедненных, есть еще один вид стержней с резьбой — безмуфтовые оцинкованные. В них стержень просто вворачивается один в другой. На краю одного штыря находится наружная резьба, на другом внутренняя.

Что лучше, медь или цинк однозначно сказать нельзя. Каждый производитель всегда нахваливает именно свою продукцию.

Однако имейте в виду, что медное покрытие хотя и устойчиво к коррозии, но только до тех пор, пока его не повредили.

А поцарапать его можно очень легко. Например, при использовании газовых ключей, затягивая соединительные муфты.

Либо при вхождении в каменистую почву, сковырнув верхний слой острыми гранями камешков.

В этом случае медный защитный покров разрушается и место царапины начинает активно окисляться. Далее происходит постепенное, но неумолимое разрушение стального сердечника, вследствие чего резко ухудшается общее сопротивление всего контура.

Именно поэтому медное покрытие должно быть как можно толще. Рекомендуемое значение – не менее 0,25мм (включая резьбу!).

С цинком все наоборот. Такие штыри не особо боятся внешних повреждений. В них цинк по отношению к стальному сердечнику является восстановителем.

Поэтому здесь корродировать в первую очередь будет цинк, и только затем сталь. И пока весь цинковый слой не испортится, стальной сердечник будет чувствовать себя хорошо.

Тем не менее гарантийные сроки работы, указываемые производителями примерно следующие:

омедненные стержни – 30 лет

оцинкованные – от 20 до 30 лет

Еще бывают комплекты из нержавейки.

Такие предназначены для тех, кто вообще не экономит на электрике и хочет сделать контур, что называется “на века”.

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.

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

История создания

До появления современных анодных заземлителей применялись «жертвенные электроды» старого типа или установки катодной защиты. Охраняемый объект играл роль катода, а заземление — анода. В результате металлические конструкции служили дольше, но анодный заземлитель быстро повреждался и требовал замены.

Ранее такие аноды располагались горизонтально, но в условиях города такой подход трудно реализовать.

Решение проблемы придумал Роберт Кун, предложивший ставить заземлитель на большую глубину и вертикально. При первой проверке в 1952 году удалось установить анод на 90 метров.

Со временем специалисты пришли ко мнению, что такой способ защиты металлических конструкций лучше подходит для условий города.