Почему вертикальные заземлители нельзя располагать близко друг к другу?

Что такое заземление

Это комплекс, состоящий из металлических конструкций и проводников, который обеспечивает электрический контакт корпуса электроустановки с физической землей, то есть с грунтом. Система начинается с заземлителя: металлического электрода, заземленного в грунт. Эти элементы не могут быть одиночными, для надежности они объединяются в заземляющий контур.

Как это работает

Внешний контур заземления (который находится непосредственно в грунте), соединяется с помощью надежного проводника с внутренним контуром в помещении, или с щитком заземления. Далее, с помощью внутренней сети защитных проводников, производится подключение к корпусам электроустановок, и контактам заземления на коммутационных устройствах (распределительные щитки, коробки, розетки и прочее).

Устройства, генерирующие электроэнергию, также имеют систему заземления, с которой соединяется нулевая шина. При возникновении аварийной ситуации (фаза соединилась с корпусом электроустановки), возникает электрическая цепь между фазным проводником и нулевой шиной по линии заземления. Сила тока в аварийной цепи спонтанно возрастает, срабатывает устройство защитного отключения (автоматический выключатель) или перегорает предохранительная вставка.

• не происходит возгорание силового кабеля (опасность пожара);
• предотвращается возможность поражения электротоком при касании аварийного корпуса электроустановки.

Сопротивление тела человека в десятки раз выше, чем сопротивление заземления. Поэтому сила тока (при наличии фазы на корпусе электроустановки) не достигнет опасной для жизни величины.

Устройство контура заземления

Требования к заземлению и занулению определяются в ПУЭ Глава 1.7 . Также перед организацией защитного контура рекомендуем изучить  ГОСТ Р 50571.5.54-2013 .

Контур заземляющего устройства представляет из себя электроды, вкопанные в землю и соединенные между собой электродом – стержнем из металла или металлической полосой. Обычно заземляющий контур делают в форме треугольника или квадрата. На фото показано, как устанавливать заземлители в траншею.

При устройстве заземления вертикальные заземлители должны закладываться на глубину 0,5-0,6 м от уровня планировочной отметки земли и выступать от дна траншеи на 0,1-0,2 м. Расстояние между электродами 2,5-3 м. Горизонтальные заземлители и соединительные полосы между вертикальными заземлителями укладывают в траншеи глубиной 0,6-0,7 м от уровня планировочной отметки земли.

Контур заземления соединяется в двух местах с помощью заземляющих проводников с внутренней заземляющей сетью дома. Она может быть выполнена так, как показано на этом фото:

На фото видно, что заземляющая полоса жестко прикреплена к стене. Заземляющие полосы можно прикрепить дюбелями или строительно-монтажным пистолетом непосредственно к стене или с использованием промежуточных деталей. Пистолетом пристреливаются полосы из листовой или полосовой стали толщиной до 6 мм. Основанием должен быть бетон или кирпич.

Далее мы предоставим к Вашему вниманию описание, как пошагово устроить заземление в своем доме.

Виды заземления

Существует два основных вида заземления:

• естественное;
• искусственное.

Роль естественного заземления выполняют части металлических конструкций дома, постоянно находящиеся в земле: арматура фундамента, водопровод, обсадные трубы. “Данный вид заземления может показаться экономичнее на этапе возведения здания, но не рекомендуется применять его потому, что металлические элементы, находящиеся в постоянном контакте с грунтом, со временем приходят в негодность и их ремонт или замена будет значительно сложнее и дороже замены отдельного заземлителя”, – говорит Алексей Кокорин, начальник сборочного цеха электрощитового оборудования (НКУ) ООО “Завод “КЛАЙВ”.В качестве естественной защиты используются:

• свинцовые оболочки кабеля, проложенные в траншеях под землей;
• рельсы неэлектрифицированных путей;
• железобетонные и металлические конструкции строительных сооружений, соприкасающиеся с землей;
• подземные водопроводные и канализационные магистрали.

В качестве естественной защиты запрещается использовать:

• отопительные системы и металлические трубы с горючими и взрывоопасными веществами;
• трубы с антикоррозийным покрытием;
• металлоконструкции для транспортировки горючих и токсичных веществ.

Важность вопроса

Если Вы задаетесь вопросом, обязательно ли нужно делать заземление в своем дачном домике либо коттедже, то сразу же говорим, что без защитного контура нельзя обойтись. Даже по нормативам ПУЭ, СНиП и ГОСТу требуется делать специальный отвод, который обезопасит Вас от поражения электрическим током. Организация системы TN-S (ее правильное название) в сети 220 и 380 Вольт должна производиться еще при строительстве, т.к. потом это делать более затратно (необходимо будет менять двухжильный кабель на трех- либо пятижильный по всему дому).

Если вы приобрели дом, в котором отсутствует заземление, то необходимо его смонтировать и подключить. Монтаж системы заземления достаточно простой. Помимо заземления, необходимо создать молниезащиту. О том, как сделать громоотвод своими руками , мы рассказывали в отдельной статье.

Расчёт параметров

Прежде чем приступить к выполнению монтажных работ, необходимо осуществить правильный расчёт параметров заземления. Площадь соприкосновения вертикального заземлителя с породой напрямую зависит от сопротивления грунта.

Если монтаж заземления осуществляется в северных районах страны, где грунт промерзает на значительную глубину, площадь соприкосновения проводника с грунтом должна быть более значительной, чем на юге, где грунт не промерзает на глубину более 0,5 метра.

При промерзании грунта его сопротивление резко увеличивается, что негативно сказывается на эффективности заземляющего контура. Поэтому, для обеспечения надлежащего уровня электротехнической защиты в условиях вечной мерзлоты, могут применяться монтажные технологии, отличающиеся от общепринятых.

Если земля полностью промёрзла, то необходимо осуществить бурение на значительную глубину, установить металлические электроды и засыпать отверстие ранее удалённым грунтом.

От породы, в которой необходимо осуществить заземление, также зависит площадь соприкосновения грунта с грунтом и удельное сопротивление вещества.

Наибольшее значение сопротивления в скальном и каменистом грунте. Длина вертикального заземлителя, в этом случае, будет максимальной, для того чтобы обеспечить нормальное прохождение электрического тока в породе. В таких условиях монтаж вертикального заземления, является единственным способом осуществить электротехническую защиту объекта. Наиболее оптимальный вариант установки электротехнической защиты в таких условиях — это применение специального вибратора, который позволяет довольно легко осуществить монтаж стержня в скальном или каменистом грунте.

Если осуществляется монтаж заземления в чернозёме и торфе, то для обеспечения нормального заземления, достаточно погружения электрода на глубину 1,5 метра.

Диаметр вертикального заземлителя должен быть не менее 16 мм. Обычно в качестве вертикальных стержней для заземления, используется металлическая арматура диаметром 18 — 20 мм.

Сопротивление грунта

При одиночном стержне применяется формула:

где ρ экв — эквивалентное удельное сопротивления однослойного грунта (выбирается по таблице 1 для конкретной почвы);

• L — длина электрода (м);
• d — диаметр электрода (м);
• T — расстояние от середины электрода до поверхности земли (м).

Размеры и расстояния для заземляющих электродов

Количество электродов в контуре можно рассчитать по формуле, где:

Rн — максимально допустимое общее сопротивление контура (для сети 127-220 В – 60 Ом, для 380 В – 15 Ом), Ψ — климатический коэффициент (определяется по таблице 2).

Размеры электродов выбираются с учетом реальных условий и рекомендаций:

• труба — минимальная толщина стенок 3 мм, диаметр – по наличию материала;
• стальной пруток — диаметр не менее 14 мм;
• уголок — толщина стенки 4 мм, размер – по наличию материала;
• полоса для увязки электродов — ширина – не менее 10 мм, толщина — более 3 мм.

Глубина заглубления (длина электродов) выбирается из условия – минимум на 15-20 см ниже уровня промерзания. Минимальная длина – 1,5 м. Шаг установки штырей составляет 1-2 длины электрода, а минимальное расстояние составляет 2 м.

Монтаж оборудования

После того, как будет определён тип грунта, где планируется установка заземления, можно приступать к установке стержней.

Прежде чем устанавливать стержни в землю, необходимо снять верхний слой грунта на глубину не менее 0,5 метра. Обычно такая траншея делается по периметру всего здания. Расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не более 5 метров. Количество вертикальных заземлителей несложно подсчитать, если общую длину траншеи разделить на «5». Например, при общей длине траншеи в 50 метров, количество вертикальных заземлителей составит 10 штук.

Для того чтобы осуществить проникновение стержней в грунт на необходимую глубину, можно их вбить с помощью кувалды. Если грунт мягкий, а длина стержней не превышает 3 метров, то монтаж ручным способом не займёт много времени и сил. Для удобства дальнейшего монтажа, необходимо установить вертикальные стержни в траншее таким образом, чтобы они возвышались от дна на высоте 10 — 20 см.

Если грунт достаточно каменист, можно применить отбойным молоток со специальной насадкой для установки вертикальных стержней.

Оригинальным способом монтажа пользуются в том случае, если есть трактор-экскаватор типа «Петушок». Гидравлический привод управления ковшом позволяет с достаточным усилием воздействовать на вертикально поставленный стержень, чтобы последний полностью вошёл даже в каменистый грунт.

После установки всех вертикальных заземлителей их соединяют между собой горизонтально расположенными кусками арматуры.

Диаметр горизонтально расположенных стержней должен составлять не менее 10 см, иначе не будет достигнуто показание сопротивления на необходимом уровне.

Соединить стержни между собой можно стальной лентой. Ширина ленты должна быть не менее 48 мм, а толщина металла — не менее 4 мм. Сварка должна быть выполнена качественно, чтобы в местах соединения металла не образовался процесс коррозии, который может быть значительно усилен токами, проходящими через сварной шов.

Чтобы обеспечить беспрепятственное истечение электрического тока по проводнику следует обеспечить по всему периметру электрического контура, сопротивление вертикальных заземлителей, равное 4 Ом. Если не удаётся добиться данного идеального показателя сопротивления, допустимо отклонение этого значения до 10 Ом, без ухудшения защитных свойств вертикального заземления.

Если сразу после установки электротехнической защиты её вводят в эксплуатацию, то места, где расположены вертикальные стержни, необходимо полить значительным количеством воды. Таким образом удаётся восстановить структуру грунта, который будет максимально эффективно передавать электрический потенциал от металлических стержней земле.

Самостоятельная установка

Вертикальные электроды заземления, можно установить самостоятельно. При установке необходимо знать состав грунта, чтобы определить примерную глубину установки рабочих электродов. Для установки заземления потребуется приобрести сварочный аппарат и необходимое количество электродов для того чтобы сварить вертикальные и горизонтальные заземлители.

Для соединения металлов не рекомендуется использовать различные зажимы и другие резьбовые соединения. Со временем такие места могут значительно ухудшить проводимость участка электрической цепи, что негативно скажется на эффективности заземляющего контура. Если грунт не промерзает в зимнее время на глубину более 0,5 метра, и не является скальным или каменистым, то можно использовать круглый стержень длиной не более 1,5 метров.

При неблагоприятных условиях для установки заземления, глубина размещения стержней должна составлять не менее 3 метров, а расстояние между ними может быть уменьшено до 4 метров. Не рекомендуется далее уменьшать расстояние между электродами, иначе общее сопротивление заземляющей установки может значительно увеличиться, за счёт эффекта экранирования.

Если нет желания заниматься монтажом заземления самостоятельно, то можно обратиться в специализированные фирмы, которые в кратчайшие сроки установят вертикальное заземление на прилегающем к дому участке. Несмотря на то, что такие услуги будут стоить денег, экономия времени может быть значительна. И если этот ресурс, является очень важным, то лучше доверить работу профессионалам.

Нормы ПУЭ заземления

Нормы ПУЭ заземления являются совокупностью нормативно-правовых актов. Настоящие правила включают рекомендации, как выполнить электропроводку грамотно, описание различных электроустановок и принцип их действия, а также требования, предъявляемые к электрическим системам и их компонентам.

Работы по установке заземления необходимо производить в соответствии с нормами правил устройства электроустановок. Критерии, определенные в ПУЭ, позволят выполнить все присоединения и подключение безошибочно, выдерживая все стандарты. Это гарантирует надежную работу защитной системы в доме, позволит избежать негативных последствий природного и техногенного воздействия.

Если беспрекословно соблюдать все правила, описанные в ПУЭ, это приведет к большим финансовым затратам, поэтому электрики и инженеры в своей деятельности соблюдают только очень важные рекомендации.

В соответствии с нормами ПУЭ, повторный защитный контур непременно должен быть расположен на участках выхода из помещения. На данном месте рекомендуется монтировать естественные заземлители. К ним относятся железобетонные устройства, большие металлические детали, которые большей своей частью непосредственно соединены с грунтом.

Также в ПУЭ указываются предметы, которые не могут использоваться в роли заземлителей: металлические предметы, находящиеся под напряжением, канализационные и отопительные трубы, а также трубопроводы с легковоспламеняющимися веществами.

При монтаже заземления необходимо тщательно произвести расчеты, учитывая все факторы, влияющие на качество создаваемого устройства, при этом необходимо следовать ПУЭ.

Особенности схем заземления 220В и 380В

Современные номинальные параметры сети: 230В и 400В. При организации контура заземления необходимо соблюдать определённые правила и требования. По словам Алексея Кокорина, контур заземления частного дома должен иметь сопротивление растекания 4 Ом при трехфазном питании (400В) и 8 Ом при 230В.

Заземление отдельных бытовых приборов

“Заземлению бытовых приборов многие люди либо вовсе не придают значение, либо оно рассматривается, как излишняя предосторожность. Однако это необходимо в первую очередь для защиты человека от поражения электрическим током и особенно важно в случае с электроприборами большой мощности и в металлическом корпусе, т.к. именно корпус при аварийной ситуации может оказаться под напряжением”, – комментирует Алексей Кокорин. Причём удар током можно получить как от самого прибора, так и от другого металлического предмета, с которым контактирует оборудование. Например, в моей личной практике был случай выхода из строя бойлера, подключенного в розетку, не имеющую заземления, подсоединенного к водоснабжению шлангом с металлической оплеткой. В итоге при прикосновении к гребенке (коллектору) происходил удар током. То же самое может происходить и со стиральной машиной, и с другими электроприборами.Алексей Кокорин поясняет, что заземление бытовых приборов осуществляется двумя способами:

1. 1.Первый – заземление через розетку в случае, когда к розетке помимо двух основных проводов питания подходит третий – заземляющий. В таком случае заземление происходит через специальные контакты в розетке и на вилке электроприбора, предполагающего заземление.
2. 2.Второй способ заземления относится к стационарному электрооборудованию и предполагает дополнительное присоединение провода заземления напрямую к корпусу.