Что такое электролитическое заземление и где его применяют?

Как работает заземление

Для начала разберемся, почему на корпусе стиральной машинки или другого электрооборудования появилось опасное напряжение. Всё достаточно просто – изоляция проводников по какой-то причине испортилась или повредилась и поврежденный участок касается металлического корпуса какой-то из деталей оборудования.

Если у вас нет заземления или зануления корпус поврежденного устройства для электрической цепи ничего собой не представляет, пока вы его не коснетесь, конечно. Вы подходите к прибору, стоите на полу, пол имеет хоть и слабый, но какой-то контакт с землей. При прикосновении к корпусу ток начинает протекать через вас в землю. Для протекания тока нужна разность потенциалов, а потенциал фазного провода всегда больше потенциала земли. Получается, что вы замыкаете фазный провод на землю своим телом.

Для человека опасны даже такие маленькие значения как 50 мА – такой ток может привести к фибрилляции желудочков сердца и смерти.

Электролитическое заземление, принцип работы

Электролитическое заземление изготавливается в виде горизонтального отрезка полой трубы из нержавеющей легированной стали или медных сплавов, устойчивых к процессам коррозии. Через нее происходит насыщение почвы сквозь электроды минеральными солями, обладающими электролитическими свойствами.

Соли, попадая в грунт, преобразуются под действием влаги почвы в электролит, который:

Эффективным приемом повышения работоспособности подобных конструкций является использование активаторов – специальных заполнителей с пониженным удельным сопротивлением. Их размещение снаружи электрода уменьшает переходное сопротивление в направлении от заземлителя к грунту и увеличивает площадь поверхности, с которой происходит токоотдача от электрода.

Характерной особенностью подобных конструкций является то, что коэффициент С с течением времени постепенно уменьшается: сказывается медленное проникновение электролита в толщу грунта и увеличение его объема в нем.

Электролит постепенно выщелачивает соли электрода даже в плотном грунте и понижает коэффициент С от 0,5 до 0,125 уже через полгода после ввода в эксплуатацию.

Все эти особенности работы электролитических заземлителей более точно учитываются при расчете специалистами электротехнических лабораторий.

Что такое заземление, принцип действия и устройство

При создании электросети, в помещениях различного назначения, требуется создание защиты, которая предотвратит вероятное поражение током. Чтобы избежать этого выполняется устройство заземления. В соответствии с ПЭУ п.1.7.53 заземление выполняется в электрооборудовании с напряжением более 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

Шина заземления от ГРЩ к потребителю

Заземление – намеренное соединение нетоковедущих металлических частей электроустановок (которые могут оказаться под напряжением) с землей или ее эквивалентом. Данная защитная мера предназначена для исключения вероятности поражения человека электротоком при замыкании на корпус оборудования.

Принцип действия

Принцип работы защитного заземления заключается в:

• снижении разности потенциалов, между заземляемым элементом и другими токопроводящими предметами с естественным заземлением, до безопасного значения;
• отвод тока в случае непосредственного контакта заземляемого оборудования с фазным проводом. В грамотно спроектированной электросети возникновение тока утечки вызывает мгновенное срабатывание устройства защитного отключения (УЗО).

Схемы заземления в трехфазных сетях

Из вышесказанного следует, что заземление имеет большую эффективность при использовании в комплексе с УЗО.

Устройство заземления

Конструкция системы заземления состоит из заземлителя (проводящая часть, которая имеет непосредственный контакт с землей) и проводника, обеспечивающего контакт между заземлителем и нетоковедущими элементами электрооборудования. Обычно в качестве заземлителя используется стальной или медный (очень редко) стержень, в промышленности это как правило, сложная система, состоящая из нескольких элементов специальной формы.

Эффективность системы заземления во многом определяется величиной сопротивления защитного устройства, которую можно уменьшить, повышая полезную площадь заземлителей или увеличивая проводимость среды, для чего задействуется несколько стержней, повышается уровень солей в земле и т.п.

Заземляющее устройство это…

Выше мы рассмотрели в общих чертах, что такое защитное заземление. Однако стоит упомянуть, что используемые в системе заземлители различаются на естественные и искусственные.

В качестве устройств заземления в первую очередь предпочтительнее использовать такие естественные заземлители, как:

• трубы водоснабжения, находящиеся в грунте;
• металлоконструкции зданий и сооружений, имеющие надежный контакт с землей;
• обсадные трубы артезианских скважин;
• металлические оболочки кабелей (исключение составляет алюминий).

Вариант использования трубы в качестве естественного заземлителя

Естественные заземлители должны иметь соединение с защитной системой из двух и более разных точек.

В роли искусственного заземлителя может использоваться:

• стальная труба с толщиной стенок 3,5 мм и диаметром 30÷50 мм и длиной порядка 2÷3 м;
• стальные полосы и уголки толщиной от 4 мм;
• стальные пруты длиной до 10 и более метров и диаметром от 10 мм.

Использование металлических полос в качестве искусственного заземлителя

Для агрессивных почв необходимо использование искусственных заземлителей с высокой устойчивостью к коррозии и изготовленных из меди, оцинкованного или омедненного металла. Итак, мы разобрались с тем, что является определением понятия искусственного и естественного заземлителя, теперь же рассмотрим, когда применяется заземление.

Предлагаемое видео наглядно объясняет, что такое защитное заземление:

Что мы должны иметь по окончании расчета сопротивления контура заземления

Выполнение расчета контура заземления — это не вопрос теории, плодом наших усилий будет ответ на вполне практические вопросы:

• сколько же заземляющих стержней будет размещено в монтируемом нами контуре;
• для полосы, соединяющей их, мы найдем длину.

Главнейший параметр при расчете контура заземления — это его сопротивление. В ПУЭ на этот счет есть такие указания:

• для электросети с напряжением 220 В — 8 Ом;
• с напряжением 380 В — 4 Ом.

Формула, по которой будем рассчитывать, имеет вид: R= R0/ ηв*N:

• R0 здесь обозначает сопротивление отдельно взятого электрода;
• R — сопротивление в целом;
• ηв — коэффициент, характеризующий востребованность электрической цепи, другими словами — коэффициент использования заземлителей;
• N — количество электродов в контуре заземления.

А вот формула, по которой мы определим сопротивление одного составляющего электрической цепи:

ρэкв — обозначает удельное сопротивление грунта эквивалентное. Измеряется в Ом*м. Определить его можно из таблицы. Подходит она в том случае, если грунт однородный;

• L — длина заземляющего стержня. Чем больше ρэкв, тем больше L . Если грунт такой, что электроды, длину которых мы рассчитали,в него не войдут, то выход в увеличении их количества;
• d — диаметр электрода;
• Т — длина промежутка земля-середина электрода.

При этом последние 3 значения берем в м. Если грунт имеет неоднородное строение и состоит из 2 слоев, то придется делать расчет по формуле:

В этой формуле: Ψ — коэффициент сезонный климатический; удельное сопротивление 1 и 2 слоя земли обозначается соответственно ρ1 и ρ2; символом Η обозначено толщину 1 слоя; t — глубина траншеи, которую необходимо вырыть под электрод. Значение Ψ найдем, воспользовавшись таблицей:

Устройство контура заземления при данных обстоятельствах выполняется при опускании стержней на всю толщу 1 слоя и частичном задействовании второго.

Рассчитываем нужное количество стержней

Для того чтобы узнать, сколько же стержней нам потребуется, определим из ниже приведенной таблицы Rн, т.е. сопротивление нормируемое:

Если параллельно расположенный элемент не брать во внимание, то количество стержней определяется так:

• берем сопротивление R0;
• умножаем его на коэффициент климатический сезонный Ψ;
• делим произведение на нормируемое сопротивление Rн.

n0 = R0/ Ψ х Rн

Теперь уделим внимание параллельному заземлителю. Вот так выглядит формула для определения его сопротивления:. Для вычислений потребуются данные о длине стержня

Для заземлителей, расположенных в ряд и по контуру, формулы разные. В 1 случае Lг определим так:

Для вычислений потребуются данные о длине стержня. Для заземлителей, расположенных в ряд и по контуру, формулы разные. В 1 случае Lг определим так:

• от найденного ранее n0, отнимаем 1;
• умножаем полученное на a — промежуток между стержнями.

Во 2 случае Lг = a . Теперь у нас есть все данные для определения сопротивления стержней, расположенных перпендикулярно к земле — Rв, учитывая горизонтальные заземлители. Для этого:

• умножаем сопротивление горизонтального заземлителя Rг на нормируемое сопротивление Rн;
• затем находим разницу между Rг и Rн;
• умножаем первый результат на второй.

Осталось подставить полученное в формулу и найти общее количество заземлителей:

ɳв — коэффициент использования. На его значение влияет пролет между электродами. В случае, если в качестве заземляющих электродов выбраны трубы выстроенные в одну линию и объединенные полосой, то значение коэффициента можно выбрать из таблицы;

• n — количество заземляющих электродов;
• если в результате получится число дробное, то результат округлим в сторону большую.

Типы заземления

Обычно при строительстве используют следующие разновидности:

• несколько небольших электродов (типы «полоса вдоль фасада» и «закопанный треугольник»);
• электрод глубинного типа;
• модульная конструкция заземления;
• заземление электролитического типа.

Короткие электроды

Это заземление является самым старым и широко распространенным. Заключается такой метод в том, что в землю вкапывают вертикальные, либо горизонтальные электроды, соединяя их между собой. Вкапываются электроды, как правило, не глубже пары метров.

В силу небольшой площади электродов, приходится зарывать несколько штук. Закапывать их следует на таком расстоянии, которое обеспечит эффективное растекание токов. К этой конструкции подключают электрощит и молниеотвод здания. Этот тип имеет пару подвидов: полоса, расположенная вдоль фасада и треугольник.

Первый подвид представляет собой закопанную рядом со зданием в траншее полосу из металла, к которой и подключают заземляющий провод. Ее можно заложить как полностью по периметру строения, так и несколькими отрезками.

Подвид «треугольник» выполняется в виде трех проводников цилиндрической формы. Их зарывают в землю на глубину пары-тройки метров так, чтобы они образовали равносторонний треугольник и соединяют между собой. Затем к такому контуру подсоединяют заземляющий проводник строения.

Электрод глубинного типа

Это тоже довольно популярная разновидность заземления, представляющая из себя длинный кусок толстой трубы (диаметром около 100 мм), зарываемый полностью в землю (вертикально).

Однако, чтобы смонтировать такое заземление, требуется наличие бурильной техники и вбивание трубы специальным оборудованием. В силу большей площади растекания, такой вариант обеспечит лучшее заземление, чем предыдущий, однако его невозможно смонтировать в закрытом помещении, в условиях вечной мерзлоты и каменистой почвы.

Срок же работы этого варианта, ввиду отсутствия покрытий на трубе, схожий с «короткими электродами».

Модульная конструкция

Модульный вариант явил собой шаг в развитии «глубинного электрода».

Отличается он от последнего тем, что такой электрод вбивается в землю частями (их зовут модули). Каждый из них является стальным электродом с утолщенным напылением из меди и резьбой (либо возможностью соединения прессованием с другими частями).

После того, как очередная часть вбита, выполняют замер сопротивления и, при необходимости, добавляют секцию.

Последний вариант заземления – самый сложный, но и самый универсальный.

Заключается он в том, что в землю зарывают L-образную трубу с отверстиями, в которой засыпан сухой электролит (смесь увеличивающих проводимость солей). Труба имеет длину до двух метров и закапывается так же не глубоко, не глубже пары метров.

Вокруг трубы помещают заполнители, которые сильно замедляют вымывание электролита.

Вот я и рассказал о вариантах заземления. Какой и где лучше применить – решать вам, ведь для этого необходимо знать местные условия.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

Монтажные работы

Чтобы сделать монтаж конструкции своими руками, потребуются инструменты: отбойный молот либо перфоратор и прибор, которым будут определять сопротивление почвы. Нужно рассчитать требуемое число и глубину локализации электродов. Яма роется на расстоянии полутора метров от стенки.

Монтаж конструкции

Работы надлежит выполнять строго друг за другом.

Установка измерительного прибора

Измерительное устройство ставят рядом с будущим контуром. Электроды ставят на расстоянии в 10 и 25 м с одной и другой стороны, соответственно, и забивают в почву. После этого подсоединяют их к устройству.

Измерение сопротивления

Установка первого штыря модуля

Нижнюю насадку смазывают противокоррозийным составом и привинчивают к стержню. На верхний конец стержня надевают муфту, также предварительно обработанную. Ставят головку, к которой будет прикладываться усилие инструмента. Стержень ставят в яму и затем забивают до тех пор, пока над поверхностью земли останется не более 0,2 м длины (они нужны для насадки следующего элемента).

Установка других вертикальных штырей

Торчащую над землей муфту промазывают смазкой, ставят новый стержень, на него ставят муфту с другого конца и затем головку для долбления. Повторяют процедуру с вбиванием молотком. Новые стержни ставят, пока сопротивление не упадет ниже 4 Ом.

Установка горизонтального заземлителя

Этот элемент фиксируют на стержне с помощью специальных латунных зажимов. Места контактов надо обернуть противокоррозийной лентой.

Установка в частном доме громоотвода своими руками

Молниеотвод необходим для любого загородного домовладения. Печальная статистика свидетельствует о том, что ежегодно в средней полосе России десятки пожаров в частных домах случается именно по причине удара молнии.

Для молниезащиты частного дома можно использовать любой оголенный проводник с защитой от коррозии. Это могут быть стальные или дюралевые мачты, можно использовать оцинкованный металл.

Устройство молниеотвода

Самая простая конструкция молниеотвода состоит из трех частей:

1. Молниеприемник – проводник, возвышающийся над самой высокой точкой кровли. Это может быть металлический стержень, толстая стальная проволока или металлическая труба. Главное, чтобы материал стержня был не меньше 50 мм квадратных миллиметров. Вместо стрежня можно использовать трос, натянутый вдоль конька выше полуметра от кровли. Трос подходит только для крыш из шифера или керамической черепицы. Его натягивают над крышей и закрепляют на ближайших деревьях или деревянных мачтах. Все молниеприемники соединяются с токоотводом сваркой.
2. Токоотвод – проводник с соответствующим материалу сечением: сталь – 50, алюминий – 25, медь – 16 миллиметров в квадрате. Токоотвод следует направлять строго сверху вниз, без поворотов и загибов. Если загнуть токоприемник под прямым углом, он загорится в момент попадания молнии. Токоотвод следует крепить только к материалам, стойким к возгоранию. Не следует крепить токоотвод непосредственно на стены дома. Он должен проходить на расстоянии минимум 20 сантиметров. Проследите, чтобы токоотвод не касался окон, крыльца, дверей. Соединять токоотвод с принимающим стержнем необходимо сваркой. Место сварки можно обработать защитным составом от коррозии.
3. Заземлитель – часть молниеотвода, направляющая разряд в толщу грунта. Его устраивают так же, как контур для домашней электросети. Но для громоотвода следует установить отдельную конструкцию, ни в коем случае нельзя подсоединять его к бытовому контуру!

Подробный видеоматериал, как сделать громоотвод в частном доме:

Watch this video on YouTube

Что является заземляющим контуром

Чтобы понять, что такое контурный заземлитель – следует представить его как систему, состоящую из металлических стержней, связывающих их полос и набора медных соединительных проводников. Такая сборная конструкция обеспечивает надежный контакт токопроводящего корпуса электроустановки с фактической землей (почвой).

При выяснении вопроса о том, что является заземляющими контурами, следует понимать, что основной их компонент – это одиночный электрод подходящего размера и сечения, забиваемый в грунт на определенную глубину. Для создания распределенной контурной системы согласно действующим техническим требованиям должна использоваться группа штырей, соединенных между собой металлическими полосами.

Преимущества заземления

Если сравнивать стандартные заземлители, то электролитический обладает рядом своих преимуществ, а именно:

• Монтаж конструкции быстрый и удобный, так как труба с электролитом имеет небольшие размеры и не требует больших земельных работ. Такой агрегат можно установить без дополнительной помощи профессионалов, своими руками.
• Смесь внутри электролита вступает в реакцию не сразу, тем самым поддерживая постоянный электролитический баланс в грунте.
• Продукт, что получается в результате реакции, не опасный и не приведет к возникновению коррозии на металлических элементах конструкции.
• Длительность реакции позволяет применять ее до 15 лет.

Такой заземляющий контур, несмотря на множество достоинств, применяется в особенных случаях, где нет возможности установить обычный заземлитель. Это объясняется высокой стоимостью комплекта.

Правила обслуживания

После установки подобной системы заземления за ней обязательно необходимо выполнять качественный уход. Уход будет заключаться в выполнении следующих задач: один раз в год открывать крышку электрода и проверять уровень наличия соли в системе. Если в дальнейшем смесь полностью превратиться в электролит, тогда в электролитическое заземление вам потребуется засыпать необходимое количество соли.

В этом и заключается основная особенность в обслуживании. Если вы все сделаете правильно, тогда помните, что этот вид заземления может прослужить на протяжении 15 лет. Именно поэтому проводить осмотр вам рекомендуется регулярно.

Устройство заземляющего контура

Заземляющая система включает в себя:

1. Заземляющие штыри.
2. Полосовой металл.
3. Заземляющие проводники.

Заземляющие штыри

Он представляет собой группу электродов из обычной или нержавеющей стали, или проводников, которые соединены друг с другом. Их размещают в земле по вертикали рядом с объектом.

В зависимости от защищаемого объекта для заземляющего контура используют:

• круглую сталь диаметром 16-18 мм;
• уголки 5*5*0.5 см.

Их вбивают в землю на 3 метра. Затем элементы между собой сваривают полосой 0.4*4 см и выводят ее к области подсоединения общей заземляющей системы.

Разновидности

От удобства установки во многом зависит геометрия заземляющего контура. Это может быть любая геометрическая фигура, но есть две основные:

• Треугольник. Самый часто используемый контур. В землю вбивают 3 стержня на расстоянии не меньше 3 метров. Но если места на участке нет, дистанция может быть меньше. В итоге должен быть треугольник с разными сторонами.
• Линия. Ее используют в тех местах, где нет пространства для первого варианта. Этот вариант удобен тем, что можно закопать стержни вдоль стены здания или ограждения. Можно использовать любое количество электродов. Чем их будет больше, тем выше показатели сопротивления.

Заземление представляет собой комплексную систему, в которой все взаимосвязано и все этапы оказывают влияние на надежность эксплуатации объекта. Главная задача при ее организации состоит в выборе конфигурации заземлителей.

Принцип работы

Если разобраться с устройством этой системы, тогда можно понять, что электролитическое заземление будет работать на основе протекания химических реакций. Заземление может работать по следующему принципу:

• Смесь необходимо будет залить в полный электрод. Из окружающей среды он будет впитывать влагу через специальное отверстие.
• Теперь будет происходить реакция воды с солью и в результате этого будет образовываться электролит, который просачивается в грунт. Благодаря подобной работе почва станет электропроводящей и не склонной к промерзанию.

Эта реакция будет происходить в независимости от температуры, которая присутствует в окружающей среде.

Принцип работы

Электролитическое заземление является одним из способов создания надежной заземляющей системы. Принцип работы этого типа заземления основан на использовании электролита, который обеспечивает хорошую электропроводность с окружающей средой.

Основные принципы работы электролитического заземления:

1. Монтаж специального заземляющего электрода в грунт.
2. Создание отверстий вокруг заземляемого объекта.
3. Заполнение отверстий электролитом.
4. Измерение сопротивления заземления.

Преимущества электролитического заземления:

• Применение в различных областях, включая промышленность, строительство и электроэнергетику.
• Отсутствие необходимости проводить сложные расчеты и использовать специальное оборудование.
• Простота монтажа и обслуживания.
• Высокая эффективность и надежность заземления.

Особенности электролитического заземления:

• Использование специальной методики расчета сопротивления заземления в грунте.
• Необходимость проведения регулярного обслуживания и контроля электролитической системы.
• Соблюдение правил безопасности при монтаже и обслуживании заземляющего устройства.

Особенности электролитического заземления

Данная разновидность заземления эффективно используется в местах песчаной, вечномерзлой и каменистой почвы. Также в условиях, где грунт имеет высокое удельное сопротивление и требуется специальное оборудование для установки обычных электродов.

Немного о достоинствах электролитического заземления

Полушаровый заземлитель

На самом деле, как и штыревое заземление, электролитическое обладает некоторыми весьма важными достоинствами.

1. Этот тип электродов обеспечивает минимальное сопротивление грунту, примерно до 10 раз меньше в отличие от традиционных заземлителей.
2. Выполняется из специальной смеси, предшествующей образованию коррозии.
3. Имеет длительный срок службы. Если стальной электрод заземления служит около 5-7 лет, то электролитический порядка 50.
4. Не требует большой глубины для установки, достаточно вмонтировать заземлитель на полметра.

Принцип работы электрода

Главным элементом данного типа заземления считается труба Г-образной формы. Она вбивается на определенную глубину, которая предварительно заполняется смесью из минеральных солей. Вещество впитывает воду из окружающего грунта, создавая при этом выщелачивание, вследствие чего образуется электролит. Затем этот же электрод проникает в почву, увеличивая ее токопроводимые свойства. Удельное сопротивление снижается, и как следствие уменьшается промерзание почвенного слоя.

Часто после окончания изготовления проекта, происходит подтаивание грунта рядом с строением. К сожалению, это очень опасно для фундамента и грозит осадкой дома. Поэтому электрики рекомендуют при проектировании электролитического заземления учитывать фактор повреждения зданий, а, следовательно, требуют отдалятся от мест застройки.

В условиях сильного промерзания почвы принято использовать горизонтальные электроды. Они являются доступными и простыми в монтаже. Однако, при любой возможности работать буровым оборудованием, лучше всего установить вертикальный заземлитель.

Заземлитель с омедненным наконечником

Как проверить электрод?

Заземлители электролитического типа требуют регулярной проверки на работоспособность. Проводят его обслуживание однажды в 2-3 года

Здесь важно определить превратилась ли смесь в электролит. Если электролит образовался, проводят замену смеси, то есть добавляют новый состав солей

Аналогично проверяется каждый электрод, если он не один. Таким образом, установка будет служить еще несколько лет.

Измерение сопротивления

Чем точнее будет измерено сопротивление, тем надёжнее можно будет оборудовать заземляющее сооружение. Не придётся как устанавливать лишние электроды, так и расширять заземляющие устройства постфактум.

Самые точные результаты будут, если измерения будут проводиться отдельно по сезонам. Но это бывает накладно.

Чаще измерения делают в конце весны или начале лета,  при этом для того, чтобы рассчитать сопротивление грунта при промерзании (или его высыхания), используют поправочные коэффициенты – промерзания, влажности, сезонные; они определяются для каждой климатической зоны отдельно.

Измерения могут проводиться одним из двух методов: амперметра-вольтметра и вертикального электрического зондирования. За расчётное сопротивление грунта берут наибольший результат.

Существуют таблицы сопротивления грунтов, позволяющие узнать примерные величины сопротивления для различных видов грунта в разных климатических зонах.

Удельное сопротивление преимущественно зависит от характеристик типа грунта. Чернозём и глина обладают низким сопротивлением – всего 80 Ом*м, суглинок – чуть большим, 100 Ом*м. Для песчаных грунтов содержание влаги влияет на сопротивление очень сильно, и значения могут колебаться от десятка до тысяч Ом*м.

Чем выше содержание горных пород, тем выше сопротивление: каменистые виды грунта способны обладать сопротивлением в тысячи Ом*м, а для грунтов с вечной мерзлотой цифры могут достигать 50000 Ом*м.

Стоит отметить, что в каменистых и вечномёрзлых грунтах, помимо прочего, организовать заземление трудоёмко и дорого, что иногда требует использовать специальные методы по снижению удельного сопротивления.

Как сделать монтаж контура самостоятельно

Станции катодной защиты от коррозии

Главная функция катодной станции заключается в стабильном обеспечении током целевого металлического объекта в соответствии с методом катодной поляризации. Используют такое оборудование в инфраструктуре подземных газо- и нефтепроводов, в трубах водоснабжения, тепловых сетях и т.д.

Существует множество разновидностей таких источников, при этом наиболее распространенное устройство катодной защиты предусматривает наличие в составе:

• оборудования преобразователя тока;
• провода для подводки к защищаемому объекту;
• анодного заземлителя.

При этом существует разделение станций на инверторные и трансформаторные. Имеют место и другие классификации, но они ориентированы на сегментацию установок или по сферам применения, или же по техническим характеристикам и параметрам входных данных. Базовые принципы работы наиболее ярко иллюстрируют обозначенные два типа катодных станций.