ГОСТ Р 50571.5.54-2024/МЭК 60364-5-54:2021. Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Выбор и монтаж электрического оборудования. Заземляющие устройства и защитные проводники

Дата введения - 1 августа 2024 г.

Страница 3 (приложения A, B, C, D, DA, библиография)

<<< Страница 1 (пункты с 541 по 542.4)
Страница 2 (пункты с 543 по 545.3) >>>

Приложение A (справочное). Пример заземляющих устройств и защитных проводников

Условные обозначения

Если установлена система молниезащиты, дополнительные требования приведены в разделе 6, в частности, в подразделах 6.1 и 6.2 ГОСТ Р 59789-2021.

П р и м е ч а н и е - Функциональные заземляющие проводники на рисунке А.54.1 не показаны.

Рисунок А.54.1 - Примеры заземляющих устройств для заземляющего электрода фундамента, защитных проводников и защитных проводников уравнивания потенциалов

Приложение B (справочное). Монтаж заглубленных в грунт заземляющих электродов

B.1 Общие требования

Сопротивление заземляющего электрода зависит от его размера, формы и удельного сопротивления грунта, в который его заглубляют. Это удельное сопротивление часто изменяется от одного места к другому и в зависимости от глубины.

Удельное сопротивление грунта выражается в Ом·м: численно - сопротивление в Ом цилиндра площадью поперечного сечения основания 1 м 2 и длиной 1 м.

Характер поверхности и растительности может дать некоторую информацию относительно более или менее благоприятной характеристики грунта для установки заземляющих электродов. Более надежная информация обеспечивается при наличии результатов измерений на заземляющих электродах, установленных в подобном грунте.

Удельное сопротивление грунта зависит от влажности и температуры, оба эти параметра изменяются в течение года. Влажность - под влиянием гранулирования грунта и ее пористости. Практически удельное сопротивление грунта увеличивается при уменьшении влажности.

Грунты в зонах подтопления рек, как правило, не подходят для устройства заземляющих электродов. Эти грунты состоят из каменной основы, являются сильно проницаемыми и легко затопляются отфильтрованной водой с высоким удельным сопротивлением. В этом случае необходимо устанавливать глубинные электроды, чтобы достигнуть более глубоких слоев грунта, у которых может быть лучшая проводимость.

Мороз значительно увеличивает удельное сопротивление грунта, которое может достигать нескольких тысяч Ом·м в замороженном слое. Толщина этого замороженного слоя в некоторых областях может составить 1 м и более.

Засуха также увеличивает удельное сопротивление грунта. Эффект засухи может наблюдаться в некоторых областях до глубины 2 м. Значения удельного сопротивления при таких условиях могут быть такого же порядка, как и во время мороза.

B.2 Удельное сопротивление грунта

В таблице B.54.1 приведена информация о значениях удельного сопротивления для определенных типов грунта.

Из таблицы B.54.2 видно, что удельное сопротивление может изменяться в значительной степени для того же самого типа грунта.

Таблица B.54.1 - Удельное сопротивление для различных типов грунта

Для первого приближения к определению сопротивления заземляющего электрода можно произвести расчет, используя средние значения, указанные в таблице B.54.2.

Очевидно, что расчеты, сделанные исходя только из этих значений, дают лишь сугубо приблизительное значение сопротивления заземляющего электрода. С помощью формулы, приведенной в пункте B.3, путем измерения сопротивления возможно оценить среднее значение удельного сопротивления грунта. Такие знания могут быть полезны для дальнейших работ, проводимых в аналогичных условиях.

Таблица B.54.2- Изменение удельного сопротивления для различных типов грунта

B.3 Заземляющие электроды, заглубленные в грунт

B.3.1 Составные части Заземляющие электроды, заглубленные в грунт, могут быть выполнены:

• из стали горячего цинкования,
• стали в медной оболочке,
• стали с электроосажденным медным покрытием,
• нержавеющей стали,
• меди без покрытия.

Соединения между различными металлами не должны быть в контакте с грунтом. Не следует применять другие металлы и сплавы.

Минимальная толщина и диаметры деталей принимаются для обычных рисков химического и механического старения. Однако эти размеры могут быть недостаточными в ситуациях, где присутствуют существенные риски коррозии. С такими рисками можно встретиться в грунтах, где циркулируют блуждающие токи, например возвратные постоянные электрические токи в электрической тяге или вблизи установок катодной защиты. В этом случае необходимо принять специальные меры предосторожности.

Заземляющие электроды заглубляют в самых влажных частях грунта. Они должны быть расположены вдали от свалок отходов, где возможна фильтрация, например, экскрементов, жидких удобрений, химических продуктов, кокса и т.д., которые могут их разъесть, и максимально далеко от оживленных мест.

B.3.2 Оценка сопротивления заземляющего электрода

a) Горизонтально проложенный под землей проводник.

Сопротивление заземляющего электрода R, образованного горизонтально проложенным под землей проводником (см. 542.2.3 и таблицу 54.1), приблизительно рассчитывают по формуле

,

где ρ - удельное сопротивление грунта, Ом·м;

L - длина траншеи, занятой проводниками, м.

Следует отметить, что укладка проводника в траншее извилистым путем не дает заметного снижения сопротивления заземляющего электрода.

Практически этот проводник монтируется двумя различными способами:

• заземляющий электрод фундамента здания: заземляющие электроды укладывают в виде замкнутого контура по периметру здания. Его длину принимают равной периметру здания;
• горизонтальные траншеи: проводники прокладывают под землей на глубине приблизительно 1 м в специальных траншеях, вырытых для этой цели.

Траншеи следует заполнять не камнями, шлаком или подобными материалами, а землей, способной сохранять влажность.

b) Проложенные под землей полосы.

Для обеспечения хорошего контакта двух поверхностей с грунтом сплошные полосы следует уложить вертикально (на ребро).

Полосы прокладывают под землей таким образом, чтобы их верхний край располагался приблизительно на глубине одного метра.

Сопротивление R проложенного под землей заземляющего электрода в виде полосы на достаточной глубине приблизительно равно

,

где ρ - удельное сопротивление почвы, Ом·м;

L - периметр полосы, м.

c) Электроды, установленные вертикально под землей.

Сопротивление R вертикально расположенного под землей заземляющего электрода (см. 542.2.3 и таблицу 54.1) приблизительно рассчитывают по формуле

,

где ρ - удельное сопротивление почвы, Ом·м;

L - длина стержня или трубы, м.

Если существует риск замерзания грунта или засухи, длина стержней должна быть увеличена на 1 или 2 м.

Значение сопротивления заземляющего электрода возможно уменьшить путем соединения нескольких вертикальных стержней параллельно, в случае двух стержней - на расстоянии друг от друга, равном длине одного стержня, и на большем расстоянии, если применяют более чем два стержня.

Дополнительно установленные длинные стержни, учитывая неоднородность грунта, могут достигнуть горизонта с низким или незначительным удельным сопротивлением.

B.4 Металлические колонны в качестве заземляющих электродов

Металлические колонны, входящие в металлоконструкцию и расположенные в грунте на определенной глубине, возможно использовать в качестве заземляющего электрода.

Сопротивление R расположенной под землей металлической колонны приблизительно рассчитывают по формуле

,

где L - расположенная под землей длина колонны, м;

d - диаметр цилиндра, образованного колонной, м;

ρ - удельное сопротивление грунта, Ом·м.

Ряд соединенных колонн, расположенных вокруг здания, дает сопротивление того же порядка, что и заземляющий электрод фундамента.

Замоноличивание в бетон не исключает возможность применения колонн как заземляющих электродов и несущественно изменяет сопротивление заземляющего электрода.

Приложение C (справочное). Монтаж заземляющих электродов в фундаменте из бетона

C.1 Общие требования

Бетон, используемый для сооружения фундаментов зданий, обладает определенной проводимостью и, как правило, большой площадью соприкосновения с грунтом. Поэтому для целей заземления допускается использовать металлические электроды без покрытия, полностью заделанные в бетон, при условии, что бетон не изолирован от грунта с помощью специальной теплоизоляции или другими способами. Из-за химических и физических эффектов сталь без покрытия, сталь горячего цинкования и другие металлы, замоноличенные в бетон на глубину более 5 см надежно защищены от коррозии практически на все время существования здания. Также, где это возможно, следует использовать проводящие свойства арматуры здания.

Замоноличивание в бетон заземляющих электродов фундамента во время монтажа здания является экономичным решением, позволяющим получить хороший заземляющий электрод с большим сроком службы, поскольку:

• это не требует дополнительных земляных работ;
• заземляющий электрод устанавливают на глубине, где нет отрицательных влияний, связанных с сезонными погодными условиями;
• обеспечивается хороший контакт с грунтом;
• охватывается фактически вся поверхность фундамента здания, что приводит к минимизации полного сопротивления заземляющего электрода;
• обеспечивается оптимальное устройство заземления для системы молниезащиты;
• с начала монтажа здания заземляющий электрод возможно использовать в качестве заземляющего электрода для электрической установки стройплощадки.

Помимо эффекта заземления замоноличенные в бетон заземляющие электроды фундамента обеспечивают хорошую базу для системы основного уравнивания потенциалов.

При монтаже замоноличенных в бетон заземляющих электродов фундамента предлагается выполнять следующие указания и рекомендации.

C.2 Другие соображения по применению замоноличенных в бетон заземляющих электродов фундамента

Если фундамент здания необходимо полностью защитить от потери тепловой энергии с помощью изоляции из непроводящих материалов или если фундамент должен иметь гидроизоляцию, применяют, например, пластмассовые листы толщиной более 0,5 мм; использование проводящих частей в качестве заземляющего электрода неэффективно. В этих случаях металлическую арматуру допускается применять для защитного уравнивания потенциалов, а в целях заземления следует применять другое устройство заземления, например замоноличенные в бетон заземляющие электроды фундамента, расположенные ниже изолированного фундамента, или устройство заземления вокруг здания, или заглубленные в грунт заземляющие электроды фундамента.

C.3 Конструкция заземляющих электродов фундамента из бетона

C.3.1 Для бетонных фундаментов без металлической арматуры конструкция замоноличенных в бетон заземляющих электродов фундамента должна соответствовать типу и размерам фундамента. Предпочтение следует отдавать замкнутым кольцевым конструкциям, состоящим из одного или нескольких колец, или прямоугольным конструкциям с линейными размерами до 20 м.

C.3.2 Чтобы избежать снижения (менее 5 см) расстояния до грунта замоноличенных в бетон проволочных электродов, применяют специальные средства. Если в качестве электродов используют полосу, то ее необходимо зафиксировать относительно края таким образом, чтобы избежать образования полостей без бетона под полосой. Если присутствует арматура, проволочные электроды должны быть скреплены с ней с промежутками не более 2 м. Соединения выполняют в соответствии

с 542.3.2. Применения клиновых соединителей следует избегать.

C.3.3 У замоноличенных в бетон проволочных электродов выполняют по крайней мере один вывод для наконечника для каждого бетонного элемента здания для соединения с электрической системой здания с соответствующей точкой соединения (например, с главной заземляющей шиной), или должно быть окончание в специальном соединительном зажиме, заложенном в поверхность бетона для соединения. В точке соединения вывод для наконечника должен быть доступен для обслуживания и измерений.

Для системы молниезащиты и для зданий со специальными требованиями относительно оборудования информационных технологий, требуется более одного вывода для наконечника заземляющего электрода фундамента, например для проводника токоотвода системы молниезащиты.

Для соединений в фундаменте, проложенных в грунте вне бетонного фундамента, необходимо учесть возможность коррозии стальных проводников (см. C.4). Для таких соединений рекомендуется, чтобы они входили в бетон в пределах здания или снаружи на соответствующей высоте над уровнем земли.

C.3.4 Минимальную площадь поперечного сечения электродов, включая выводы для наконечника, выбирают в соответствии с таблицей 54.1. Соединения должны быть надежными и с соответствующими электрическими характеристиками (см. 542.3.2).

C.3.5 Металлическую арматуру фундамента здания возможно использовать в качестве электрода при условии, что соединения удовлетворяют требованиям 542.3.2. Паяные соединения допускаются только с разрешения главного инженера (архитектора) проекта на основании анализа конструкции здания. Соединения, выполненные только с помощью вязальной стальной проволоки, из-за отсутствия надежного контакта не допускаются, но могут подходить для обеспечения электромагнитной совместимости информационных технологий. Напряженную арматуру не следует использовать в качестве заземляющего электрода.

Если сваренные сетки, сделанные из проволоки меньшего диаметра, применяют для армирования, то их возможно использовать в качестве электродов, если они надежно соединяются более чем в одной точке с выводом для наконечника или другими частями заземляющего электрода, чтобы обеспечить по крайней мере ту же самую площадь поперечного сечения, как указано в таблице 54.1. Минимальный диаметр отдельных проволок таких сеток - не менее 5 мм с четырьмя соединениями между выводом для наконечника и сеткой в различных точках каждой сетки.

C.3.6 Соединение электродов не допускается выполнять транзитом между различными частями протяженных фундаментов. В этом случае для обеспечения необходимых электрических соединений соединители устанавливают вне бетона.

C.3.7 Замоноличенные в бетон заземляющие электроды фундамента отдельных опор (например, при строительстве больших помещений), должны быть соединены с замоноличенными в бетон заземляющими электродами фундамента других опор с применением соответствующих заземляющих проводников. При размещении таких соединений в грунте см. C.4.

C.4 Возможные проблемы коррозии для других заземленных установок, расположенных снаружи замоноличенных в бетон заземляющих электродов фундамента

Следует учитывать, что обычная сталь (без покрытия или горячего цинкования), замоноличенная в бетон, обладает электрохимическим потенциалом, равным меди, заглубленной в грунт.

Следовательно, существует опасность электрохимической коррозии с другими заземляющими электродами, выполненными из стали и заглубленными в грунт вблизи фундамента и соединенными с заземляющим электродом фундамента, замоноличенным в бетон. Этот эффект можно также наблюдать для армированных фундаментов больших зданий.

Никакой стальной электрод не следует устанавливать в грунте вблизи бетонного фундамента, кроме электродов, изготовленных из нержавеющей стали или другим способом с хорошей защитой от влаги. Горячее цинкование, окраска или другие подобные покрытия недостаточны для этих целей. Дополнительные заземляющие электроды вокруг и около таких зданий не следует изготавливать из стали горячего цинкования для обеспечения достаточного срока службы этой части заземлителя.

C.5 Окончание работ по монтажу заземляющих электродов в фундаменте из бетона

C.5.1 После подготовки электродов и/или соединенной арматуры перед заливкой бетона квалифицированное лицо обязано подготовить соответствующие документы. Документы должны содержать описание, планы и фотографии и быть включены в состав основного комплекта документов электрической установки (см. ГОСТ Р 50571.16).

C.5.2 Бетон, применяемый для фундамента, должен содержать не менее 240 кг цемента на 1 м³ бетона. У бетона должна быть соответствующая полужидкая консистенция, чтобы заполнить все полости, расположенные ниже электродов.

Приложение D (справочное). Расчет коэффициента k по 543.1.2 (см. также ГОСТ Р МЭК 60724 и ГОСТ Р МЭК 60949)

Коэффициент k рассчитывают по формуле

,

где Q_c - объемная теплоемкость материала проводника при 20 °C, Дж/°C·мм³;

β - величина, обратная температурному коэффициенту удельного сопротивления проводника при 0 °C, °C;

ρ₂₀ - удельное электрическое сопротивление материала проводника при 20 °C, Ом·мм;

θ_i - начальная температура проводника, °C;

θ_f - конечная температура проводника, °C.

Таблица D.54.1 - Значения параметров для различных материалов

Материал	βa, °C	Qca, Дж/°C·мм3	ρ20a, Ом·мм
Медь	234,5	3,45 ⋅ 10-3	17,241 ⋅ 10-6	226
Алюминий	228	2,5 ⋅ 10-3	28,264 ⋅ 10-6	148
Сталь	202	3,8 ⋅ 10-3	138 ⋅ 10-6	78
a Значения приняты по ГОСТ Р МЭК 60949.

Таблица D.54.2 - Значение коэффициента k для изолированных защитных проводников, не являющихся жилой кабеля и не проложенных совместно с другими кабелями

Таблица D.54.3 - Значение коэффициента k для неизолированных защитных проводников, находящихся в контакте с оболочкой кабеля, но проложенных не в общем пучке с другими кабелями

Таблица D.54.4 - Значение коэффициента k для защитных проводников, являющихся жилой кабеля или проложенных в одном пучке с другими кабелями или изолированными проводами

Таблица D.54.5 - Значение коэффициента k для защитных проводников, таких как металлическая броня кабеля, металлическая оболочка кабеля, концентрические проводники и т.п.

Таблица D.54.6 - Значение коэффициента k для неизолированных проводников, когда указанные температуры не создают угрозы повреждения находящихся вблизи материалов

Приложение ДA (справочное). Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте

¹) Заменен на IEC 60445:2021 "Основные принципы и правила обеспечения безопасности для интерфейса "человек-машина", маркировка и идентификация. Идентификация выводов электрооборудования, оконечных устройств проводников и самих проводников".

²) Заменен на IEC 61439-1:2020 "Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 1. Общие требования".

³) Заменен на IEC 61439-2:2020 "Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 2. Силовые комплектные устройства распределения и управления".

Библиография

Ключевые слова: PEL-проводник, PEM-проводник, PEN-проводник, защитный проводник (РЕ), защитный заземляющий проводник, защитный проводник уравнивания потенциалов, заземляющее устройство, защитный проводник уравнивания потенциалов, линейный проводник, нейтральный проводник, средний проводник, функциональный заземляющий проводник, функциональный проводник уравнивания потенциалов, защитное заземление, функциональное заземление, защитное уравнивание потенциалов, функциональное уравнивание потенциалов, электрическая установка.