Фундаментные заземлители (Часть 2)

В последнее время особенно важной проблемой при проектировании систем молниезащиты объектов, расположенных на широких фундаментных плитах, становится отсутствие возможности оценить их техническое состояние. Стальные несущие конструкции таких объектов обычно надёжно соединяются внутри объекта с арматурой фундамента без возможности их разъединения. Идеальным решением в такой ситуации будет размещение в колодцах, монтируемых в почве, контрольноизмерительных соединений (рис. 8).

Кроме того, подобное решение способствует выполнению требований стандартов серии 62305, согласно которым взаимные соединения между заземлителями должны быть выполнены с пробирными зажимами, то есть на месте локализации отводных проводов. Такой способ дает возможность контролировать состояние обширной фундаментной плиты во время её эксплуатации на основании результатов измерения активного сопротивления заземлителя, а также активного сопротивления между двумя пунктами фундаментного заземлителя.

Рис. 8. Контрольно-измерительное соединение, предназначенное для контроля состояния фундаментного заземлителя, например в обширных объектах со стальной конструкцией (с согласия RST sp.j.)

Способы соединения искусственных заземлителей с фундаментным заземлителем

Соединение фундаментного заземлителя с дополнительными внешними искусственными заземлителями связано с проблемой, которой в проектировочной и исполнительской практике обычно пренебрегают. Проблема касается подбора несоответствующих материалов для искусственного заземлителя, что может создавать благоприятные условия для ускоренной коррозии системы заземления. Знания проектантов электрических систем по этой теме сегодня весьма неудовлетворительны, несмотря на то что в Польше требования в этой области введены в нормативные акты еще в апреле 2002 г. в стандарт PN-IEC 61024-1-2:2002 [13], а в апреле 2004 г. этот документ Распоряжением министра инфраструктуры был внесён в список стандартов, касающихся технических условий, которым должны отвечать здания и их расположение [14].

Согласно требованиям PN-EN 62305-3, с арматурой в бетоне непосредственно могут соединяться заземлители из нержавеющей стали или меди. Пример правильно выполненного таким образом дополнительного соединения искусственного заземлителя, построенного на базе омеднённой системы GALMAR, с фундаментным заземлителем изображен на рис. 9.

С учётом риска коррозии, оцинкованные заземлители могут соединяться с арматурой в бетоне исключительно через изолирующие искровые разрядники, которые способны проводить частичные разряды молнии (класса N).

Дополнительные требования к проводам заземлителей, которые выходят из бетона или зем- ли, следующие:

1. стальные заземлители в точке перехода на открытый воздух должны быть защищены от коррозии с помощью изоляционных лент или термоусадочных труб на отрезке 0,3м;
2. для медных заземлителей и заземлителей из нержавеющей стали такая защита необязательна.

Из представленных выше нормативных рекомендаций следует, что сегодня применение дополнительных оцинкованных заземлителей для соединения с фундаментными заземлителями требует от проектанта четкого обоснования такой потребности, исходя из учёта как ожидаемой коррозионной угрозы, так и необходимости применения дополнительных дорогостоящих защитных средств (изоляция искровыми разрядниками и защитными барьерами).

Электрохимическая коррозия

Коррозия заземлителя ведёт к возрастанию активного сопротивления заземления, а в крайнем случае – даже к полному его уничтожению. На рис. 10б приведён пример размещённой в почве стальной оцинкованной полосы, соединённой с фундаментными заземлителями антенной опоры, которая подверглась очень сильной коррозии после 12 лет эксплуатации. Так же как и в случае соединения различных материалов в электрической системе, где недопустимо непосредственное соединение алюминиевых элементов с медными, следует обращать внимание на подбор соответствующих материалов для систем заземления.

Угроза электрохимической коррозии, возникающей в результате образования гальванического звена вследствие соединения фундаментного заземлителя и внешнего заземлителя из оцинкованной стали, проиллюстрирована на рис. 11.

Разные металлы, помещенные во влажную почву или бетон, то есть в электролитическую среду, принимают разные электрические потенциалы, измеряемые относительно электрода сравнения. Соединенные между собой разные материалы создают гальванический элемент, через который в результате различия потенциалов может непрерывно проходить постоянный ток. Даже если величина этого тока будет относительно небольшой, несколько миллиампер, это уже угрожающее явление, поскольку оно длится непрерывно. Считается, что разница потенциалов, превышающая 0,6 В, уже создает условия, способствующие ускоренной коррозии. В таблице 2 даны величины электродвижущей силы, которые возникли в результате соединения разных пар металлов, применяемых для заземлителей или защитных покрытий элементов заземлителей.

Потенциал стали, помещенной в бетонный фундамент, окружённый влажным грунтом, измеряемый относительно электрода сравнения Cu/CuSO₄, составляет от –0,1 до –0,3 В [6, 7]. Потенциал оцинкованной стали (часто применяемой для изготовления искусственных заземлителей как самое дешевое решение), помещенной в такую же почву, который измеряется относительно того же электрода сравнения, составляет от –0,7 до –1,0 В. Такое соединение в итоге дает различие потенциалов на уровне 0,4–0,9 В. Поэтому соединение оцинкованной стали со сталью фундаментного заземлителя недопустимо, так как это ускорит коррозию оцинкованной стали. Потенциалом, приближенным к потенциалу стали в бетоне, обладает медь или омеднённая сталь, у которых он колеблется от 0 до –0,2 В.

Рекомендации, касающиеся подбора материалов для искусственных заземлителей, которые соединяются с фундаментным заземлителем, содержатся, в частности, в стандарте по молниезащите PN-EN 62305-3 [1], а также в стандарте, касающемся заземления электрических систем низкого напряжения PN-HD 60365-5-54 [5].

Таблица 2. Разница потенциалов электрохимических пар металлов, чаще всего применяемых в Польше
для изготовления заземлителей или их покрытий, В

В стандарте PN-EN 62305-3:2009, в пункте E.5.4.3.2 «Фундаментные заземлители», можно найти информацию об угрозе, возникающей в случае выполнения внешнего заземлителя из черной стали или оцинкованной стали: «Следующая проблема связана с электрохимической коррозией под воздействием гальванических токов. Сталь в бетоне имеет приблизительно такой же гальванический потенциал электрохимического ряда, что и медь в грунте. Следовательно, когда сталь в бетоне соединена со сталью в земле, то действующее гальваническое напряжение, которое равняется приблизительно 1 В, приводит к протеканию тока коррозии в почве и мокром бетоне и растворяет сталь в почве.

Если помещенные в почву заземлители имеют соединение со сталью в бетоне, то они должны быть выполнены из меди или из нержавеющей стали».

Как уже было сказано, рекомендации, касающиеся оговариваемой сферы, содержались в предыдущем издании стандартов по молниезащите PN-IEC 61024-1 [13], введённых для применения в 2001–2002 гг. В 2004 г. это издание стало обязательным, поскольку было включено в список стандартов, касающихся технических условий, которым должны отвечать здания и их расположение [2, 14]. Новейшая версия нормы PN-EN 62305-3:2011 расширяет формулировку и допускает применение в таких случаях также омеднённой стали.

Как уже было сказано, рекомендации, касающиеся оговариваемой сферы, содержались в предыдущем издании стандартов по молниезащите PN-IEC 61024-1 [13], введённых для применения в 2001–2002 гг. В 2004 г. это издание стало обязательным, поскольку было включено в список стандартов, касающихся технических условий, которым должны отвечать здания и их расположение [2, 14]. Новейшая версия нормы PN-EN 62305-3:2011 расширяет формулировку и допускает применение в таких случаях также омеднённой стали.

Расстояние от заземления до газопровода Омеднённые заземлители Ограничитель импульсных перенапряжений класса 2 EL-T2/0+1-NPE DataPro 2x1 УЗИП и его плавкая вставка 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"