Заземление. Что это такое, и как его сделать. Часть 2

Г. Основные способы строительства

Напомню, в прошлой части я остановился на общем подходе.

При строительстве заземлителей чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине таких электродов — у них очень сильно увеличивается сопротивление заземления (ухудшение основной характеристики) в зимний период из-за замерзания верхнего слоя грунта, приводящее к большому увеличению его удельного электрического сопротивления. В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают стальные трубы, штыри/ стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа.

Существует два основных традиционных способа/ решения для строительства заземляющих электродов. Оба базируются на применении вертикальных заземляющих электродов.

заземлителя с грунтом (вот о чём я) достигается большим количеством электродов (многоэлектродный заземлитель). Увеличивать глубину электродов (альтернативный путь увеличения площади контакта) очень затруднительно, т.к. с увеличением глубины увеличивается сила трения между монтируемым электродом и грунтом, а вес кувалды и силы монтажника имеют предел.

При выборе уголков/ штырей и другого подходящего металлопроката необходимо учитывать их коррозионную стойкость и возможность пропускать через себя токи большой величины в течении какого-то времени без расплавления.

Минимальные разрешенные поперечные размеры (сечения) заземляющих электродов описаны в таблице 1.7.4 ПУЭ, но последние годы чаще применяются поправленные и дополненные величины из таблицы 1 техциркуляра 11 от 2006 года ассоциации «РосЭлектроМонтаж».

В частности:

• для уголка или прямоугольного профиля (полосы) из чёрной стали поперечное сечение должно составлять не менее 150 мм² при минимальной толщине стенки 5 мм
• для круглого стержня из чёрной стали минимальный диаметр должен быть 18 мм
• для трубного профиля из чёрной стали минимальный диаметр должен быть 32 мм при минимальной толщине стенки не менее 3,5 мм

коэффициента использования проводимости заземлителя.

Например: десять электродов глубиной по 3 метра, расположенных в линию на расстоянии 3 метра (т.е. на расстояние = своей глубине) друг от друг «работают» на 60% от своей максимальной эффективности. Десять этих же электродов, расположенных на расстоянии 6 метров (т.е. на расстояние = своей двойной глубине) друг от друга «работают» на 75% от своей максимальной эффективности. Стопроцентная эффективность достигается отдалением электродов на расстояния около 30 метров (10 их глубин), что на практике никогда не используется в угоду стремления к адекватной компактности и стоимости монтажа заземляющего устройства.

Г1.3. объяснение «почему так». Грунт, в котором будут монтироваться эти электроды, будет суглинком, обычным для России, с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м.

Расчёты не сложны и проводятся в 3 этапа.

Получаемое сопротивление заземления

1 этап. Для начала необходимо вычислить сопротивление заземления одного заземляющего электрода. Сопротивление заземления одиночного вертикального заземляющего электрода вычисляется по формуле:

R1 составит 27,8 Ом
(при p = 100 Ом*м, L = 3 м, d = 0.05 м (50 мм; для плоских электродов под диаметром понимается их ширина), T = 2 м (T — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода)).

2 этап. Общее сопротивление нескольких электродов в идеальных условиях будет меньше сопротивления заземления одного электрода во столько раз, сколько будет электродов.

Для десяти электродов общее сопротивление будет меньше в 10 раз и составит 2,78 Ом.

3 этап. «Компенсации».
Сезонный коэффициент (увеличения сопротивления заземления в замерзшем зимой грунте) для таких электродов будет равен 2. Коэффициент использования проводимости электродов будет равен 0.6, т.к. расстояние между электродами будет 3 метра (т.е. равное глубине электрода), а их количество — 10 штук. Оба коэффициента увеличивают сопротивление заземления.

Итоговое общее сопротивление заземления вышеприведенных 10-ти электродов будет равно 5,56 Ом летом и 9,27 Омзимой.

Необходимое количество заземляющих электродов

Представим, что наша задача — заземлить телекоммуникационное оборудование и для этого необходимо получить заземление с сопротивлением не более 4 Ом.

1 этап. Всё повторяется. Вычисляем сопротивление заземления одного/ одиночного заземляющего электрода.

R1 составит 27,8 Ом.

2 этап. Количество электродов в идеальных условиях напрямую зависит от необходимого сопротивления заземления с округление в большую сторону («потолок»).

Для достижения 4-х Ом количество электродов получится 7 штук (округление 6,95).

3 этап. «Компенсации».
Сезонный коэффициент (увеличения сопротивления заземления в замерзшем зимой грунте) для таких электродов будет равен 2. Коэффициент использования проводимости электродов будет зависеть от рассчитываемого количества электродов — заранее его не выбрать. Однако можно прикинуть наихудший вариант и, допустив, что электродов будет больше 20, взять для расчёта величину 0,5. Оба коэффициента увеличивают необходимое количество заземляющих электродов.

Итоговое необходимое количество вышеприведенных заземляющих электродов будет равно 28 штук (округление 27,8).Совпадение с сопротивлением заземления одного электрода случайно.

резко повышается концентрация ионов, участвующих в переносе заряда, а следовательно снижается его (грунта) электрическое сопротивление.

При неоспоримом положительном достоинстве такого метода, а также при его простоте и дешевизне — он имеет два огромных недостатка, которые грозят восстановлением заземлителя практически «с нуля»:

• за счет вымывания соли из грунта (дожди, весеннее таяние снега), концентрация ионов падает до естественного уровня за 1-3 года
• соль вызывает сильную коррозию стали, разрушая электроды и заземляющий проводник за 2-3 лет

При таком подходе заземлителем является глубокий электрод (чаще всего одиночный) в виде стальной трубы, размещенной в пробуриваемом в грунте отверстии. Бурение и размещение в отверстии трубы выполняется специальной машиной — буровой установкой (обычно на базе грузового автомобиля).

Большая площадь контакта заземлителя с грунтом достигается большой длиной (вернее, глубиной) электрода. Кроме того, за счет достижения глубинных слоев грунта, в большинстве случаев имеющих меньшее удельное электрические сопротивление, такой способ имеет бОльшую эффективность (меньшее сопротивление заземления), чем первый — при одинаковой суммарной длине электродов.

...на практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности.

удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м.

Расчёт проводится в 1 этап.

Сопротивление заземления одиночного вертикального заземляющего электрода вычисляется по формуле:

R1 составит 3,7 Ом
(при p = 100 Ом*м, L = 30 м, d = 0.1 м (100 мм), T = 15.5 м (T — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода)).

Сравните с результатом в п. Г1.2. Даже при условии однородного грунта одиночный глубинный заземлитель оказывается много эффективнее, чем многоэлектродный, что скажется на огромной разнице в занимаемой этим заземлителем площадки на поверхности.

Но в этой «эйфории» не стоит забывать про стоимость буровых работ, о чём я упомяну ниже в п. Г2.4.

1. От места ввода заземляющего проводника внутрь здания/ объекта на удалении в 3 метра (для безопасного подъезда установки) в сторону перпендикулярно стены копается канава длиной 3-4 метра глубиной 0,5-0,7 метра.
2. Буровая установка производит бурение и установку электрода («обсадная труба»).
3. В канаву укладывается заземляющий проводник от ввода в здание (где расположен электрощит) до электрода. Обычно при таком способе таким проводником выступает стальная полоса 4*50 мм.
4. Полоса качественно (!) длинным швом приваривается к электроду-трубе.
5. Место сварки покрывается слоем битума или антикоррозионной краской, т.к. оно имеет склонность к быстрой коррозии в грунте.
6. Канава засыпается.
7. Снаружи или внутри здания делается переход со стальной полосы на медный провод, подключаемый к электрощиту. Например, как описано в п. Г1.3.

Используемые материалы:

• стальная труба диаметром 100-200 мм с толщиной стенки 3,5-5 мм = 30 метров
• стальная полоса 4*50 мм = около 5 метров
• битум или антикоррозионная краска

Используемый инструмент:

• буровая установка
• лопата
• сварочный аппарат

Используемые ресурсы:

• монтажник, обладающий навыками сварщика

Г2.2.) электрод обойдется в 50-60 тысяч рублей.

Традиция — это прогресс в минувшем; в будущем прогресс станет традицией (Эдуар Эррио)

В конце двадцатого века было разработано решение, которое обладает достоинствами обоих описанных выше способов, не имея присущих им недостатков.

Кроме того, сильное влияние засоления грунта на снижение сопротивления заземления (п. Г1.5.) настолько привлекло внимание инженеров, что было найдено «лекарство» от недостатков этого метода — вымывания соли из грунта и коррозии электродов. Оно породило очень интересный способ строительства заземлителя, применимый там, где пасуют простые металлические электроды — в вечномёрзлых, а также каменистых грунтах.

О них я расскажу в следующей, заключительной, части.

Источник: www.zandz.ru