Контур заземления. Основные понятия

В данной главе попытаемся раскрыть основные понятия о контуре заземления, для чего он нужен и из чего состоит.

Заземление в электротехнике подразделяют на естественное и искусственное.
К естественному заземлению принято относить те конструкции, строение которых предусматривает постоянное нахождение в земле. Однако, поскольку их сопротивление ничем не регулируется и к значению их сопротивления не предъявляется никаких требований, конструкции естественного заземления нельзя использовать в качестве заземления электроустановки. К естественным заземлителям относят, например, трубы.
Искусственное заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

     За основными определениями обратимся к ПУЭ:
1.7.28.Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
1.7.29. Защитное заземление - заземление, выполняемое в целях электробезопасности.
1.7.30. Рабочее (функциональное) заземление - заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).
1.7.19. Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющихпроводников.
Заземляющее устройство - это устройство, состоящее из заземлителей вертикального и горизонтального, соединяющего вертикальный заземлитель с заземляемой частью электроустановки. Может быть распределенным, т.е. состоять из нескольких взаимно удаленных заземлителей.

На рисунке показана примерная конструкция контура заземления

1.7.15. Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с грунтом.
Проводящая часть — это металлический (токопроводящий) элемент (электрод) любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина и т.п.), находящийся в грунте и через который в грунт “стекает” электрический ток от электроустановки.

В ПУЭ сказано:
1.7.109. В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:
1) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий исооружений, имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах;
2) металлические трубы водопровода, проложенные в земле;
3) обсадные трубы буровых скважин;
4) металлические шпунты гидротехнических сооружений, водоводы, закладные частизатворов и т.п.;
5) рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных железных дорог и подъездные пути приналичии преднамеренного устройства перемычек между рельсами;
6) другие находящиеся в земле металлические конструкции и сооружения;
7) металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле. Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при количестве кабелей неменее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителейне допускается.
1.7.110. Не допускается использоватьв качестве заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводов канализации и центрального отопления. Указанные ограничения не исключают необходимости присоединения таких трубопроводов к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов в соответствии с п.1.7.82.
Не следуетиспользовать в качестве заземлителей железобетонные конструкции зданий исооружений с предварительно напряженной арматурой, однако это ограничение не распространяется на опоры ВЛ и опорные конструкции ОРУ. Возможность использования естественных заземлителей по условию плотности протекающих по ним токов, необходимость сварки арматурных стержней железобетонных фундаментов и конструкций, приварки анкерных болтов стальных колонн к арматурным стержням железобетонных фундаментов, а также возможность использования фундаментов в сильноагрессивных средах должны быть определены расчетом.

Конфигурация заземлителя (количество вертикальных электродов, их длина, расположение электродов) зависит от требований, предъявляемых к нему, и способности грунта “впитывать” в себя электрический ток идущий от электроустановки через эти электроды.

Каждый тип грунта в котором может находиться контур заземления обладает своим удельным сопротивлением. В зависимости от этого и определяется конфигурация заземляющего контура. А именно: количество и длина вертикальных и горизонтальных заземлителей. Для этого существует методика расчета которую мы рассмотрим позже.
Удельное электрическое сопротивление грунта — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» грунта как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземляющего электрода.
     Удельное электрическое сопротивление грунта величина измеряемая, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).
Однако в расчетах параметров контура заземления принято пользоваться справочными данными. Так с величинами расчетного электрического удельного сопротивления грунта можно ознакомиться здесь.

Существующие нормы сопротивления заземления

     Так как нулевого сопротивления растеканию достигнуть невозможно, все электрооборудование и электронные устройства создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления, например 0.5, 2, 4, 8, 10, 30 и более Ом.
     Ориентировочно можно привести следующие значения: - для подстанции с напряжением 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90);
- при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом;
- для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом;
- у источника тока (например, трансформаторной подстанции) сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока, или 220 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101);
- у заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п. 8).
Для частных домов, с подключением к электросети 220/380В:
- при использовании системы TN-C-S необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом (ориентируюсь на ПУЭ п.1.7.103)
- при использовании системы TT (изолирование заземления от нейтрали источника тока) и применении устройства защитного отключения (УЗО) с током срабатывания 100мА необходимо иметь локальное заземление с сопротивлением не более 500 Ом (ПУЭ п.1.7.59).

     В качества материалов для создания контура заземления чаще всего используют следующие материалы:
- для вертикальных электродов чаще всего выбирают стальные трубы, штыри, стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа;
- для горизонтальных заземлителей чаще всего используется стальная полоса толщиной 4мм и шириной 40мм.

В ПУЭ в таблице 1.7.4 приводятся основные геометрические размеры которые могут иметь заземляющие проводники (не менее тех что приведены в таблице):

Для соединения вертикальных и горизонтальных заземлителей используется сварка внахлест (2 ширины полосы)