Электрод заземления

Контуром заземления называют находящееся в земле соединение горизонтальных и вертикальных заземлителей (электродов).

Совокупность помещённых в грунт электродов и заземляющего провода, который соединяет данный контур и главную заземляющую шину (ГЗШ) являет собой заземляющее устройство (ЗУ). Важнейшей характеристикой ЗУ является переходное сопротивление (металлосвязь) и сопротивление контура растеканию токов в земле.

От качества выполненных работ зависит заземление каждой розетки в доме и надёжность молниезащиты.

Расчет контура

Сопротивление контура заземления зависит от:

•  параметров заземлителей: длины, площади контакта, количества электродов, расстояния между ними;
•  длины соединяющих заземлители проводников;
•  удельного сопротивления грунтов;
•  влажности почвы;
•  солёности грунта;
•  температуры времени года;

Чтобы правильно выполнить все расчеты, необходимо иметь инженерное образование, и разобрать множество формул.

Из практического опыта известно, что ни одна из методик расчета не учитывает в полной мере все факторы, поэтому после выполнения работ результаты измерений практически всегда неожиданны. Поэтому часто пользуются типичным проектом, проверяя соответствие параметров у готового контура.

Естественно, что в отношении контура заземления для электростанции или большого производства расчеты обязательны, но для бытового использования можно выбрать подходящую схему заземляющего устройства и качественно её воплотить в металле, правильно выбрав место установки.

Даже без произведения расчётов из таблицы можно понять, какой тип грунта будет лучше всего для заземляющего устройства.

Как правило, в частном секторе для заземления используют одноконтурную схему, которая состоит из трёх вертикальных штырей, труб или уголков, соединённых между собой стальными полосами.

Соединение электродов в заземляющем устройстве выполняется в виде горизонтального равностороннего треугольника с вертикальными заземлителями, находящимися на его вершинах.

Такой проект заземляющего контура подходит для большинства небольших коттеджей и дачных домиков, получаемых однофазное энергоснабжение, выполненное по схеме TN-С-S, с повторным заземлением и разделением совмещённого нулевого провода PEN системы TN-С.

Но намного более надёжной будет схема с несколькими контурами, из-за того, что в одном месте свойства грунта могут измениться, он может высохнуть в жару, или промёрзнуть зимой, также вследствие проведённых рядом земляных работ могут измениться подземные водяные потоки.

Наиболее лучшей схемой традиционного заземляющего контура является кольцевая, или прямоугольная, обустроенная вокруг дома.

Внутренний контур является ГЗШ и обеспечивает более рациональное подключение защитного провода PE к розеткам и корпусам электрооборудования. Для обустройства внешнего контура необходимо отойти от здания на расстояние не менее полторы – двух метров. Такую же схему используют для контура заземления трансформаторной подстанции.

Для более сложных зданий горизонтальные заземлители прокладывают по периметру фундамента, на отдалении, требующемся, чтобы не вызвать осадку грунта при земляных работах.

Также применяют контур заземления в виде сетки.

Земляные работы

Поскольку контур заземления прокладывается в земле, то без земляных работ не обойтись.

Копают траншеи или яму глубиной ниже полуметра, вбивают в дно вертикальные электроды и прокладывают горизонтальные заземлители также по дну, соединяя в единый контур.

 

Засыпают траншею однородным грунтом без камней и мусора, утрамбовывая. Часто при прокладке вводной подземной линии электропередач, чтобы сэкономить на земляных работах, прокладывают горизонтальный линейный заземлитель в данной траншее, с установкой вертикальных электродов.

В данном случае необходимо будет поверх установленного заземляющего контура насыпать подушку из грунта, плотно утрамбовав, после чего насыпают прослойку из песка, для прокладки кабеля. Самое главное при данных обстоятельствах проследить, чтобы выступающие части заземлителей не соприкасались и не повредили кабель.

Независимо от типа ЗУ, его установка должна производиться ниже точки промерзания грунта, из-за того, что замерзшая вода в почве в виде льда перестаёт быть проводником, и заземление теряет эффективность.

Данное обстоятельство не имеет никакого значения в случае применения глубинных заземлителей, которые устанавливаются в скважинах на значительную глубину 20-50 м.

Материалы заземлителей и заземляющего проводника

Применяют для электродов стальной металлопрокат, или медные проводники. Не допускается применение алюминия в качестве электродов. Использовать алюминиевый кабель в качестве заземляющего проводника допускается лишь в изоляции, защищающей жилу от коррозии, но в этом случае придётся уделить повышенное внимание герметизации болтового соединения.

Для соединения электродов применяют тот же вид металлопроката, что и при сборке заземлителей.

Использование заземлителей, покрытых медью.
В данной таблице не указан сравнительно новый, инновационный материал для заземлителей –омеднённые прутки, покрытые тонким слоем (0,275 мм) меди.

Для данного материала следует применять параметры, указанные для оцинкованной стали.

Выпускаются такие заземлители в виде комплектов для быстрого монтажа заземляющего устройства.

Примечательно, что с их помощью можно монтировать глубинные заземлители без бурения скважин – на первый штырь навинчивается острый наконечник, который облегчает прохождение электрода в грунт.

При помощи соединительной муфты прикручивается ударопрочная головка, Не дающая металлу и резьбовому соединению разрушаться при ударах.

По мере углубления, головку отвинчивают, вкручивают новый стержень, на него прикручивают другую муфту, снова присоединяют головку и продолжают процесс забивания модульного заземлителя до требуемой глубины.

Часто для облегчения работ, вместо кувалды используют вибромолот. К последнему штырю крепят заземляющий провод или горизонтальный заземлитель, прокладываемый в виде полосы, покрытой медью, при помощи специального хомута.

Такой монтаж позволяет обойтись без сварочных работ, производится достаточно быстро. Минусом может быть недобросовестная затяжка болтов, поэтому в месте крепежа будет не лишним предусмотреть небольшие колодцы для проведения технологического осмотра и подтяжки соединений.

Контур заземления из стального металлопроката

Наиболее подходящим видом проката в качестве материала для вертикальных заземлителей будет уголок или труба (круглая или профильная). Для облегчения забивания уголок или трубу надрезают под углом 30-45º.

Больший угол затруднит прохождение плотных слоёв грунта, а при меньшем возможно загибания металла на кончике. Забивают заземлители в дно траншеи или ямы при помощи кувалды или вибромолота. Металл от ударов кувалды неизбежно расклепается, но это не страшно – главное хорошо проварить место соединения вертикального и горизонтального заземлителя.

Проверка контура заземления

Проверяют сварные швы, простукивая их молотом, а затяжку гаек при помощи ключа. Измерять сопротивление должны производить специалисты лицензированной электрической лаборатории, они же выдадут акт.

В системе TT чем меньше сопротивление, тем лучше, но в отношении TN-С-S не стоит, чтобы сопротивление было меньше чем у трансформаторной подстанции – 4 Ом, иначе вся нагрузка на заземление воздушной линии ляжет на данный домашний контур.

Оборудование для измерений слишком дорого, поэтому существует народный метод – в идеале контур должен обеспечивать работу домашних электроприборов на максимально возможном для автомата токе. Для этого один провод от переносной розетки подключат к фазе, а другой к контуру заземления, и в розетку включают нагрузку.

На практике контур считается хорошим, если подключаемый между фазой и заземлением электронагревательный прибор мощностью 2 кВт будет исправно работать, и падение напряжения между фазой и заземлением будет не больше 10 В. Но надо быть очень осторожным, проводя такие манипуляции и не находиться в этот момент вблизи контура.

infoelectrik.ru

Электроды-заземлители забивают в грунт машинами специального назначения (см. ниже), или приспосабливают для этого серийные электрические и пневматические молотки, электротрамбовки, бензоперфораторы, легкие копры, вибраторы и другие механизмы ударного и виброударного действия, а также и ручные приспособления для монтажа единичных заземлителей в удаленных местах.

При забивке можно применять стальные электроды любого профиля — уголковые, квадратные, круглые, однако наименьший расход металла (при одинаковой проводимости) и наибольшая устойчивость к грунтовой коррозии (в случае равного расхода металла) достигаются при использовании стержневых электродов из круглой стали.

При забивке в обычные грунты на глубину до 6 м рационально и экономично применять стержневые электроды диаметром 12—14 мм.

и требуемой глубине до 10 м, а также при забивке коротких электродов в особо плотные грунты необходимы более прочные электроды диаметром от 16 до 20 мм. С помощью ударных механизмов трудно забить электроды глубже, чем на 10 – 12 м. Для этого рациональнее применить механизмы ударно-вибрационного действия — вибраторы, с помощью которых электроды легко погрузить даже в промерзший грунт, теряющий свою прочность под воздействием вибрации.

Вибраторами можно погрузить электроды значительно глубже, чем при ввертывании и вдавливании. Это особенно важно для грунтов с высоким удельным сопротивлением (порядка 1000 Ом) и глубоким уровнем грунтовых вод (более 9 м), например для сухих песков, в которых сопротивление электрода по мере заглубления снижается очень резко:

• Глубина забивки электрода, м . . . 3,5 5 7 9 11 13 15 18
• Сопротивление растеканию. Ом . . . 300 250 150 110 85 45 20 10

Из этих цифр видно, что один вертикальный электрод, погруженный на глубину 18 м, будет иметь примерно такую же проводимость, что и 30 электродов, погруженных на глубину 3,5 м. Учитывая перемычки, необходимые для соединения коротких электродов, металла понадобится гораздо больше, значительно повысятся и затраты труда и стоимость заземляющего устройства, а проводимость ввиду взаимоэкранирования коротких электродов может оказаться даже хуже, чем у одного глубинного электрода.

Если при проектировании грунт не зондировали и электрические характеристики грунта неизвестны, то во избежание лишней работы монтаж глубинных заземлителей рекомендуется проводить в следующей последовательности:

• подготовить отрезки электрода. Их длину принять соответственно конструкции используемого механизма;
• забить нижний отрезок электрода;
• измерить сопротивление растеканию забитого отрезка;
• приварить следующий отрезок электрода;
• забить второй отрезок и снова выполнить измерение;
• работу продолжать до достижения нужной проводимости.

Механическим вибратором, навешенным на трактор (рис. 1,а), погружали электроды из круглой стали диаметром 18—20 мм на глубину до 18 м. На том же тракторе установили и сварочный генератор.

 

Механический вибратор массой 8 кг имеет круглый корпус диаметром 100 мм, в котором на двух подшипниках вращается дебаланс. Посредством промежуточного бойка, прикрепленного к корпусу на спиральных пружинах, и трубчатого наконечника удары передаются на погружаемый электрод.

Вибратор подвешен к трактору на легкую откидную укосину. Во вращение он приводится двигателем трактора через дополнительно установленное сцепление и гибкий вал диаметром 16 мм. Данная конструкция вибратора не уравновешена в горизонтальной плоскости, и поэтому длина погружаемого отрезка определяется высотой подвески вибратора к укосине.

и уравновешенной конструкции электрод, пропускаемый через эту конструкцию, мог бы быть цельным, однако перевозка по бездорожью и установка для погружения длинных прямых стержней затруднительна, а выполнение сварочных работ на месте необходимо во всех случаях.
Отсутствие силовых передач или движущихся частей в вибраторе, кроме единственного массивного дебаланса, делает его исключительно надежным. В рабочей зоне нет открытых движущихся частей, и нет сжатого воздуха и электрического напряжения. Это повышает безопасность работающих.

За один прием погружали отрезок электрода длиной 2—2,5 м, потом вибратор поднимали, наращивали сваркой следующий отрезок и продолжали погружение до достижения достаточной проводимости заземлителя. Цикл работы — погружение электрода на 2,5 м и его наращивание — в зависимости от плотности грунта и достигнутой глубины занимал от 2 до 7 мин.

В других случаях используют электровибратор, подвешенный к крановой стреле, смонтированной на автомобиле (рис. 1, б). Для выполнения сварочных работ в кузове машины установлен сварочный трансформатор, а для электропитания трансформатора, привода стрелы и вибратора установлен электрогенератор. Кнопки управления установки смонтированы на стенке автомашины в защитном кожухе. Стрела грузоподъемностью 0,5 т вынесена на крышу фургона. Подъем вибратора занимает 2 мин, а погружение отрезка электрода длиной 3 м, изготовленного из отходов труб, — около 5 мин.

К электровибратору заводского выпуска дополнительно изготовляют направляющий стакан с цилиндрическим переходником для электродов круглого сечения или с переходником, насаживаемым на электрод из угловой стали или стали соответственно другого профиля.

Мощность электровибратора — 1,2 кВт, масса — 100 кг. Мощность электродвигателей на подъемной лебедке и стреле соответственно 1,7 и 1,0 кВт.

На автомашине установлен электрогенератор мощностью 25 кВт, обеспечивающий питание вибратора, электродвигателей и сварочного трансформатора. Контур заземления монтируется с помощью такой установки звеном из двух рабочих, из которых один является шофером, а другой имеет совмещенную профессию слесаря и сварщика. Оба они обучены способам осмотра, измерения и проверки качества заземлителя. Звено монтирует электроды, сваривает их в контур, проверяет его и оформляет протокол измерения и акт осмотра заземлителя (заполняет бланки).

Такой же способ погружения небольшого числа электродов можно использовать и без специально оборудованного автомобиля или трактора, применив легкий вибратор мощностью до 0,8 кВт, устанавливаемый в рабочее положение вместе с погружаемым электродом усилием одного-двух рабочих. Использование специальной металлической подставки (рис. 4, в) позволяет рабочим не прикасаться к приспособлению в процессе погружения электрода, что существенно облегчает работу.

Другое приспособление для забивки электродов, также имеющее небольшой вибратор, показано на рис. 1, г. Две автомобильные рессоры скреплены скобами. На верхней рессоре укреплена площадка, на которой размещен вибратор с бойком-держателем электрода. На нижней рессоре укреплена аналогичная площадка с отрезком трубы, служащим другим бойком. При работе вибратора бойки соударяются, для чего между ними должен быть достаточный зазор. Электроды заземления могут использоваться любого профиля, но проще всего применять стержневые электроды, при которых изготовление бойков проще.

Электрод заземления свободно вставляют через трубу-боек в верхний боек-держатель до упора. Затем включают вибратор, и с каждым его ударом электрод погружается в грунт на глубину, равную зазору между бойками, а все приспособление опускается вниз под действием своей тяжести. Зазор между бойками восстанавливается силой отдачи и упругости рессор. Когда приспособление, опускающееся вместе с электродом, приблизится к поверхности земли, вибратор отключают и приспособление снимают. Если глубина погружения заземлители недостаточна, то к забитому заземлителю приваривают следующий отрезок круглой стали и процесс забивки повторяют.

В грунт средней плотности стержневой электрод диаметром 16 мм длиной 4 м забивают за 5 мин, а длиной 8 м — за 20 мин, включая время сварки отрезков электрода. Приспособлением можно забивать не только круглую сталь, но и трубы и сталь других профилей, если для этого поставить в приспособление боек-держатель и направляющую электрод трубу соответственных размеров.

Накоплен большой опыт погружения заземлителей при помощи электромолотков и пневмомолотков, серийно выпускаемых заводами. Используя передвижной электрогенератор или компрессор, можно включать в работу одновременно 2—3 и более молотков, ускоряя работы.

В мастерской заранее изготовляют отрезки стержневых электродов длиной по 2,5 м и к одному концу каждого отрезка приваривают муфту, изготовленную из трубы соответственного диаметра и длиной 100 мм, прорезанную с любой стороны на толщину стенки вдоль. Прорезь нужна для продольного сварного шва.

При заготовке электродов их вставляют в муфту на 50 мм, приваривают поперечным швом торец муфты к электроду по его окружности и продольным швом длиной 50 мм вдоль прорези в муфте. Вторая половина длины муфты остается свободной для удобства соединения отрезков и забивки. Электромолоток (рис. 1, д) с вставленным в него бойком, входящим своим концом в верхнюю половину муфты, надежно в ней удерживается и, вибрируя под действием собственной массы при включении источника энергии, забивает электрод.

В процессе забивки удерживать электромолоток руками не нужно, что значительно облегчает работу. Но для установки электромолотка массой до 21 кг на вертикально поставленный на грунте электрод необходимы прочные, устойчивые переносные козлы с ограждением рабочей площадки.

После того, как электрод погрузится до своего верхнего конца, молоток отключают, снимают с электрода и в верхнюю половину муфты вставляют нижний конец следующего отрезка электрода, приваривают его по- перечным и продольным швами к забитому электроду и продолжают погружение, установив электромолоток в муфту, имеющуюся на верхнем конце второго отрезка.

Работа по изготовлению муфт и затраты на это труб или листовой стали иногда кажутся монтажникам излишними, и они предпочитают соединять концы отрезков погружаемых электродов заземления менее трудоемкой и простой непосредственной сваркой встык, без муфт. Однако соединение муфтами надежнее и создает удобство в работе. Но муфты создают дополнительное сопротивление (увеличивают реакцию грунта), немного замедляют погружение и уменьшают наибольшую возможную глубину погружения при данной мощности механизма, что особенно заметно в плотном грунте. Сварку встык все же рекомендовать нельзя, так как она непрочна, а сварка внахлестку или с накладками замедляет погружение еще больше, чем муфта.

Для электробезопасности молоток должен иметь двойную изоляцию, либо (при обычной изоляции) он должен быть заземлен отдельной жилой шлангового кабеля, по остальным жилам которого подается электроэнергия от генератора или от внешней сети. Дополнительной мерой безопасности, как и для работы с любым электроинструментом, может быть применение резиновых перчаток или устройств защитного отключения.

Если вблизи имеется компрессор, то вместо электромолотка рациональнее применить легкий пневмомолоток, но и тогда нужно иметь прочные, устойчивые козлы, так как пневмомолоток в обычно применяемых приспособлениях приходится во время работы удерживать руками, чтобы он не соскочил с электрода вследствие отдачи. Одно из таких приспособлений представляет собой специальную насадку-переходник, верхним концом закрепляемую в пневмомолотке и имеющую в нижнем конце полый цилиндр, в который вставляется конец электрода.

Каркас козел можно изготовить из тонкостенных стальных труб диаметром 22—24 мм или из легких, но дорогих дюралюминиевых труб диаметром 20—22 мм, а площадку из досок толщиной 40 мм или из рифленой стали толщиной 4 мм. Если козлы сделать из досок целиком, то они будут тяжелее стальных и быстро придут в негодность.

Если козел нет, то электрод можно забить непосредственно с земли) но тогда забиваемые отрезки придется забивать не по 2,5 мм, как рекомендовалось ранее, а короче, соответственно росту рабочего, который будет держать механизированный инструмент на электроде.

В мягкий грунт можно забивать электромолотком длинные (до 5 м) электроды небольшого диаметра (до 13 мм) без предварительной заготовки коротких отрезков и сварки их на месте. Это существенно облегчает работу (рис. 1,е).

Электромолоток снабжают зажимом, действующим при давлении на него вниз и отпускающим электрод при поднимании молотка. Кроме того, на молоток крепят направляющий уголок. Электрод пропускают через зажим и через отверстие в направляющем уголке. Затем приспособление вместе с электродом ставят на землю и погружают электрод примерно на 0,8 м. После того как приспособление приблизится к земле, его переставляют вверх по электроду на удобную по росту рабочего высоту и продолжают забивку заземлителя.

При достаточной мощности электромолотка (0,6— 0,8 кВт) конец электрода подготавливать к погружению не нужно, а при меньшей мощности — конец электрода заостряют для облегчения забивки.
Электроинструменты и механизмы с электрическим приводом получают питание от устанавливаемых на автомобилях и тракторах электрогенераторов или от перевозимых в кузовах автомобилей небольших (мощностью 2 кВт) серийно выпускаемых промышленностью бензоэлектрических агрегатов.

Если имеется электротрамбовка, то ее можно использовать для забивки электродов, сняв башмак, предназначенный для трамбовки грунта, и насадив на боек ударную втулку, имеющую внутренний диаметр соответственно диаметру вставляемого во втулку стержневого электрода. Аналогично можно приспособить электроперфораторы, электробетоноломы и другие ударные электрические или пневматические ручные машины, снабжая их переходниками для забивки электродов из круглой стали или стали других профилей.

При применении пневмоинструментов сжатый воздух Для них подается от компрессоров, которые могут иметь электропривод или механический привод от двигателя автомобиля или трактора. Одна из конструкций механического привода показана на рис. 5. На тракторе Т-40 (или другой марки) устанавливают компрессор производительностью порядка 1 м3/мин при рабочем давлении воздуха до 1 мПа. Для воздушного охлаждения на коми, рессоре монтируют крыльчатку вентилятора автомобильного типа. Около компрессора устанавливают передачу для привода от вала отбора мощности трактора.

 

Ресивер емкостью 300 л П-образной формы, изготовленный, например, из цельнотянутой стальной трубы диаметром 180 мм, монтируют спереди трактора. На ресивере устанавливают предохранительные клапаны, манометр, редуктор для регулировки давления сжатого воздуха на входе и раздаточные вентили для подключения шлангов, питающих пневмоинструменты. Для перевозки электродов заземления, инструментов и инвентаря можно применить прицепную тележку. Пневмоинструменты (перфораторы, отбойные молотки, рубильные молотки) подбирают так, чтобы их характеристики соответствовали параметрам компрессора.
При забивке электродов механизированными инструментами (ручными машинами) небольшой мощности в холодное время года нужно иметь с собой, помимо основного приспособления, еще дрель с длинными сверлами, снабженными наконечниками из твердого сплава. В случае, если толщина мерзлого слоя грунта не поддается пробивке, его просверливают до талого грунта, в скважину вставляют электрод и продолжают забивку.

Работниками группы компании Энергостроймеханизация совместно с работниками механизированной колонны № 71 и Нормативно-исследовательской станции № 40 Энергостройтруда при строительстве ВЛ 500 кВ был предложен и внедрен агрегат для монтажа заземляющих устройств опор линии. Для этой цели на базе трактора ДТ-75 было смонтировано навесное оборудование, в состав которого вошли: компрессор Зиф-55; сварочный агрегат ГС-300, молот МО-5 с комплектом шлангов, переходник (боек) для забивки электродов.

Работы производили двое электролинейщиков и машинист-тракторист. В среднем в зависимости от сопротивления грунта для заземления каждой опоры забивали 4—5 электродов длиной 3—6 м из круглой стали диаметром 16 мм. После забивки первых трех электродов и приварки к ним горизонтальных перемычек измеряли сопротивление растеканию тока заземления и при необходимости забивали дополнительные электроды. Общее время сооружения заземляющего устройства опоры составило около 2 ч.

Высокая производительность агрегата, позволявшего применить глубинные электроды, дала основание предложить замену запроектированных ранее горизонтальных лучей-заземлителей на вертикальные, получить при этом экономию затрат и снизить вдвое расход металла.

Заводами выпущены специальные машины для монтажа заземляющих устройств и универсальные машины, могущие быть использованными для этой цели.

energoboard.ru

Что такое заземлитель? Общее описание

Заземлитель — металлический проводник или армированный штырь, вкопанный на нужную глубину в грунт. Он может работать одиночно или в комплексе с другими электродами, например, в треугольном контуре. Перед этим элементом стоит основная функция контактировать с высоковольтным электричеством, однако нельзя судить о его оптимальной функциональности, если не определено сопротивление.

Обратите внимание! Сопротивление заземлителя должно быть очень низким. Только так можно рассчитывать на полноценную защиту домашней электрической цепи.

Определившись с вопросом, что называется заземлителем перейдем к изучению его видов.

Виды заземлителей: тонкости их использования

Каждый вид электрода имеет конкретное назначение, которое мы и рассмотрим:

• Глубинный заземлитель — конструкция, предусматривающая сложный монтаж, но имеющая массу преимуществ. Из особенностей такого вида электродов, можно выделить, что их монтаж занимает значительно меньше места, чем стандартный контур заземления. Доказана эффективность этого проводника в местах с наименьшим удельным сопротивлением почвы. На сегодняшний день, в нормативных актах прописывается, что можно применять подобный элемент в подвале и цокольном этаже.

Важно! Проводить монтаж глубинного заземлителя стоит исключительно при помощи буровых установок.

• Искусственный заземлитель — очередная конструкция из металла, предназначенная специально для устройства заземления дома. Зачастую такие материалы изготавливают на производстве и реализуют в специализированных торговых точках. Сюда включаются оцинкованные изделия или материалы, покрытые медным опылением. Отличным примером искусственного электрода выступает модульное заземление.
• Естественный заземлитель — это металлическая конструкция, выступающая с любым внешним видом. Обычно в качестве электродов используются конструкции из металла или стали. Важно соблюдение структуры материала. Идеально, если на нем нет рифлений и засечек, так как эти нюансы увеличивают показатель сопротивления. Такой вид заземлителя обязательно соединяется с общей системой защиты не менее, чем двумя проводниками.

Для домашних условий идеальным решением остается использование вертикальных заземлителей, чего не скажешь о промышленном направлении. Здесь, наоборот целесообразна установка анодного электрода. Его применяют для защиты трубопроводов и подземных сооружений. По сути материал достаточно надёжный и устойчив к воздействию коррозии.

Особенности электролитического заземления

Данная разновидность заземления эффективно используется в местах песчаной, вечномерзлой и каменистой почвы. Также в условиях, где грунт имеет высокое удельное сопротивление и требуется специальное оборудование для установки обычных электродов.

Важно! Используя стандартные электроды для устройства контура заземления в песчаной и других типах почвы с высоким сопротивлением, вам придется установить их множество (порядка 100).

Немного о достоинствах электролитического заземления

На самом деле, как и штыревое заземление, электролитическое обладает некоторыми весьма важными достоинствами.

1. Этот тип электродов обеспечивает минимальное сопротивление грунту, примерно до 10 раз меньше в отличие от традиционных заземлителей.
2. Выполняется из специальной смеси, предшествующей образованию коррозии.
3. Имеет длительный срок службы. Если стальной электрод заземления служит около 5-7 лет, то электролитический порядка 50.
4. Не требует большой глубины для установки, достаточно вмонтировать заземлитель на полметра.

Принцип работы электрода

Главным элементом данного типа заземления считается труба Г-образной формы. Она вбивается на определенную глубину, которая предварительно заполняется смесью из минеральных солей. Вещество впитывает воду из окружающего грунта, создавая при этом выщелачивание, вследствие чего образуется электролит. Затем этот же электрод проникает в почву, увеличивая ее токопроводимые свойства. Удельное сопротивление снижается, и как следствие уменьшается промерзание почвенного слоя.

Часто после окончания изготовления проекта, происходит подтаивание грунта рядом с строением. К сожалению, это очень опасно для фундамента и грозит осадкой дома. Поэтому электрики рекомендуют при проектировании электролитического заземления учитывать фактор повреждения зданий, а, следовательно, требуют отдалятся от мест застройки.

В условиях сильного промерзания почвы принято использовать горизонтальные электроды. Они являются доступными и простыми в монтаже. Однако, при любой возможности работать буровым оборудованием, лучше всего установить вертикальный заземлитель.

Как проверить электрод?

Заземлители электролитического типа требуют регулярной проверки на работоспособность. Проводят его обслуживание однажды в 2-3 года. Здесь важно определить превратилась ли смесь в электролит. Если электролит образовался, проводят замену смеси, то есть добавляют новый состав солей. Аналогично проверяется каждый электрод, если он не один. Таким образом, установка будет служить еще несколько лет.

Важно! Достаточно заправить электрод минеральными солями высокого качества, и он прослужит порядка 10-15 лет. Но пренебрегать регулярным обслуживанием нельзя.

Групповой и одиночный заземлитель: характеристики

Каждый отдельный тип заземлителя либо электрода имеет свои характеристики, которые важно учитывать при проектировании контура заземления. Рассмотрим каждый из них с подобранностями:

• лидирующее место в использовании занимает групповой заземлитель. Считается, что его применение зарегистрировано гораздо чаще, чем использование одиночного. Однако, оба типа имеют схожие характеристики. Тем не менее количественная характеристика приспособлений имеет несколько иные закономерности. Ответим вопрос, почему так часто используют сложные (групповые) заземлители. Мы выяснили, что перед непосредственной реализацией проекта находится сопротивление материалов контура. Считается, чем больше будет установленных электродов, тем ниже будет сопротивление уравнителей потенциала.
• Одиночный электрод несколько уступает групповому, несмотря на аналогичные черты. Характеристики устройства должны учитываться для того, чтобы работа контура по обеспечению защиты человека от поражения электрическим током была оптимальной для конкретных условий. Течение тока через одиночный заземлитель сопровождается возникновением электрических потенциалов.

Смотрите схемы заземлителей с условными обозначениями ниже.

prokommunikacii.ru

Д. Основные способы строительства

Напомню о достоинствах и недостатках традиционных способов строительства заземлителей, описанных в прошлой части:

Несколько коротких электродов (п. Г1.4) Достоинства: простота дешевизна материалов и монтажа доступность материалов и монтажа Недостатки: высокая стоимость доставки материала на объект необходимость применения большого объема грубой силы необходима сварка большая площадь, занимаемая заземлителем небольшой срок службы электродов в 5-15 лет неудобный монтаж

Одиночный глубинный электрод (п. Г2.4) Достоинства: высокая эффективность компактность сезонная НЕзависимость качества заземления Недостатки: высокая стоимость буровых работ необходима сварка небольшой срок службы электродов в 5-15 лет

Остановился я на общих словах:

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 даже там, где пасуют простые металлические электроды — в вечномёрзлых, а также каменистых грунтах.

модульное заземление».

При таком способе строительства заземляющий электрод необходимой длины (глубины) представляет собой сборную конструкцию из нескольких коротких (1,5 метра) стальных штырей-модулей, имеющих небольшие поперечные размеры (диаметр менее 20 мм) с цинковым или медным покрытием, которые соединяются последовательно друг за другом. Для заглубления используется обычный бытовой электрический отбойный молоток с достаточной энергией удара.

Как и в случае «обсадной трубы» (п. Г2) — большая площадь контакта заземлителя с грунтом достигается большой длиной (глубиной) электрода. За счет достижения глубинных слоев грунта, в большинстве случаев имеющх меньшее удельное электрические сопротивление, такой способ имеет большую эффективность (меньшее сопротивление заземления).

Соединение штырей между собой может производится несколькими способами:

• «глухое отверстие + шип». На одной стороне штыря имеется глухое отверстие глубиной 50-70 мм, а на другой стороне — шип длиной 50-70 мм, имеющий диаметр чуть больше паза. При монтаже шип запрессовывается в отверстие.
• «глухое отверстие + штифт + глухое отверстие7. Штырь с обоих сторон имеет глухое отверстие глубиной 50-70 мм. Штифт длиной 100-140 мм используется в виде отдельной дополнительной детали. При монтаже он вставляется между штырями и запрессовывается в оба отверстия. Считается весьма ненадежным способом соединения.

• «резьба + муфта + резьба». Штырь с обоих сторон имеет резьбу длиной 50 мм. Муфта, отрезок трубы с внутренней резьбой, используется в виде отдельной дополнительной детали. При монтаже она накручивается на заглубляемый штырь, после чего в нее закручивается следующий штырь. Как показала многолетняя практика — это наиболее надежный способ соединения, позволяющий монтировать сборные заземляющие электроды до 40 метров глубиной с гарантированным сохранением необходимых электрических и антикоррозионных свойств по всех длине. Такая глубина является компромиссом между максимальной энергией удара отбойного молотка, силой трения между монтируемым электродом и грунтом, механической прочностью муфты (её стоимостью). Без увеличения энергии удара невозможно еще большее заглубление электрода из-за силы трения. При увеличении энергии удара необходимо увеличивать прочность муфты, что вызывает увеличение её стоимости.

Окисляется/корродирует прежде всего именно цинк, защищая, таким образом, железо.

Когда вся его масса проучаствует в реакции (окислится) — начнет корродировать сталь.

Достоинства:

• отсутствие необходимости механической защиты покрытия при монтаже. Повреждение целостности покрытия не приводит к последствиям, т.к. цинк всё равно защищает железо, находясь рядом.
• дешевое, налаженное и широко распространенное производство оцинкованных изделий со стандартной для этого материала толщиной покрытия от 5 до 30 мкм («горячее» и «холодное» цинкование)
• антикоррозийная защита не только штырей, но и всех металлоконструкций в зоне действия. Однако эти металлоконструкции чаще всего не нуждаются в такой защите.

Недостатки:

• сравнительно небольшое увеличение срока службы штыря из-за малой толщины покрытия — до 15-25 лет.
• Толстый слой цинкового покрытия имеет высокую стоимость. Кроме того, очень редко встречается производство, имеющее техническую возможность для этого.
• сокращение срока службы штырей в присутствии большого количества металлоконструкций, расположенных рядом с ними

Медное покрытие

В паре «медь-железо» медь является окислителем, а железо — восстановителем/донором. Окисляется/корродирует прежде всего железо, защищая таким образом медь.

Странно… нам необходимо противоположное действие. Но тут кроется особенность электрохимической реакции: она возможна только в присутствии электролита/воды. Если железо изолировать от него, то реакция останавливается.

Поэтому медное покрытие должно быть толстым и однородным для того, чтобы не допустить его глубокого повреждения при монтаже и таким образом не допустить попадания электролита/воды к железу.

При этом положительно сказывается мягкость/пластичность чистой меди: она сильно уменьшает силу трения при сцарапывании, что не позволяет острому элементу в грунте (например, камню) полностью процарапать покрытие по глубине — до стального сердечника. Камень просто скользит по поверхности, снимая небольшой наружный слой. Такое поведение меди можно сравнить с мылом, используемым для снятия застрявшего на пальце кольца.

Достоинства:

• очень большой срок службы омеднённого штыря — до 100 лет (при соблюдении целостности покрытия)

Недостатки:

• необходимость создания покрытия большой толщины (от 200 мкм) для его защиты от глубокого повреждения при монтаже. Такое покрытие дороже более тонкого.
• дорогостоящее и редкое производство омеднённых изделий с большой толщиной покрытия

Моё субъективное мнение
Раз уж добавляем покрытие для защиты от коррозии, то оно должно обеспечивать наиболее долгий срок службы при одинаковой стоимости производства (в сравнении с другими вариантами).
В этой плоскости я считаю, что лучшим выбором являются омеднённые штыри при условии безоговорочного качества покрытия, выраженного в:

• толщине не менее 200 мкм
• высокой адгезии обеспечивающей сохранение защитного слоя при изгибе штыря (иногда встречается при монтаже).

Причём омеднённые штыри гораздо выгоднее оцинкованных из-за высоких цен на изготовление последних при стремлении достигнуть сопоставимый срок службы.

Испытания, проведённые одной из лабораторий экспериментально показали, что срок службы омеднённого штыря с покрытием толщиной 250 мкм в агрессивном грунте (кислом или щелочном) составляет не менее 30 лет, а в обычном суглинке достигнет 100 лет.

Также известно испытание, проведённое с 1910 по 1955 год Национальным Институтом Стандартов и Технологий США (The National Institute of Standards and Technology (NIST)). Было реализовано обширное исследование подземной коррозии, во время которого 36 500 образцов, представляющих 333 разновидности покрытий из черных и цветных металлов и защитных материалов, подвергались испытанию в 128 местах по всей территории Соединенных Штатов.
Одним из результатов этого исследования стал факт, что штырь заземления, покрытый 254 мкм меди, сохраняет свои технические характеристики в течение более 40 лет в большинстве типов почвы. А стержневые электроды, покрытые 99,06 мкм цинка, в этих же грунтах могут сохранять свои качества лишь в течение 10-15 лет.

Underground corrosion (United States. National Bureau of Standards. Circular 579)
Автор: Melvin Romanoff; Издатель: U.S. Govt. Print. Off., 1957)

Отдельно хочу отметить использование в качестве материала штырей нержавеющей стали. Этот материал имеетзамечательные антикоррозионные свойства в сочетании с отличными механическими характеристиками, облегчающими производство деталей. Его единственный, но перечеркивающий достоинства недостаток — высокая стоимость.

Г2.1).

При увеличении глубины электрода необходимо учитывать, что в однородном грунте сопротивление заземления снижается не пропорционально этому увеличению (больше глубина -> меньше уменьшение сопротивления).

Поэтому при отсутствии на глубине слоев грунта с более низким удельным электрическим сопротивлением стоит рассмотреть вопрос увеличения количества электродов, а не увеличения глубины одиночного электрода. На решение этого вопроса будут влиять и стоимость монтажа дополнительных электродов, и доступность площади для их размещения.

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.

почти полностью повторяет расчёт одиночного электрода из п. Г2.2. за исключением поперечных размеров — у модульного заземления диаметр электрода не превышает 20 мм.

На примере тридцатиметрового составного электрода из омеднённых штырей диаметром 14 мм, смонтированного в канаве глубиной 0,5 метров. Грунт, в котором будет монтироваться этот электрод, будет для упрощения расчёта однородным суглинком, обычным для России, с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м.

Расчёт проводится в 1 этап.

Сопротивление заземления одиночного вертикального заземляющего электрода вычисляется по формуле:

R1 составит 4,7 Ом (при p = 100 Ом*м, L = 30 м, d = 0.014 м (14 мм), T = 15.5 м (T — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода)).

Этот результат хуже, чем у электрода, имеющего диаметр 100 мм, но замечу — уменьшение диаметра электрода в 7 раз (700%) вызвало увеличение сопротивления заземления всего на 27%.

Монтаж модульного заземления очень лёгкий и доступен даже девушке.
Штыри забиваются в грунт друг за другом отбойным молотком постепенно увеличивая глубину заземляющего электрода. Отбойный молоток размещается над штырём.
Задачи монтажника: ровно держать молоток над штырём (не «на весу», т.е. молоток своим весом давит не на руки, а на монтируемый штырь) и наращивать электрод — устанавливать следующий штырь над уже заглубленным.

Если монтаж выполняется вне здания то, монтаж модульного заземления/заземлителя производится в канаве небольшой длины и глубиной 0.5 метра в которую также укладывается заземляющий проводник (медный провод или традиционная стальная полоса), идущий до объекта (электрощита).

Если монтаж выполняется внутри здания (в подвале), то монтаж заземлителя производится на уровне пола. Далее медным проводом полученный заземлитель подключается к щиту.

И при использовании стальной полосы и при использовании медного провода для их соединения со штырём в основном используется болтовой зажим из латуни или нержавеющей стали.

Иногда можно встретить способ соединения с помощью экзотермической сварки (смесь горючего материала с медной пылью заливает место контакта проводника и штыря, сваривая их между собой). Но это экзотика.

Подробнее о монтаже резьбовых штырей можно познакомиться на YouTube.

UPD: Отбойный молоток можно взять в аренду на сутки (от 500-700 рублей) или купить почти в любом магазине электроинструмента (от 9-10 т.руб.).

Д2. Электролитическое заземление (для вечномёрзлых или каменистых грунтов)

Напомню об отмеченном в п. Г1.5. методе иногда применяемом для существенного уменьшения сопротивления заземления.

Засоление грунта в месте размещения электродов путем добавления в него большого объема поваренной соли NaCl. При её растворении в грунте (выщелачивании) 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:

• за счет вымывания соли из грунта (дожди, весеннее таяние снега), концентрация ионов падает до естественного уровня за 2-3 года
• соли вызывают сильную коррозию стали, разрушая электроды и заземляющий проводник за 3-5 лет. Эти недостатки грозят восстановлением заземлителя практически «с нуля».

Нужны были меры противодействия этим недостаткам и ими стали:

• постоянное поддержание концентрации ионов в грунте. Иными словами, их пополнение новыми порциями.
• использование в конструкции материалов, минимально подверженных воздействию соли, и менее агрессивных компонентов этих солей

В итоге было разработано решение, получившее название “электролитическое заземление” (электролит — раствор солей).

Электрод такого типа представляет собой трубу небольшой длины (обычно 2-3 метра) из нержавеющей стали, имеющей почти по всей длине перфорацию. Внутри этой трубы находятся гранулы (не порошок) смеси солей.

Кроме привычного NaCl в смеси присутствуют еще 3 компонента. Состав якобы является секретом производителей, но мы то знаем, как это бывает

Промышленно выпускается два вида труб. В вертикальном исполнении и горизонтальном (в виде повёрнутой буквы «Г» — вот так «I___»).
Такой электрод помещается в грунт: вертикального исполнения — в заранее сделанную скважину необходимой глубины (2,5 — 3,5 метра); горизонтального исполнения — в заранее выкопанную канаву глубиной 0,7 метра длиной 2,5 метра.

Влага из грунта впитывается солями в электроде и выходит в виде раствора (электролита) в этот же грунт, пропитывая его и вызывая уменьшение его удельного электрического сопротивления.
Из-за чего, уменьшается сопротивление заземления электрода (трубы), размещенной в этом грунте.

Т.к. смесь солей находится в гранулах и в её составе присутствует специальная добавка, она не растворяется всем объемом в весеннее время, когда грунт пропитан водой. Таким образом достигается длительный и равномерный выход электролита из электрода, постепенно увеличивающий (а не просто сохраняющий) концентрацию ионов в окружающем грунте. Обычно заводской «заправки» электрода хватает на 15 лет, после чего возможна неоднократная «дозаправка».

Применение в качестве материала трубы из нержавеющей стали и использование менее агрессивной, чем NaCl смеси солей, обеспечивают срок службы «оболочки» такого электрода не менее 50 лет.

могущая представлять опасность для фундамента рядом стоящего здания или дорожного покрытия. Зона талика на поверхности грунта представляет собой овал размером около 3х6 метров. Поэтому в ходе проектных работ необходимо учесть это и отдалить электроды от объектов, могущих быть повреждёнными.

расчёта сопротивления заземления электрода горизонтального исполнения, т.к. это наиболее распространённый на практике вариант, имеющего длину горизонтальной части 2,4 метра и её диаметр 65 мм. Грунт, как обычно, будет однородным суглинком с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом*м.

Сопротивление заземления одиночного горизонтального заземляющего электрода вычисляется по формуле:

В случае электрода электролитического заземления к формуле добавляется коэффициент, описывающий концентрацию электролита в грунте около этого электрода:

Коэффициент варьируется от 0,5 до 0,05. Постепенно он уменьшается, т.к. электролит проникает в грунт на бОльший объем, при это повышая свою концентрацию. В обычном грунте он составляет 0,125 через 1-2 месяца выщелачивания солей. Процесс можно ускорить добавлением воды в электрод на заключительной стадии монтажа.

R1 составит 4,14 Ом (при С = 0,125, р = 100 Ом*м, L = 2.4 м, d = 0.065 м (65 мм), T = 0.6 м (Т — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглублённого электрода)).

Отличный результат для одиночного заземлителя размером всего в 2,4 метра!
Но, как всегда, расплата за результат в цене такого электрода… О чём ниже в п. Д2.4. (недостатки).

Монтаж электрода электролитического заземления горизонтального исполнения самый простой из всех встреченных мной способов. По сути это банальное закапывание электрода на небольшую глубину.
Роется канава глубиной 0,7 метра и длиной 2,5 метра. На дно опускается электрод. Используя болтовой зажим, подключается заземляющий проводник. Канава закапывается.

Дополнительно можно залить в горловину электрода литров 5 воды для ускорения процесса выщелачивания.

Д2.1.3.

большой срок службы заземляющего электрода (не менее 50 лет) при его «дозаправке» смесью солей. Решение изначально создавалось с таким свойством.

очень слабая сезонная зависимость качества заземления

не нужна сварка. Элементы конструкции надежно сопрягаются без неё.

Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87 ГОСТ Р 50571.21-2000 (МЭК 60364-5-548-96)
Заземляющие устройства и системы уравнивания электрических потенциалов в электроустановках, содержащих оборудование обработки информации

Технический циркуляр 11/2006 ассоциации “Росэлектромонтаж”

Underground corrosion (United States. National Bureau of Standards. Circular 579) Автор: Melvin Romanoff; Издатель: U.S. Govt. Print. Off., 1957)

Публикации на сайте «Заземление на ZANDZ.ru»

Собственный опыт и знания

Источник: www.zandz.ru

www.elec.ru