Естественные заземлители

Для заземления электроустановок следует использовать в первую очередь естественные заземлители. К ним относят: металлические части (арматуру) железобетонных конструкций, например фундаментов опор линий электропередачи и подстанций, фундаментов зданий; металлические подземные коммуникации (трубопроводы, броня и оболочки кабелей); некоторые наземные коммуникации (рельсовые пути) и др. Если естественные заземлители обеспечивают выполнение требований, предъявляемых к параметрам заземляющих устройств, то искусственные заземлители нужно применять, лишь когда необходимо уменьшить токи, протекающие по естественным заземлителям или стекающие с них в землю. Таким образом, в ряде случаев можно ограничиваться только использованием естественных заземлителей и отказаться от искусственных, что дает обоснованное снижение затрат материалов, труда, капиталовложений при монтаже и облегчает эксплуатацию заземляющих устройств.

Уже накоплен опыт и известны результаты внедрения решений об отказе при определенных условиях от искусственных заземлителей и использовании конструкций промышленных зданий в качестве естественных заземлителей на некоторых предприятиях страны. При выполнении этих решений руководствуются документами Главэлектромонтажа Минмонтажспецстроя, согласованными с Госстроем (Технический циркуляр № 9-6-186/78 «Об использовании железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей». Унифицированное задание строительным, проектным организациям по использованию металлических и железобетонных конструкций зданий в качестве заземляющих устройств).

Технические требования, содержащиеся в унифицированном задании, являются временными, так как ведутся дальнейшие лабораторные и натурные исследования для их уточнения и возможного расширения применения естественных заземлителей. В настоящее время использование железобетонных фундаментов зданий в качестве заземлителей считается возможным лишь в грунтах влажностью не менее 3 % (из-за высокого электрического сопротивления бетона при меньшей влажности) и только при воздействии на фундаменты неагрессивных или слабоагрессивных грунтовых вод при отсутствии гидроизоляции или при защите поверхности фундаментов битумным (либо битумно-латексным) покрытием в соответствии с требованием СНиП 11-28—73.

Железобетонные конструкции, находящиеся в средне- или сильноагрессивных средах, нельзя использовать в заземляющих устройствах, так как это может усилить коррозию конструкций. Не допускается также (до принятия решений по окончании исследований) использовать в заземляющих устройствах железобетонные конструкции (плиты, балки, фермы, колонны) с напрягаемой арматурой, а также металлические и железобетонные конструкции зданий, относимых к первой категории по молниезащите, для защиты этих зданий от прямых ударов молний.

Однако и с учетом приведенных ограничений использование конструкций зданий в качестве заземляющих устройств дало на ряде объектов возможность полностью отказаться от выполнения искусственных заземлителей в грунте, резко сократить протяженность заземляющих проводников внутри зданий и получить существенный экономический эффект.

Для использования в заземляющих устройствах все элементы металлических и железобетонных конструкций (фундаментов; колонн; ферм; стропильных, подстропильных и подкрановых балок) соединяют так, чтобы имелась непрерывная электрическая цепь по металлу. В железобетонных колоннах, кроме того, предусматривают закладные детали на каждом этаже здания для подсоединения заземляемого электрического и технологического оборудования. Имеющиеся в зданиях сварные, а также болтовые или заклепочные соединения металлических колонн, ферм и балок достаточны для непрерывности электрической цепи. В местах, где отдельные элементы металлоконструкций не имеют таких соединений, предусматривают приварку гибких перемычек сечением не менее 100 мм2.

Сборные железобетонные фундаменты рекомендовано использовать в качестве заземлителей в тех случаях, когда имеется возможность металлического соединения арматуры отдельных блоков между собой. В свайных фундаментах соединяют вертикальную арматуру свай с арматурой ростверка или с арматурой фундаментных блоков электродуговой сваркой. Пространственные металлические каркасы колонн и стаканов фундаментов, а также арматурные сетки их подошв сваривают точечной сваркой на контактных машинах в соответствии с требованиями СН 393—78. При ручной электродуговой сварке закладных деталей и перемычек руководствуются также требованиями СН 102—76. Рекомендованы закладные детали (изделия) в виде отрезков из угловой стали 63X63X5 длиной 60 мм, привариваемые к арматуре и выступающие на поверхность бетона; металлические перемычки — в виде металлических стержней диаметром не менее 12 мм, привариваемых к закладным деталям.

Указания приведенного выше циркуляра 9-6-186/78 согласованы с Главгосэнергонадзором. Институтом Сельэнергопроект они рекомендованы к применению и в сельскохозяйственном производстве. В циркуляре изложена методика расчета сопротивления фундаментов, используемых в качестве заземлителей и выравнивающих проводников. Аналогичные расчеты проведены институтом Энергосетьпроект для фундаментов опор ВЛ.

Если на здании сооружается молниеприемная (молниезащитная) сетка, то ее соединяют перемычками в непрерывную электрическую сеть с колоннами, используемыми в качестве токоотводов, и с фундаментами, используемыми в качестве заземлителей. К сетке присоединяют все выступающие над кровлей металлические устройства — вентиляционные шахты и др.

При использовании в качестве естественных заземлителей труб водопровода нужно устанавливать на водомерах и задвижках металлические перемычки. При ремонте, когда необходимо снять перемычку, заранее должна быть установлена другая перемычка. Присоединять заземляющие проводники от электрооборудования к линии водопровода нужно за водомером, определяя направление от потребителя воды. Использовать трубопровод канализации не разрешается, так как канализационные трубы не имеют надежного электрического контакта в стыках.

На подстанциях естественными заземлителями могут являться железобетонные стойки под оборудование, закрепленные в грунте, и другие конструкции. Малое электрическое сопротивление имеют стойки, изготовленные из бетэла (бетон электротехнический).

На линиях электропередачи в качестве естественных заземлителей на протяжении ряда лет используются железобетонные подножники и сваи в наиболее распространенных грунтах с удельным сопротивлением до 300 Ом-м, т. е. глинах, супесях и т. п. Систематические наблюдения и исследования показали, что не только в таких грунтах, но и в песчаных и скальных грунтах наблюдается постоянное увлажнение бетона за счет капиллярного подсоса влаги из прилегающих слоев земли, вследствие чего железобетонные фундаменты через несколько месяцев после их установки становятся естественными заземлителями с мало меняющимися в течение года значениями сопротивлений. Это дало основание рекомендовать их использование в грунтах с сопротивлением не только 300, но и до 1000 Ом-м, что дает экономию металла и затрат (табл. 1). Кроме описанных выше естественных заземлителей, ими могут служить и различные другие, например металлические трубопроводы для негорючих жидкостей, обсадные трубы артезианских колодцев.

Таблица 1. Сокращение длины протяженных заземлителей при учете проводимости фундаментов опор, используемых в качестве естественных заземлителей в грунтах с эквивалентным удельным сопротивлением р от 500 до 1000 Ом-м

*Одностоечные железобетонные опоры не включены, так как учет проводимости их подземной части в грунтах с Р=500-11000 Ом-м практически не влияет на значение сопротивления растекания.

**Прокладываются лишь перемычки между стойками опоры.

Во всех случаях применения естественных заземлителей их конструкция должна отвечать условию, чтобы протекающие при коротком замыкании токи не превышали допустимых для каждого элемента заземлители. Это требование должно обеспечиваться в течение всего заданного числа лет эксплуатации электроустановки, т. е. и тогда, когда стальные элементы заземлители могут уменьшить свои размеры и сечение вследствие коррозии.