Естественные заземлители, заземляющие контуры и заземляющие проводники

Чтобы получить заземляющие устройства с малым сопротивлением, широко используются так называемые естественные заземли : водопроводные и иные трубы, проложенные в земле, металлические конструкции хорошо связанные с землей и т. п. Такие естественные заземлители могут иметь сопротивление порядка долей ома и не требуют специальных затрат на их устройство. Поэтому они должны быть использованы в первую очередь.

В тех случаях, когда такие естественные заземлители отсутствуют, для заземляющих устройств приходится устраивать искусственные заземлители в виде заземляющих контуров , представляющих собой ряды забитых в землю уголков или труб, соединенных стальными полосами.

Общее сопротивление растеканию заземляющего контура определяется сопротивлением растеканию отдельных заземлителей по известному закону электротехники (как сумма проводимостей параллельно включенных проводников). Однако при контурных заземлителях приходится считаться с явлением так называемого взаимоэкранирования заземлителей. Это явление приводит к увеличению сопротивления растеканию заземлителей, размещенных в заземляющем контуре, по сравнению с отдельными заземлителями (уголок, полоса и т. п.) примерно в 1,5 и даже до 5 — 6 раз (для особо сложных контуров). Чем ближе находятся заземлители один от другого, тем в большей степени взаимоэкранирование влияет на общее сопротивление растеканию. Поэтому отдельные заземлители нужно располагать с расстояниями между ними не менее 2,5 и до 5 м.

Коэффициенты, учитывающие увеличение сопротивления растеканию в результате взаимоэкранирования, называются коэффициентами использования заземлителей. Все части заземляющего контура при протекании через него тока замыкания на землю получают примерно одинаковый потенциал. Поэтому заземляющие контуры способствуют выравниванию потенциалов на занимаемой ими площади . В ряде случаев (например, в установках напряжением 110 кВ и выше, лабораторных высоковольтных установках и др.) они специально для этой цели устраиваются в виде достаточно частой сетки из полос (помимо труб или уголков).

Выполнение сетей заземления облегчается при использовании в качестве заземляющих проводников стальных конструкций различного назначения. Будем называть их условно естественными проводниками.

В качестве естественных проводников могут служить:

а) металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т. п.),

б) металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, галереи, площадки, шахты лифтов, подъемников и т. п.),

в) металлические трубопроводы всех назначений — водопровод, канализация, теплофикация и т. п. (исключая трубопроводы для горючих и взрывоопасных смесей),

г) стальные трубы электропроводок,

д) свинцовые и алюминиевые оболочки (но не броня) кабелей.

Они могут служить единственными заземляющими проводниками , если удовлетворяют требованиям ПУЭ в отношении сечения или проводимости (сопротивления).

В качестве заземляющих проводников в первую очередь применяется сталь. Для осветительных установок и в других случаях, когда применение стали конструктивно неудобно или проводимость недостаточна, используются медь или алюминий.

Заземляющие проводники разделяются на основные (магистральные) и ответвления от них к отдельным электроприемникам.

Заземляющие проводники должны иметь минимальные размеры, приведенные в ПУЭ.

В электроустановках напряжением до 1 000 В с изолированной нейтралью допустимая нагрузка на магистральные заземляющие проводники в соответствии с требованием ПУЭ должна быть не менее 50% допустимой длительной нагрузки на фазный провод наиболее мощной линии данного участка сети, а допустимая нагрузка на ответвления заземляющих проводников к отдельным электроприемникам — не менее 1/3 допустимой нагрузки фазных проводов, питающих эти электроприемники.

Для заземляющих проводников при напряжении как до так и выше 1 000 В не требуются сечения больше 100 мм — для стали, 35 мм2 — для алюминия и 25 мм2 — для меди.

Таким образом, выбор проводников для заземления оборудования достаточно прост, поскольку допустимая нагрузка на различные проводники может быть получена из таблиц ПУЭ или электротехнических справочников.

В цепь однофазного замыкания в сети с заземленной нейтралью входят сопротивления: обмоток (и магнитной цепи) трансформатора, фазного провода, нулевого провода (зануляющего проводника). Трансформатор и фазный провод выбираются по нагрузке и другим факторам, не относящимся к системе зануления.

Для нулевого провода (зануляющего проводника) ПУЭ предписывается следующее требование: его сопротивление не должно превышать более чем в 2 раза сопротивление фазного провода наиболее мощной линии из числа питающих электроустановку или электроприемник (или проводимость должна составлять не менее 50% проводимости фазного провода). Таково второе требование ПУЭ в отношении устройств зануления.

Первое требование в большинстве случаев автоматически выполняется, если обеспечено выполнение второго требования. Таким образом, необходимо главным образом обеспечить требуемую величину сопротивления нулевого провода (зануляющего проводника). Для этого необходимо принять сечение нулевого (зануляющего) провода равным 50% фазного.

Правильный выбор зануляющих проводников имеет особо важное значение для обеспечения безопасности.

Источник

Что можно использовать в качестве естественного заземлителя?

Монтаж заземлителя такого типа производится при соответствии параметров заземляющего устройства с профильными требованиями. При выявлении несоответствующих технических характеристик у заземлителя предусмотрено обязательное доведение их до нормативных. Основой естественного заземлителя может служить металлическая конструкция любого внешнего вида.

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.

Естественный заземлитель используется повсеместно — лишь при необходимости уменьшения потенциалов протекающих по нему токов, которые уходят в землю, предусматривается использование искусственных заземляющих устройств.

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.

Очень распространена технология производства заземления с использованием железобетонного фундамента в качестве естественного заземлителя.

Заземление посредством железобетонного фундамента

Выбор такой конструкции в качестве заземлителя можно осуществить лишь при соответствии физических основ фундамента (гидрофильность бетона) с количественными показателями влажности грунта.

Допускается реализация такого технологического варианта заземления только при условии наличия влажности грунта, на котором находится объект, свыше 3 %. Меньший показатель такой характеристики почвы отразится на гидрофильности бетона: произойдет мощное электрическое сопротивление, железобетонная конструкция потеряет свойства заземлителя.

Естественный заземлитель посредством железобетонного фундамента практичнее применять при таких условиях:

• наличие неагрессивной среды (грунтовые воды с минимальным показателем жесткости);
• отсутствие гидроизоляции;
• наличие дополнительной защиты фундамента (битумное покрытие).

Нормативная стандартизация применения такого типа заземлителя предусматривает варианты, когда его запрещено использовать в системе заземления объекта.

Когда не применяются железобетонные конструкции

Сборный железобетонный фундамент обладает хорошими структурными характеристиками как по прочности конструкции, так и по долговечности. Подводить заземляющий проводник к такому фундаменту не запрещено.

Главное — произвести правильное соединение элементов конструкции. Скрепив между собой арматуру соседних блоков, можно удостовериться в надежности конструкции, а потом приступить к производству заземляющего устройства.

Если выполнить такое соединение нет возможности, лучше прибегнуть к применению искусственного заземлителя. Производить соединения такого типа конструкций нужно с учетом профильной стандартизации производства таких работ.

Принцип соединения железобетонных конструкций

Соединения между деталями производятся, ориентируясь на образование между ними электрической цепи (проходит по металлу). Заблаговременно подготавливаются закладные элементы внутри железобетонных конструкций, посредством которых реализуется соединение технологического или электрического оборудования для последующего заземления.

Наличие болтов, заклепок, сварки или аналогичных соединений позволит смонтировать постоянную коммутационную электрическую цепь. При отсутствии подобных соединений предусмотрен вариант создания аналогичных соединений с использованием гибких перемычек. Эти элементы привариваются к частям конструкции. Стандартизация сечения перемычек составляет 100 кв. мм и выше.

Заключение

Реализуется естественное заземление в соответствии с нормативными стандартами, с учетом внешних и внутренних факторов воздействия, исходя из анализа строительных особенностей объекта.

Естественный заземлитель может выступать в качестве основного заземляющего устройства, но только когда реализуется основная функция заземления — обеспечение надлежащего уровня электробезопасности.

Источник

Что такое естественный заземлитель и для чего он нужен

Преимущества перед искусственным контуром

Заземлитель естественного типа применяется только в том случае, когда он полностью удовлетворяет требования к устройству заземления.

Эти требования установлены п. 1.7.54 ПУЭ, согласно которому при использовании естественных заземлителей сопротивления заземляющих устройств или напряжения прикосновения должны иметь допустимые значения, а на заземляющем устройстве не должны превышаться нормированные значения напряжения и допустимые плотности токов. В этом случае в искусственные заземлители в электроустановках до 1 кВ применять не обязательно. Следует помнить, что при использовании естественных заземлителей в качестве элементов заземляющих устройств не должно происходить их повреждения от токов короткого замыкания или нарушения работы устройств, с которыми они связаны.

Исходя из этого можно сделать вывод, что в большинстве случаев применяются естественные заземлители, при этом искусственные не применяются. Благодаря такой конструкции можно в большей мере сэкономить на материалах, которые используются при создании контура заземления. Помимо этого, силы на монтаж, финансовые расходы будут уменьшены, а использование приспособления будет проще.

Соединение элементов в конструкции

Неважно из чего сделаны детали конструкции, из металла или железобетона, главное то, что они должны соединяться таким образом, чтобы в этих деталях образовалась электрическая цепь, проходящая по самому металлу. Если конструкция железобетонная, то следует дополнительно подготовить закладные детали в ней. Их наличие должно быть на каждом этаже объекта недвижимости.

Благодаря этим закладным деталям в устройстве можно соединить электрическое или технологическое оборудование, которое следует заземлить. Если в зданиях существуют соединения в виде болтов, заклепок или сварки, то их будет достаточно для того, чтобы смонтировать постоянную электрическую цепь. Если же подобные соединения отсутствуют то можно использовать гибкие перемычки, которые приваривают к элементам конструкции. Сечение перемычек должно быть от ста квадратных миллиметров.

Что нельзя использовать из железобетонных конструкций в качестве заземлителей? Если сборный фундамент выполнен из железобетона, то естественный заземлитель к нему лучше не подсоединять. Если есть возможность, то лучше сначала соединить между собой арматуру близлежащих блоков, и лишь потом приступать к изготовлению естественного заземления. Если такое соединение осуществить нет возможности, то тогда лучше всего сделать искусственный заземляющий контур.

Между собой железобетонные конструкции соединяются следующим образом: в случае, если фундамент здания осуществлен из свай, тогда арматуру свай соединяют с блоками фундамента или с арматурой ростверка с помощью электродуговой сварки. Но такая сварка не подойдет для пространственных колон и металлических каркасов. В этом случае применяют точечную сварку.

Железобетонный фундамент как заземляющее устройство

Естественный заземлитель в виде железобетонного фундамента используется только в том случае, когда грунт, на котором располагается строение, обладает влажностью от трех процентов. Если влажность будет меньше, то фундамент строения будет оказывать очень большое электрическое сопротивление, и как результат не будет выступать в качестве заземляющего устройства.

Также железобетонный фундамент применяется как заземлитель еще и тогда, когда на него будет воздействовать любая агрессивная среда. К примеру, это могут быть подземные воды, у которых нет значительных показателей жесткости. Помимо этого, такой фундамент может выступать, как естественный контур заземления, если отсутствует гидроизоляция или его поверхность будет максимально защищена, согласно СНиП и ПУЭ, битумным покрытием.

Железобетонный фундамент не соединяется с заземляющим проводником в том случае, если он расположен в агрессивной среде, потому что это может привести к дополнительной коррозии. Также не рекомендуются использовать основу из бетона, если в самой структуре конструкции существует напрягаемая арматура.

Если просмотреть все озвученные выше ограничения и позволения, то можно сделать вывод, что подобное строение совершенно не подходит для искусственного заземления. Благодаря этому при монтаже рабочего заземления есть возможность сэкономить на проводниках. Ведь они будут располагаться в постройке, соответственно, их длина будет меньше, а это позволит сэкономить материалы и денежные средства.

Также хотелось бы отметить, что естественный заземлитель может быть не только из тех, что перечислены ранее. Существует еще большое количество возможных вариантов. К примеру, согласно ПУЭ п. 1.7.109 (см. Главу 1.7) в его роли может выступать стальной трубопровод (только тот, в котором течет любая негорючая жидкость, о чем говорится в п. 1.7.110 того же ПУЭ) или обсадная труба, что используется в артезианских колодцах.

Перечень всех материалов, которые можно использовать для естественного заземления, а какие нет, предоставлен ниже:

Если все же для безопасности и защиты жилого или офисного здания было принято решение использовать исключительно естественное заземление, то необходимо учитывать следующий важный фактор: электрический ток, который проходит по электрическому заземленному проводу, не должен превышать допустимое значение каждого в отдельности элемента, что входят в состав заземляющего устройства.

Вот и все, что мы хотели рассказать о том, что такое естественный заземлитель и какие материалы можно использовать для организации такого варианта защитного контура. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной!

Рекомендуем также прочитать:

Источник