Естественные и искусственные заземлители

искусственный заземлитель

Если в городской квартире с занулением все более или менее ясно, то обладателям собственного дома есть над чем голову поломать.

Как правило, подвод в такие дома осуществляется посредством ВЛ электропередачи, и щиток (который, как правило, выполнен со всеми возможными нарушениями ПУЭ) в доме не заземлен (да и не может быть заземлен гетинакс или дерево). В таких случаях использовать приходящий N-проводник еще и в качестве PE, мягко говоря, опрометчиво.

При обрыве нулевого провода на линии (на опорах электропередачи он, кстати, в самом низу, за исключением опор, по которым проброшена еще и сеть уличного освещения) при однофазном питании мы имеем обратку на корпусе приборов, а при трехфазном — то же плюс разноименную фазу на нулевом проводнике. При обрыве на линии (дерево, например, упало) мы имеем все шансы получить чистую фазу на нуле (в этом случае выручает защитное отключение при превышении напряжения в сети. См. п. 7.1.21 ПУЭ). В общем, необходимо что-то изобретать с заземлением. Ведро закапывать не советую — если вдруг поможет, то ненадолго. Посмотрим, что по этому поводу говорят ПУЭ:

1.7.39. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а также с глухозаземленной средней точкой в трехпроводных сетях постоянного тока должно быть выполнено зануление. Применение в таких электроустановках заземления корпусов электроприемников без их зануления не допускается.

В обоснованных случаях рекомендуется выполнять защитное отключение (для переносного электроинструмента, некоторых жилых и общественных помещений, насыщенных металлическими конструкциями, имеющими связь с землей).

1.7.70. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

  1. проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывчатых газов и смесей, канализации и центрального отопления;
  2. обсадные трубы скважин;
  3. металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;
  4. металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т. п.;
  5. свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей. Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете заземляющих устройств они должны учитываться при количестве кабелей не менее двух;
  6. заземлители опор ВЛ, соединенные с заземляющим устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ;
  7. нулевые провода ВЛ до 1 кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ не менее двух;
  8. рельсовые пути магистральных неэлектрофицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

1.7.71. Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это требование не распространяется на опоры ВЛ, повторное заземление нулевого провода и металлические оболочки кабелей.

1.7.72. Для искусственных заземлителей следует применять сталь. Искусственные заземлители не должны иметь окраски. Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей приведены ниже:

  • Диаметр круглых (прутковых) заземлителей, мм:
    • Неоцинкованных — 10
    • Оцинкованных — 6
  • Сечение прямоугольных заземлителей, мм2 — 48
  • Толщина прямоугольных заземлителей, мм — 4
  • Толщина полок угловой стали, мм — 4

Сечение горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1 кВ выбирается по термической стойкости (исходя из допустимой температуры нагрева 400°С).

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т. п.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

В случае опасности коррозии заземлителей должно выполняться одно из следующих мероприятий:

  • увеличение сечения заземлителей с учетом расчетного срока их службы;
  • применение оцинкованных заземлителей;
  • применение электрической защиты.

В качестве искусственных заземлителей допускается применение заземлителей из электропроводящего бетона.

Итак, смотрим на возможность использования естественных заземлителей. Если такая возможность есть, то делаем отвод от них. Отвод делаем только посредством сварки. В качестве заземляющего проводника используем полосовую сталь сечением не менее 48 мм2 при толщине не менее 4 мм, или угловую сталь с толщиной полки не менее 2,5 мм. Полосу или уголок заводим в помещение, где можно развести или контур заземления (стальная полоса сечением не менее 24 мм2, толщиной не менее 3мм), или, приварив к полосе (уголку) болт, заводим на него медный проводник (от 2.5 мм2), который и будет PE-проводником.

Изготовление искусственного заземлителя — достаточно непростая задача, хотя бы исходя из объема грунта, который требуется перекидать.

Но прежде чем взять в руки лопату, нам понадобятся некоторые расчеты и некоторые данные.

Для начала нам необходимо знать удельное сопротивление грунта.

Тип грунта Удельное сопротивление
(Ом · м)
каменистый грунт:
граниты, гнейсы 700…106
сланец глинистый, известняк, ракушечник 100…1000
песок при залегании грунтовых вод:
глубже 5 м 1000
до 5 м 500
почва (чернозем и др.) 200
супесь влажная, мергель 150
суглинок полутвердый или лессовидный 100
мел или глина полутвердая 60
сланцы графитовые, мергель глинистый 50
суглинок пластичный 30
торф, глина пластичная 20
вода равнинной реки 50
подземные водоносные слои (разной минерализации) 5…50
морская вода 1

Следует учитывать, что заземлители монтируются на глубине, превышающей глубину промерзания. Скажем, для средней полосы вертикальный стержень забивается из траншеи глубиной более 0.6 м.

Ниже приводятся формулы для расчета сопротивления заземлителей.

Для вертикально заглубляемого стержня, у которого верхний конец находится на глубине до 0,8 м:

где — длина стержня, м; d — диаметр стержня, м; t — расстояние от поверхности земли до вершины стержня, м; — расчетное удельное сопротивление, Ом·м.

где — коэффициент сезона для вертикальных стержней. Для Московского региона =1.6…1.8. Собственно, коэффициент этот зависит от средней температуры летом, зимой и количества осадков в регионе. Чем ниже средняя температура, тем больше коэффициент (для Архангельска 1.8…2.0; для Краснодара — 1.2…1.4).

Сопротивление заземления горизонтальной полосы длиной l (м) и шириной b (м), расположенной на глубине t (м) от поверхности земли, можно подсчитать по формуле:

где .

— коэффициент сезона для горизонтальных заземлителей (для Москвы 3.5…4.5).

Пример 1:

Рассчитаем сопротивление заземлителя из стального прутка диаметром 10 мм, длиной 5 м, забиваемого из приямка глубиной 1 м.

Напоминаю, что сопротивление заземляющего устройства в сети 380/220 должно быть не больше 4 Ом.

Пример 2:

Попробуем произвести расчет реального заземляющего устройства для некоего дома с длиной стены 20 м (пусть он квадратный будет). Для того, чтобы обеспечить наилучшее растекание тока и выровнять потенциал, изготовим наше устройство из шести стержней, рассчитанных выше и забитых равномерно по периметру дома. Стержни будут соединены между собой стальной полосой с шириной стороны 30 мм.

Сначала рассчитаем сопротивление горизонтального заземлителя:

Суммарное сопротивление вертикальных заземлителей равно 40/6=6.7 Ом

Общее сопротивление заземляющего устройства будет равно:

Можно сказать, что уложились. Далее дело за замерами.

Ввод в помещение осуществляется с не менее чем двух разных точек (диаметрально противоположных) заземлителя. Все соединения выполняются только посредством сварки.

Еще один маленький момент. Для того чтобы копать вглубь и вширь, надо иметь четкое и однозначное представление о том, что находится в земле. Даже имея на руках кальку с нанесенными на ней коммуникациями, осторожный человек обязательно пригласит представителей организаций, чьи интересы могут быть, так сказать, задеты. Лицензия на раскопки — само собой. К вопросу о перестраховке… Очень неприятно войти ломом в кабель 10 кВ. Или порвать, к примеру, оптоволоконный кабель. Впрочем, в загородном доме и даче риск наткнуться на «сюрприз» меньше.