Монтаж заземляющих устройств

 

Монтаж заземляющих устройств состоит из следующих операций: установки заземлителей, прокладки заземляющих проводников, соединения заземляющих проводников друг с другом и присоединения заземляющих проводников к заземлителям и электрооборудованию.

 

Вертикальные заземлители из угловой стали и отбракованных труб погружают в грунт забивкой или вдавливанием, из круглой стали — ввертыванием или вдавливанием. Эти работы выполняют с помощью механизмов и приспособлений, например копра (забивка в грунт), приспособления к сверлилке (ввертывание в грунт стержневых электродов), механизма ПЗД-12 (ввертывание в грунт электродов заземления).

 

Для устройства заземления наиболее распространены электрозаглубители, имеющие стандартную электросверлилку и редуктор, понижающий частоту вращения ниже 100 об/мин и, соответственно, увеличивающий крутящий момент на ввертываемом электроде. При пользовании этими заглубителями к концу электрода приваривают наконечник-забурник, обеспечивающий рыхление грунта и облегчающий погружение электрода. Выпускаемый промышленностью наконечник представляет собой заостренную на конце и изогнутую по винтовой линии стальную полосу шириной 16 мм. В монтажной практике применяются и другие типы наконечников для электродов.

 

При устройстве заземления вертикальные заземлители должны закладываться на глубину 0,5–0,6 м от уровня планировочной отметки земли и выступать от дна траншеи на 0,1–0,2 м. Расстояние между электродами — 2,5–3,0 м.

 

Горизонтальные заземлители и соединительные полосы между вертикальными заземлителями укладывают в траншеи глубиной 0,6–0,7 м от уровня планировочной отметки земли.

 

Все соединения в цепях заземлителей выполняют сваркой внахлестку; места сварки покрывают битумом во избежание коррозии. Траншею роют обычно шириной 0,5 и глубиной 0,7 м. Устройство внешнего заземляющего контура и прокладку внутренней заземляющей сети производят по рабочим чертежам проекта электроустановки.

 

Вводы в здание заземляющих проводников выполняют не менее чем в двух местах. После монтажа заземлителей составляют акт на скрытые работы, указывая на чертежах привязки заземляющих устройств к стационарным ориентирам.

 

Заземляющие магистральные проводники прокладывают по стенам на расстоянии 0,05–0,10 м от поверхностей на высоте 0,4–0,6 м от уровня пола. Расстояние между точками крепления — 0,6–1,0 м. В сухих помещениях и при отсутствии химически активной среды допускается прокладка заземляющих проводников вплотную к стене.

 

Заземляющие полосы к стенам крепят дюбелями, которые пристреливают строительно-монтажным пистолетом либо непосредственно к стене, либо через промежуточные детали. Широко применяют также закладные детали, к которым приваривают полосы заземления. Пистолетом типа ПЦ можно пристреливать детали из листовой или полосовой стали толщиной до 6 мм в основания из бетона (марки до 400), кирпича и др.

 

В сырых, особо сырых помещениях и помещениях с едкими испарениями (агрессивной средой) заземляющие проводники приваривают к опорам, закрепленным дюбелями-гвоздями. Для создания зазора между заземляющим проводником и основанием в таких помещениях используют штампованный держатель из полосовой стали шириной 25–30 и толщиной 4 мм, а также кронштейн для прокладки круглых заземляющих проводников диаметром 12–19 мм. Длина нахлестки при сварке должна быть равна двойной ширине полосы для прямоугольных полос или шести диаметрам для круглой стали.

 

К трубопроводам заземляющие проводники присоединяют хомутами. При наличии на трубах задвижек или болтовых фланцевых соединений для обеспечения электрической проводимости по всему трубопроводу устанавливают обходные перемычки (токопроводы).

 

Части электроустановок, подлежащие заземлению, подсоединяют к заземляющим магистралям отдельными ответвлениями. Стальные заземляющие проводники присоединяют к металлоконструкциям сваркой, к оборудованию — сваркой или, если используют медные проводники, креплением проволочным бандажом и пайкой. Вокруг подстанции обычно делают общий заземляющий контур, к которому приваривают заземляющие проводники внутренней части подстанции. Отдельные элементы электрооборудования присоединяют к заземляющим проводникам параллельно, а не последовательно, иначе при обрыве заземляющего проводника часть оборудования может оказаться незаземленной. На подстанциях заземляют все элементы электрооборудования и металлические конструкции. Силовые трансформаторы заземляют гибкой перемычкой, изготовленной из стального троса. Перемычку с одной стороны приваривают к заземляющему проводнику, с другой присоединяют к трансформатору с помощью болтового соединения. Разъединители заземляют через раму, плиту привода и опорный подшипник, корпус вспомогательных контактов — присоединением к шине заземления.

 

Если разъединители и приводы смонтированы на металлических конструкциях, то заземление выполняют путем приваривания к ним заземляющего проводника.

 

Предохранители на 6–10 кВ заземляют посредством присоединения заземляющего проводника к фланцам опорных изоляторов, раме или металлической конструкции, на которой они установлены.

 

В частном случае в четырехпроводных сетях переменного тока электроустановок напряжением до 1000 В функцию магистрали заземляющего устройства выполняет заземленный нулевой провод, с которым электрически должны быть соединены все металлические корпуса электрооборудования. Такое заземляющее устройство (в отличие от рассмотренного ранее заземляющего устройства с заземлителем и сетью заземления) называют зануляющим. Соединение корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью (нулевой точкой) генератора или трансформатора называют занулением. Четвертый провод, идущий от заземленной нейтрали к приемникам электроэнергии, называют нулевым проводом. Согласно ПУЭ в качестве нулевого провода могут использоваться броня кабелей, стальные трубы, в которых проложены фазовые провода, и другие элементы электропроводки. В установках напряжением до 1000 В к заземляющим устройствам также относят пробивные предохранители, устанавливаемые на корпусах трансформаторов и электрически соединенные с изолированным нулевым выводом низковольтной обмотки, от которой питается сеть напряжением до 1000 В (сеть с изолированной нейтралью).

 

Глухозаземленной нейтралью называют нейтраль генератора или трансформатора, присоединенную непосредственно к заземляющему устройству. Изолированная нейтраль — это нейтраль генератора или трансформатора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через аппараты, компенсирующие емкостный ток сети, трансформаторы напряжения или другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

 

Для лучшего понимания определений и требований, предъявляемых к заземляющим устройствам, и правильного подхода к их испытанию рассмотрим

 

упрощенную схему растекания тока в земле и распределения потенциалов для двух заземлителей, представленную на рис. 1. На этом рисунке наглядно изображено и напряжение прикосновения (U _прик) — напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек; шаговое напряжение (U _шаг) — напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага (0,8 м), на которых одновременно стоит человек.

 

 

Рис. 1. Кривая распределения потенциала в зависимости от расстояния до заземлителя: Е_з— потенциал заземлителя; Е₁, Е₂— разность потенциаловна расстоянии шага; U_шаг— шаговое напряжение; U_прик— напряжение прикосновения

 

В электроустановках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а также сглухозаземленной средней точкой постоянного тока выполняется зануление для обеспечения надежного автоматического отключения от электросети оборудования, имеющего поврежденную изоляцию, в минимально короткий срок. Для этого зануляемые части электрооборудования присоединяют к заземленному нулевому проводу сети (рис. 2). Как

 

видно из рисунка, замыкание на корпус светильника представляет собой короткое замыкание в первой фазе сети (цепь замыкания показана стрелками), что вызывает перегорание предохранителя в этой фазе, отключение светильника и снятие напряжения с его корпуса. В соответствии с ПУЭ наиболее распространенные электроустановки 380/220 В выполняются с глухозаземленной нейтралью.

 

 

Рис. 2. Защитное заземление: а — в сети с заземленной нейтралью; б — в сети с изолированной нейтралью; R_з — сопротивление заземляющего устройства; R_ч— сопротивление тела человека; R_и — сопротивление изоляции проводов

 

В электроустановках до 1000 В с изолированной нейтралью, а также во всех установках выше 1000 В выполняется заземление, предназначенное для снижения тока, протекающего через тело человека, до безопасного значения. Для этого заземляемые части электрооборудования присоединяют к заземляющему устройству, сопротивление которого R з должно быть мало по сравнению с сопротивлением тела человека (см. рис. 2, б).

 

Электрическое сопротивление тела человека изменяется от 800 до 100 000 Ом. Оно зависит от многих факторов: состояния здоровья, нервной системы, психического состояния, влажности кожи, состояния одежды, обуви и др.

 

Сопротивление заземляющих устройств в электроустановках до 1000 В с изолированной нейтралью согласно ПУЭ должно быть не более 4 Ом, а в электроустановках 220, 380 и 660 В с глухозаземленной нейтралью соответственно не более 8, 4, 2 Ом.

 

В электроустановках 3–35 кВ сопротивление заземляющих устройств должно быть 125/ I р, но не более 10 Ом (I р — расчетный ток замыкания на землю, значение которого задается энергосистемой). Если заземляющее устройство одновременно используется для установок до 1000 В, то сопротивление его не должно превышать указанных выше значений для этих установок.

 

Защитное действие зануляющего устройства заключается в том, что при замыкании на металлический корпус токоведущей части какого-либо аппарата

 

или машины по цепи фаза — нуль будет протекать ток короткого замыкания и поврежденный аппарат (или машина) будет отключен защитой от коротких замыканий. Следовательно, указанный корпус длительно находиться под напряжением не может. Однако сопротивление петли фаза — нуль должно быть достаточно мало, чтобы при нарушении изоляции в самом отдаленном от источника питания элементе сети сила тока, протекающего по этой петле, была больше тока срабатывания защиты от коротких замыканий.

 

Недопустимо одновременное применение защитного заземления и зануления, так как при нарушении изоляции на одном из элементов, связанных с защитным заземлением, этот элемент длительно окажется под полным потенциалом, равным падению напряжения на заземлителе, в результате чего работники, касающиеся зануленных корпусов других элементов, окажутся под действием фазового напряжения сети.

 

Испытанию заземляющих устройств должна предшествовать работа по изучению и анализу проектной и технической документации: принципиальной схемы электроустановки; исполнительных чертежей сети заземления (зануления) с указанием данных о заземляющих проводниках и способов их прокладки; актов на скрытые работы по монтажу элементов заземляющего устройства, недоступных осмотру; исполнительной схемы электрической сети с обозначением параметров электроприемников, плавких вставок предохранителей и автоматов; расчетных данных заземляющего устройства (сопротивление заземлителей, ток однофазного замыкания на землю и др.); данных о расположении подземных коммуникаций, протоколов предыдущих испытаний.

 

Измерения сопротивлений заземлителей выполняют по методу трех точек, которыми являются вывод от проверяемого заземлителя и два забиваемых в землю электрода, один из которых называют вспомогательным заземлителем.

 

Он образует с проверяемым заземлителем и соответствующим участком земли электрическую цепь, обеспечивающую протекание электрического тока. Второй электрод, называемый зондом, служит для подведения напряжения на проверяемом заземлителе к вольтметру или цепи напряжения другого прибора. Взаимное расположение вспомогательного заземлителя (2) (рис. 3), зонда (3) и проверяемого заземлителя (1) для обеспечения необходимой точности измерения, а также соответствующие расстояния между проверяемым и вспомогательным заземлителем и зондом приведены в табл. 1.

 

Вспомогательный заземлитель и зонд изготавливают обычно из стальных стержней или труб длиной около 1 м (диаметр стержней — 15–20 мм, наружный диаметр труб — 25–30 мм). Эти электроды должны быть заострены с одного конца, чтобы они легче забивались в грунт, а у другого конца иметь зажимы для подключения проводов и рукоятки в виде поперечных стержней, чтобы их было удобно вынимать из грунта по окончании измерения.

 

 

Рис. 3. Измеритель заземления МС-08: а — схема прибора; б, в — схемы включения прибора; 1 — проверяемый заземлитель; 2 — вспомогательный заземлитель;3 — зонд; I, II — обмотки; П1, П2 — преобразователи; П3 — переключатель; Р — реостат; Л — логометр; Г — генератор постоянного тока

 

Таблица 1. Рекомендуемые расстояния при измерении сопротивления заземлителей

 

Проверяемый заземлитель	Эскиз	Рекомендуемые расстояния между проверяемым заземлителем, вспомогательным заземлителем и зондом, м
Контур		80 ≤ (l1–2= l1–3= 2l2–3) ≥ 2D
То же		160 ≤ (2l1–3= l1–2) ≥ 3D
Лучевой заземлитель		l1–2= l1–3= 2l2–3≥ 1/2
Точечный заземлитель		l1–2 = l1–3 = l2–3 ≥20

 

При забивании вспомогательного заземлителя и зонда необходимо обеспечить хороший контакт с грунтом. Собственное сопротивление растеканию тока вспомогательного заземлителя должно быть не более 150–200 Ом, а зонда — не более 1000 Ом. Для этого вспомогательный заземлитель и зонд следует забивать в грунт на глубину не менее 0,5–0,8 м, не раскачивая. Грунт с повышенным удельным сопротивлением необходимо увлажнять соленой или подкисленной водой в месте забивки вспомогательного электрода, кроме того, нужно уплотнять грунт вокруг вспомогательного заземлителя и зонда после их забивки.

 

Вспомогательный заземлитель и зонд следует забивать в стороне от подземных токопроводящих коммуникаций (бронированных кабелей, стальных трубопроводов и др.), чтобы исключить их влияние на результаты измерения. Если заземлитель имеет несколько выводов, измерять его сопротивление нужно от каждого из них. Сопротивление заземлителей измеряют на переменном токе специальными приборами (измерителями заземлений) или методом амперметра и вольтметра.

 

Измеритель заземления МС-08 (см. рис. 3) содержит генератор постоянного тока (Г), логометр (Л) с рабочей (I) и потенциальной (II) обмотками, преобразователи постоянного напряжения в переменное (П1) и переменного напряжения в постоянное (П2). Переменное напряжение между зажимом, подключенным к проверяемому заземлителю, и зажимом, подключенным к вспомогательному заземлителю, вызывает протекание тока между заземлителями. Соответствующий этому переменному току постоянный протекает по токовой обмотке

 

(I) логометра (Л). Падение напряжения на проверяемом заземлителе вследствие протекания через него тока подводится через зажимы к преобразователю (П2) измерителя заземления и после выпрямления в нем к потенциальной обмотке логометра. Прибор имеет три предела измерения: 0–1000, 0–100 и 0–10 Ом, устанавливаемых переключателем (П3). Для компенсации влияния сопротивления зонда на результаты измерения служит реостат (Р).

 

При измерении сопротивления заземлителя прибор следует разместить вблизи от него и собрать схему (см. рис. 3, б). Провод, идущий к проверяемому заземлителю, должен быть возможно короче и сечением не менее 6–10 мм2. Для подключения прибора к зонду и вспомогательному заземлителю нужно применять гибкие изолированные медные провода сечением не менее 1,5 мм.

 

Для компенсации сопротивления зонда переключатель (П3) ставят в положение «Регулировка» и, вращая рукоятку прибора с нормальной частотой (120 об/мин), одновременно устанавливают реостат (Р) в положение, при котором стрелка логометра установится против красной черты.

 

Если стрелка против красной черты не становится ни при каком положении реостата (Р), необходимо принять меры к уменьшению сопротивления в цепи зонда (забить его глубже, увлажнить землю около него соленой или подкисленной водой, забить рядом другой зонд и соединить его с первым и т. п.). После регулировки прибора, добившись, чтобы стрелка его установилась против красной черты, переключатель (П3) переводят в положение «Измерение» (в этом положении он изображен выше (см. рис. 3, а)), установив его на пределе измерения, соответствующем предполагаемому сопротивлению проверяемого заземлителя, или, если о проверяемом заземлителе ничего не известно, измерение начинают с высшего предела 0–1000 Ом, переходя затем на другие пределы для получения точного результата.

 

В определенных случаях, например при протекании в земле блуждающих переменных токов вблизи проверяемого заземлителя, стрелка прибора совершает периодические колебания и трудно произвести отсчет показаний прибора.

 

В данной ситуации следует несколько снизить или повысить частоту вращения генератора (Г) прибора, вращая рукоятку соответственно медленнее или быстрее. При этом будет изменяться частота тока, поступающего через преобразователь (П1) в проверяемый заземлитель, и удастся исключить влияние блуждающих токов на прибор. Если таким способом устранить влияние

 

блуждающих токов в земле не удается, необходимо выяснить возможные причины появления этих токов и принять другие меры, например приостановить электросварочные работы на время проведения измерений.

 

Кроме того, избежать влияния посторонних токов в земле можно, изменив места забивки зонда и вспомогательного заземлителя. Если в земле протекают постоянные токи, о чем можно судить по отклонению стрелки прибора после его подключения при неподвижном генераторе (Г), на них не следует обращать внимания, поскольку они не сказываются на результатах измерения. Если необходимо исключить влияние сопротивления провода, идущего от прибора к проверяемому заземлителю, собирают схему (см. рис. 3, в).

 

При проведении испытания заземляющих устройств целесообразно измерять не только сопротивление проверяемого заземлителя, но и сопротивление зонда и вспомогательного заземлителя, занося данные в протокол испытания. Для этого к зажимам прибора вместо проверяемого заземлителя (1) нужно подключить вспомогательный заземлитель (2) (если измеряют сопротивление вспомогательного заземлителя) или зонд (3) (если измеряют сопротивление зонда).

 

Если необходимо знать удельное сопротивление грунта в районе монтируемой электроустановки, его определяют, проведя измерения измерителем заземления МС-08 по схеме (рис. 4). Измерения выполняют при разном разносе электродов 1, 2, 3 и 4, но расстояния между электродами 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 должны быть одинаковы. Удельное сопротивление грунта определяют по следующей формуле:

 

p = 2mR.

 

С помощью метода амперметра и вольтметра производят различные измерения при наладке заземляющих устройств: измерение сопротивления заземлителей, удельного сопротивления грунта, снятие потенциальных кривых для проверяемого заземляющего устройства и др. Сопротивление заземления этим методом можно измерять при любой его величине и с большой точностью, поэтому данным способом пользуются при наладочных работах на ответственных

 

объектах, где требуется особая достоверность результатов измерения, их точность и в других случаях, когда измерителем заземления МС-08 нельзя произвести измерения, так как величина измеряемого сопротивления заземления находится за пределами диапазона измеряемых величин этого прибора (например, сопротивление заземления разветвленных контуров мощных энергетических комплексов, величина которого составляет сотые доли ома).

 

 

Рис. 4. Измерение удельного сопротивления грунта измерителем заземления МС-08: 1–3 — электроды; Тр — трансформатор; Р — реостат; А — автомат

 

Для измерения сопротивления заземления методом амперметра и вольтметра собирают схему (рис. 5) и измеряют силу тока, протекающего через заземлитель, и падение напряжения на участке растекания. Сопротивление заземлителя определяют по формуле закона Ома для участка электрической цепи.

 

При измерении сопротивления заземления методом амперметра и вольтметра для получения достоверных и точных результатов необходимо выполнять следующие требования:

 

• измерение должно проводиться на переменном токе, поскольку на постоянном побочные явления, в частности поляризация, могут исказить результаты измерения;

 

 

Рис. 5. Измерение сопротивления заземления методом амперметра и вольтметра: 1–4 — электроды; а — расстояние между электродами (м)

 

• приборы следует выбирать лучше класса точности 0,5, но не ниже 2,5;

 

• вольтметр нужно выбирать многопредельным на напряжения от десятых долей вольта до нескольких десятков вольт и с большим внутренним сопротивлением (электронные вольтметры или в крайнем случае комбинированные малогабаритные приборы);

 

• питание на собранную схему следует подавать от автономного источника переменного тока или сети переменного тока через разделительный понижающий трансформатор (см. рис. 5) с напряжением вторичной обмотки до 36 В.

 

К вспомогательному заземлителю и зонду, а также их размещению относительно проверяемого заземлителя предъявляют те же требования, что и при работе с измерителем заземления МС-08.

 

Лучше всего при измерении сопротивления заземления пользоваться автономными источниками питания с частотой, отличной от частоты электросети, в частности генератором прибора ИКС-1, частота тока которого 22,5 Гц, при этом для измерения напряжения используют входящий в комплект прибора ИКС-1 микровольтметр.