Заземлитель: что это такое, классификация, требования

Заземлитель (earth electrode) — это проводящая часть или совокупность электрически соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с локальной землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду (определение согласно ГОСТ 30331.1-2013 [1]). В некоторой нормативной документации наряду или вместо более корректного термина “заземлитель” используется другой термин — “заземляющий электрод”.

Отдельно выделяют электрически независимый заземлитель, который представляет собой заземлитель, расположенный на таком расстоянии от других заземлителей, что электрические токи, протекающие между ними и Землёй, не оказывают существенного влияния на электрический потенциал независимого заземлителя.

При выполнении отдельного (независимого) заземлителя для функционального заземления по условиям работы информационного или другого чувствительного к воздействию помех оборудования должны быть приняты специальные меры защиты от поражения электрическим током, исключающие одновременное прикосновение к частям, которые могут оказаться под опасной разностью потенциалов при повреждении изоляции.

Заземляющее устройство (показан заземлитель)
Рис. 1. Пример выполнения заземляющего устройства (на рисунке показаны в том числе вертикальные заземлители)

Классификация.

Заземлители классифицируют по следующим признакам:

по типу исполнения:

  • искусственные
  • естественные;

по конструктивному исполнению:

  • продольные и поперечные горизонтальные;
  • вертикальные (или наклонные);
  • выносные;
  • контурные горизонтальные;
  • радиально расходящиеся.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

  1. Металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий и сооружений, имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах;
  2. Обсадные трубы буровых скважин;
  3. Металлические трубы водопровода, проложенные в земле;
  4. Подъездные рельсовые пути при устройстве стыковых соединителей между рельсами;
  5. Заземлители опор ВЛ, соединенные с заземляющим устройством электроустановок при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ;
  6. Металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле. Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при количестве кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителей не допускается.
  7. Другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения.

В качестве естественных заземлителей не рекомендуется использовать:

  • трубопроводы горючих жидкостей;
  • трубопроводы горючих или взрывоопасных газов и смесей;
  • трубопроводы канализации и центрального отопления.

Указанные ограничения не исключают необходимости присоединения таких трубопроводов к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов в соответствии с указаниями МЭК 60364-4-41 (пункт 541.3.9).

При этом должны быть приняты меры, исключающие искрение в местах присоединения и на стыках труб при протекании электрического тока по трубопроводу.

Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными. Оцинкованную сталь для заземлителей допускается применять, если площадь оцинкованной поверхности, находящейся в грунте, существенно больше площади поверхности заземляемой арматуры железобетонных фундаментов и других подземных, не изолированных от грунта, связанных с заземляющим устройством металлических сооружений [3].

Искусственные заземлители не должны иметь цветовой индикации.

Минимальные размеры заземлителей из наиболее распространенных материалов с точки зрения коррозионной и механической стойкости, проложенных в земле и замоноличенных в бетон приведены в таблице 1 (на основе таблицы 54.1 из [2]).

Таблица 1. Минимальные размеры обычно используемых заземляющих электродов, проложенных в грунте или бетоне, применяемых для предотвращения коррозии и обеспечения механической стойкости
Материал и поверхность электрода Профиль Диаметр, мм Площадь поперечного сечения, мм2 Толщина, мм Масса покрытия, Гр/м2 Толщина покрытия/оболочки, мкм
Сталь, замоноличенная в бетон (голая, горячего цинкования или нержавеющая) Круглая проволока 10
Лента или полоса 75 3
Сталь горячего цинкованияc Полосаb или профилированная полоса/пластина.

– сплошная пластина,
– перфорированная пластина

90 3 500 63
Круглый стержень устанавливают вертикально 16 350 45
Круглая проволока – устанавливают горизонтально 10 350 45
Трубный 25 2 350 45
Скрученный (замоноличенный в бетон) 70
Перекрестный профиль устанавливают вертикально (290) 3
Сталь в медной оболочке Круглый стержень устанавливают вертикально (15) 2000
Сталь с гальваническим медным покрытием Круглый стержень устанавливают вертикально 14 250e
Круглая проволока – устанавливают горизонтально (8) 70
Полоса, установленная горизонтально 90 3 70
Нержавеющая стальa Полосаb или профилированная полоса/пластина 90 3
Круглый стержень устанавливают вертикально 16
Круглая проволока – устанавливают горизонтально 10
Трубный 25 2
Медь Полоса 50 2
Круглая проволока – устанавливают горизонтально (25)d 50
Сплошной круглый стержень устанавливают вертикально (12) 15
Многопроволочный провод 1,7 скрутка индивид. (25)d 50
Трубный 20 2
Сплошная пластина (1,5) 2
Перфорированная пластина 2
a Хром 16%, Никель 5%, Молибден 2%, Углерод 0,08%.
b Как катанная так и резанная полоса с закругленными краями.
c Покрытие должно быть гладким, непрерывным и лишенным натеков.
d Толщина обеспечивает защиту от механического повреждения медного покрытия во время процесса монтажа. Он может быть уменьшен, но не менее чем до 100 мкм, если приняты специальные меры предосторожности, чтобы избежать механического повреждения меди во время процесса монтажа (например, пробуренные отверстия или специальные защитные наконечники), – принимают согласно инструкции изготовителя.
e Если опыт показывает, что риск коррозии и механического повреждения чрезвычайно низок, может использоваться сечение 16 мм2.
Примечание. Размеры в скобках применимы только для защиты от поражения электрическим током, в то время как значения не в скобках применимы для защиты от удара молнии и поражения электрическим током.

В случае опасности коррозии заземляющих устройств следует выполнять одно из следующих мероприятий:

  • увеличение сечения заземлителей и заземляющих проводников с учетом расчетного срока их службы;
  • применение заземлителей и заземляющих проводников с гальваническим покрытием или медных.

Требования.

Типы, материалы и размеры заземлителей должны обеспечивать коррозионную и необходимую механическую прочность на весь срок службы.

С точки зрения коррозии, могут рассматривать следующие факторы: pH почвы, удельное сопротивление почвы, влажность почвы, блуждающие токи и токи утечки переменного и постоянного токов, химическое загрязнение и близость несовместимых материалов.

Минимальная толщина защитного покрытия должна быть больше для вертикальных заземлителей, чем для горизонтальных заземлителей, из-за большего механического воздействия при их заглублении.

Эффективность конкретного заземлителя зависит от характера грунта. Число заземлителей выбирают в зависимости от характера грунта и его сопротивления.

В приложении D [2] приведены методы оценки сопротивления заземлителей.

При выборе типа и глубины установки заземлителей должны быть учтены возможности механического повреждения и минимизации воздействия высыхания или промерзания грунта.

При применении в заземлителях разных материалов должна быть предусмотрена возможность возникновения электрической коррозии. Для внешних проводников (например, заземляющих) соединенных с замоноличенными в бетон фундаментными заземлителями, соединение, выполненное из стали горячего цинкования не должно быть в грунте.

В системе ТТ, где применяют катодную защиту и сторонние проводящие части электрооборудования непосредственно соединяют с металлическими трубами для огнеопасных жидкостей или газов, последние могут быть применены, как единственный заземлитель для данного оборудования.

Заземлители не должны быть непосредственно погружены в воду потока, реки, водоема, озера и т.п.

Если заземлитель состоит из частей, которые должны быть соединены вместе, соединение должно быть выполнено экзотермической сваркой, опрессовкой, зажимами или другим разрешенным механическим соединителем.

Возможность использования естественных заземлителей по условию плотности протекающих по ним токов, необходимость сварки арматурных стержней железобетонных фундаментов и конструкций и необходимость приварки анкерных болтов стальных колонн к арматурным стержням железобетонных фундаментов, а также возможность использования фундаментов в сильноагрессивных средах должны быть определены расчетом.

Использование естественных заземлителей в качестве элементов заземляющего устройства не должно приводить к их повреждению при протекании по ним токов короткого замыкания или к нарушению работы устройств, с которыми они связаны.

При включении в систему уравнивания потенциалов трубопроводов с горючими и взрывоопасными жидкостями, газами и смесями должны быть обеспечены меры, исключающие искрение в местах присоединения проводников уравнивания потенциалов (сварка) и во фланцах трубопроводов (шунтирующие перемычки).

При напряжении на заземляющем устройстве выше допустимого значения для снижения сопротивления должны быть установлены вертикальные заземлители или выносные заземлители.

Вертикальные заземлители должны быть установлены равномерно по периметру заземляющего устройства. Длина и число вертикальных заземлителей должны быть определены расчетом.

Выносной заземлитель сооружается в местах с низким удельным сопротивлением грунтов, недоступных для частого пребывания людей и животных.

Выносной заземлитель представляет собой горизонтальный контур с вертикальными заземлителями или без них, который выполняется в виде многоугольника с тупыми или скругленными углами и прокладывается на глубине не менее 1 м.

Соединение выносного заземлителя с заземляющим устройством электроустановки осуществляется с помощью горизонтальных заземлителей, а также ВЛ и КЛ. Удаленность выносного заземлителя от искусственного заземлителя при их соединении горизонтальными заземлителями не должна превышать 0,5 км, а при соединении ВЛ и КЛ – 2 км.

Число горизонтальных заземлителей должно быть не менее двух. Их прокладка осуществляется на глубине не менее 1 м. Число и сечение проводов или жил кабеля выбирают так, чтобы продольное сопротивление линии было менее сопротивления выносного заземлителя.

При устройстве выносного заземлителя должны быть предусмотрены меры по защите людей и животных от поражения электрическим током. Для этого необходимо, чтобы линия была изолирована от земли на напряжение не менее напряжения на заземляющем устройстве и исключена возможность прикосновения к проводнику, соединяющему линию с выносным заземлителем.

Список использованных источников

  1. ГОСТ 30331.1-2013
  2. ГОСТ Р 50571.5.54-2013
  3. ГОСТ Р 58882-2020