Монтаж заземления

Обязательное использование систем, о которых будет рассказано в этой статье, установлено нормами действующего законодательства. В любом объекте промышленного или гражданского назначения, если существует риск поражения электрическим током, должно быть соответствующее устройство заземления. Оно выполняет свои функции при возникновении аварийных ситуаций.

Система заземления на дачном участке

Принцип действия защиты

Человечество использует электроэнергию для решения самых разных задач, применяет технику с большой потребляемой мощностью в быту. Поэтому отмеченная выше ситуация является типичной. Монтаж контура заземления обеспечивает безопасность обслуживания подстанции. Он является важным компонентом при возведении коттеджа.

Житель городской квартиры не задумывается о выполнении действующих правил, так как соответствующая инженерная система была создана при строительстве здания. Однако при официальном согласовании электроснабжения дачного участка понадобятся соответствующие знания для реализации проекта собственными силами, а также контроля действий исполнителей.

При разработке этой защитной системы учитывалось свойство тока протекать по пути наименьшего электрического сопротивления. Для лучшего понимания ее функционирования можно рассмотреть простейший пример. Стиральная машина при вращении барабана вибрирует, поэтому не исключено отсоединение провода и касание оголенным концом металлической части конструкции. Напряжение 220 V будет подано на корпус.

При смачивании, нарушении слоя изоляции возникнет риск поражения электрическим током. Но сопротивление пути через тело человека будет выше, чем по системе заземления. Эта защитная мера сработает, угроза здоровью человека не возникнет. При наличии в цепи автомата, напряжение отключится, что предотвратит повреждение техники.

Что такое контур заземления

В дальнейшем будет много ссылок на «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ). Этот документ включает в себя действующие нормативы. Они используются и для того, чтобы монтаж заземления выполнялся без ошибок. Их применяют уполномоченные государственные организации для проверок, при утверждении и согласовании проектной документации.  В настоящее время действует седьмая версия издания Правил, которая утверждена Министерством энергетики России приказом от 08 июля 2002 г.

Основные положения по теме изложены в главе 1.7 ПУЭ. Любую защитную систему этого вида создают с учетом типа нейтрали (глухо, эффективно заземленной, рабочей, изолированной). Принимают во внимание напряжение в сети, как выполнено присоединение к нейтрали защитных проводников. Все элементы составляют единый контур заземления.

Схема устройства внутреннего и внешнего контуров заземления

При проектировании конкретной системы обеспечивают надежность контактов всех электрических соединений. Для удобного и надежного подключения потребителей создают внутренний контур заземления.

Заземление трансформаторной подстанции

Стоит подробнее рассмотреть стандартный алгоритм действий при оснащении защитной системой  подстанции. Проектной документацией предусмотрены два контура системы заземления (внутренний и внешний). Там есть не только технические параметры конструкции, но и места привязки к территории, иные важные данные. Необходимо обозначить некоторые особенности отдельных рабочих операций.

Заземление – обязательная часть оснащения трансформаторной подстанции

Чтобы упростить монтаж и обеспечить высокую точность, выполняют разметку на основе чертежей проекта. На элементы конструкции здания подстанции наносят знаки, обозначающие проходы шин. Просверливают необходимые отверстия с применением перфораторов. Их стенки укрепляют металлическими гильзами.

Полосы шины крепят к частям здания подстанции дюбелями, или специальными фиксаторами, если такое решение определено проектом.

В противном случае (ограничение по ПУЭ) расстояние до стен подстанции на всем протяжении пути устанавливается с применением изолирующих прокладок от 10 мм и более.

С применением разных технологий создают присоединение проводников к заземлителю подстанции. Сварку используют для крупных неподвижных частей. Движущиеся элементы въездных групп соединяют с защитным контуром гибкими перемычками. Для этого пригодны только провода без изоляции, чтобы не был затруднен оперативный контроль их целостности сотрудникам, проверяющим техническое состояние подстанции.

Сварные швы обеспечивают надежное механическое и электрическое присоединение. Но эти места подвержены воздействию окислительных процессов, их тщательно очищают, создают качественный лакокрасочный слой с предварительной грунтовкой поверхности.

Наружная часть системы заземления создается с использованием горизонтальных и вертикальных элементов. Непосредственно в процессе монтажа выполняется сверка рабочей документации с реальной ситуацией на объекте (отсутствие помех имеющимися системами газоснабжения, другими инженерными сетями).

Внешний контур заземления коттеджа

Сопротивление, определяющее эффективность защитной системы, зависит не только от электрических параметров проводников, их количества, качества соединений в цепи прохождения тока. Существенное значение имеют характеристики среды, в которую будет погружен заземлитель в процессе эксплуатации.

Систему заземления коттеджа можно создать самостоятельно

Именно поэтому перед выполнением работ на участке и даже до создания проекта, пригодится геологическое исследование. Оно позволит выяснить тип, состояние и структуру грунта.

Для точного расчета специалисты используют сложные формулы, которые содержат множитель – удельное сопротивление разных грунтов. Чтобы понять лучше возможную разницу, можно посмотреть на данные, занесенные в таблицу.

  Виды грунта, особенности и удельное сопротивление

На результат вычислений оказывают влияние сезонные факторы, влажность и температура. Структура почвы бывает неоднородной, поэтому добавляют удельные сопротивления верхних и нижних слоев, применяют дополнительные поправочные коэффициенты.

Даже без примеров самих формул ясно, что получить точные результаты сложно, поэтому часто применяют более практичные методики. Систему создают с применением нормативов ПУЭ, используя указанные там расстояния до строений, размеры деталей, материалы и другие параметры. Металлические конструкции хорошо защищают от случайных повреждений, коррозии. Далее делают замеры. Если сопротивление велико, изменяют параметры заземления нужным образом.

Для того чтобы монтаж контура заземления коттеджа был выполнен правильно, обращаются к соответствующему разделу ПУЭ. В нем описаны особенности систем, которые пригодны для защиты электрических установок в сетях с напряжением до 1 000 V, с нейтралью глухозаземленного типа (п.п. 1.7.100 – 1.7.103).

Правильно выбрать комплектующие части системы помогут правила ПУЭ. Присоединение к наружному заземлителю основной шины, установленной в здании, можно сделать с помощью стальных, алюминиевых или медных проводников (площадь сечения 75, 16 и 10 мм² соответственно).

Для точного определения используют практические соображения. Изделия из меди дороже, но их размеры меньше. Они лучше противостоят коррозии по сравнению со стальными аналогами и сохранят целостность в течение длительного срока службы.

Только определенные проводники подходят для системы заземления

Минимальные размеры проводников системы (в мм), которые прокладывают в грунте с учетом материалов и особенностей конструкции изделий (нормы ПУЭ)

Если выбирается медный канат для создания проводника сложной формы, или решения иных задач, то допустимо использование изделия площадью сечения в поперечнике не менее 35 мм. Диаметр каждой отдельной проволоки в нем должен составлять 1,8 мм или более.

Стандартный алгоритм действий, который поможет установить заземляющий контур возле дома:

• К примеру, имеется полоса из стали с размерами 40 х 5 мм. Ее толщина (5 мм) и площадь поперечного сечения (200 мм²) больше нормы (4 мм и 100 мм² соответственно), поэтому изделие подойдет. Аналогичным образом подбирают остальные заготовки для реализации проекта.
• От стены здания штыковой лопатой копают прямую траншею с ровным дном глубиной от 50 до 80 см к заземлителю (будущему месту его установки). Ее ширину не следует делать менее 40 см, чтобы не создавать лишних препятствий при монтаже.
• В верхней точке копают траншею в форме равностороннего (по 300 см) треугольника с теми же, что и в предыдущем пункте, параметрами ширины и глубины.
• В каждую вершину треугольника на дне траншеи забивают заземлители (от 250 до 300 см длиной). Эти элементы можно сделать из стальных уголков, используя для выбора минимально разрешенные параметры толщины стенок и площади сечения. Для упрощения действий концы их делают острыми.
• В «сложном» грунте придется высверлить отверстие, применив специальный бур для размещения изделия на нужной глубине. Оставляют свободными над поверхностью от 15 до 25 см уголков. Чтобы улучшить электрический контакт, установленные в отверстия электроды засыпают землей, перемешанной с солью.
• К этим заземлителям сваркой присоединяют полосы. Из них же формируют линию в силовой распределительный щит.
• Места сварных соединений защищают битумной смесью, или иным специальным средством от коррозии. Траншеи засыпают.

Сварные соединения защищают от коррозии

Чтобы упростить прохождение через капитальную стену, можно только сделать вывод полосы на 30-40 см от поверхности земли. Далее создают присоединение проводников, параметры которых соответствуют нормам ПУЭ, приведенным выше. Если использовать медь, например, то достаточно будет изделия с площадью сечения 10 мм². Его легче, чем стальные полосы изгибать. Подойдет отверстие меньшего диаметра. Соединение этих двух частей можно сделать болтовое. Его приваривают, чтобы исключить случайное нарушение электрического контакта.

Долговечность системы можно увеличить, если применить дополнительные средства:

• вывод полосы и другие видимые части защищают коробом от погодных и механических внешних воздействий;
• отверстие в капитальной стене укрепляют подходящим отрезком металлической трубы;
• для изготовления элементов, которые устанавливаются в земле, используют оцинкованную сталь. Также применяют полное покрытие деталей антикоррозийными составами.

Проверка

Уточнить значение норматива можно в разделе 1.7 ПУЭ. Так, если используется однофазный источник переменного тока 220 V, то сопротивление не должно превышать 4 Ом. Замер устройства заземления осуществляется с подсоединенной нейтралью генератора, или другого источника. Этот параметр должен быть создан естественными и повторными заземлителями. Разрешено его увеличение при удельном сопротивлении грунта более 100 Ом на 1 м. Если подобное измерение выполняется в трансформаторной подстанции, нейтраль глухо заземлена, то допустимое сопротивление не должно превышать 0,5 Ом.

Как правило, вызывают специалистов профильной лаборатории, имеющей соответствующую аттестацию и необходимое оборудование. Для измерения выполняется присоединение к двум электродам, контуру заземления и вспомогательному элементу. С применением специального зонда делают замеры падения напряжения на разных участках искусственно созданной цепи, после чего вычисляют сопротивление.

Проверку сопротивления выполняют с применением специальных измерительных приборов

Приведенные выше процедуры выполняются опытными специалистами с применением особых методик. Профессиональная измерительная аппаратура стоит дорого, поэтому для редкого личного использования такое приобретение не имеет смысла.

Формулы для точного расчета

Если по каким-то причинам предложенные виды методик не подходят, выполняется точный расчет. В качестве начальных обязательных условий в этом случае также используются ограничения из ПУЭ (материал проводников, их размеры, форма и другие нормативные данные). Далее применяют следующие формулы и справочные данные.

Сопротивление для растекания тока рассчитывают для одного стержня, установленного вертикально в земле по формуле:

Формула расчета сопротивления для растекания тока

, где:

• R₀ – сопротивление;
• Ρ экв – удельное сопротивление грунта (эквивалентное);
• L – длина стержня (этот и три последующих параметра приведены для заземлителя вертикального типа);
• d – диаметр стержня;
• T – расстояние от поверхности земли до верхней точки изделия.

Если грунт неоднородный, имеется несколько слоев, то используют их удельные сопротивления в следующей формуле:

Формула расчета сопротивления с учетом параметров двух разных слоев грунта

, где

• Ψ – сезонный климатический коэффициент;
• P₁ – удельное сопротивление грунта (верхний слой);
• P₂ – удельное сопротивление грунта (нижний слой);
• H – толщина верхнего слоя;
• t – заглубление в грунт заземлителя (вертикальный тип).

В расчетах используют значения рассмотренных выше удельных сопротивлений для разных видов грунтов. Для определения глубины установки горизонтальной полосы устройства заземления применяют формулу:

T=(L/2)+t.

Если подразумевается наличие двух слоев, то длина стержня должна быть достаточной.

С помощью следующих формул вычисляют другие важные характеристики. Все они понадобятся для того, чтобы устройство контура заземления полноценно выполняло свои функции.

Количество стержней (n₀) вычисляют по следующей формуле:

n₀=(R₀*Ψ)/R_n.

Здесь не учитываются сопротивления, которое обеспечивает присоединение  горизонтальных проводников  контура заземления.

Сопротивление растекания тока (Rr) для горизонтальной части заземляющего устройства

Если элементы устанавливаются в один ряд, то длину заземлителя горизонтального типа (L_r) можно вычислить следующим образом:

 L_r=a*(n₀-1).

Когда элементы монтируют по контуру, длину заземлителя горизонтального типа определяют так:

L_r=a.

Для расчета величины сопротивления заземлителя вертикального элемента (R_в) используют формулу:

R_в=(R_г*R_н)/(R_г –R_н).

Количество вертикальных заземлителей в системе определяют следующим образом:

n=R₀/(R_в*ƞ_в).

В следующем списке приведены обозначения, которые не были разъяснены ранее:

• Rn – сопротивление растеканию тока заземляющего устройства. Нормируемая величина устанавливается правилами ПТЭЭП.
• L, B и Ψ – длина, ширина и коэффициент сезонности при использовании заземлителя горизонтального типа.
• ƞ_в и ƞ_г – коэффициенты спроса для вертикального и горизонтального заземлителей соответственно.
• a – расстояние между стержнями (горизонтальный заземлитель).
  

Сопротивление одного вертикального заземлителя

, где

• R0 – сопротивление одного электрода, Ом;
• Ρ экв – эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом * м;
• L – длина электрода, м;
• d – диаметр электрода, мм;
• Т – расстояние от середины электрода до поверхности земли, м.

Для упрощения расчетов можно использовать не такие формулы, а специализированное ПО.

В этой таблице были упомянуты ПТЭЭП – «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей». На территории РФ они действуют с 1.07.2003 г. на основании решения Министерства энергетики, утвержденного приказом от 13. 01.2003 г. В этом документе можно найти нормируемые величины  и коэффициенты для расчета. Так, например, если удельное сопротивление грунта сравнительно невелико, не превышает 100 Ом на 1 м, то разрешено использование сопротивления 30 Ом устройства заземления. Подразумевается применение 220 V переменного тока в сети с заземленной нейтралью.

Видео про заземление

Как сделать заземление частного дома, рассказывается в видео ниже.

Чтобы самостоятельно не выполнять долгие расчеты, можно воспользоваться специализированным программным обеспечением. Но даже его использование и точное применение полученных данных не являются гарантией положительного результата во всех случаях. Если установилась засушливая погода, параметры защитного заземления ухудшатся. Чтобы они не снизились ниже критического для работоспособности системы уровня, следует обеспечить искусственный полив соответствующих частей земельного участка.

Подобным образом, достаточно внимательно, следует изучить геологические особенности и уровень грунтовых вод в течение года. Их учитывают при определении глубины установки заземлителей. Перечисленные коррекции помогут обеспечить безупречное функционирование системы в определенных условиях использования.