Заземляющие устройства (штыри, полосы, комплекты заземления)

Заземляющее устройство (ЗУ) — это совокупность взаимосвязанных элементов, предназначенных для обеспечения надежного электрического контакта с землей и безопасного растекания токов (токов короткого замыкания, грозовых разрядов, токов утечки) в грунте. Это фундамент всей системы электробезопасности здания или сооружения.

1. Что такое заземляющее устройство и зачем оно нужно?

Заземляющее устройство состоит из двух основных частей:

1. Заземлитель (электрод): Проводящая часть или совокупность соединенных проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей.
2. Заземляющий проводник: Проводник, соединяющий заземляемую часть (например, главную заземляющую шину в щите) с заземлителем.

Основные функции заземляющего устройства:

• Электробезопасность: Снижение напряжения на корпусе электрооборудования при пробое изоляции до безопасного для человека значения.
• Защита от молнии: Отвод в землю огромной энергии грозового разряда в системе молниезащиты.
• Стабильная работа электроустановок: Обеспечение нормального функционирования защитной автоматики (УЗО, автоматов) и работы электрооборудования.

Ключевой параметр: Сопротивление заземления (измеряется в Омах). Чем оно ниже, тем эффективнее ток растекается в земле и тем безопаснее система.

2. Конструкция и типы заземлителей

Заземлители классифицируются по форме, ориентации в грунте и материалу.

2.1. Вертикальные заземлители (штыри, стержни)

Это самый распространенный и эффективный тип электродов.

• Конструкция: Стальной стержень с круглым или фасонным сечением (винтовая полоса), длиной от 1.2 до 6 метров и более.
• Преимущества:
  • Проникают в глубокие, а значит, более стабильные и влажные слои грунта, где сопротивление меньше.
  • Просты и технологичны в монтаже.
  • Позволяют на небольшой площади создать заземлитель с низким сопротивлением.
• Материалы:
  • Омедненная сталь: Стальной стержень, покрытый слоем меди гальваническим способом. Оптимальное соотношение цены и качества. Медь обеспечивает высокую коррозионную стойкость и хорошую проводимость, а стальной сердечник — механическую прочность.
  • Оцинкованная сталь: Более дешевый, но менее стойкий к коррозии вариант по сравнению с омедненным.
  • Черная сталь: Используется реже из-за быстрой коррозии, требует больших запасов по сечению.
  • Нержавеющая сталь: Наиболее долговечный, но и самый дорогой вариант. Применяется в агрессивных грунтах.

Винтовые (забивные) штыри: Имеют наконечник в виде винтовой резьбы или лопасти, что позволяет вкручивать их в грунт с помощью специализированного оборудования (отбойных молотков со специальной насадкой). Это значительно облегчает монтаж, особенно в твердых грунтах.

2.2. Горизонтальные заземлители (полосы)

• Конструкция: Стальная полоса или круглый провод, укладываемые в траншею.
• Назначение:
  • Соединительный элемент: Объединяет вертикальные электроды в единый контур.
  • Самостоятельный заземлитель: При невозможности заглубления вертикальных электродов (скальный грунт).
• Материалы: Стальная полоса (обычно 40×4 мм) или круглый провод (сечением не менее 100 мм²), часто с оцинковкой или омеднением.
• Недостаток: Сильнее подвержены влиянию сезонных изменений температуры и влажности верхних слоев грунта.

2.3. Естественные заземлители

Согласно ПУЭ, в первую очередь должны использоваться естественные заземлители:

• Железобетонные фундаменты зданий с гидроизоляцией.
• Металлические трубы водопровода, проложенные в земле (но не трубопроводы с горючими жидкостями и газами).
• Свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

Важно: Использование труб систем отопления и газоснабжения в качестве заземлителей запрещено.

3. Комплекты заземления: Современное заводское решение

Комплекты заземления — это готовые наборы для быстрого и эффективного монтажа заземляющего устройства по модульно-штыревому принципу.

Состав типового комплекта:

1. Вертикальные электроды: Омедненные стальные штыри длиной 1.2–1.5 м.
2. Соединительные муфты: Латунные или омедненные муфты для резьбового соединения штырей между собой по мере заглубления.
3. Наконечник (направляющая головка): Устанавливается на первый штырь для облегчения забивания.
4. Зажим для подключения проводника: Специальный зажим (например, типа «Galmar»), который надежно соединяет горизонтальную полосу или провод с вертикальным электродом.
5. Грунтопроводящая паста: Заземляющая паста, которая засыпается в место соединения штыря с муфтой. Защищает соединение от коррозии и снижает переходное сопротивление.
6. Адаптер для отбойного молотка: Переходник для соединения штыря с электроинструментом.

Преимущества комплектов:

• Скорость монтажа: Установка занимает несколько часов.
• Глубина погружения: Позволяют достичь глубины 20-30 метров и более, где сопротивление грунта стабильно низкое.
• Низкое сопротивление: Один глубокий электрод часто эффективнее, чем большой горизонтальный контур.
• Минимальный объем земляных работ: Не требуется копать траншеи по всему периметру.
• Долговечность: Использование коррозионно-стойких материалов и защитных паст.

4. Монтаж заземляющего устройства: Ключевые этапы

1. Проектирование и выбор места: Выбирается место с минимальным сопротивлением грунта, вдали от проходов людей и коммуникаций.
2. Земляные работы: Рытье траншеи глубиной 0.5-0.7 м для укладки горизонтального заземлителя.
3. Забивание вертикальных электродов:
   • Первый штырь с наконечником забивается в дно траншеи.
   • С помощью муфты к нему присоединяется следующий штырь, и процесс повторяется до достижения расчетной глубины.
4. Прокладка и соединение:
   • В траншею укладывается стальная полоса.
   • С помощью зажимов полоса соединяется с верхушками вертикальных электродов.
   • От полосы делается вывод к зданию.
5. Соединение элементов: Все соединения выполняются сваркой (для стальных элементов) или с помощью сертифицированных зажимов (для комплектов). Скрутки запрещены!
6. Обратная засыпка: Траншея засыпается однородным грунтом без камней и мусора.
7. Подключение и измерения: Заземляющий проводник от контура подключается к главной заземляющей шине (ГЗШ) в щите. Производится замер сопротивления готового устройства специализированным прибором (например, Ф4103-М1).

5. Факторы, влияющие на сопротивление заземления

• Удельное сопротивление грунта: Главный фактор. Зависит от состава (глина, песок, суглинок), влажности и температуры. Зимой при промерзании сопротивление резко возрастает.
• Глубина залегания: Чем глубже электрод, тем стабильнее и ниже сопротивление.
• Количество и конфигурация электродов: Несколько электродов, объединенных в контур, эффективнее одного.
• Площадь контакта с грунтом: Чем больше площадь поверхности электрода, тем лучше.

Заключение

Современные заземляющие устройства — это не просто «труба, забитая в землю», а высокотехнологичные системы, от качества которых зависит человеческая жизнь. Эволюция от самодельных контуров из черного металла к профессиональным модульным комплектам из омедненных стержней — это путь к повышению надежности, долговечности и безопасности.

Правильный выбор материалов (омедненная сталь), использование готовых комплектов и профессиональный монтаж с обязательным замером сопротивления — это не статьи для экономии, а обязательные инвестиции в создание по-настоящему надежной защиты от поражения электрическим током и последствий грозовых разрядов.