Что является определением понятия “Искусственный заземлитель”?

Естественное и искусственное заземление

Естественное заземление – это предмет или сооружение, которое имеет надежный контакт с землей в силу выполняемых им функций. К этой категории можно отнести:

• водопроводные и отопительные трубы, проложенные непосредственно в земле;
• любые металлические конструкции и их элементы, имеющие хороший контакт с почвой;
• оболочки сварочных и подобных им кабелей;
• металлические закладные и шпунты и т.п.

Стоит заметить! На обустройство функционального заземления в этом случае не потребуется специальных усилий, так как элементы естественного заземлителя уже готовы к подключению заземляющих проводников.

Естественные заземлители
В ситуации, когда такие системы найти не удается – приходится заниматься монтажом самодельных ЗУ.

Искусственным заземлением считается преднамеренно организованный электрический контакт двух тел, одним из которых является защищаемый прибор, а вторым – так называемый «заземляющий контур». Эта его составляющая представляет собой специальную распределенную (иногда – точечную) конструкцию на основе металлических стержней, размещаемых глубоко в земле.

Как правило, в качестве вертикально забиваемых электродов применяются стальные прутки диаметром до 12 мм, имеющие длину не менее 2,5 метра. Для обустройства горизонтальных перемычек, обеспечивающих электрический контакт двух тел, берутся металлические уголки 50x50x6 мм и длиной 2,5-3 метра (их можно заменить трубами диаметром порядка 6 мм и более).

Что выступает в роли искусственного заземлителя

Заземляющий элемент выполняется в виде проводника (электрода) определенного материала, который помещается в грунт. В некоторых случаях монтируется несколько подобных заземлителей.

Определение ситуации, когда необходимо монтировать именно группу искусственных стержней, реализуется посредством специальных расчетов. Результатом вычисления обосновывается выбор конфигурации электрода по отношению к его сопротивлению — основному показателю, определяющему качество заземления.

Важно! Совокупность соединенных искусственных стержней, вмонтированных в землю и объединенных с электрооборудованием при помощи проводника, образует заземляющий контур.

Искусственный заземлитель изготавливается из таких материалов:

1. Омедненная сталь. Соединение меди и стали имеет хорошее сцепление. Стержни прочные, отлично контактируют с любыми материалами. За счет химических особенностей сплав обладает отличной электропроводимостью. Электрохимическая активность меди и стали незначительна, нормальная эксплуатация заземлителей из такого металла может достигать больше ста лет.
2. Оцинкованная сталь. Преимущества — коррозионная стойкость материала, низкое сопротивление, электроды устойчивы к кислотной среде.
3. Черные металлы. Недостаток — быстрое разрушение в агрессивном грунте (образуются коррозия и ржавчина). Высокая прочность материала повышает сопротивление растеканию тока, что крайне опасно для человека.

Помимо материала, искусственные заземлители различается по форме и по расположению в почве (углубленный вертикальный и протяжной горизонтальный тип).

Чем отличаются вертикальные и горизонтальные заземлители

Особого функционального отличия между такими типами электродов нет. При монтаже как вертикального, так и горизонтального элемента важна лишь глубина их погружения.

Стандартные показатели заглубления:

1. Верхний конец вертикально заложенных в грунт заземляющих элементов углубляется на 0,7 м. Укладываются на дно горизонтально, по периметру фундамента. Диаметр электродов — от десяти до шестнадцати мм, длина — до 5 м.
2. Горизонтальные элементы заземляющего устройства углубляются в грунт на 0,5 м. Если земля пахотная, прокладывать их необходимо на глубину не меньше 1 м. Рациональность их применения обоснована лишь при хорошей электропроводимости верхнего слоя почвы. Такой вид электродов может использоваться для связи вертикальных заземляющих элементов. Соединения выполняются при помощи сварки. Применяется или сталь округлой формы диаметром более 10 мм, или стальные полосы толщиной больше 4 мм.

Обратите внимание! Практичнее использовать вертикальные заземлители. Горизонтальные элементы заземления крайне сложно заглубить в почву на необходимую глубину. При небольшой глубине в таких заземлителях начинает ухудшаться основной характеризующий показатель — увеличивается удельное сопротивление.

Конкретного профильного требования, которое регламентирует монтаж заземлителей четко в вертикальном положении, не существует (исключительно рекомендательный характер). Возможен вариант установки вертикального электрода под незначительным углом. Такой фактор не отражается на функциональности заземлителя.

Функции искусственного заземляющего элемента

Согласно пункту ПУЭ 1.7.28, заземление должно быть организованно для всех видов промышленных и бытовых электроустановок. Необходимость установки аргументирована практической значимостью функций системы. Каждой части заземляющего устройства отведена своя задача.

Проводящий элемент или совокупность соединенных между собой аналогичных элементов заземляющего устройства играют важную роль в надлежащей работе всей системы заземления объекта.

Существует две основных функции заземления, которые реализуются при помощи искусственного заземлителя:

1. Обеспечение электрической безопасности пользователям электроустановки. Основные задачи защитной функции — уменьшение показателей разности потенциалов, отвод блуждающего тока. Ток утечки образуется при взаимодействии заземляющего предмета с фазным кабелем.
2. Поддержка эффективной и бесперебойной работы как электрического оборудования, так и всей электроустановки.

Важно! Заземление более эффективно, когда электрическая система объекта оснащена УЗО (устройством защитного отключения) или аналогичными защитными приборами. Такие устройства моментально реагируют на утечку тока.

Искусственный заземлитель имеет ряд требований, реализация которых позволит добиться надлежащего результата выполнения функций. Основа — надежный монтаж и оптимальное расположение в грунте заземляющего элемента.

Расположение электродов

Входящие в общую заземлительную конструкцию детали могут располагаться вертикально или горизонтально. При первом способе монтажа электроды закапываются в грунт на 70 см. При этом их длина не должна превышать 5 м, а диаметр должен находиться в диапазоне 10−16 мм.

Горизонтальный метод укладки предполагает углубление заземлителей на 50 см (в случае с пахотной землёй на — 1 м). Горизонтально расположенные стальные пруты диаметром более 1 см (либо стальные полосы толщиной более 4 мм) используются для связывания вертикально установленных элементов, стыки между ними фиксируются при помощи сварки. Такой метод показывает свою эффективность лишь при достаточной электропроводимости верхнего слоя грунта.

Правила устройства электроустановок обязывают обеспечить заземление для электрооборудования бытового и промышленного назначения. Чётких требований относительно того, как электроды должны располагаться в грунте, не существует. В каждом конкретном случае это определяется индивидуально.​

Вам это будет интересно Прибор для электрика: тестер напряжения

Электрическая безопасность, созданная с помощью искусственных заземлителей, реализуется с помощью уменьшения разности потенциалов и отвода блуждающего тока. Ток утечки возникает вследствие взаимодействия заземляющего элемента и фазного кабеля. Одновременно обеспечивается бесперебойное и эффективное функционирование электротехники.

Какие требования предъявляются к искусственным заземлителям

Искусственные заземлители не подлежат окрашиванию, так как окраска играет роль изолятора и препятствует отведению электротока в землю. Таким образом, цвет заземлителя должен быть естественным, которым обладает применяемый в заземляющих устройствах, металл. Но места соединения проводников (сварочные швы) должны быть окрашены битумной краской, для предотвращения разрушения.

Нельзя размещать искусственные или применять естественные заземлители вблизи источников тепла, которые сушат землю. Для засушливых территорий существует особая железобетонная конструкция. Заземлитель делают в форме емкости, и помещают ниже поверхности земли. Емкость заполняют водой через люк. Таким образом, в заземлении принимает участие водораспределительная система. Стальные электроды соединены с выводом из емкости. Так обеспечивается оптимальное сопротивление.

Для создания искусственных заземлителей используются следующие материалы с указанными параметрами:

• диаметр стального арматурного прута не менее 10 мм;
• диаметр оцинкованного прута не менее 6 мм;
• в уголках толщина стенок от 4 мм;
• при использовании полосовой стали ее толщина должна быть не менее 4 мм;
• в молниезащитных заземлителях сечение берется от 155 мм2;
• толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5мм.

Только для временных электроустановок можно применять электроды с минимальными значениями. Чтобы заземляющее устройство служило 40-50 лет в благоприятных грунтовых условиях, достаточно выбрать стержни для него на 2-3 мм больше. Во влажных грунтах толщина и диаметры ЗУ должны быть в 2 раза выше минимального.

Из всех названых материалов наиболее оптимальным признано использование круглой арматуры, поскольку расход металла в этом случае снижается в 1,5 раза, уменьшается соответственно и себестоимость заземляющих устройств.

Коррозионная стойкость у круглой стали выше, чем у линейной, потому что у круглого электрода площадь соприкосновения с землей самая малая в сравнении с другими формами ИЗ. Еще одно преимущество состоит в том, что стержневые круглые электроды легче монтируются, экономится время, затрачиваемое на устройство ЗУ.

При заземлении мощных высоковольтных установок применяются контуры, состоящие из горизонтальных лучей, раскинувшихся на сотни метров и нескольких десятков вертикально установленных стержней. Чтобы искусственные заземлители не экранировали друг на друга, лучи разводят горизонтально в противоположные стороны. Если лучей 3, или 4, их располагают под углом 90 и 120 градусов соответственно.

Особенности установки

Для того чтобы искусственная заземлительная конструкция эффективно выполняла защитную функцию, она должна быть правильно установлена с применением техники и специального оборудования. При укладке двух горизонтальных электродов от заземляемой части установки их необходимо располагать в противоположном направлении. Если количество заземлителей больше двух, их монтаж требуется проводить под наклоном в 90−120 градусов. Таким образом удастся достичь улучшенного показателя сопротивляемости деталей.
В процессе установки происходит распределение электрических потенциалов. Наличие существенной разницы показателей на поверхности земли и внутри неё повлечёт за собой возникновение опасных напряжений. С целью предотвращения такой ситуации и выравнивания параметров применяется искусственный заземлительный элемент в виде сетки, когда горизонтальные электроды располагаются вдоль и поперёк, а места их пересечений фиксируются сваркой.

При таком способе укладки необходимо избегать слишком близкого расположения электродов друг к другу. Иначе возникнет экранирование, которое существенно уменьшит эффективность заземлителей.

Заземлители искусственного типа должны иметь естественный цвет, их нельзя окрашивать, поскольку это приведёт к образованию изоляционного слоя. Он ограничит протекание электричества в грунт. Покрывать битумной краской разрешается только места соединения проводников, обработанные сваркой. Такое покрытие защитит элементы от раннего разрушения.

Самой простой и эффективной (с точки зрения монтажа и эксплуатации) считается установка круглой заземлительной конструкции. Она имеет низкую себестоимость, поскольку для её изготовления требуется минимальное количество материалов. Коррозийная устойчивость круглого контура значительно выше, чем контуров другой формы.

Как устанавливать искусственный электрод в грунт

Искусственный заземлитель в процессе изготовления неоднократно подвергается проверке на соответствие всем параметрам нормативных требований. Аналогичная ситуация с его установкой и расположением в грунте. Обобщив данные, можно выделить основные моменты производства такого электромонтажа:

1. Процесс установки практически полностью механизирован.
2. Если предусмотрено два протяженных (горизонтальных) луча, от заземляемой части электроустановки электроды прокладываются в противоположных направлениях. При условии, что заземлителей больше двух, прокладка лучей осуществляется под наклоном (угол в 120° – 90°). Обусловлено такое размещение улучшением показателя сопротивляемости.
3. При монтаже заземлителя часто происходит распределение потенциалов. Разница потенциала на поверхности грунта (сверху заземлителя) и вокруг элемента (внутри почвы) служит причиной возникновения опасных напряжений. Для выравнивания потенциалов в таких случаях искусственный заземлитель изготавливается в форме сетки. Горизонтальные электроды прокладываются как вдоль, так и поперек площади электроустановки. Соединения на местах пересечения выполняются сваркой.

Важно! При близком расположении электродов такого типа происходит экранирование. Снижается показатель их эффективности.

Завершающим этапом выполнения заземления обязательно будет работа по измерению параметров сопротивления заземления.

Как определить сопротивление

Согласно нормативной документации, такой показатель считается основным для определения качества заземляющего устройства. Сопротивление регламентирует надежность производства основных функций заземляющих элементов.

Факторы, которые оказывают первостепенное влияние на показатель:

1. Площадь (S) заземляющих электродов с почвой («стекание» тока).
2. Удельное электрическое сопротивление грунта (R).

Существуют стандартные показатели сопротивления растекания, при соответствии которым реализуется эффективная работа заземляющей системы. Определяется уровень проводимости тока устройством.

Обратите внимание! Для электроустановки с напряжением в 380 В показатель сопротивления не должен превышать 30 Ом. Системы видеонаблюдения, серверные блоки и медаппаратура выполняется заземлением с сопротивлением заземляющих элементов в 0,5–1 Ом.

Определение такого показателя проводимости не единичная рекомендация. Существует еще и ряд общеобязательных требований по структуре и монтажу такого элемента заземления.

Как подбираются размеры искусственных электродов

Все параметры основной конфигурации проводников в обязательном порядке должны соответствовать нормативным требованиям профильной документации, в частности ГОСТ Р 50571.5.54-2013.

Основные аспекты:

1. Стальной прут в диаметре должен быть свыше 10 мм.
2. Оцинкованный арматурный стержень должен иметь диаметр 6 мм и больше.
3. Соблюдение толщины стенок в уголках — свыше 4 мм.
4. Молниезащитные заземлители применяются с сечением свыше 155 мм².
5. Стенки отбракованных труб монтируются с толщиной свыше 3,5 мм.
6. Толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5 мм.

Правильно подобранные материалы и размеры электродов, применение оптимальной вариации производства такого электромонтажа — основные рабочие моменты заземления, которые влияют на качество работы заземлителя.

Искусственный электрод обладает важным эксплуатационным преимуществом, обусловленным принципом монтажа. Такой вид чаще монтируется глубоко в грунт. За счет грунтовых вод уменьшается показатель удельного сопротивления материала. Итог — реализация оптимальной характеристики и стабильности конечного сопротивления заземлителя.

Проверка цепи между заземлителями и заземленными элементами

Контроль заземления включает следующие этапы:

1. Осмотр проводников и соединений на предмет обрыва.
2. Замер переходного сопротивления в разъемных соединениях. Максимально допустимое значение — 0,05 Ом.
3. Проверка наличия цепи специальными приборами.

Существует несколько их разновидностей:

Приборы отличаются диапазоном показателей, уровнем помехоустойчивости, областью применения, частотой измерительного тока и прочими параметрами.

Проверка электроцепи заземленный объект – заземлитель осуществляется после:

Для некоторых электроустановок предписывается проверять наличие цепи с определенной периодичностью (точные сроки указаны в нормативных документах).

От правильности выбора и эксплуатации заземлителя зависит безопасность персонала, работающего с электроустановкой. К настоящему моменту разработаны конструкции для любых условий, эффективно работающие даже в грунтах с самой низкой проводимостью.

Преимущества и недостатки устройств заземления

• Естественные устройства заземления лучше использовать в тех случаях, когда они позволяют обеспечить все требования техники безопасности, предъявляемые к ним.
• Контуры заземления искусственные рекомендуется использовать для уменьшения величин токов, которые будут уходит в земли через естественные заземлители.
• В большей степени можно обойтись использованием только естественных заземлительных приспособлений. Это прежде всего сохранит затраты на покупку дополнительных материалов, а также гораздо уменьшит трудовые и физические затраты. Кроме того, использование естественных приспособлений гораздо проще в применении нежели искусственных.

Использование фундамента как естественного заземлителя

Сегодня применение заземлителей на железобетонных фундаментах зданий возможно лишь при влажности грунта не более 3%. На сооружения могут воздействовать исключительно слабоагрессивные либо неагрессивные вещества.

Использование труб как естественного заземлителя

Если же за основу взят заземлитель трубопровода, то подключение производится на задвижке трубы через перемычку. Использование канализационной трубы как заземлителя крайне нежелательно, поскольку будет иметь место слабый электрический контакт в стыках металлоконструкции.

В качестве заземлительного проводника нельзя использовать водопроводные трубы или трубы, предназначенные для отопления. В трубопроводе могут присутствовать нетокопроводящие вставки, следовательно, это нарушит электроконтакт. Также на плохую электропроводность влияет коррозия.

Нормативная часть

Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. [1] п.1.7.28.

Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности. [1].п. 1.7.29.

Работа электрических сетей напряжением 2-35кВ может предусматриваться как с изолированной нейтралью, так и с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор или резистор.

Работа электрических сетей напряжением 110кВ может предусматриваться как с глухозаземленной, так и с эффективно заземленной нейтралью.

Электрические сети напряжением 220кВ и выше должны работать только с глухозаземленной нейтралью.[1] п. 1.2.16.

Искусственный заземлитель – заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.[12] п.1.7.16.

Естественный заземлитель – сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемую для целей заземления.[1] п.1.7.17.

Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью следует выполнять с соблюдением требований либо к их сопротивлению либо к напряжению прикосновения, а также с соблюдением требований к конструктивному выполнению.[1] п.1.7.88.

Для исключения электрической связи внешней ограды с заземляющим устройством расстояние от ограды до элементов заземляющего устройства, расположенных вдоль нее с внутренней, внешней или с обеих сторон, должно быть не менее 2м.[1] п.1.7.93.

Заземляющее устройство, которое выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению, должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом с учетом сопротивления естественных и искусственных заземлителей. [1] п.1.7.90.

Горизонтальные заземлители следует прокладывать по краю территории, занимаемой заземляющим устройством так, чтобы они в совокупности образовывали замкнутый контур на глубине 0,5 – 0,7 м. Вертикальные заземлители должны быть длиной 3 – 5м. [1] п.1.7.90.

Считается, что сопротивления естественных и искусственных заземлителей взаимодействуют параллельно.

Если заземляющее устройство используется одновременно для электроустановок до 1кВ и выше 1кВ то при выборе его сопротивления должны учитываться тебования для обоих диапазонов напряжения с учетом режима электрической нейтрали.

Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными.

Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать приведенным в табл. 1.7.4. [1] п.1.7.111.

a) Определим необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественных заземлителей.

Где — сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

— сопротивление естественного заземлителя, Ом;

Меньший показатель такой характеристики почвы отразится на гидрофильности бетона произойдет мощное электрическое сопротивление, железобетонная конструкция потеряет свойства заземлителя. Если же вам что-то непонятно, пишите мне!