Home › News

Как сделать искусственное заземление?

24.11.2018

Заземление своими руками

    Чаще всего искусственным заземлителем является стальной проводник, заложенный в грунт горизонтально или вертикально (наклонно), или группа таких провод­ников, соединенных между собой. В последнем случае за-землитель называется сложным, а если электроды образуют контур, то такой сложный заземлитель называ­ется заземляющим контуром.

Название «горизонтальные» и «вертикальные» зазем-лители весьма условно.  Строгое соблюдение горизонталь­ности в первом случае необязательно, важно, чтобы электроды находились в грунте на нужной глубине, не подвергаясь повреждениям при работе машин. Посколь­ку поверхность земли в оврагах, на уклонах и в ряде дру­гих мест может оказаться не горизонтальной, то и протяженные (лучевые) заземлители будут следовать кри­визне поверхности. Для вертикальных электродов также необязательно строгое соблюдение вертикальности.

    Горизонтальные заземлители прокладывают на глу­бине 0,5 м, на пахотной земле — не менее 1 м. Они рациональны в тех случаях, когда электропроводность верхнего слоя грунта обеспечивает нужную проводи­мость. Монтаж таких заземлителей механизирован и выполняется с минимальной затратой ручного труда, однако верхние слои почвы часто имеют большее элек­трическое сопротивление, чем глубинные. Кроме то­го, близка к поверхности земли растекание тока не идет равномерно во все стороны, как на глубине.

     Следовательно, сопротивление горизонтальных элек­тродов обычно больше, чем сопротивление верти­кальных электродов такой же массы. Поэтому наибольшее распространение в качестве заземлите­лей получили именно вертикальные электроды. Глу­бинные вертикальные электроды наиболее экономичны, достигают хорошо проводящих слоев грунта.

Заземляющие электроды, смонтированные в грун­те, перемычки между ними и выводы от заземлителей на поверхность должны иметь следующие минималь­ные размеры:

круглая сталь — диаметр не менее 10 мм;

круглая оцинкованная сталь — диаметр не менее 6 мм;

угловая сталь — толщина полки не менее 4 мм;

общее сечение для заземлителей молниезащиты (грозозащиты) — не менее 160 мм2; полосовая сталь — толщина не менее 4 мм при сече­нии не ниже 48 мм2 (для магистралей заземления — не менее 100 мм2, для молниезащиты — не менее 160 мм2); отбракованные трубы — толщина стенки не менее 3,5 мм. Минимальные размеры электродов применяются в ос­новном для временных электроустановок, где условия кор­розии не имеют решающего значения. Для постоянных установок сечение заземлителей выбирают с запасом на коррозийное разрушение. По стойкости против коррозии предпочтительнее круглая сталь, так как разъедание элек­трода ржавчиной пропорционально площади поверхности электрода, соприкасающейся с грунтом, а площадь элект­рода круглого сечения из всех профилей наименьшая.

С целью обеспечения надежной работы заземлителя в течение 40—50 лет в благоприятных грунтовых условиях достаточно увеличения диаметра стержневого электрода против минимального всего на 2—3 мм, во влажных грун­тах необходимо увеличение диаметра заземлителя вдвое.

     От заземляемого элемента электроустановки, например от опоры воздушной линии электропередачи, горизонталь­ные лучи прокладывают в двух противоположных направ­лениях или, если лучей не 2, а 3—4, разносят под углом в ачане 120 или 90°. Это необходимо для эффективного ис­пользования закладываемого металла, так как рядом рас­положенные заземлители взаимно экраниру.ют и их эффективность снижается во много раз. По этой же причи­не вертикальные заземлители нужно удалять друг от друга на возможно большее расстояние, равное хотя бы длине электрода. Например, если десять вертикальных электро­дов длиной по 5 м расположить в одну линию на расстоя­нии по 5 м друг от друга, то коэффициент их использования составит 0,47, а если те же электроды для экономии места расположить по замкнутому треугольнику или четырех­угольнику, то коэффициент их использования будет еще ниже. То же относится и к применению наклонных элект­родов, которые разносят под равными углами аналогично горизонтальным и погружают в землю под углом около 45° для наилучшего использования.

     Неравномерность распределения потенциалов на повер­хности земли над заземлителем и вокруг него создает опас­ные напряжения шага и прикосновения. Для выравнивания потенциалов в таких случаях заземлитель можно выполнить в виде сетки из горизонтальных элементов, прокладывае­мых в земле вдоль и поперек территории электроустановки и соединяемых сваркой в местах пересечений. Размер ячей­ки такой сетки обычно составляет от 6x6 до 10x10 м.

Вокруг опоры ВЛ потенциалы можно выровнять зазем­лителем, выполненным в виде концентрических колец, заложенных в грунт и соединенных с опорой.

Снижает напряжения шага и прикосновения до до­пустимых значений на всей занимаемой им площади сет­чатый заземлитель, однако за пределами сетки опасность может сохраняться. Поэтому в опасных местах, например на подходах к территории подстанций или вокруг фунда­ментов опор ВЛ, укладывают дополнительные заземли-тели на постепенно увеличивающейся глубине и соединяют их с основными заземлителями.

Отводимая под заземлитель площадь и расход металла могут быть снижены защитным изолирующим ограждением, сооружаемым вокруг заземлителя. Простейшее ограждение из диэлектрического материала препятствует растеканию тока по поверхности земли и снижает напряжение шага по срав­нению с напряжением на заземлителе не менее чем в 100 раз и выравнивает потенциал за пределами заземлителя.

     Вертикальная часть ограждения от уровня поверхно­сти располагается на 0,4—0,6 м от глубины заложения верха заземлителя. Отбортовка ограждения выполня­ется под углом 90—95° к вертикали и имеет длину, со­ставляющую (0,1—0,15)^S (S — площадь заземлителя). Для устройства ограждения может быть использован любой недорогой диэлектрический материал, обладаю­щий достаточной механической прочностью и имеющий электрическую прочность не менее 1 МВ/м (изоляци­онные материалы на битумной основе, например бри-зол, выпускаемый из отходов производства и имеющий прочность не менее 20 МВ/м).

При стекании тока с заземлителя, например с заземля­ющей сетки, вокруг него формируется электрическое поле. На поверхности земли возникает электрический потенци­ал, и напряжение шага может достигать опасных значений непосредственно за пределами заземлителя, даже при применении известных способов выравнивания потенциалов.

     Поэтому геометрические параметры ограждения уста­новлены в результате анализа электрического поля, фор­мируемого заземлителем совместно с диэлектрическим выравнивающим ограждением, и отвечают требованиям безопасности. Устройство можно применять для заземли-телей любой конструкции и при любых структурах грунта.

Часто заземлители из профильной стали не удовлет­воряют требованиям,-предъявляемым к заземляющим устройствам. Например, в засушливых местах трудно до­биться стабильной проводимости таких заземлителей, в скальных грунтах их трудно монтировать, а в агрессив­ных грунтах трудно обеспечивать защиту от коррозии и долгий срок службы. Для таких ситуаций разработаны конструкции специальных заземлителей.

     Для засушливых районов заземлитель может быть вы­полнен, например, в виде железобетонной емкости, ус­танавливаемой ниже поверхности земли и наполняемой водой через съемный люк. Заземлитель снабжают водо­распределительной системой в виде отрезков ме­таллических труб с отверстиями для стока воды, распо­ложенными равномерно по всей длине труб. Трубы по­крыты слоем влагопоглощающего материала (бетона, цемента). Скорость фильтрации влаги через бетон в зем­лю устанавливается за счет подбора марки бетона, что дает возможность избежать частых регулировок увлаж­нения и сократить трудозатраты, связанные с необ­ходимостью регулярного увлажнения. Вывод от же­лезобетонной емкости к заземляемому оборудованию, например к нейтрали трансформатора, присоединяется к стальным стержням арматуры железобетона.

Обратим внимание на конструкцию заземлителя, пред­ложенную за рубежом. Цель этой разработки — уменьше­ние металлоемкости и облегчение забивки в грунт.

     Заземлитель имеет тонкостенную (1—2 мм) металлическую трубку, в которую впрессован полужесткий стержень из пластичного материала, имеющий жесткость, достаточную для того, чтобы являться опорой упругой тонкостенной трубки. Это качество обеспечивает возможность некото­рого изгибания электрода для обхода препятствий, встре­чающихся при его забивке в землю. Для повышения срока службы, т.е. для уменьшения коррозии, материалом для трубки предлагается нержавеющая сталь. Наконечник, имеющийся в нижнем конце электрода, нужен только для забивки, поэтому нет необходимости изготовлять его из антикоррозийного материала. Форма наконечника может быть острой либо закругленной для лучшего соскальзыва­ния с препятствий, встречающихся в грунте. Вместо изго­товления наконечника можно обжать конец трубки с заполнителем.

    Типичный диаметр трубки — 15 мм. Предварительный диаметр сердечника, который прессуют в трубку, должен быть несколько больше, чем внутренний диаметр трубки. Трубка может быть заполнена (как вариант) текучим материалом, за­твердевающим внутри, например эпоксидной смолой, поли­уретаном или эластомером. Полужесткий заполнитель располагается внутри стальной трубки по всей длине. Более жесткие материалы и более толстые стенки трубки снижают гибкость стержня и уменьшают способность электрода об­ходить препятствия в грунте, что ведет к поломкам. С другой стороны, чрезмерно пластичные материалы не обеспечивают достаточной прочности стенок, необходимой для! забивки на достаточную глубину (около 2,3 м). Для забивки электрода предусмотрена съемная наковальня, имеющая плечо, упира­ющееся в конец трубки, и выступ, сопрягающийся с внутрен­ним диаметром трубки и сердечником.