Модульное заземление

     
                                                                GROUNDCONNECTION      

Заземление - одно из важнейщих электротехнических мероприятий и сооружений. К сожалению, большинство публикаций по этой теме не несёт информации, являющейся практическим пошаговым руководством. Множество компиллятивных статей пестрят ссылками на нормативные документы, составленные, в свою очередь специалистами высокого уровня. Но ! Часто, читая статью, видишь, что автор никогда "не держал в руках отвёртку", не играл в детстве в "Конструктор", а потому - всё знает, но как делать, объяснить не может. Теоретик. Хотя теоретики тоже нужны. 

ВОЛЬТМАСТЕР - ресурс позиционирующийся, как сайт для практикующих электриков. Поэтому я позволю себе скромно поделиться опытом по "внедрению новой техники" - модульного заземления. Я раньше замечал на просторах Интернета рекламу модульного заземления, но отталкивающе действовала цена на комплектующие изделия, многократно превышающая цену обычных 50мм уголков. К тому же, "вхождение" в новую технологию требовало определённых затрат, вложений. Сложилась благоприятная ситуация, и я "вошёл".

 Сейчас в очередной раз понял, что не пользоваться достижениями научно-технического прогресса - один из смертных грехов. Надо повышать качество Жизни, Работы  - своё  и своих кормильцев-заказчиков, тем более, некоторые из них с удовольствием принимают условия этой Игры. 

В предлагаемой статье я просто делюсь опытом, для кого-то этот материал может стать практическим руководством. Я не ставлю целью возбудить спор о терминологической корректности. Если что-то я неправильно назвал, простите и постарайтесь понять по контексту.

Итак, начнём. 

        Формула для расчета сопротивления заземления, выполненного заземляющими электродами круглого сечения:
                                                               
ρ – удельное сопротивление грунта (Ом*м)
L – длина заземлителя (м)
d – диаметр заземлителя (м)
T - заглубление заземлителя (расстояние от поверхности земли до середины заземлителя) (м)

      Удельное сопротивление грунта – величина, зависящая от многих факторов физической и химической природы. Механический состав почвы, влажность, распределение грунтовых вод и водяных линз по горизонтам, pH, температура, и вообще, агрегатное состояние (мерзлая или оттаявшая). В данном случае эта величина представляется условно, как электрофизическая характеристика  грунта в данной местности в конкретный момент времени. 
L и Т в комментариях не нуждаются, очевидно подразумевается случай заглубленного вбивания электродов на дне траншеи (обычно 70 см). Я думаю, для простоты не будем забивать себе голову и примем L=2T.
π будем считать равным 3.14 (хотя сейчас в Североамериканских Штатах вроде бы считают, что π=4. Я не удивлюсь, что это не байка, т.к. у нас в ЕГЭ g считают равным 10).

      Итак, формула приобретает вид

                  R= ρ (ln (2L/d) + 0.5 ln3) / 2πL = ρ(ln(2L/d)+0.55) / 2 πL

Формулу можно упростить для часто используемых длин заземлителей Ø14.2мм:
 Для L = 3м    0.350 ρ 
 Для L = 6м    0.193 ρ  
 Для L = 9м    0.136 ρ
 Для L = 12м  0.106 ρ
 Для L = 15м  0.087 ρ
 Для L = 18м  0.074 ρ 

Статистические данные по удельному сопротивлению грунтов в конкретной местности обрывочны и весьма приблизительны.
Я в прошлой жизни занимался экспериментальной работой. Как говорят, «профессионализм не пропьёшь», поэтому из данного вида добывания «хлеба насущного» я решил выжать максимум информации.
 По мере забивания наборного заземляющего электрода я проводил замеры сопротивления заземления после заглубления каждого сегмента длиной 1.5м. (Это позволило выявить технологические артефакты, способные ввести в заблуждение). Все результаты замеров фиксируются. Замеры проводятся специальным прибором для измерения сопротивления заземления,

прошедшим метрологическую поверку

Техническое задание было следующее:
Заземление для гаража.
Согласно п. 1.7.104 ПУЭ, сопротивление повторного заземления должно быть не менее 30 Ом.
Комплектация – модульное заземление. Омеднённые стальные стержни диаметром 14.2 мм с дюймовой резьбой на концах.

Соединяются между собой латунными муфтами
На конец первого вбиваемого стержня навинчивается стартовый наконечник.

В верхнюю муфту ввинчивается ударная направляюшая, в которую вставляется боёк электромолота.

Венчается вся конструкция сжимом из нержавеющей стали.

Для вбивания стержней в землю необходим электромолот с энергией удара более 25 Дж.

Механический состав почвы – суглинок, материнская порода – известняк. Влажность 60% ППВ. Ленинский район Московской области, природная зона – лесостепь.
Сказано – сделано.

Вбивание штыря проводилось в 20 см от стены кирпичного гаража. Место соединения заземлителя – над поверхностью отмостки на высоте 20 см. В отмостку вставлена закладная труба диаметром 32 мм, чтобы штырь не был механически привязан к строительным конструкциям здания. 

Сжимное соединение продублировано соединением через обжимной лужёный наконечник - так надёжнее.
Далее приведён протокол измерений сопротивления заземления по мере забивания наборного штыря.
1.5м       -   43.4 Ом

3м          -   37.3 Ом

4.5м      -    26.3  Ом

6м         -    25.8  Ом
В ходе работы я измерил сопротивление заземления столба, на котором закончилась ВЛ, подходящая к объекту. Результат измерения обескуражил – 120 Ом.
 Я решил вбить рядом со столбом 6-метровый штырь и заземлить нейтраль. На получившееся заземление повесил ОПС.

Процесс вбивания штыря в глину преподнёс сюрприз. При глубине забивания от 1.5 до 6 метров сопротивление менялось непонятным образом  21  -   25.6  -   32.9   -  28.5  Ом.

Я стал искать разумное объяснение технологическому артефакту. Очевидно, при вбивании первого штыря контакт поверхности стержня с грунтом достаточно велик, т.к. острый наконечник имеет диаметр 18мм, и раздвинутый грунт сразу после прохождения наконечника смыкается к стержню. Отсюда и относительно низкий показатель сопротивления. Для присоединения следующего элемента заземлителя используется латунная втулка с внешним диаметром 22мм. Естественно, при дальнейшем вбивании грунт раздвигается ещё больше, плюс к этому, вследствие вибрации всей конструкции, канал прохождения в верхней части (≈1.5м) приобретает коническую форму. Это полезно в плане последующего втыкания в получившуюся воронку небольшой пластмассовой трубы, чтобы защитить заземлитель от интенсивных химических процессов в гумусовом горизонте почвы, а также от шлепков лески триммера при скашивании травы – какой бы медный слой ни был прочный, умышленно повреждать его не следует.

В воронку можно насыпать песок, налить воды, но как показывает опыт, это большого эффекта не даёт. Через 7…10 дней всё само осыплется и уплотнится и сопротивление заземления несколько уменьшится.

 Через некоторое время у Заказчика возник вопрос о подключении к заземлению газового оборудования, и я попросил его выяснить, что же требуют газовщики?
Оказалось, что газовщики требуют 4 Ома, а ещё лучше 3. Я вполне понимаю – они исходят из того, что ВСЕ схалтурили («…тем более, что так оно и было…» (с)), поэтому что-то говорить о ПУЭ, о сопротивлении повторного заземлителя – бесполезно. Возможно, они правы.
На первый взгляд, задача выполнимая. Наращивать длину заземляющего электрода по полтора метра, пока не получится <4 Ом. Обычно это получается на глубине 18 метров.
Вот тут-то и создал проблему известняковый горизонт, заодно удалось выяснить, на какой глубине он лежит. В данной конкретной местности на глубине 12 метров.
Протокол замеров при прохождении глубин с 6 до 12 метров приведён ниже.

6м      -     24.3  Ом

7.5м  -      19.2  Ом

9м     -      16.3  Ом

10.5м  -    11.3  Ом

12м     -     10.3  Ом

 Следует отметить, что за две недели сопротивление 6-метрового заземлителя уменьшилось на 2 Ома. На 12-метровой глубине стержень прочно уткнулся в известняк. Известняк создал дополнительные проблемы, заключающиеся в необходимости построения замкнутого или линейного контура. Для получения необходимых "менее 4 Ом" требуется вбить на 12-метровую глубину ещё два заземлителя с взаимным удалением 25 метров. Бюджет, конечно же, возрастает - как минимум - утраивается. Заказчик безмолвствует…Видимо, газовщики приняли, как есть...

 На этом объекте я провёл измерения на двух старых контурах заземления, построенных на 50мм уголках, заглублённых на 2 метра. Замеры показали около 9 Ом. Один из контуров, предназначенный для грозозащиты, я признал пригодным, т.к. для грозозащиты требуется менее 10 Ом. Зимой гроз не бывает. Хотя самой грозозащиты, фактически, нет. Мачта телевизионной антенны выше штыря на 2 метра.

С заземляющим контуром, предназначавшимся для дома, всё обстоит по-другому. Глубина промерзания в нашей полосе достигает 1.7 метра. Поэтому зимой сопротивление растеканию контура значительно увеличится, и заземление практически перестанет выполнять свою функцию. Для срабатывания дифференциальной защиты, может будет пригодно. В нормативных документах сказано категорично о сопротивлении растеканию в течение круглого года. 

ЭПИЛОГ

Но если произойдёт какая-то неприятность, типа аварии с газовым оборудованием, или пожара, измерять сопротивление растеканию будут добросовестно. Когда выяснится, что измерение вместо требуемых менее 4 Ом показало 20...30, ситуацию охарактеризуют, как "грубую неосторожность". Последствия - отказ в выплате страхового возмещения, непринятие претензии.

Модульное заземление работает на глубинах 6....30 метров (насколько удастся забить), где промерзания не наблюдается, а следовательно, величина сопротивления растеканию достаточно стабильна.

 В эти дни я начинаю работу по заземлению в старинном здании 1912 года в Центре Москвы. Объект очень интересный - работать придётся в подвальном помещении со сводчатыми кирпичным стенами и потолками - раньше в этом подвале был винзавод. Сейчас иногда снимают кино. Заземление им снесли, когда строили здание рядом. Так что - карт-бланш при ограниченных ресурсах. Что получится, расскажу, когда сделаю и осмыслю.