Контур заземления: нормы ПУЭ

Порядок обустройства и эксплуатации защитных электротехнических приспособлений регламентируется основными положениями ПУЭ, утвержденными МЭР, согласно приказу от 08.07.2002 года. В настоящее время подготовлена седьмая редакция этих нормативов, распространяющая своё действие на все электротехническое оборудование, включая заземляющий контур (смотрите рисунок ниже).

Образцы контуров заземления

Для получения полной информации о тех требованиях, которые предъявляются к электроустановкам и защитным системам, рассмотрим их конкретное содержание на примере действующего контура заземления. Нормы ПУЭ для данного типа устройств касаются в основном такого важного параметра, как сопротивление заземления.

Вопросы, затрагиваемые в ПУЭ

Регламентирование порядка эксплуатации различных видов защитных систем может быть представлено в виде определённого набора требований, касающихся обустройства отдельных конструкций.

Согласно им, функциональная готовность контуров заземления, в состав которых входит целый набор конструктивных элементов, должна подтверждаться следующими техническими данными:

• Описание конструкции и состава защитных устройств, применяемых в действующих электроустановках;
• Формулы для расчета их размеров, а также нормы сопротивления заземляющих устройств (ЗУ);
• Таблицы с корректировочными коэффициентами, позволяющими вводить поправки на качество и состояние грунта в месте размещения контура (с учётом материала отдельных элементов);
• Порядок организации и проведения контрольных испытаний, имеющихся у систем заземления.

При его обустройстве предписывается действовать в строгом соответствии с ПУЭ, а также соблюдать все требования, касающиеся эксплуатации данного защитного устройства.

Конструкция контура

Составные части

Уже упоминавшееся ранее сопротивление заземления (Rз) контура – основной параметр, контролируемый на всех этапах его эксплуатации и определяющий эффективность его применения. Эта величина должна быть настолько малой, чтобы обеспечить свободный путь аварийному току, стремящемуся стечь в землю.

Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:

• В её составе необходимо предусмотреть набор металлических прутьев или штырей длиной не менее 2-х метров и диаметром от 10-ти до 25-ти миллиметров;
• Они соединяются между собой (обязательно на сварку) пластинами из того же металла в конструкцию определённой формы, образуя так называемый «заземлитель»;
• Кроме того, в комплект устройства входит подводящая медная шина (её ещё называют электротехнической) с сечением, определяемым типом защищаемого оборудования и величиной токов стекания (смотрите таблицу на рисунке ниже).

Таблица сечений шин

Дополнительная информация. Условно к этой конструкции можно отнести соединительные медные провода в виде жгута или оплётки.

Эти составляющие устройства  необходимы для соединения элементов защищаемого оборудования со спуском (медной шиной).

Различие по месту устройства

Согласно положениям ПУЭ, защитный контур может иметь как наружное, так и внутреннее исполнение, причём к каждому из них предъявляются особые требования. Последними устанавливается не только допустимое сопротивление контура заземления, но и оговариваются условия измерения этого параметра в каждом частном случае (снаружи и внутри объекта).

При разделении систем заземления по их местонахождению следует помнить о том, что лишь для наружных конструкций корректен вопрос о том, как нормируется сопротивление заземлителя, поскольку внутри помещения он обычно отсутствует. Для внутренних конструкций характерна разводка по всему периметру помещений электротехнических шин, к которым посредством гибких медных проводников подсоединяются заземляемые части оборудования и приборов.

Для элементов конструкций, заземлённых снаружи объекта, вводится понятие сопротивления повторного заземления, появившееся вследствие особенной организации защиты на подстанции. Дело в том, что при формировании нулевого защитного или совмещённого с ним рабочего проводника на питающей станции нейтральная точка оборудования (понижающего трансформатора, в частности) уже заземляется один раз.

Поэтому когда на ответном конце того же провода (обычно это PEN или PE шина, выводимая непосредственно на щиток потребителя) делается ещё одно местное заземление, его с полным основанием можно назвать повторным. Организация этого вида защиты показана на рисунке ниже.

Повторное заземление

Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля».

Влияние почвы на сопротивление Rз

Практически доказано, что сопротивление заземляющего устройства в значительной степени определяется состоянием грунта в месте расположения заземлителя. В свою очередь, характеристики почвы в зоне проведения защитных работ зависят от следующих факторов:

• Влажность почвы на участке проведения работ;

Дополнительная информация. При оценке влажности следует знать, что сланцы и глина хорошо удерживают воду, а песчаные почвы, напротив, плохо.

• Наличие в почве каменистых составляющих, в которых обустроить заземление попросту невозможно (в этом случае приходится выбирать другое место);
• Возможность искусственного увлажнения грунта в особо засушливые летние периоды;
• Химический состав почвы (наличие в ней солевых составляющих).

В зависимости от состава грунта, он может быть отнесён к тому или иному виду (смотрите фото ниже).

Различные виды почвы

Исходя из особенностей формирования сопротивления заземлителя, предполагающих его снижение при увлажнении и повышении солевой концентрации, в случае крайней необходимости в грунт искусственно вводятся порции влажного химиката NaCl.

Хорошие грунты с точки зрения обустройства заземления – это суглинистые почвы с высоким содержанием торфяных составляющих и солей.

Устройство и типы контуров

Стандартный контур заземления изготавливается не только в виде оптимального для большинства условий треугольника; он может иметь форму линии, прямоугольника, угла или даже дуги (овала). При рассмотрении каждой из этих конструкций с точки зрения их сопротивления необходимо отметить следующее:

• Основой конструкции являются забиваемые в землю штыри или стержни;
• Между собой они соединяются нарезанными по длине металлическими полосами (так называемой «металлосвязью»);
• К одному из штырей или к полоске металла приваривается медная шина, прокладываемая в отдельной канавке, как это изображено на приведённом ниже рисунке.

Прокладка шины до конструкции КЗ

Выбор треугольника в качестве основного вида заземлителя объясняется тем, что в этом случае удаётся получить максимальную зону рассеивания при небольшой занимаемой площади. Материальные затраты на такую конструкцию минимальны, а величина сопротивления растеканию в грунте при правильном её обустройстве соответствует нормативам.

Расстояние между штырями треугольного контура обычно выбирается равным длине, а максимальное удаление одного от другого может быть вдвое больше. Так, если штыри заглубляются в землю на 250 сантиметров, оно может достигать 5-ти метров. Лишь при соблюдении этих условий удаётся получить оптимальные характеристики зарытого в землю сооружения.

Линейный контур представляет собой цепочку штырей, вбитых в землю с определённым шагом, равным примерно 5-10 метров (смотрите рисунок далее по тексту).

Линейный распределённый контур

В отдельных случаях, зависящих от условий местности, конструкция сооружается в виде полукруга; при этом штыри располагаются на том же удалении один от другого. В таком распределённом устройстве сопротивление должно быть минимальным именно в точках соприкосновения прутьев с грунтом. Для достижения требуемого показателя Rз штырей забивается как можно больше.

Все остальные типы конструкций являются модификациями описанных выше заземлителей, а предъявляемые к ним требования по сопротивлению стекания являются производными от уже рассмотренных.

Виды материала (профили)

Согласно требованиям ПУЭ, содержащим указания на то, каким должно быть сопротивление растекания тока в грунте, в большинстве случаев этот показатель устанавливается на уровне не более 4 Ом. Для получения этого значения обычно приходится приложить немало усилий, направленных на то, чтобы придерживаться заданных теми же требованиями технологий.

В первую очередь, это касается используемых при сборке заземляющего контура материалов, подбираемых, исходя из следующих условий:

• При выборе штырей предпочтение должно отдаваться заготовкам из черного металла;
• Наиболее часто применяется пруток типоразмером 16-20 мм или уголок с параметрами 50х50х5 мм и толщиной металла около 5 мм;
• Применять в качестве элементов контура арматуру не допускается, поскольку она обладает каленой поверхностью, влияющей на нормальное стекание тока;
• Для этих целей подходит именно чистый пруток, а не его арматурный заменитель.

Согласно положениям ПУЭ, перед их размещением в грунте сначала бурятся лунки нужной длины, поскольку забить их вручную достаточно проблематично. В случае особо засушливого лета и резком ухудшении параметров заземлителя в полые части труб заливается концентрированный соляной раствор, что позволяет получить такое сопротивление, какое должно быть в соответствии с требованиями ПУЭ. Длина трубных заготовок выбирается в пределах 2,5-3 метра, что вполне хватает для большинства российских регионов.

К этому виду профильных заготовок предъявляются особые требования, касающиеся порядка их размещения в почве и состоящие в следующем:

• Во-первых, трубные элементы защитного контура должны размещаться на глубине, превышающей уровень промерзания грунта не менее чем на 80-100 см;
• Во-вторых, в особо засушливых местностях примерно треть длины заземлителя должна достигать влажных слоёв почвы;
• В-третьих, при выполнении второго условия следует ориентироваться на особенности расположения в данном регионе так называемых «грунтовых вод». В случае если они находятся на значительной глубине, по правилу, сформулированному в положениях ПУЭ, необходимо будет подготовить более длинные трубные отрезки.

С видом и профилем используемых при обустройстве заземлителя штыревых заготовок можно ознакомиться на размещённом ниже рисунке.

Допустимые профили штырей

На практике в большинстве регионов России обычно применяются стальной уголок и полоса из того же металла. Для того чтобы получить более точные параметры используемых элементов заземления, потребуются данные геологических обследований. При наличии этой информации можно будет привлечь к обсчёту параметров заземлителя специалистов.

Из чего делается металлосвязь

Соединяющие штыри элементы (металлосвязь) обычно изготавливается из следующих электротехнических материалов:

• Типовая медная шина, имеющая сечение на менее 10 мм2;
• Алюминиевая полоса с поперечным сечением порядка 16 мм2;
• Стальная полоска 100 мм2 (типоразмер – 25х5 мм).

Классическая металлосвязь делается обычно в виде нарезанных по размеру стальных полос, крепящихся на сварку к уголкам или оголовкам прутка.

При применении более дорогих алюминиевых (медных) полосок к ним на сварку крепится болт подходящего типоразмера, на котором впоследствии фиксируются подводящие шины. Главное, на что нужно обращать внимание при обустройстве любых соединений, – это надёжность получаемого в результате контакта.

Для этого перед оформлением болтового сочленения необходимо тщательно зачистить обе соединяемые детали до появления блеска чистого металла. Дополнительно эти места желательно обработать шкуркой, а после закручивания болта хорошо его поджать, что обеспечит более надёжный контакт.

Самостоятельное изготовление

После подготовки всех необходимых материалов и выбора подходящего места для обустройства заземления можно переходить к непосредственным операциям по сборке заземляющего контура. На подготовительной стадии нарезаются трубные или другие профильные отрезки, размер которых выбирается на 20-30 см больше расчётного (это нужно для компенсации изгиба вершины заготовки при её вбивании в землю).

Дополнительная информация. Для облегчения забивания таких отрезков рекомендуется заострить их нижний срез посредством болгарки с обрезным диском.

Одновременно с подготовкой точечных штыревых заземлителей начинается этап земляных работ, состоящих в подготовке канавок со скошенными краями (для лучшего удерживания грунта от осыпания).

Порядок производимых при земляных работах операций выглядит следующим образом:

• Сначала подготавливается (расчищается) площадка под будущий контур заземления и делается его разметка;
• Затем по уже нанесённой разметке выкапываются канавки глубиной 70-80 см и шириной порядка 50 см (глубина выбирается из соображения минимальной коррозии металлосвязей);
• После этого нарезанные по длине штыри забиваются в намеченных точках так, чтобы над поверхностью выступало около 20 см (смотрите фото ниже);

Обустройство заземляющего контура

• По завершении монтажа всех вертикальных элементов верхние их части срезаются, а контактные площадки тщательно зачищаются, после чего к ним привариваются металлосвязи;
• После того, как все сварочные швы остынут, они зачищаются болгаркой со шлифовальным диском, а затем окрашиваются специальной защитной краской на основе гудрона;

• Далее от ближайшей к жилому строению точки КЗ прокапывают канавку на ту же глубину, что была вырыта под металлосвязи (её ширина может быть чуть меньше, поскольку соединительная полоса делается цельной, не требующей проведения сварных работ);
• Затем в подготовленную траншею укладывается полоса металла с типоразмером не менее 25х4 мм, которая впоследствии приваривается к штырю или перемычке (металлосвязи);
• На заключительной стадии работ у самой стены дома уже проложенная металлическая полоса поднимается на высоту порядка 200 мм, где к ней на болт или сварку подсоединяется шина (провод), идущая на ГЗШ распределительного щитка (фото ниже).

Ввод заземления в дом

Для подключения готового заземления в действующую цепь электроснабжения потребуется ознакомиться с существующими схемами организации заземления.

Ввод в дом

На шину заземления распределительной системы контур заводится с помощью стальной полосы с типоразмером 24х4 мм или же медной и гибкой проволоки сечением 10 мм². В отдельных случаях, специально оговариваемых в ПУЭ, для этого допускается применять алюминиевый провод сечением 16 мм² (смотрите рисунок ниже).

Схема заведения заземления в щиток

При возможности выбора между предложенными выше вариантами предпочтение отдаётся медному проводу, имеющему наиболее подходящие для выполнения поставленной задачи характеристики.

В заключительной части обзора обратим внимание пользователей на то, что сделать заземляющий контур своими руками не очень просто, поскольку при проведении этих работ необходимо строгое соблюдение требований ПУЭ. Для тех, кто полностью не уверен в своих силах, всегда имеется «запасной» выход – пригласить представителей организации, специализирующейся на изготовлении заземлений.

Видео

Автор:

Кoкушкин Сeргей Виктopoвич