Современные здания, как правило, имеют в своем составе железобетонные конструкции и стоят на железобетонном фундаменте. Это обстоятельство значительно упрощает создание систем заземления. Действующие нормативные документы рекомендуют использовать в первую очередь естественные заземлители.
Применительно к заземлению электрооборудования до сих пор действует ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление». Применительно к системам молниезащиты сложилась гораздо более сложная ситуация, поскольку в них заземление должно пропускать через себя большой электрический заряд за короткий промежуток времени.
Особенности заземления для систем молниезащиты
Основным документом, регламентирующим устройство молниезащиты, является СО 153-34.21.122-2003 "Инструкция по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций". Но данный нормативный документ касается вопросов использования железобетонного фундамента в качестве естественного заземлителя очень кратко. В п. 3.2.3.3 говорится, что арматура должна отвечать требованиям п. 3.2.2.5, т.е. обеспечивать электрическую непрерывность соединения между элементами. Кроме этого, для предварительно напряженного бетона необходимо оценить воздействие протекающего электрического ток на предмет возможных механических воздействий. Остальные факторы (марка бетона, свойства почвы, защитное покрытие железобетонных конструкций) в Инструкции не рассматриваются, хотя они важны для оценки возможности использования фундамента в качестве заземления. Поэтому на практике приходится обращаться к документу РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений».
Согласно РД 34.21.122-87, п. 1.8, рекомендуется использовать естественные заземлители, кроме случаев, когда с целью защиты от агрессивных грунтов металлические элементы фундамента имеют эпоксидное или полимерное покрытие. Также запрещается использование фундамента для заземления системы молниезащиты при влажности грунта менее 3%. П. 1.8 Инструкции требует наличия непрерывного электрического соединения железобетонного фундамента с токоотводом по арматуре, причем соединение арматуры с закладными деталями должно быть выполнено сваркой.
Современный подход к заземлению для систем молниезащиты предусматривает нормирование не значения сопротивления растеканию, а типовых конструкций заземления. РД 34.21.122-87 рассматривает железобетонный фундамент в качестве одной из таких типовых конструкций. Согласно п. 2.2 Инструкции сказано, что для использования в качестве естественного заземления молниезащиты пригодны железобетонные фундаменты произвольной формы, имеющие площадь контакта с грунтом не менее 10 кв. м. Еще одно важное ограничение — фундамент не должны разрушаться при попадании молнии.
В то же время, агрессивные грунты в большинстве случаев представляют собой естественное природное явление, которое встречается даже в самых экологически чистых местностях. Соответственно, наличие у фундамента защитного покрытия - весьма распространенное явление. Применение при этом отдельного заземления зачастую нецелесообразно ни с технической, ни с экономической точек зрения. Другой вопрос, что такой фундамент должен обеспечить необходимый уровень электробезопасности при ударе молнии.
Агрессивные грунты и защита железобетона от их действия
В настоящее время вопросы защиты железобетонных конструкций от агрессивного воздействия грунтов регулируются в России межгосударственным стандартом ГОСТ 31384-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие требования». Согласно этому ГОСТ, агрессивность грунта определяется по глубине, на которую бетон разрушается, либо теряет защитные свойства относительно стальной арматуры, за 50 лет. Слабая степень агрессивности — менее 10 см, средняя — от 10 см до 20 см, высокая — более 20 см.
К первичным методам защиты относят изменения состава бетона, а также комплекс проектно-конструкторских решений, снижающих уровень коррозии. Бетон должен быть более плотным, обеспечивать более надежную защиту стальной арматуры, чем обычно. К вторичным мерам относят нанесение на железобетонные конструкции защитных покрытий, а также обработка антисептиком, если причиной коррозии является действие бактерий.
Вторичная защита железобетона подразумевает нанесение специального покрытия
Для слабоагрессивных грунтов применяют в основном первичные методы защиты, а вторичные — по мере необходимости. В среднеагрессивных грунтах обязательно применение как первичной, так и вторичной защиты, причем последняя ограничивает доступ веществ, вызывающих коррозию, к железобетону. Наконец, в грунтах с высокой степенью агрессивности применяются в обязательном порядке и первичные, и вторичные методы защиты, причем вторичные методы должны полностью изолировать железобетон от действия агрессивной среды.
Влияние типа бетона и свойств почвы на параметры заземления
Удельное электрическое сопротивление водоупорного бетона, используемого для первичной защиты от агрессивных грунтов, значительно выше, чем у обычного. Это связано с более плотной структурой, содержащий минимальное количество пор. Для водоупорного бетона удельное объемное электрическое сопротивления может быть вычислено на основании данных о коэффициенте водопоглощения и марке по водонепроницаемости. Также встречаются сорта бетона, устойчивые к действию агрессивных сред за счет введения в их состав специальных присадок. Объемное удельное сопротивление таких сортов бетона определяется путем проведения измерений на конкретных образцах.
Возможность использования железобетонного фундамента в качестве заземления системы молниезащиты в значительной степени зависит от свойств грунта. Как правило, если грунт обладает высокой степенью агрессивности, использование фундамента в качестве заземления также невозможно, поскольку ГОСТ требует обеспечить полную изоляцию железобетона от агрессивной среды.
А вот с грунтами малой и средней степенями агрессивности вполне можно работать. Тем не менее, они накладывают свои ограничения не только в связи с тем, что мероприятия по защите увеличивают сопротивление растеканию. Агрессивные грунты обычно богаты сульфатами и хлоридами. В результате электролиза выделяются хлор и сера, которые вносят дополнительный вклад в разрушение железобетона. Поэтому для грунтов слабой и средней агрессивности для оценки способности фундамента «работать» заземлением в качестве критерия берется плотность тока, стекающего с арматуры (о том, где взять предельно допустимые значения этого параметра, будет сказано далее).
Методики оценки
В России до сих пор действует ГОСТ 12.1.030-81. “Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.” У него есть справочное приложение “Оценка возможности использования железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей”. Казалось бы, вот он, официальный нормативный документ, но… В качестве критерия пригодности взято сопротивление растекания. Этот критерий пригоден для расчета заземлений электроустановок, но в молниезащите он сейчас не применяется.
Единственным справочным документом по оценке пригодности фундамента к использованию в качестве заземления применительно к молниезащите, в России до сих пор являются Материалы по проектированию и эксплуатационному контролю «Использование заземляющих свойств строительных конструкций производственных зданий и сооружений», выпущенные в 1991 г. ВНИИПЭМ.
То есть, параметры заземления на основе железобетонного фундамента косвенно нормируются по ГОСТ 12.1.038-82, иных же стандартов для них в России до сих пор нет. Материалы ВНИИПЭМ от 1991 г. устанавливают зависимость напряжения прикосновения от параметров почвы, бетона и конструкции фундамента. Тем не менее, их нельзя применять “механически”, возможность использования фундамента для систем молниезащиты должны оценивать специалисты.
Выводы
Основные работы по созданию методик оценки применимости фундамента в качестве заземления были выполнены в нашей стране в 80-х — начале 90-х годов. С тех пор дальнейшее развитие данное научное направление получило лишь в РЖД для решения частных проблем по замене одного типа опор контактной сети на другой.
В то же время, с начала 90-х годов в экономике России произошли значительные изменения. Вперед шагнули и технологии. Поэтому применение нормативной базы по фундаментам как заземлителям требует участия опытных специалистов. Особенно много проблем встречается в случае, когда строится новое здание на старом фундаменте, либо реконструируется старое здание, либо у существующего здания модернизируется система молниезащиты. Для того, чтобы проверить, действительно ли фундамент здания может использоваться в качестве заземлителя, обратитесь в технический центр Zandz.com
Смотрите также:
Вебинар "Противоречия нормативной документации «Заземления и молниезащиты». Как правильно с ними работать?" Страница 1
Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты
Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G
Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"