При обустройстве заземления обычно стремятся вкопать штырь на максимальную глубину, сколько позволяют технические возможности и бюджет. Такой подход связан с необходимостью обеспечить низкое сопротивление заземления в течение всего года. На большой глубине земля не промерзает, к тому же там находятся слои почвы, богатые грунтовыми водами, характеризующиеся низким удельным сопротивлением. Недостатком такого подхода является необходимость бурения, если внизу находятся скальные породы. Кроме этого, существуют виды почв, например, торфяники, где наоборот, удельное сопротивление на большой глубине ниже, чем вблизи поверхности.
В том случае, если заземление используется только для обеспечения молниезащиты объекта, строгой необходимости в установке элементов заземления на большой глубине нет (СО 153.34.21.122-2003 п.3.2.3.1, РД 34.21.122-87 п.2.13). При настолько низких температурах, что промерзает верхний слой почвы, гроза - явление крайне редкое. Для таких применений может оказаться выгодным использование так называемых протяженных горизонтальных заземлителей. Они представляют собой металлическую проволоку или ленту (как правило, изготовленную из стали и покрытую слоем цинка или меди), уложенную в земле горизонтально на небольшой глубине. Протяженные горизонтальные заземления широко используются для защиты от удара молнии опор линий электропередач, опор воздушных линий связи, объектов добычи нефти и газа.
Выбор глубины
Согласно «Руководству по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в проводных установках проводной связи и радиотрансляционных узлов» (Министерство связи СССР, 1971 г.), в большинстве регионов на севере и в средней полосе России при отрицательных температурах воздуха на глубине от 0,8 м температура почвы имеет положительное значение. В южных регионах России глубина промерзания грунта составляет от 0,1 до 0,5 м. Исходя из этого, «Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в проводных установках проводной связи и радиотрансляционных узлов» рекомендует размещать горизонтальные заземлители на глубине не менее 1 м для северных регионов и средней полосы, и не менее 0,7 м для южных регионов страны. На таких глубинах заземление можно устанавливать методом укладки в открытые траншеи. Согласно действующему ПУЭ, п. 1.7.72, траншеи должны закапываться однородным грунтом, без включения щебня или строительного мусора.
Лучевой или кольцевой заземлитель?
Сопротивление отдельного горизонтального протяженного заземления уменьшается при увеличении его длины, вплоть до 10 м. При длине больше 10 м начинают сказываться сопротивление и индуктивность проволоки (ленты). Также следует отметить, что при увеличении длины проволоки (ленты) от 5 до 10 м сопротивление заземлителя уменьшается незначительно. Поэтому на практике применяются так называемые лучевые заземлители. В них электрически соединенные между собой элементы заземления расходятся в разные стороны от защищаемого объекта.
Помимо лучевых, известны также кольцевые заземлители. Такой заземлитель представляет собой замкнутое кольцо из проволоки или ленты, уложенное на небольшой глубине вокруг защищаемого объекта. Основное преимущество кольцевого заземлителя - при том же сопротивлении, как правило, занимает меньшую площадь, чем лучевой. Недостаток - при том же сопротивлении, на кольцевой заземлитель требуется больше проволоки или ленты.
Как и из чего делать лучевой заземлитель?
В ПУЭ, п. 1.7.72, рекомендуется изготавливать заземлители из стали или оцинкованной стали. Допускается применение как проволоки, так и ленты. Но, при равной площади сечения, у ленты больше площадь соприкосновения с почвой, чем у проволоки, что повышает надежность заземлителя. Например, для лучевого заземлителя можно использовать оцинкованную стальную ленту ZANDZ ZZ-502-304-52 толщиной 4 мм и шириной 30 мм. Площадь ее сечения составляет 120 кв. мм. Это полностью соответствует требованиям ПУЭ, где говорится, что толщина ленты для заземления должна быть не менее 4 мм, а площадь сечения — не менее 48 кв мм.
Оцинкованная стальная лента прослужит около 10 лет. Если вместо нее использовать омедненную стальную ленту, например, GALMAR GL-11075-50, то заземление прослужит уже более 30 лет. Это более современный вариант, не указанный напрямую в ПУЭ. Запрета на использование омедненного заземления в ПУЭ так же нет. По своим электрическим характеристикам омедненная лента полностью соответствует требованиям ПУЭ. Недостатком омедненной ленты является ее высокая цена. При увеличении срока службы ленты в 3 раза стоимость ее погонного метра тоже возрастает примерно в 3 раза. Тем не менее, за счет снижения расходов на замену заземления в итоге получается значительная выгода.
При расчёте длины лучей заземлителя можно порекомендовать методику, изложенную в «Руководстве по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в проводных установках проводной связи и радиотрансляционных узлов» как наиболее удобный для практических целей. Используется методика для многоэлектродного заземления. Предполагается, что ширина ленты равна удвоенному диаметру аналогичной по заземляющим свойствам проволоки. При наличии методических указаний для конкретной отрасли, где используется заземлитель, следует отдавать предпочтение изложенным в них методикам расчёта.
Для соединения между собой элементов лучевого заземлителя лучше использовать сварку. В то же время, если проволока или лента покрыты защитным слоем цветного металла, и зажим сделан из цветного металла, ассоциация «Электромонтаж» допускает применение разъемных соединений. При этом лучи заземлителя целесообразно выполнить из ленты, а соединяющие их провода — из проволоки круглого сечения. Для соединения можно рекомендовать зажимы GALMAR GL-10330N из нержавеющей стали. Они позволяют соединить полосу шириной до 40 мм и два отрезка проволоки круглого сечения диаметром до 10 мм.
Выводы
Лучевые заземлители представляют собой в первую очередь экономичное решение для защиты от удара молнии. Тем не менее, если позволяют требования к заземлению, свойства почвы и климатические условия местности, лучевые заземлители могут быть также рабочими для электроустановок, использующихся в круглогодичном режиме. Несомненным преимуществами лучевых заземлителей, обусловленными малой глубиной их установки, являются простота монтажа и обслуживания.
Смотрите также:
Соединение элементов заземляющих устройств в земле
Молниезащита в Кыргызстане: покоряйте вершины только с проводником!
Почему вертикальные заземлители нельзя располагать близко друг к другу?
Электролитическое заземление в вечномерзлых грунтах: вертикальные или горизонтальные электроды?
Электролитическое заземление в средней полосе России
Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"
Нержавеющее заземление можно проверить магнитом?