Естественные заземлители – это металлические конструкции, контактирующие с грунтом и способные проводить ток в землю без установки дополнительных электродов. Они используются как часть системы заземления в зданиях, трансформаторных подстанциях, линиях электропередачи и промышленном оборудовании. Основное преимущество – экономия на материалах и снижение затрат на монтаж.
К числу наиболее распространённых естественных заземлителей относят металлические трубы водопровода и теплосети, арматуру железобетонных конструкций, стальные сваи и шпунты, а также оболочки кабелей с металлической бронёй. Например, стальные трубы диаметром не менее 76 мм и толщиной стенки от 3,5 мм обеспечивают устойчивый контакт с грунтом и пригодны для использования в системах молниезащиты и заземления электроустановок до 1000 В.
Применение естественных заземлителей допустимо только при условии их надежного и долговременного контакта с грунтом. Важно учитывать сопротивление растеканию тока – для эффективной работы заземляющего устройства оно должно быть не выше 4 Ом для электроустановок напряжением до 1 кВ с системой TN, и не выше 10 Ом – при системе TT. При этом соединения заземляющих элементов должны быть выполнены сваркой или болтовыми соединениями с антикоррозийной защитой.
При проектировании необходимо исключить использование трубопроводов с неметаллическими вставками, а также элементов, подверженных механическим повреждениям или вибрации. Оптимальным решением часто становится включение арматуры фундаментной плиты в контур заземления, если она соответствует требованиям по непрерывности и сечению – не менее 50 мм² для стали.
Как выбрать подходящий естественный заземлитель в зависимости от типа грунта
При выборе естественного заземлителя необходимо учитывать электропроводность грунта, глубину залегания металлических конструкций и коррозионную активность почвы. Глинистые и суглинистые почвы обладают высокой удельной проводимостью, что делает возможным использование металлических водопроводных труб, закладных арматурных каркасов фундаментов и железобетонных свай как эффективных заземлителей.
В песчаных грунтах с низкой влагосодержательностью предпочтительнее применять длинные горизонтальные металлические конструкции, например, закопанные металлические балки или трубы, расположенные на глубине ниже уровня промерзания. Это снижает сопротивление заземления за счёт более стабильной влажности на этой глубине.
В торфяных и болотистых почвах, несмотря на высокую влажность, наблюдается агрессивное воздействие на металл. Здесь следует использовать заземлители из коррозионно-стойких материалов, например, медных или оцинкованных элементов, либо комбинировать с антикоррозионной защитой. Применение арматуры без антикоррозионного покрытия не допускается.
В каменистых и скальных грунтах затруднено заглубление длинных металлических элементов. В таких случаях целесообразно использовать железобетонные фундаменты с достаточной площадью соприкосновения с землёй, подключённые к системе уравнивания потенциалов через надёжные сварные соединения с арматурой.
При наличии подземных коммуникаций из металла (неизолированные трубопроводы, металлические оболочки кабелей) можно использовать их как часть заземляющего контура, при условии согласования с владельцами сетей и обеспечения электрической непрерывности на всем протяжении.
Использование металлических трубопроводов в качестве заземлителей: требования и ограничения
Металлические трубопроводы могут применяться в качестве естественных заземлителей, если они соответствуют ряду технических и нормативных требований. Основной норматив – ПУЭ (Правила устройства электроустановок), а также СП 76.13330 и ГОСТ 12.1.030.
- Трубопровод должен быть проложен непосредственно в земле, без изоляции или с минимальной коррозионно-стойкой защитой, не препятствующей отводу тока.
- Материал труб – сталь или другой токопроводящий металл с устойчивостью к коррозии в грунтовых условиях.
- Длина заземляющего участка – не менее 10 м при диаметре трубы от 50 мм и выше.
- Электрическое соединение трубопровода с заземляющим контуром должно быть выполнено сваркой или болтовым соединением с антикоррозионной обработкой.
Запрещается использовать:
- Газопроводы любого назначения.
- Трубопроводы, содержащие горючие, взрывоопасные или токсичные вещества.
- Секции, содержащие изоляционные вставки или диэлектрические прокладки.
- Съемные или часто заменяемые участки труб.
Перед включением трубопровода в систему заземления необходимо провести замер переходного сопротивления на его входе в здание. Значение не должно превышать 4 Ом для систем с глухозаземлённой нейтралью.
Использование трубопроводов допустимо только как дополнительный элемент заземляющего устройства. Надежность и долговечность заземления при этом должна быть подтверждена расчётом и периодическим контролем состояния соединений и сопротивления.
Особенности применения арматурных каркасов фундаментов в роли заземлителей
Арматурные каркасы фундаментов могут использоваться в качестве естественных заземлителей при условии выполнения ряда технических требований. Основное преимущество – значительная площадь контакта с грунтом и высокая механическая прочность, что особенно актуально для промышленных объектов и зданий с повышенными требованиями к заземлению.
Для эффективного использования арматуры в контуре заземления необходимо обеспечить электрическую непрерывность между всеми элементами каркаса. Это достигается путем сварки, а не вязки, так как вязка не обеспечивает надежного электрического контакта. Сварные соединения должны быть выполнены с соблюдением требований ПУЭ и иметь контролируемое качество.
В местах подключения к заземляющему проводнику необходимо предусматривать выпуск арматуры за пределы бетонной конструкции. Эти участки должны быть защищены от коррозии с помощью антикоррозийных покрытий или гильз, исключающих контакт с кислородом и влагой.
Применение арматурных каркасов допускается при условии, что бетон, в который они залиты, не содержит агрессивных примесей и не находится в зоне систематического промерзания. Минимальная площадь контакта арматуры с грунтом через бетон должна составлять не менее 10 м² на каждый элемент заземляющего устройства.
Необходимо исключить наличие диэлектрических прокладок между арматурой и остальными элементами заземления. При проектировании важно учитывать сопротивление заземления: значение не должно превышать нормативные 4 Ом для жилых зданий и 0,5 Ом для электроустановок с высокой мощностью.
Периодический контроль целостности сварных соединений арматуры обязателен. В условиях эксплуатации с высокой влажностью или агрессивной средой рекомендуется использовать арматуру с дополнительным антикоррозийным покрытием, а также устанавливать дублирующие заземляющие контуры из горизонтальных или вертикальных электродов.
Когда допускается использование железобетонных конструкций для заземления
Железобетонные конструкции могут использоваться в качестве естественных заземлителей при соблюдении определённых условий, регламентированных ПУЭ и СП 76.13330.2016. Допускается применение только тех конструкций, в которых арматура надёжно электрически соединена между собой и имеет устойчивый контакт с окружающим грунтом.
Арматурный каркас должен быть выполнен с использованием сварки либо с применением специальных соединительных муфт, обеспечивающих низкое переходное сопротивление между прутьями. Минимальное сечение арматурной стали – 10 мм при наличии продольного соединения, или 12 мм при одиночной укладке. Расстояние между соединёнными элементами не должно превышать 3 м по длине контура.
Конструкция должна быть заглублена в грунт не менее чем на 0,5 м от поверхности. При этом важно учитывать тип почвы: в глинистых и влажных грунтах сопротивление заземления будет существенно ниже, что делает применение железобетонных элементов особенно эффективным. В песчаных или скальных грунтах применение таких конструкций допустимо только после проведения расчётов удельного сопротивления и оценки необходимости дополнительного заземления.
Не допускается использование железобетонных элементов, защищённых гидроизоляцией или покрытых антикоррозионными материалами, препятствующими прохождению тока в грунт. Также исключается применение конструкций с повреждённой или прерывистой арматурой, не обеспечивающей непрерывность электрической цепи.
Для включения железобетонных конструкций в общую систему заземления необходимо выполнить надёжное соединение с металлическими частями заземляющего устройства. Контактные соединения подлежат защите от коррозии и периодической проверке в процессе эксплуатации.
Влияние коррозии на долговечность естественных заземлителей и способы защиты
Естественные заземлители, такие как стальные трубы, арматура железобетонных конструкций, металлические оболочки кабелей, подвержены электрохимической коррозии при контакте с грунтом. Средняя скорость коррозии стали в суглинистых и глинистых почвах составляет 0,01–0,05 мм/год, в кислых и торфяных грунтах – до 0,2 мм/год, что приводит к значительному снижению проводимости и риска разрушения заземляющего контура уже через 10–15 лет эксплуатации.
Основной фактор, ускоряющий коррозию, – высокая электропроводность грунта при наличии хлоридов, сульфатов и кислых соединений. Повышенная влажность и наличие блуждающих токов также существенно ускоряют процессы разрушения металла. Особую опасность представляют точки перехода между разными средами, например, между почвой и бетоном, где возникают гальванические пары.
Для защиты от коррозии целесообразно использовать катодную поляризацию, создающую отрицательный потенциал на поверхности заземлителя. Эффективны также пассивные методы: нанесение битумных, эпоксидных и полиэтиленовых покрытий с минимальной толщиной 250 мкм. При использовании арматуры в качестве заземлителя необходимо обеспечить полную бетонизацию с плотной структурой без трещин, так как доступ влаги резко ускоряет разрушение.
Одним из устойчивых решений является применение оцинкованных или меднённых стальных элементов. Оцинковка толщиной не менее 80 мкм увеличивает срок службы в агрессивной среде до 30 лет. Меднение, выполненное методом гальванического осаждения с толщиной слоя от 250 мкм, обеспечивает стабильную проводимость и высокую стойкость к грунтовой коррозии более 40 лет.
Регулярный контроль сопротивления заземления и визуальный осмотр колодцев позволяет своевременно выявить признаки коррозионного повреждения. При обнаружении резкого увеличения сопротивления более 10% за год необходимо провести обследование на предмет утрат проводимости и, при необходимости, заменить повреждённый участок.
Порядок проверки сопротивления естественного заземления в бытовых и промышленных условиях
Проверка сопротивления естественного заземления проводится с применением мегаомметра или специализированного измерителя сопротивления заземления. В бытовых условиях допустимо использование портативных приборов с диапазоном измерения от 0,1 до 100 Ом. В промышленности рекомендуется прибор с возможностью измерения в пределах 0,01–10 Ом для высокой точности.
Перед измерением необходимо отключить все подключенные нагрузки и устройства, чтобы исключить влияние посторонних цепей. В случае природных заземлителей (например, водопроводные трубы, металлические конструкции зданий) следует визуально проверить целостность и отсутствие коррозии на контактных поверхностях.
Для измерения используют метод трехзондового (треугольного) подключения. В бытовых условиях достаточно расположить вспомогательные электроды на расстоянии не менее 20 метров друг от друга и от заземлителя. В промышленности расстояния увеличивают до 30–50 метров в зависимости от площади объекта и типа грунта.
Перед фиксацией результатов проводят минимум три измерения с перемещением вспомогательных электродов, чтобы исключить локальные аномалии грунта. Результаты должны иметь разброс не более 10%. Если сопротивление превышает нормативные значения – для бытовых систем не более 4 Ом, для промышленных – 1 Ом, выполняется дополнительное заземление или улучшение контакта с грунтом (увлажнение, замена или углубление заземлителя).
После измерений необходимо зафиксировать дату, место, погодные условия и используемые приборы для последующего анализа и контроля. Проверки повторяют минимум раз в год или после значительных изменений в конструкции или состоянии грунта.
Вопрос-ответ:
Какие виды естественных заземлителей используются в электроустановках?
Естественные заземлители бывают нескольких типов: металлические конструкции, имеющиеся в земле (например, трубы, сваи), водопроводные сети, металлические части зданий, а также грунт с высоким содержанием металлов. Их выбирают с учетом материала, состояния и способности проводить ток, чтобы обеспечить надежное снижение напряжения при замыкании.
Почему важно учитывать характеристики грунта при выборе естественного заземлителя?
Сопротивление заземлителя сильно зависит от типа и влажности грунта. В глинистых или влажных почвах сопротивление меньше, что улучшает работу заземлителя, тогда как в песчаных или сухих — сопротивление возрастает. Поэтому правильный выбор места и материала помогает обеспечить надежную защиту от перенапряжений.
В каких случаях металлические трубы водопровода можно использовать как естественный заземлитель?
Металлические трубы водопровода допускается использовать как заземлитель, если они надежно контактируют с землей на достаточной глубине и не покрыты изоляцией, которая ухудшает контакт. При этом необходимо убедиться, что трубы не подвержены коррозии и обеспечивают постоянное электрическое соединение с грунтом.
Как влияет коррозия на эффективность естественных заземлителей и что с этим делать?
Коррозия приводит к ухудшению проводимости металлических элементов и увеличивает сопротивление заземлителя. Чтобы избежать снижения эффективности, важно проводить регулярные осмотры и при необходимости заменять или обновлять заземляющие части, а также применять антикоррозийные покрытия и средства защиты.
Можно ли комбинировать несколько типов естественных заземлителей для повышения безопасности?
Да, часто для улучшения надежности и снижения сопротивления соединяют разные природные элементы, например, металлические трубы и строительные конструкции. Такая комплексная система обеспечивает более равномерное распределение тока в грунте и уменьшает риск возникновения опасных перенапряжений.
Какие существуют основные типы естественных заземлителей и в каких случаях их применяют?
Естественные заземлители — это элементы, которые используют природные свойства грунта и находящихся в нем материалов для организации электрического заземления. К основным видам относят: металлические водопроводные трубы, арматуру бетонных конструкций, естественные металлические конструкции зданий, а также контуры из металлических прутьев, размещённых непосредственно в земле. Металлические трубы подходят для зданий с уже проложенными водопроводными системами, где можно обеспечить надежный контакт с землей. Арматура в железобетоне применяется в современных строениях для интеграции заземления с конструкцией здания. Естественные металлические конструкции эффективны в случаях, когда они глубоко погружены в грунт и обладают большой площадью соприкосновения с ним. Выбор конкретного типа зависит от условий грунта, наличия материалов и требований к безопасности электросети.
Загрузка...
