Текст книги "Электричество: просто и безопасно [в вопросах и ответах]"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 13 страниц)

Заземляющие устройства

На чем основан принцип работы заземляющих устройств?

Защитная функция заземления базируется на том принципе, что части электроустановок, прикосновение к которым в случае нарушения изоляционного слоя крайне опасно для человеческой жизни, необходимо соединять с заземлителями. При этом данные заземлители должны находиться непосредственно в грунте.

Таким образом создается необходимое сопротивление в электропроводящей сети. Оно получается весьма малое, а падение напряжения на нем не будет достигать критического значения. В итоге удар тока, который получит человек в случае нарушения изоляционного слоя, будет не смертельным. Если человек соприкоснется сданной деталью, он будет в зоне действия пониженного напряжения.

Чем лучше будет изготовлено заземление, тем меньше вероятность того, что на корпусах электроприборов возникнет напряжение. Качество заземлителя зависит, в первую очередь, от того, насколько велико его сопротивление. При этом, чем ниже сопротивление в данной сети, тем заземление качественнее. В этом случае расходы материалов и труда будут несколько большими, нежели без изготовления заземления, однако безопасность конструкции будет в несколько раз выше.

Где найти перечень установок, подлежащих обязательному заземлению?

Электроустановки, которые нужно в обязательном порядке заземлить, подробно перечисляются в СНиПах, правилах технической эксплуатации и инструкциях. Здесь же указываются необходимые расчеты заземлителей, а также напряжения для различных условий функционирования данных электроустановок.

Отличительными чертами данных нормативов, как правило, являются следующие:

– отход от нормирования заземления по сопротивлению растеканию тока, а также дополнительное ориентирование, касающееся нормирования образующегося напряжения;

– применение заземлителей естественного типа в случае, если необходимо обеспечить их работоспособность в критических условиях, например в случае протекания достаточно большого тока замыкания;

– необходимость учитывать коррозионное воздействие грунта для того, чтобы заземлитель и заземляющий проводник могли нормально функционировать.

Для того чтобы соблюсти эти пункты, зачастую прибегают к увеличению размеров элементов, допустим, минимальный диаметр стержневых заземлителей в этом случае делается больше, от 6 до 10 мм.

Нормы проходят постоянное усовершенствование. В них время от времени вносят необходимые дополнения и изменения, которые содержатся как в сборниках, так и в отдельных дополнительных изданиях нормативных документов.

Какие дополнительные функции может выполнять заземлитель?

Достаточно часто заземлитель выступает также в роли грозоотвода, а также может выполнять функцию молниезащиты строения. Если же неподалеку находится вторая электроустановка, мощность которой не превышает 1 кВт, то для ее заземления можно использовать ту же заземляющую систему. С помощью данного конструктивного решения в значительной степени снижаются расходы на сооружение заземления.

В этом случае нормой будет служить наименьшее значение сопротивления растеканию тока. Вычисляют его, исходя из значений наименьшего сопротивления для каждой из объединенных в одном заземлителе электроустановок, причем необходимо взять наименьшее значение.

Что такое заземляющее устройство?

Совокупность заземлителя и заземляющего проводника является заземляющим устройством. С его помощью производят заземление элементов или корпусов электроустановок.

Из чего состоит заземляющее устройство?

Заземляющие устройства представляют собой систему, включающую в себя несколько основных составных частей:

1. Естественные заземлители, то есть-элементы, которые находятся непосредственно в почве или соприкасаются с ней. Именно через них электрический ток уходит в землю.

2. Заземляющие проводники, через них заземлители соединяются с заземляемым оборудованием.

3. Искусственные заземлители. Они схожи с естественными заземлителями, однако их специально размещают в почве для сооружения заземляющей конструкции.

Следует отметить, что каждый из указанных пунктов может быть устроен совершенно по-разному.

Естественные заземлители

Из чего делают естественное заземление?

Чаше всего для того, чтобы заземлить электроустановку, используют заземлители естественного типа, например металлические части (арматуру), входящие в устройство железобетонных элементов, допустим, фундаменты опоры линий электропередач и подстанций, а также фундаментов зданий. Кроме того, в качестве естественного заземлителя могут использоваться разного рода металлические подземные коммуникации, например трубопроводы, броня или оболочка кабелей. В некоторых случаях допустимо для заземления использовать и наземные коммуникации, например рельсовые пути.

Чем использование естественных заземлителей лучше по сравнению с искусственными?

Естественные заземлители допустимо использовать в случае, если они способны обеспечить выполнение абсолютно всех требований, которые предъявляют к заземляющим конструкциям.

Искусственные же заземлители нужно применять, когда нужно в значительной степени уменьшить токи, которые через естественные заземлители будут уходить в землю. Это значит, что в большинстве случаев вы можете использовать только естественные заземлители, не прибегая к искусственным. С помощью данного конструктивного шага можно в значительной степени уменьшить количество материалов, необходимых для сооружения заземления, кроме того будут снижены финансовые и трудовые затраты, а также эксплуатация заземляющего устройства будет намного проще, нежели при применении искусственного заземления.

В каком случае в качестве заземляющего устройства можно применять железобетонный фундамент строения?

Данный технологический шаг разрешается использовать лишь в том случае, если грунт, на котором установлено строение, имеет влажность 3 % или больше. Бетон при меньшем показателе влажности способен оказывать достаточно сильное электрическое сопротивление, следовательно, он не будет представлять собой заземляющую конструкцию.

Железобетонный фундамент можно использовать в качестве заземлителя еще и в том случае, если на него будет оказывать воздействие какая-нибудь не слишком агрессивная среда, например грунтовые воды с небольшим показателем жесткости. Кроме того, допустимо применение фундамента в качестве заземлителя при отсутствии гидроизоляции или в случае, если поверхность фундамента будет дополнительно защищена с помощью битумного покрытия, как этого требует СНиП.

Когда категорически запрещено использовать железобетонные фундаменты в качестве заземляющего устройства?

Не следует подводить заземляющий провод к железобетонному фундаменту строения в случае, если он находится в достаточно агрессивной среде, так как это вызовет дополнительную коррозию.

Также не следует использовать железобетонный фундамент в качестве естественного заземлителя, когда железобетонные конструкции имеют в своей структуре напрягаемую арматуру.

Если учесть все указанные выше разрешения и ограничения, то может получиться так, что в вашем строении можно вообще отказаться от изготовления искусственного заземлителя. Это позволит в значительной степени уменьшить длину заземляющих проводников, которые будут находиться в самом строении, что в итоге приведет к достаточно ощутимой экономии средств и материалов.

Как необходимо соединять элементы заземляющего устройства?

Абсолютно все детали как металлических, так и железобетонных конструкций должны быть соединены таким образом, чтобы в них была сделана непрерывная электрическая цепь, которая проходит непосредственно по металлу.

Если колонны изготовлены из железобетона, то нужно дополнительно предусмотреть специальные закладные детали в них, которые должны находиться на каждом из этажей здания.

Данные элементы конструкции нужны для того, чтобы к ним можно было присоединить заземляемое электрическое и технологическое оборудование.

Если в зданиях имеются сварные, болтовые или же заклепочные соединения, то их будет вполне достаточно для того, чтобы соорудить непрерывную электрическую цепь по металлу.

Если некоторые из элементов металлоконструкций не оснащены подобными соединениями, то к ним нужно дополнительно приварить гибкие перемычки, сечение которых должно составлять 100 мм² или даже больше.

Какие железобетонные конструкции не стоит использовать в качестве заземлителей?

Лучше всего не подводить заземляющий провод к сборным фундаментам, выполненным из железобетона. По возможности стоит соединить арматуру соседних блоков между собой, лишь после этого допустимо изготовление естественного заземления. В противном случае, если этого сделать не удастся, лучше всего изготовить искусственное заземление.

Как следует соединять железобетонные конструкции между собой?

Если фундамент дома выполнен из свай, то их арматуру лучше всего соединить с арматурой ростверка или блоков фундамента с использованием электродуговой сварки. Однако пространственные каркасы колонн и стаканов фундаментов, которые обычно выполняют из металла, а также арматурные сетки их подошв нужно сваривать путем точечной сварки.

Из чего изготавливают закладные детали?

Закладные детали лучше всего сооружать в виде отрезков, выполненных из угловой стали размерами 63х63х5 мм, а длиной около 60 мм. Их следует приварить к арматуре таким образом, чтобы они выходили на поверхность бетона.

Для изготовления металлических перемычек используют стержни диаметром 42 мм. Их приваривают непосредственно к закладным деталям.

Если здание будет оборудовано молниеприемной сеткой, она должна быть объединена в единую конструкцию с колоннами, которые используются в роли токоотводящих проводников, а также с фундаментами, выполняющими функцию заземлителя. При этом к данной сетке нужно присоединить все конструкции, изготовленные из металла и выступающие над кровлей, например антенны, вентиляционные шахты, трубы и прочие металлические изделия.

Металлические перемычки необходимо размещать в конструкции строения в случае, если в роли естественного заземлителя будут выступать трубы водопровода. Данные перемычки необходимо устанавливать на водомерах и задвижках.

В случае если при проведении ремонтных работ нужно снять перемычку, то предварительно необходимо установить еще одну. Кроме того, заземляющие проводники нужно соединять с трубами водопровода за водомером.

Категорически запрещается использовать в качестве заземляющего проводника канализационный трубопровод, так как в месте своих стыков канализационные трубы не обладают действительно качественным электрическим контактом.

На подстанциях в качестве естественных заземлителей могут выступать стойки из железобетона. Однако в этом случае для их изготовления должен использоваться специальный электротехнический бетон.

Какие естественные заземлители используются на линиях электропередач?

В данном случае в качестве заземлителя можно использовать подножники, изготовленные из железобетона и свай. Так поступать наиболее разумно в случае, если они устанавливаются на грунт, среднее сопротивление которого составляет 300 Ом/м, то есть в глиняных и супесчаных грунтах.

Кроме того, был проведен целый ряд экспериментов, которые показали, что даже в песчаных и скальных грунтах бетон основания линий электропередач получает постоянное увлажнение.

Из-за этого уже через несколько месяцев после его установки он превращается в естественный заземлитель, причем сопротивление данной конструкции в течение года будет не слишком значительно колебаться, так что такими значениями можно и пренебречь.

Какие еще есть естественные заземлители?

Помимо тех заземлителей, о которых было сказано выше, существует еще целый ряд возможных естественных заземлителей, например в их роли могут выступать металлические трубопроводы, через которые протекает какая-нибудь негорючая жидкость, обсадные трубы артезианских колодцев.

В случае если вы решите использовать исключительно естественный заземлитель для безопасности своего дома, то протекающие по заземляющему проводу электрические токи не должны быть больше допустимых для каждого составного элемента заземляющего устройства.

Искусственные заземлители

Что представляет собой искусственный заземлитель?

В большинстве случаев в роли искусственного заземлителя выступает проводник, изготовленный из стали и помешенный в грунт в горизонтальной или вертикальной плоскости. В некоторых случаях используют целую группу подобных проводников, которые соединяют между собой. В таком случае заземлитель получается сложным. Если же электроды образуют контур, то это уже будет заземляющий контур.

Чем отличаются друг от друга вертикальные и горизонтальные заземлители?

Фактически эти понятия достаточно условны, так как, например, во втором случае, совершенно необязательно, чтобы положение заземлителя в грунте было строго горизонтальным. Однако очень важно, чтобы проводники, образующие собой заземлитель или заземляющий контур, находились на требуемой глубине. Это необходимо для того, чтобы в случае земляных работ они не получили никаких механических повреждений.

Из-за того что поверхность земли на различных ее участках не является достаточно ровной, горизонтальные заземлители должны следовать рельефу поверхности, по возможности в точности повторяя его.

Точно так же вертикальные электроды могут быть установлены не совсем вертикально, а под незначительным наклоном, который, впрочем, не будет оказывать существенного влияния на их работу.

На какую глубину помещают горизонтальный заземлитель?

Горизонтальные заземлители лучше всего прокладывать на глубине приблизительно 0,5 м. Если же земли пахотные, то глубину лучше всего увеличить приблизительно до 1 м. Их следует использовать в тех случаях, когда верхний слой грунта в состоянии обеспечить требуемую проводимость электрического тока.

Как правило, подобные заземлители устанавливаются с помощью специальных аппаратов, поэтому ручной труд здесь практически не задействуется. Следует отметить, что верхние слои почвы зачастую способны сильнее сопротивляться электрическому току по сравнению с более глубокими. Если же заложить горизонтальный заземлитель слишком близко к поверхности земли, то в этом случае растекание электрического тока по почве будет проходить не слишком равномерно, а на более значительной глубине такой эффект достигается без лишних затрат и усилий.

У горизонтально заложенных проводников сопротивление значительно выше по сравнению с аналогичным проводником, установленным в вертикальное положение. Именно по этой причине чаще всего при проведении электромонтажных работ пользуются вертикальными проводниками. Лучше всего для этой цели использовать глубинные вертикальные электроды, так как они способны добраться до хорошо проводящих электрический ток слоев грунта.

Как подобрать размеры искусственных заземлителей?

Заземляющие электроды, установленные в почве, а также выводы от них и любые перемычки, должны иметь следующие минимально допустимые размеры:

– круглая сталь – диаметр 10 мм;

– круглая оцинкованная сталь – диаметр 6 мм;

– угловая сталь – толщина полки 4 мм;

– общее сечение для заземлителей с присоединенной к ним системой защиты от молний – 160 мм²;

– полосовая сталь – 4 мм, в случае, если сечение составляет 48 мм² (при изготовлении магистрали заземления сечение должно составлять не менее 100 мм², а для заземления с молниезащитой – 160 мм²);

– отбракованные трубы – толщина стенок труб 3,5 мм.

Исходя из чего вычисляются минимальные размеры?

Указанные выше минимальные размеры для электродов в искусственной системе заземления берутся, главным образом, для их использования во временных установках, где условиями коррозии можно пренебречь, так как они не будут иметь решающей роли.

Если же необходимо соорудить систему заземления для постоянной установки, то в этом случае сечение заземлителей нужно выбирать таким образом, чтобы был еще и запас на коррозионное разрушение материалов. Лучше всего способна сопротивляться негативному воздействию коррозионных процессов круглая сталь. Дело в том, что разъедание металла ржавчиной напрямую зависит от поверхности металла, которая будет непосредственно соприкасаться с землей. Из-за того что площадь круглой стали наименьшая, она значительно медленнее разрушается.

Для того чтобы заземлитель надежно функционировал достаточно долгое время, например 40–50 лет, для его изготовления нужно брать материал гораздо большей толщины, чем указанное минимальное значение. Например, если грунтовые условия достаточно благоприятные, то есть не слишком влажные, то диаметр заземлителя должен быть больше всего на 2–3 мм. Если же грунт влажный, то диаметр должен быть больше минимального значения в два раза.

Как устанавливать в грунте искусственный заземлитель?

От заземляемой части электроустановки горизонтальные лучи заземляющего устройства должны расходиться в противоположных направлениях. Если же этих лучей не два, а больше, то лучше всего их располагать под углом друг к другу.

Это делают с той целью, чтобы как можно большая площадь земли использовалась рационально. Если же установить заземлители рядом друг с другом, то они будут экранироваться друг другом, следовательно, их эффективность будет в значительной степени снижена. По такой же причине на значительном расстоянии друг от друга устанавливают и вертикальные заземлители. Вертикальные заземлители лучше всего установить на расстояние, равное как минимум длине самого заземлителя.

Из-за того что потенциалы на поверхности земли могут распределиться не слишком равномерно, вокруг заземлителя будут создаваться опасные напряжения. Для того чтобы выровнять разные потенциалы, заземлитель изготавливают в форме сетки, которая должна быть сделана из горизонтальных элементов. В почве их нужно уложить вдоль и поперек места электроустановки. Также их следует соединить друг с другом с помощью сварки. Как правило, размер одной ячейки полученной сетки составляет от 6х6 до 10х10 м.

Кроме того, в некоторых случаях потенциалы выравнивают с помощью заземлителя, который изготавливают в форме концентрических колец. Их необходимо поместить в почву и соединить с заземляемым устройством.

Напряжение на поверхности можно снизить за счет сетчатого заземлителя, только в этом случае все равно высока вероятность того, что за пределами этой сетки возможность поражения электрическим током будет сохраняться. В связи с этим нужно уложить дополнительные заземлители, глубина закладки которых должна постепенно увеличиваться. Такие дополнительные конструкции также нужно соединить с основными заземлителями.

Как дополнительно обезопасить участок заземления?

Площадь заземлителя и расход металла можно сократить за счет сооружения специального изолирующего заграждения, которое устанавливается по периметру заземлителя. Следует отметить, что ограждение должно быть изготовлено из диэлектрика. Такой подход позволяет не допустить растекания электрического тока по земной поверхности. Кроме того, ограждение из диэлектрика позволяет выровнять потенциал за пределами заземлителя.

Из чего лучше всего изготовить заграждение?

Для сооружения данной конструкции можно использовать любой материал, не пропускающий электрический ток, также он должен быть весьма прочным с механической точки зрения, а электрическая прочность его должна составлять не меньше 1 МВ/м. Для этой цели лучше всего подойдут изоляторы, которые изготавливают на битумной основе. Например, к ним относят бризол, производимый из отходов производства. Его электрическая прочность обычно бывает не менее 20 МВ/м.

Какие трудности могут возникнуть при изготовлении заземлителя?

Зачастую заземлители, изготовленные из профильной стали, не в состоянии удовлетворить те требования, которые предъявляют к заземляющим конструкциям. Допустим, в засушливой местности достаточно проблематично добиться того, чтобы данный вид заземлителя имел необходимую проводимость электрического тока. В скальных породах затруднен монтаж данного типа заземлителей, а в агрессивной среде очень сложно защитить их от коррозии и одновременно добиться необходимого уровня проводимости электрического тока. Для подобных случаев разработаны специальные конструкции искусственных заземлителей.

Из чего делают заземлитель в районах с засушливыми почвами?

Для засушливых районов чаще всего используется следующая конструкция. Заземлитель представляет собой емкость, изготовленную из железобетона. Ее размещают ниже поверхности земли. Водой такая емкость наполняется через специальный съемный люк.

Такая конструкция оборудуется водораспределительной системой. Она представляет собой отрезки стальных труб, в которых имеются отверстия для стока воды, располагающиеся равномерно по всей длине трубы. Трубы покрывают слоем материала, способного поглощать влагу, например бетоном или цементом. Скорость фильтрации влаги, с которой вода будет просачиваться через бетон и уходить в почву, напрямую зависит от марки бетона. Правильно подобранный бетон позволит сократить затраты усилий, направленных на регулярное увлажнение. Вывод от железобетонной емкости соединяется со стальными стержнями.

Какие отличительные черты иностранной конструкции заземлителя современного образца?

Основная цель данной конструкции состоит в уменьшении металлоемкости и облегчении помещения этого устройства в грунт. Заземлитель в этом случае оснащен тонкостенной металлической трубкой (толщина ее стенок равна 1–2 мм). При этом в нее установлен полужесткий стержень, изготовленный из пластичного материала. Однако его жесткость достаточна для того, чтобы служить опорой для упругой трубки с не слишком толстыми стенками. Данное свойство позволяет заземлителю обходить препятствия, которые встречаются на его пути.

Для того чтобы максимально увеличить срок службы данного заземлителя, трубку изготавливают из нержавеющей стали. На конце, этой трубки имеется конусообразный стальной наконечник, изготовленный из обычной стали. Он предназначен для того, чтобы трубку можно было как можно легче забивать в землю. Если же наконечника нет, то трубку можно попросту обжать в тисках.

Диаметр данной трубки обычно составляет 15 см. При этом диаметр сердечника, который впрессовывают в такую трубку, обычно больше его. Трубку иногда заполняют не полужестким сердечником, а текучим материалом, затвердевающим после заполнения. Чаще всего для этой цели используют эпоксидную смолу, полиуретан или эластомер.

Однако не следует использовать для этой цели слишком пластичные материалы, так как они не способны создать достаточную прочность для стенок трубки, ведь ее придется забивать на относительно большую глубину – приблизительно 2,3 м. Для того чтобы забить такую конструкцию в почву, используют специальную съемную наковальню. В ее конструкции предусмотрено плечо, которое упирается в конец трубки, а также выступ, который соединяется не только с внутренним диаметром самой трубки, но и пластичным сердечником.