Что такое электролитическое заземление и где его применяют?

Основные преимущества

Если вы решите сравнить стандартные заземлители, тогда с уверенностью можно сказать о том, что электролитическая система будет иметь следующие достоинства:

1. Монтаж конструкции будет достаточно быстрым и удобным. Это связано с тем, что конструкция не будет иметь большие размеры. Для установки подобного агрегата, вам больше не потребуется помощь профессионалов.
2. Смесь, которая располагается внутри электролита будет вступать в реакцию не сразу. Благодаря этому в грунте будет поддерживаться постоянный электролитический баланс.
3. Продукт, который получится в результате подобной реакции можно считать полностью безопасным. Он не приведет к образованию коррозии.
4. Длительность реакции позволяет применять подобное заземление до 15 лет.

В большинстве случаев такой заземляющий контур будут применять в тех случаях, когда нельзя выполнить установку обычного заземления. Это связано с тем, что стоимость комплекта будет достаточно высокой.

Рассчитать электролитическое заземление теперь можно по следующей формуле:

Где:

• C – это коэффициент наличия электролита в системе.
• P – удельное сопротивление почвы, где будет выполняться установка заземления.
• L – длина устройства заземления.
• D – диаметр заземлителя.
• T – дополнительное заглубление.

Особенности применения

На стадии проектирования заземляющего устройства с применением электролитического заземлителя необходимо учитывать следующую особенность. Так как вокруг заземлителя происходит образование солевого электролита, температура замерзания прилегающего грунта, в зависимости от концентрации солей, находится ниже -10 °С. В результате грунт диаметром до 3 метров вокруг электрода находится в незамерзающем состоянии круглый год. В районах вечной мерзлоты эти зоны грунта могут проседать. Поэтому близко от электролитического заземлителя нельзя располагать строительные конструкции из-за угрозы нарушения их целостности. Также нельзя располагать данный вид заземлителя около подземных коммуникаций, содержащих металлические части из-за возможности их коррозии.

Основные преимущества

Электролитическое заземление имеет ряд достоинств:

1. У такой конструкции небольшой размер, поэтому ее монтаж довольно прост и удобен. Смонтировать такое заземление вполне можно своими руками, не прибегая к услугам специалистов.
2. Специальная минеральная смесь внутри электрода поддерживает концентрацию электролита в грунте на одном уровне продолжительное время. Смесь в электрод досыпается один раз в 15 лет.
3. Солевой раствор, который получается в результате химической реакции, не агрессивен по отношению к корпусу электрода.
4. При монтаже электролитического заземления, в большинстве случаев, не нужно согласовывать выполнение земляных работ со всеми заинтересованными организациями, как это происходит при монтаже обычного заземляющего устройства.

Требования электробезопасности: выдержки из ГОСТ

В соответствии с ГОСТ 12.1.009–76:

• защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут  оказаться под напряжением;
• зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

В ГОСТ Р 50571.2– 94 «Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики» приводится классификация систем заземления электрических сетей: IT, TT, TN–С, TN–C–S, TN–S.

Однако иногда возможности заземлить устройства, нет. Тогда делается защитное зануление

Согласно ПУЭ заземление выполняется (при наличии контура или возможности его монтажа) в обязательном порядке. Заземленными должны быт все металлические корпуса электроприборов, которые гипотетически могут попасть под напряжение. Если возможность заземления отсутствует, производится защитное зануление с обязательной установкой устройств защитного отключения (УЗО) и автоматических выключателей в вводном электрическом щите.

Конечно, язык, которым написаны ПУЭ и ГОСТ бывает сложен для человека без электротехнического образования, а значит стоит разобрать подробно, что такое заземление и зануление на обычном языке, понятном простому обывателю.

Все металлические шкафы и корпуса приборов должны быть заземлены или занулены

Из чего состоит система?

Главным устройством, которое будет располагаться в этой системе считается полый электрод, который будет иметь форму трубы L. На рисунке вы сможете увидеть подобное фото.

Эту трубу необходимо будет установить в землю на глубину до 1 метра. Внутри конструкцию необходимо будет заполнить специальной смесью, которая будет в себя включать минеральные соли. Также конструкция будет включать специальный колодец, который упростит работу, зажим для соединения электрода и заземляющего проводника, а также специальную гидроизоляционную ленту, которая в дальнейшем позволит защитить готовую конструкцию от влаги. Это основные элементы этой системы. На фото ниже вы можете увидеть, как выглядит заземлитель:

Это интересно: Виды розеток электрических — фото с описанием разновидностей

Принцип действия защиты

Действие заземления основано на способности грунта поглощать электрический заряд.

Для передачи заряда в грунт заглубляется заземлитель — металлическая конструкция, состоящая из соединенных полосой электродов.

В качестве электродов может использоваться любой металлопрокат: трубы, полоса, уголки и даже сетка.

К заземлителю посредством шин и проводов подсоединяются заземляемые части оборудования и сети.

Защитное заземление предназначено для защиты людей и оборудования от напряжений и токов, могущих появиться в результате какой-нибудь поломки. Различают три его разновидности:

1. Заземление молниезащиты: молния — мощнейший электрический разряд, который стремится пройти путь от тучи к земле по пути наименьшего сопротивления. У зданий, металлических конструкций и деревьев электрическое сопротивление гораздо ниже, чем у воздуха, поэтому вблизи земли молния устремляется именно к таким объектам. Чтобы отвести разряд от здания, рядом с ним устанавливают более высокую металлическую мачту — молниеприемник, подключенный к заземлителю.
2. Заземление системы защиты от импульсного перенапряжения (ЗИП): электромагнитное поле от мощной электроустановки, ЛЭП или молниевого разряда может вызвать концентрацию заряда на расположенном поблизости участке сети, например, коммуникационной. Преодолев критическое значение, этот заряд может вызвать пробой в подключенном к сети электронном оборудовании с последующим выходом его из строя. Для сброса заряда параллельно с оборудованием устанавливают газоразрядник, пробиваемый меньшим напряжением, чем защищаемое электронное устройство. Газоразрядник подключается к заземлителю.
3. Заземление в электросети: эта разновидность заземления является самой распространенной. К заземлителю подключаются корпус и другие части электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением при нарушении изоляции токоведущих частей и к которым может прикоснуться пользователь. Если в результате поломки произойдет замыкание фазы на такой элемент и пользователь коснется его, то удар током получится ослабленным из-за того, что значительная часть заряда стечет через заземлитель в грунт. А если прибор будет подключен через УЗО, то электротравмы вообще удастся избежать, поскольку это устройство отключит электропитание сразу после замыкания фазы на заземленный элемент.

Принцип действия системы заземления

Рабочее заземление, в отличие от защитного, функционирует постоянно и предназначено для обеспечения работы электроустановки.

Схемы заземления частных домов своими руками: 380 В и 220 В

При монтаже контуров заземления значительной разницы между схемой частного дома на 3 фазы (380 вольт) и однофазной (220 вольт) нет. А вот в разводке кабелей она присутствует. Разберемся, в чем она заключается.

Правильно выполненный ввод в дом. Именно так он должен выглядеть в идеале

При однофазной сети для питания электроприборов используется трехжильный кабель (фаза, ноль и земля). Трехфазная сеть требует пятижильного электропровода (та же земля и ноль, но фазы три)

Особое внимание нужно обратить на расключение – заземление не должно соприкасаться с нулем

Рассмотрим ситуацию. С подстанции приходит 4 жилы (ноль и 3 фазы), заведенные в распределительный щит. Обустроив правильное заземление на участке, заводим его в щиток и «сажаем» на отдельную шину. Фазные и нулевая жила проходят через всю автоматику (УЗО), после чего идут к электроприборам. От заземляющей шины жила идет непосредственно на розетки и оборудование. Если нулевой контакт заземлить, устройства защитного отключения будут срабатывать без причины, а такой монтаж электропроводки в доме совершенно ни к чему.

Схема заземления на даче своими руками несложна, но требует внимательного и аккуратного подхода при выполнении. Несложно выполнить ее только для одного котла или иного электроприбора. Ниже мы обязательно на этом остановимся.

Корпус газового котла, как и металлические трубы, требуют качественного заземления во избежание возникновения искры

Что такое контур заземления в частном доме: определение и устройство

Контуром заземления называют конструкцию из штырей и шин, находящуюся в грунте, обеспечивающую отвод тока при необходимости. Однако не любой грунт подойдет для устройства заземлителя. Удачным для этого считают торф, суглинок или глинистую почву, а вот камень или скала не подходят.

Контур готов. Остается проложить шину до стены дома

Контур заземления располагают на расстоянии 1÷10 м от здания. Для этого прокапывается траншея, заканчивающаяся треугольником. Оптимальными размерами являются длины сторон 3 м. По углам равностороннего треугольника вбиваются штыри-электроды, соединяемые стальной шиной или уголком при помощи сварки. От вершины треугольника шина идет к дому. Подробно мы рассмотрим алгоритм действий в пошаговой инструкции ниже.

Разобравшись, что является заземляющим контуром можно переходить к расчетам материала и размеров.

Расчет заземления для частного дома: формулы и примеры

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) и ГОСТ устанавливают точные рамки, сколько Ом должно быть заземление. Для 220 В – это 8 Ом, для 380 – 4 Ом. Но не стоит забывать, что для общего результата учитывается и сопротивление грунта, в котором устраивается заземляющий контур. Эти сведения можно узнать из таблицы.

Вид грунта	Максимальное сопротивление, Ом	Минимальное сопротивление, Ом
Глинозем	65	55
Гумус	55	45
Лёсовые отложения	25	15
Песчаник, залегание грунтовой воды глубже 5 м	1000	—
Песчаник, грунтовые воды не глубже 5 м	500	—
Песчано-глинистая почва	160	140
Суглинок	65	55
Торфяник	25	15
Чернозём	55	45

Зная данные можно использовать формулу:

Формула расчета сопротивления стержня

где:

• Ro – сопротивление стержня, Ом;
• L – длина электрода, м;
• d – диаметр электрода, м;
• T – расстояние от середины электрода до поверхности, м;
• Рэкв – сопротивление грунта, Ом;
• Т – расстояние от верха стержня до поверхности, м;
• ln – расстояние между штырями, м.

Но пользоваться такой формулой сложно. Для простоты предлагаем воспользоваться онлайн-калькулятором, в который нужно только внести данные в соответствующие поля и нажать кнопку рассчитать. Это исключит возможность ошибки в вычислениях.

Для расчета количества штырей воспользуемся формулой

Формула расчета количества стержней в контуре

где Rn – нормируемое сопротивление для заземляющего устройства, а ψ – климатический коэффициент сопротивления грунта. В России за него принимают 1.7.

Рассмотрим пример заземления для частного дома, стоящего на черноземе. Если контур выполняется из стальной трубы, длиной 160 см и диаметром – 32 см. Подставив данные в формулу получим no = 25.63 х 1.7/4 = 10.89. Округлив результат в большую сторону, получается нужное количество заземлителей – 11.

Почему бьёт током

Чтобы разобраться для чего нужно заземление, для начала разберёмся в каких случаях и почему нас бьет током. Главное, что нужно для протекания электрического тока – это разность потенциалов. Это значит, что если вы стоите на полу и возьметесь за оголенный провод или другую токоведущую часть руками – то ток через ваше тело и пол стечёт в землю. Переменный ток силой всего в 50 мА уже является опасным для человека. А если вы обеими руками возьметесь за токоведущую часть и повисните на ней не касаясь земли, то скорее всего ничего не произойдёт, проверять это, конечно не стоит.

Наибольшее сопротивление заземляющих устройств опор ВЛ.

Поэтому птиц не бьет током на проводах. Но вернёмся к разговору о заземлении. Как мы уже сказали, корпуса электроприборов заземляют. Для чего это нужно? Проводка и другие узлы оборудования, такие как электродвигатели, ТЭНы и прочее в нормальном состоянии не имеют контактов фазы с корпусом прибора, металлорукавом или бронёй кабеля. Но в случае неполадок фаза может оказаться на корпусе. Это может произойти при повреждении изоляции обмоток двигателей и трансформаторов, пробоя диэлектрического слоя ТЭНов, повреждения изоляции соединительных проводов внутри прибора и кабельных линий.

Глубина заземления.

В результате на корпусе окажется опасный потенциал, простым языком: корпус окажется “под фазой”. Когда вы коснетесь его стоя босиком на плитке, бетонном и даже деревянном полу – вас ударит током. В худшем случае, это может привести к смерти. Чаще всего такая ситуация возникает в результате частичного выхода из строя ТЭНов стиральных машин, водонагревательных баков, проточных нагревателей. А особенно ярко такое ощущается при одновременном касании стиральной машины и водопроводных и отопительных труб, или в случае с водонагревательным баком, когда вы принимаете душ или ванную вас, бьёт током. Последняя проблема решается организацией системы уравнивания потенциалов (заземлением ванны и других металлических частей водопровода).

Если корпус поврежденного прибора заземлён – опасное напряжение стечет на землю и (или) сработает защитный прибор – устройство защитного отключения (УЗО) или автоматический выключатель дифференциального тока (дифавтомат).

Если корпус занулён – сработает обычный автомат, так как это будет коротким замыканием на корпус (ноль в данном случае). Дифавтоматы и УЗО определяют утечку тока путём сравнения токов фазного и нулевого провода – если ток в фазе больше чем в нуле, значит ток втекает в землю, через заземляющий провод или через тело человека. Такие приборы срабатывают при дифференциальном токе (разнице токов) обычно в 10 мА и более.

Принцип работы

Сопротивление заземлителя определяется сопротивлением грунта, прилегающего к заземлителю. Один из вариантов его понижения — это применение электролитов, обладающих высокой проводимостью тока. Электролитический заземлитель работает по принципу увеличения вокруг него проводимости почвы. Это достигается применением специальных солевых смесей. Такой смесью заполняют полый электрод. Вследствие контакта солевой смеси с находящейся в грунте водой образуется электролит. Контакт смеси с водой происходит через перфорированные отверстия в заземлителе, вследствие чего жидкость заполняет околоэлектродное пространство, тем самым понижая сопротивление грунта.

Принцип работы

Человека, прикоснувшегося к корпусу под напряжением, и систему заземления схематически можно представить как 2 параллельные ветви, подключенные к точке с высоким потенциалом. Из законов Ома и Кирхгофа вытекает следующее соотношение протекающих в них токов и сопротивлений:

I1/I2=R2/R1.

Говоря простыми словами, электрический заряд течет по пути наименьшего сопротивления. Чем ниже резистивность контура Pe, тем слабее ток в теле человека.

Максимально допустимые значения сопротивления для защитного заземления установлены ПУЭ:

Потребитель	Резистивность, Ом
Домашняя электросеть с суммарной мощностью одновременно работающих приборов до 100 кВА	10
То же свыше 100 кВА	4
Телекоммуникационные системы	2
Серверное оборудование	1

Виды анодных заземлителей

Катодная защита объектов, изготовленных из металла, осуществляется не только глубинными, но и поверхностными заземлительными устройствами. Поверхностный анодный заземлитель находится на одном уровне с защищаемой конструкцией. Такие заземлители характерны компактностью и ограниченным радиусом действия. Поверхностная система — электрод, произведенный из цинкового или магниевого сплава, соединенный кабель с источником электропитания.

Чтобы получить более дешевую конструкцию и не потерять в качестве, современные устройства производятся из железокремниевого материала, отличающегося стойкостью к ржавлению. Поверхностные заземлительные системы чаще всего выглядят как стержень с круглой отливкой и заизолированными участками соединения контактного проводника с заземлителем.

Обратите внимание! Количество анодных заземляющих устройств определяется специалистом на основе анализа многочисленных факторов окружающей среды. Стержни соединяют с магистралью с помощью термитного сварочного процесса или особыми зажимами. Срок службы поверхностного заземлителя достигает 35 лет, если его корпус присыпан смесью кокса и других минеральных веществ

Такая смесь замедляет процессы распада анода в грунте

Срок службы поверхностного заземлителя достигает 35 лет, если его корпус присыпан смесью кокса и других минеральных веществ. Такая смесь замедляет процессы распада анода в грунте

Стержни соединяют с магистралью с помощью термитного сварочного процесса или особыми зажимами. Срок службы поверхностного заземлителя достигает 35 лет, если его корпус присыпан смесью кокса и других минеральных веществ. Такая смесь замедляет процессы распада анода в грунте.

Глубинные заземлители используются с той же целью, что и поверхностные устройства. Однако монтаж и конструкция глубинных систем существенно отличаются. Глубинные аноды стоят значительно дороже, а потому их использование оправдано только в случае невозможности монтажа поверхностной системы.

Глубинные системы отличаются большой массой из-за дополнительного элемента — коксо-минеральной смеси, наносимой на анодный заземлитель. Глубина заземления достигает 40 и более метров. Это еще одна причина дороговизны монтажных работ: необходимо механизированное бурение с помощью буровых установок.

Несмотря на большую стоимость, заземление глубинного типа значительно эффективнее поверхностного, когда речь идет о защите больших территорий. В условиях плотной городской застройки часто проще установить один заземлитель глубокого заложения, чем создавать множество поверхностных систем. Еще один довод в пользу глубокого заземления — меньшие расходы на электроэнергию, что обеспечивается значительным радиусом действия системы.

Обратите внимание! Сопротивление в анодном заземляющем устройстве не зависит от сезона. Электрод расположен на глубине, где исключено промерзания грунта. Стабильное сопротивление — веский аргумент для использования именно этой методики

Стабильное сопротивление — веский аргумент для использования именно этой методики.

Глубинные заземлительные контуры характеризуются менее длительным сроком эксплуатации в сравнении с поверхностными. Объясняется это большим давлением почвы на конструкцию. В среднем система глубокого заложения функционирует в течение трех десятилетий.

Устройство штыревого заземления

Основной составляющей этого типа заземления является вертикальный составной электрод из стали. Отдельные элементы представляют собой стальные штыри, с обмеднением по внешней поверхности. На обоих концах штыря размещена резьба, которая служит для соединения штырей между собой и для накручивания наконечника на начальный.

Соединение штырей заземления между собой подлежит дополнительной обработке. Перед установкой штыря на резьбу наносится токопроводящая смазка, после чего на нее накручивают острие и насадку для вибромолотка. После чего штырь для заземления вбивается в почву, насадка скручивается и переносится на следующий штырь. Он с помощью муфты накручивается на уже вбитый. Обязательно нанесение на резьбовые поверхности токопроводящей смазки. Таким образом, электрод наращивается до нужной глубины. В процессе наращивания необходимо контролировать его сопротивление. Контроль осуществляется использованием специальной аппаратуры, предназначенной для замера сопротивления.

По окончанию забивки на концевую резьбу последнего элемента одевается так называемый сжим, который служит для фиксации токоотводящего кабеля к ГЗШ. Он, как правило, выполнен из нержавеющей стали.

Реже  для соединения применяется разъёмное соединение «в штырь», сварка для соединения электродов не применяется, в ответ нагреву вызывается обгорание гальванопокрытия.

Модульная система безопасности требует для своей установки небольшую площадь, кроме того может осуществляться одним человеком. Повторное заземление служит наиболее частым типом использования этой системы.