Виды и назначение искусственных заземлителей

Системы с глухозаземленной нейтралью системы заземления TN

К таким системам относятся:

• TN-C;
• TN-S;
• TNC-S;
• TT.

Согласно п. 1.7.3 ПУЭ TN-система — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников.

TN включает в себя такие элементы, как:

• заземлитель средней точки, которая относится к источнику питания;
• внешние проводящие части устройства;
• проводник нейтрального типа;
• совмещенные проводники.

Нейтраль источника глухо заземлена, а внешние проводники установки подключены к глухозаземленной средней точке источника при помощи проводников защитного типа.

Сделать заземляющий контур можно только в электроустановках, мощность которых не превышает 1 кВ.

Система TN-C

В данной системе нулевой защитный и нулевой рабочий проводники, объединены в один PEN проводник. Они совмещены на всем протяжении системы. Полное название — Terre-Neutre-Combine.

Среди преимуществ TN-C можно выделить только легкий монтаж системы, который не требует больших усилий и денежных затрат. Для монтажа не требуется улучшение уже установленных кабельных и воздушных линий электропередачи, у которых есть всего 4 проводящих устройства.

Недостатки:

• возрастает вероятность получения удара током;
• возможно появление линейного напряжения на корпусе электрической установки во время обрыва электрической цепи;
• высокая вероятность потери заземляющей цепи в случае повреждения проводящего устройства;
• такая система защищает только от короткого замыкания.

Система TN-S

Особенность системы заключается в том, что электричество поставляется к потребителям через 5 проводников в трехфазной сети и через 3 проводника в однофазной сети.

Всего от сети отходит 5 проводящих источников, 3 из которых выполняют функцию силовой фазы, а оставшиеся 2 — это нейтральные проводники, подсоединенные к нулевой точке.

Конструкция:

1. PN — нейтральный механизм, который задействован в схеме электрического оборудования.
2. PE — глухозаземленный проводник, выполняющий защитную функцию.

Преимущества:

• легкость монтажа;
• низкая стоимость покупки и содержания системы;
• высокая степень электробезопасности;
• не требуется создание контура;
• возможность использовать систему в качестве устройства от защиты утечки тока.

Система TN-C-S

TN-C-S система предполагает разделение проводника PEN на PE и N в каком-то участке цепи. Обычно разделение происходит в щитке в доме, а до этого они совмещены.

Достоинства:

• простое устройство защитного механизма от попадания молний;
• наличие защиты от короткого замыкания.

Минусы использования:

• слабый уровень защиты от сгорания нулевого проводника;
• возможность появления фазного напряжения;
• высокая стоимость монтажа и содержания;
• напряжение не может быть отключено автоматикой;
• отсутствует защита от тока на открытом воздухе.

Система TT

TT разработана для обеспечения высокого уровня безопасности. Устанавливается на электростанциях с низким уровнем технического состояния, например, где используются оголенные провода, электроустановки, которые расположены на открытом воздухе или закреплены на опорах.

TT монтируется по схеме четырех проводников:

• 3 фазы, подающие напряжение, смещаются под углом 120° между собой;
• 1 общий ноль выполняет совмещенные функции рабочего и защитного проводника.

Преимущества TT:

• высокий уровень устойчивости к деформации провода, ведущего к потребителю;
• защита от КЗ;
• возможность использования на электроустановках высокого напряжения.

Недостатки:

• сложное устройство защиты от молний;
• невозможность отследить фазы короткого замыкания электрической цепи.

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.

Виды контуров заземления

Внешний контур заземления для частного дома может быть выполнен по различным схемам. Выбор обуславливается доступной площадью и масштабом здания. Применяют следующие схемы контуров: глубинный, линейный, кольцевой, треугольный.

Глубинный и линейный форматы применяют при ограниченной территории. Обычно это дача или небольшое загородное строение. Такая методика не требует масштабных земельных работ и большей площади участка.

Кольцевой контур прокладывают вокруг здания на глубине не менее 0,5 метра. Используют шину из металлического сплава. Нередко применяют изделия из нержавеющей стали, чтобы избежать дальнейшей коррозии. Такой подход позволяет равномерно распределить и поддерживать электропотенциал на одном уровне.

Треугольная схема является классическим способом и представляет собой соединенные электроды в виде геометрической фигуры, помещенной в грунт посредством металлических штырей. Чем больше площадь контура, тем ниже показатель сопротивления. Этот вариант потребует достаточно большого участка для монтажа.

Любая из представленных схем требует проведения периодического замера контура заземления. Со временем параметры сопротивления могут изменяться под воздействием различных факторов, что значительно ослабляет защиту. С целью выявления проблем используют специальные приборы: М-416, Ф4103-М1, ИСЗ-2016 и т. д. В случае обнаружения отклонений от существующих нормативов необходимо провести ремонт или заменить отдельные элементы заземляющей конструкции. 

Что выступает в роли искусственного заземлителя

Заземляющий элемент выполняется в виде проводника (электрода) определенного материала, который помещается в грунт. В некоторых случаях монтируется несколько подобных заземлителей.

Определение ситуации, когда необходимо монтировать именно группу искусственных стержней, реализуется посредством специальных расчетов. Результатом вычисления обосновывается выбор конфигурации электрода по отношению к его сопротивлению — основному показателю, определяющему качество заземления.

Искусственный заземлитель изготавливается из таких материалов:

1. Омедненная сталь. Соединение меди и стали имеет хорошее сцепление. Стержни прочные, отлично контактируют с любыми материалами. За счет химических особенностей сплав обладает отличной электропроводимостью. Электрохимическая активность меди и стали незначительна, нормальная эксплуатация заземлителей из такого металла может достигать больше ста лет.
2. Оцинкованная сталь. Преимущества — коррозионная стойкость материала, низкое сопротивление, электроды устойчивы к кислотной среде.
3. Черные металлы. Недостаток — быстрое разрушение в агрессивном грунте (образуются коррозия и ржавчина). Высокая прочность материала повышает сопротивление растеканию тока, что крайне опасно для человека.

Помимо материала, искусственные заземлители различается по форме и по расположению в почве (углубленный вертикальный и протяжной горизонтальный тип).

Как устанавливать в грунте искусственный заземлитель

От заземляемой части электроустановки горизонтальные лучи заземляющего устройства (см. также след. страницу) должны расходиться в противоположных направлениях. Если этих лучей не два, а больше, располагайте их под углом друг к другу. Это делают с той целью, чтобы как можно большая площадь земли использовалась рационально. Учтите, если потенциалы на поверхности земли распределятся не равномерно, вокруг заземлителя будут создаваться опасные напряжения. Хотите выравнять потенциалы, заземлитель делайте в форме сетки, которая должна быть сделана из горизонтальных элементов. Соединяйте их с помощью сварки.

Надеюсь, я смог вам рассказать, в общих чертах, что такое искусственные заземлители. Если эта статья вам будет полезна, значит не зря я поделился своим опытом. Много полезных советов можете найти, если загляните на карту сайта.

Также посмотрите статью об естественных заземлителях.

Устройство и принцип действия

Такой способ антикоррозионной защиты применяется не только для защиты объектов из стали, но и оборудования, изготовленного из таких материалов, как цинк, медь, алюминий, олово, свинец, титан, никель и их сплавы. Защищаемый объект становится катодом при подключении его к отрицательному полюсу источника питания, а подключенный к положительному полюсу анод растворяется и разрушается в процессе защиты, сохраняя объект неповрежденным.

Степень растворения анодного заземлителя зависит от параметров окружающей его среды, от плотности протекающего тока и от материала самого заземлителя. Поэтому электроды выполняются из коррозионно-стойкого железно-кремниевого сплава – ферросилида ЧС-15 (ГОСТ 7769-86) цилиндрической формы. Электрод прочно устанавливается в корпус заземлителя и надежно изолируется эпоксидным компаундом. Кроме того заземлитель имеет контактный узел, герметизированную муфту для соединения с линией магистрального кабеля станции катодной защиты и специальный провод с медной жилой с усиленной изоляцией.

Системы искусственно выполненного заземления

Наиболее распространенным и эффективным  видом  электрозащиты является искусственное заземление. Для того чтобы рассказать о них, сначала дадим расшифровку их буквенной маркировки, являющейся первыми буквами французских слов:

• T – первая буква французского слова «заземление»;
• N – соединение с нейтралью;
• I – изоляция;
• C – объединение нулевых проводов (рабочего и защитного) в один;
• S – использование нулевых проводов отдельно друг от друга.

Справка: нейтраль – общая часть системы переменного тока, имеющей несколько фаз и соединенной звездой, которая находится под напряжением. Для однофазной системы переменного тока это ее средняя часть.

Виды электрических систем маркируются:  TN, TN-C, TN-S, TN-C-S, TT, IT. Расположение букв на определенной позиции тоже имеет свое значение:

• на первой позиции буквенное значение говорит о том, как заземление реализовано на источнике электроэнергии;
• второе буквенное значение говорит о том, как заземление сделано на открытой поверхности электрической установки;
• третья и четвертая буквы обозначают подвиды первого обозначения.

А теперь рассмотрим каждую систему искусственного заземления.

TN схема

Эта система заземления является самой распространенной  в загородных домах. Она подразумевает, что на стороне источника тока (на подстанции) точка соединения обмоток трансформатора (это глухозаземленная нейтраль) неразрывно соединена с заземляющим устройством. Неразрывное соединение получают за счет нескольких вертикально вбитых в землю на глубину два с половиной метра металлических прутов. Пруты соединяют между собой кабели и полоса для заземления. Вместе они составляют единый контур дома Глухозаземленная нейтраль соединяется с электроприборами дома через нулевые и защитные проводы. По способу их подключения различают три TN подсистемы.

Что это такое, глухозаземленная нейтраль легко увидеть на схеме ниже.

TN-S схема

В этой системе помимо нейтрали и фазных проводов присутствует отдельно выделенный защитный провод. Обычно к дому от трансформатора подходит кабель с пятью или тремя жилами. Для трехфазных систем – это три фазы, рабочий и защитный «нули», для однофазных – это то же, только вместо трех фаз — одна фаза. Эта система считается наиболее безопасной, ни и при этом наиболее дорогостоящей.

Справка — каким образом обозначаются нулевые рабочие нейтральные проводники и нулевые защитные:

• нулевой рабочий провод – провод, питающий электрические приборы  в доме и соединенный с нейтралью подстанции обозначается PE;
• нулевой защитный провод соединяет открытые поверхности электрических приборов и нейтраль на подстанции обозначается N. 

TN—C схема

Схема, когда рабочий и защитный «нули» соединены в один. Система устаревшая и не  является надежной (особенно в случае порыва нулевой линии). При таком заземлении от подстанции идет кабель с четырьмя или двумя жилами (отличается от ТНС схемы отсутствием защитного провода).

TN—C—S схема

TN-C-S система заземления — промежуточная схема между двумя предыдущими системами. При этой схеме от трансформаторной подстанции до дома кабель проложен без защитного провода, а по дому рабочий нулевой провод разделяется на два – на рабочий и защитный нулевые проводы. Используется для этого шина-расщепитель. Система отличается от TN-C в более выгодную сторону, но всё равно не лишена недостатков. В случае перегорания нулевого провода между домом и трансформатором, электрические приборы ни чем не защищены от фазного тока.

TT схема

Схема, при которой подстанция и электроприборы в доме глухо заземляются отдельно. При такой системе в доме обязательно должны присутствовать УЗО и должно быть сделано уравнивание потенциалов.

Справка: уравнивание потенциалов и заземление — в чем разница? Заземление установлено на электрических приборах, а уравнивание потенциалов проводят между электрическими приборами и  элементами инфраструктуры дома (трубами, металлическими решетками бетонного пола и т.п.). Достигается за счет соединения всех токопроводящих предметов в доме с общей шиной заземления.

IT схема

При этой схеме электроприборы в доме глухо заземлены, а нейтраль трансформатора изолирована. Что такое изолированная нейтраль? Примером  сети с изолированной нейтралью  могут служить трансформаторы на горных карьерах. Нейтраль таких трансформаторов заземлена через контрольно-измерительные приборы, которые следят за утечками тока и отключают электроприборы в случае появления утечки. Сети с изолированной нейтралью (изолированная система)  практически не делают в частных домах. Одним из существенных недостатков системы, где реализована изолированная система, является сложное обнаружение неисправностей.

Заземление трансформаторной подстанции

Стоит подробнее рассмотреть стандартный алгоритм действий при оснащении защитной системой подстанции. Проектной документацией предусмотрены два контура системы заземления (внутренний и внешний). Там есть не только технические параметры конструкции, но и места привязки к территории, иные важные данные. Необходимо обозначить некоторые особенности отдельных рабочих операций.

Заземление – обязательная часть оснащения трансформаторной подстанции

Чтобы упростить монтаж и обеспечить высокую точность, выполняют разметку на основе чертежей проекта. На элементы конструкции здания подстанции наносят знаки, обозначающие проходы шин. Просверливают необходимые отверстия с применением перфораторов. Их стенки укрепляют металлическими гильзами.

Полосы шины крепят к частям здания подстанции дюбелями, или специальными фиксаторами, если такое решение определено проектом.

Непосредственный контакт проводников со стенами допустим, если в помещении будет поддерживаться благоприятное состояние среды (нормальная влажность, отсутствие агрессивных химических соединений).

В противном случае (ограничение по ПУЭ) расстояние до стен подстанции на всем протяжении пути устанавливается с применением изолирующих прокладок от 10 мм и более.

С применением разных технологий создают присоединение проводников к заземлителю подстанции. Сварку используют для крупных неподвижных частей. Движущиеся элементы въездных групп соединяют с защитным контуром гибкими перемычками. Для этого пригодны только провода без изоляции, чтобы не был затруднен оперативный контроль их целостности сотрудникам, проверяющим техническое состояние подстанции.

Сварные швы обеспечивают надежное механическое и электрическое присоединение. Но эти места подвержены воздействию окислительных процессов, их тщательно очищают, создают качественный лакокрасочный слой с предварительной грунтовкой поверхности.

Наружная часть системы заземления создается с использованием горизонтальных и вертикальных элементов. Непосредственно в процессе монтажа выполняется сверка рабочей документации с реальной ситуацией на объекте (отсутствие помех имеющимися системами газоснабжения, другими инженерными сетями).

Если наружный проводник крепят на поверхности здания подстанции, его закрывают металлическим кожухом на высоту до 250 см от земли. Для надежности присоединение защитных и нулевых проводников делают с помощью сварки.

На какую глубину поместить горизонтальный искусственный заземлитель

По моему опыту, горизонтальный заземлитель лучше всего прокладывать на глубине примерно 0,5 м. Если же почва рыхлая, то глубину лучше всего увеличить до 1 м. Его следует применять в том случае, когда верхний слой почвы в состоянии обеспечить требуемую проводимость электрического тока.

Как правило, подобные искусственные заземлители устанавливаются с помощью специальной техники. Еще хочу добавить, что верхние слои грунта зачастую способны сильнее сопротивляться току, по сравнению с более глубокими.

Немаловажная деталь, у горизонтальных , сопротивление значительно выше, по сравнению с вертикальным. Поэтому, я вам советую, при проведении электромонтажа применять вертикальный искусственный заземлитель. Лучше всего применять вертикальные глубинные электроды, так как они способны добраться до хорошо проводящих ток слоев грунта.

Отличия между традиционным и штыревым заземлением

Традиционный контур заземления, который обычно монтируют самостоятельно, представляет из себя весьма громоздкую и трудоемкую подземную конструкцию.

Забивается несколько вертикальных электродов (уголок, труба, прут), между ними прокапывается траншея, и все они соединяются между собой горизонтальными связями (шиной или прутком).

Расстояние между вертикальными электродами должно быть не меньше их длины. Чем же плох такой способ?

Во-первых, мало кому охота перекапывать свой участок метровыми траншеями, а если территория оказалась уже облагорожена, то вообще возникает тупиковая ситуация. Кроме того, все эти ржавые металлические уголки, трубы и шины, находясь в земле, через несколько лет эксплуатации (буквально за 5-7 лет) начинают усиленно разрушаться.

Поэтому на сегодняшний день большую популярность получила другая система заземления, а именно — модульно штыревая или глубинная. Наиболее известные фирмы производители в наших краях Galmar и ZandZ.

Как известно, сопротивление заземляющего устройства зависит от:

типа грунта

времени года

глубины залегания электродов

Таким образом, если один электрод путем постепенного наращивания, забить на максимально возможную глубину, то можно получить идеальные показатели сопротивления. На этом принципе и работает глубинное заземление.

Кроме того, оно:

намного долговечнее

на порядок проще в монтаже

и при этом стоит уже не так дорого (можно найти комплекты порядка 5000 рублей)

Плюс ко всему этому, весь монтаж обходится без сварочных работ.

Именно необходимость сварки многих останавливает от самостоятельного выполнения данной работы. Либо нет аппарата, либо нет необходимых навыков.

Вот и приходится нанимать сторонних электриков.

Все заземление занимает место на территории вашего дома, буквально несколько квадратных сантиметров.

А еще его без проблем можно сделать прямо в подвале здания.

В среднем выходит, что в частном доме без котла для достижения требуемых 30 Ом, придется забить электрод общей длиной на 6-9 метров. Для дома с газовым отоплением (R=10 Ом) – на 9-15 метров.

Это усредненные показатели. Более точные данные всегда индивидуальны и напрямую зависят от региона, где вы проживаете, качества и состава грунта.

Если ваш дом построен на песке, однозначно покупайте 15-ти метровый комплект. Даже без наличия газового котла.

Расстояние трассы заземлителя от стены также регламентируется. В отличие от вводного кабеля оно должно быть не менее 1 метра.

Для подземного кабельного ввода этот показатель – 0,6м. Почему так, подробно читайте об этих и других требованиях в отдельной статье.

Технологии заземляющих устройств

Есть несколько способов изготовления контура заземления.

Чаще всего, используют две из них:

1. Модульно-штыревое заземление.
2. Традиционное заземление.

Конструкция модульного заземления

Для ее устройства используют стержни, из покрытого медью качественного металла. Их вертикально забивают в грунт на глубину около 1 м, диаметр стержней 14 мм. По краям стержня нарезают по 30 мм резьбы и так же покрывают ее медью.

Металлические части конструкции соединяют вместе латунными муфтами. По горизонтали их соединяют стальными полосами с латунными зажимами или используют для этого комплект медного провода. Также, устраивают соединение контура заземления и щитка-распределителя. Для защиты элементов заземления от коррозии, в комплект входит защитная паста.

Традиционное заземление

Изготавливают такую систему из черного металла: полос, труб, уголка. На 3 м в грунт, с промежутком 5 м вбивают треугольником три металлических электрода. Далее, электроды соединяют в общий контур, используя металлическую полосу и электросварку.

Такое заземление имеет несколько отрицательных свойств (к примеру, трудоемкость создания контура и коррозия, разрушающая металл изделия), по этой причине, в наше время вместо нее стараются использовать более совершенный способ заземления.

Естественные заземляющие элементы

Чаще всего, их используют для заземления электрического оборудования. В качестве естественных заземлителей применяют металлические элементы различных ЖБ конструкций, к примеру, фундаменты подстанций и линий электропередач и фундаменты строений.

Дополнительно, для естественного заземления подключают части подземных коммуникаций, изготовленных из металла, к примеру, подходит броня кабелей и всевозможные трубопроводы, иногда допустимо подключать и наземные коммуникации, к примеру, подойдут для этой цели рельсовые пути.

Монтаж ревизионного колодца и вывод заземления наружу

При достижении нормируемого сопротивления, на последнем отрезке устанавливается сжим для подключения проводника заземления или шины.

Данное место защищается ревизионным колодцем. Это может быть как заводская конструкция, так и самодельная из канализационной трубы.

Выбирайте те экземпляры, которые рассчитаны для применения в земле (оранжевого цвета).

Такая сборка – обязательное условие монтажа. Все контакты контура заземления должны быть открытыми и доступны для ревизии или замены.

Нельзя это место просто засыпать землей. Иначе когда у вас отвалится провод заземления, вы узнаете об этом только после серьезной аварии и вынужденной замены сгоревшей техники.

Зато иногда его оставляют прямо на поверхности без всякой защиты. Очень часто так делают в подвалах. Заземление при этом выводят цельной шиной на стену дома.

Но мы рассмотрим вариант с колодцем. На муфту одеваются две крышки. В одной из них по центру просверливается отверстие.

После чего туда монтируется гермоввод или сальник PG.

Такие ставятся на металлических распред шкафах. Рядышком или сбоку, сверлится еще одно отверстие для вывода проводника в гофре.

Центральный сальник необходим для плотного насаживания заглушки на цилиндрический штырь заземлителя.

Если не нашли подобных сальников, просто заделайте все отверстия после монтажа силиконовым герметиком. Далее подготавливаете медный заземляющий проводник.

Это провод ПуГВ и ПВ-3 сечением не менее 10мм2. Не желательно его подключать так, чтобы зачищенные жилы торчали наружу.

Лучше сделать это через прессовку наконечником, с последующей термоусадкой.

Поверх всех контактов на сжиме наматываете гидроизоляционную ленту.

Простая изолента здесь не годится!

После всех процедур защитная муфта закрывается сверху крышкой.

Не используйте в качестве такой защиты ревизионного колодца пластиковую бутылку.

Она никогда не создаст герметичности. Более того, наоборот будет задерживать воду в этом месте, постепенно разрушая контакты.

Как сделать подключение провода заземления и саму главную заземляющую шину в щитовой дома, читайте в отдельной статье.

https://youtube.com/watch?v=dcqkNzQbv58%3F