Что такое заземлитель и какие типы электродов существуют

Для устройства заземления требуется надежный заземлитель.

В большинстве случаев от его работоспособности зависят ни много ни мало жизни людей, потому небрежность в данном вопросе недопустима.

Для правильной организации необходимо знать, какими бывают заземлители и все требования к ним предъявляемые.

Что является заземлителем

Заземлитель — конструкция из одного или нескольких металлических токопроводящих элементов (электродов), заглубленная в грунт.

Его задача — обеспечить электрический контакт между заземленным элементом, например, корпусом установки или молниеприемником, и землей, имеющей свойство поглощать электрический заряд. Следовательно, от заземлителя требуется только одно — низкое сопротивление. Его максимально допустимая величина — 30 Ом.

Виды заземлителей

Понятие «сопротивление заземлителя» включает в себя не только резистивность собственно электродов, но и окружающего их грунта.

Если проводимость у последнего низкая, приходится усложнять конструкцию заземлителя.

Есть еще сложности: среда грунта оказывает на электроды корродирующее воздействие, в некоторых случаях металл «вымывается» в результате электролиза.

Все это побуждает разрабатывать самые разные конструкции заземлителей.

Естественные, искусственные заземлители

Естественными заземлителями называют конструкции, у которых отведение электричества в грунт не является основной функцией. Например:

• Фундаменты, сооруженные из железобетона.
• Подземные инженерные сети: трубопроводы, оболочка и броня кабелей.
• Рельсы железной дороги и прочие коммуникации наземной прокладки.

Использование ж/б фундаментов в качестве заземлителей допускается при следующих условиях:

1. Влажность грунта — не менее 3%. В сухой почве бетон обладает высоким сопротивлением.
2. Отсутствует гидроизоляция (битумное покрытие допускается).
3. Монолитная конструкция. Можно использовать и сборные, но для этого необходимо соединить электросваркой арматуру соседних блоков. Также поступают со свайным фундаментом: арматуру свай приваривают к арматуре ростверка.

Применение естественных заземлителей позволяет значительно удешевить устройство заземления.

Если это невозможно, используют заземлители искусственные — специальные конструкции, нацеленные только на обеспечение электроконтакта с высокой проводимостью между заземленным элементом и грунтом.

Искусственный заземлитель, состоящий из нескольких соединенных между собой электродов, называют сложным. Если он смонтирован вокруг объекта, то применяют название «контур заземления».

В основном электроды изготавливают из стали:

• черной (низкоуглеродистой – Ст.0, Ст.3 и пр.);
• нержавеющей;
• черной с покрытием из меди, алюминия или цинка.

Электроды из «черной» стали в расчете на коррозию делают более крупными, но они все равно стоят дешевле нержавеющих или с покрытием. Однако, у них есть важный недостаток: при появлении ржавчины на поверхностном слое его сопротивление возрастает.

Горизонтальные, вертикальные заземлители

Если проводимость поверхностного слоя грунта высока и имеется достаточно свободного места, электроды искусственного заземлителя укладывают горизонтально в неглубоких траншеях. На пахотных землях глубина закладки составляет 1 м, на прочих — 0,5 м.

Достоинство метода: минимальная доля ручного труда.

На каменистых и вечномерзлых грунтах горизонтальная закладка — единственно возможный вариант. Если проводимость поверхностного слоя грунта невысока, что бывает довольно часто, применяют электролитический заземлитель. Это согнутая Г-образно труба с отверстиями в стенке, заполненная минеральной солью.

При растворении солей в грунтовой влаге образуется электролит, что дает двойной эффект:

• повышается проводимость грунта;
• снижается температура замерзания (промерзший грунт обладает высоким сопротивлением).

В засушливый период через выведенную наружу короткую часть в заземлитель наливают воду. В соль добавляют вещества, тормозящие их вымывание весной.

Засыпку периодически обновляют.

В подавляющем большинстве случаев поверхностный грунт обладает рядом недостатков:

• слабая проводимость — из-за низких: плотности и влажности;
• неравномерное растекание тока — из-за низкой и нестабильно распределенной плотности;
• значительное содержание воздуха, способствующего коррозии;
• температурные перепады;
• промерзание.

Плотные и влажные глубинные слои этих недостатков лишены, потому чаще электроды размещают вертикально. Термин «вертикально» условен: проводники могут располагаться под углом до 45 градусов.

Разновидности вертикальных заземлителей

Распространены следующие виды вертикальных заземлителей:

• традиционный;
• модульный;
• гибкий;
• бесконтактный;
• для засушливых регионов.

Традиционный

Самый простой вариант. Отрезки стального проката длиной до 5 м вколачивают в землю кувалдой или специальным электроинструментом.

Для изготовления электродов используются:

• уголок: минимальная толщина полки — 4 мм;
• полоса: минимальная толщина — 4 мм, минимальное сечение — 48 кв. мм;
• труба: минимальная толщина стенки — 3,5 мм;
• прут: минимальный диаметр — 10 мм, оцинкованного — 6 мм.

Минимальное сечение электродов и подводящих шин для заземлителей молниезащиты составляет 160 кв. мм.

Круглые электроды наиболее предпочтительны, поскольку:

• при том же сечении имеют меньшую площадь поверхности, потому меньше ржавеют;
• легче вбиваются в грунт;
• требуют в 1,5 раза меньших затрат стали и обходятся в 1,75 раза дешевле прочих разновидностей.

Модульный (наращиваемый)

Используются круглые стержни, снабженные конструктивными элементами для прочного соединения. По мере погружения в грунт электрод наращивается, что позволяет достигать любой глубины.

Достоинства модульного заземлителя:

1. Высокая эффективность, обусловленная значительной глубиной погружения: чтобы обеспечить сопротивление в 2 Ома достаточно 1-го электрода длиной 12 м, тогда как 3-метровых для этого требуется 15 м и более.
2. Компактность: заземлитель занимает мало места на поверхности участка.
3. Долговечность: модули имеют коррозионноустойчивое медное или цинковое покрытие.

Параметры модулей:

• диаметр: 12 – 25 мм;
• длина: 1,2 – 5 м.

Применяются разные способы соединения секций:

• резьбовыми муфтами;
• резьбовое без муфты (стержни навинчиваются один на другой);
• муфтой без резьбы;
• фрикционный метод: один стержень заклинивается в другом.

При выборе модульного заземлителя внимание обращают на характеристики покрытия:

• толщина;
• адгезия: подразумевается сила сцепления покрытия с основным материалом, препятствующая его соскальзыванию в процессе внедрения в грунт.

Гибкий

Электрод изготовлен в виде тонкостенной трубы из нержавеющей стали (толщина стенки составляет 1 – 2 мм) с находящимся внутри сердечником из полужесткого пластичного материала.

Он хорошо переносит процесс забивания, но при попадании на препятствие в грунте (камень и пр.) изгибается и обходит его. Наконечник делают закругленным, чтобы он лучше соскальзывал с препятствия.

Стандартный диаметр стальной трубы — 15 мм. Диаметр «начинки» из пластичного материала больше, за счет чего она после запрессовывания в трубу удерживает последнюю от смятия.

Другой способ изготовления упругого сердечника — заливка в трубу эпоксидной смолы, какого-нибудь эластомера или полиуретана. При отвердении эти материалы стремятся увеличиться в объеме, чем и обеспечивается требуемый натяг.

Выгоды от использования электродов данного типа:

• возможность обходить твердые включения в грунте;
• уменьшение затрат стали.

Бесконтактный

При конструировании этого заземлителя преследовалась цель исключить контакт металлического электрода со средой грунта, вызывающей электролитическое растворение металла.

Бесконтактный заземлитель сооружается так:

1. В грунте бурят скважину.
2. Вставляют в горловину скважины трубу из гетинакса или иного изолятора, так чтобы она располагалась выше уровня земли.
3. Засыпают в скважину и трубу токопроводящую засыпку.
4. Внедряют в засыпку металлический электрод такой длины, чтобы его нижний конец был выше поверхности земли.
5. Кладут на засыпку тяжелый диск с отверстием для электрода, компенсирующий усадку засыпки и поддерживающий таким образом ее плотность и хороший контакт с электродом.

Для засушливых регионов

В грунте устраивается железобетонная емкость с люком вверху для заполнения водой. К низу емкости подсоединяют сеть из стальных труб с отверстиями в стенках для истечения воды, выполненными с определенным шагом. Эти трубы покрываются материалом, впитывающим влагу, например, бетоном или цементом.

Марку раствора необходимо подобрать так, чтобы добиться оптимальной скорости фильтрации влаги в грунт. Тогда воду в заземлитель придется заливать реже. Подключение заземляемого элемента осуществляется к арматурному каркасу ж/б емкости.

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:

• Ф4104-М1;
• Р.ЗЗЗ;
• Ф4103-М1;
• МКИ-100;
• М1Ш-101;
• МКР- 200;
• М2Р-300.

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

Проверка электроцепи заземленный объект – заземлитель осуществляется после:

• монтажа;
• реконструкции;
• ремонта.

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.