Правила заземления трубопроводов
Заземление трубопроводов – мероприятие обязательное, закрепленное в ПУЭ. Именно таким образом можно повысить безопасность их эксплуатации, ведь в трубных системах скапливается статическое электричество, плюс всегда есть вероятность попадания молнии в трубы. Требования правил устройства электроустановок обеспечить заземлением не только трубопроводы внешние, но и внутренние (технологические и коммуникационные).
В ПУЭ четко регламентировано, как должно проводиться заземление трубопроводов.
- Во-первых, система труб должна быть единой непрерывной сетью, соединяемой в единый контур.
- Во-вторых, к заземляющей системе трубопроводы должны быть подключены минимум в двух точках.
Что касается первой позиции, то это не значит, что сама трубопроводная система должна быть непрерывной. Здесь будет достаточно обеспечить соединение участков или отдельных трубопроводов в одну единую сеть, для чего чаще всего используются так называемые межфланцевые перемычки. По сути, это обычный медный провод марки или ПВЗ, или ПуГВ. Крепление перемычек к трубопроводу обеспечивается сваркой, болтовым соединением или устанавливается хомут заземления для труб.
Что касается второй позиции, то специалисты рекомендуют не разбрасываться по всей линии технологической цепочки, просто провести соединение в начале и конце контура.
Категории молниезащиты
Руководящие документы (рд) выделяют три основных категории молниезащиты, определяемые средним числом и длительностью гроз в той или иной местности, местоположением здания и вероятностью поражения его молниями, наличием в строении зон пожарной и взрывной опасности.
К первой категории молниезащиты рд относят объекты промышленного производства с В-2 и В-1 категориями взрывоопасности. Вторая категория полной молниезащиты присваивается зданиям, где имеется В-2а, В-1а и В-1б классы опасности взрывов, такие площади занимают не менее 30 процентов помещений. Такой же уровень защиты от ударов молний присваивается складам ГСМ, удобрений, холодильникам с аммиаком и мукомольным заводам. Согласно рд, в производственных зданиях со 2 категорией молниезащиты необходимо заземлять все корпуса электромашин, выполненные из металла. При переходах воздушных линий в кабельные необходимо ставить разрядник перемычки на каждой фазе.
Разрядник перемычки
Молниезащита 3 категории устанавливается на сооружениях, имеющих 3 и 4 степень устойчивости к горению, а также при годовой длительности грозы не менее 20 часов: детские учреждения, школы, больницы, развлекательные центры, водонапорные башни, птицефабрики и животноводческие комплексы, а также отдельно стоящие жилые здания с высотой, превышающей 30 метров.
Требования к заземляющим устройствам (ЗУ)
Согласно требованиям нормативов любые действующие электроустановки должны защищаться специальным заземляющим контуром (ЗК), в состав которого входит такая обязательная составляющая, как заземлитель.
Последний представляет собой сборную конструкцию из металлических элементов, обеспечивающих надёжный контакт с землёй и способствующих растеканию тока в неё.
Это сооружение (часть заземления), как правило, изготавливается из отдельных токопроводящих элементов (металлических прутьев, трубных заготовок или стандартных профилей), погружаемых в грунт на определённую глубину.
Правилами обустройства таких конструкций предполагается, что для их изготовления могут применяться только сталь или медь, но никак не алюминий или другие металлы.
Этими же правилами оговариваются и возможные варианты конструкций заземлителя, а также устанавливается соответствие их показателям, нормируемым по ПУЭ.
Варианты исполнения
Молниеприемник принимает удар на себя, поэтому должен отвечать повышенным требованиям надежности при эксплуатации.
- Если он представляет собой стержень, то наилучшим материалом служит разнопрофильная прокатная сталь: водопроводные, газопроводные трубы, металлический прут. При их диаметре не менее 100 кв. мм длина должна составлять порядка 200 см от места фиксации на доме. Полые трубы с верхнего конца завариваются либо герметично укупоривают пробкой. Наиболее полная зона охвата защиты коттеджей, дачных и частных домов наблюдается при высоте стержневой конструкции не превышающей 30 м.
- Можно использовать трос (оцинкованный стальной канат). Несколько его нитей подвешивают горизонтально над домом на автономно стоящих опорах. Концы канатов обязательно заземляются. Нужно только правильно выбрать место подвешивания натянутой конструкции.
- Применение сетчатой защиты из катанки сечением 8 мм, уложенной на кровлю, или плоских стальных полос (сечением до 20 мм) тоже актуально. Более того, молниеприемник в виде сетки, соединенный с контуром заземления отдельно расположенными несколькими проводниками, считается самым эффективным, позволяющим обеспечить максимальный коэффициент защиты.
- Провод для громоотвода в качестве отводящего ток элемента должен быть в диаметре не менее 6 мм (надземная часть). Используется для этих целей все та же катанка. Кусок провода, уходящий землю, не должен быть тоньше 10 мм. В этом подземном участке выполняется соединение (сварочное, болтовое) с заземлителем.
- В качестве надежного заземления используют присыпанный грунтом лист металла (1 м х 1 м) или металлическую трубу, стержень, забитый в грунт не менее чем на 1,5-2,0 м. В месте обустройства заземления должен быть всегда влажный грунт – эффективный проводник. Долговечным будет заземление из меди, нержавейки.
Нормы сопротивления заземления молниезащиты
Тема заземления молниезащиты не такая простая, как может показаться на первый взгляд. В нормативных документах встречаются лишь требования по сопротивлению заземлителя, но при этом нет требований по конфигурации заземлителей. Рассмотрим различные ТНПА по данной теме. Не будем углубляться в проблемы заземления, пусть этим занимаются соответствующие специалисты.
Изначально я хотел посвятить тему только заземлению отдельно стоящего молниеприемника, но потом решил вспомнить все требования, предъявляемые к заземлителям молниезащиты. Ну… или почти все
ТНПА РБ:
ТКП 336-2011 (Молниезащита зданий и сооружений и инженерных коммуникаций).
7.2.3 При рассмотрении рассеивания высокочастотного тока молнии в земле и с целью минимизирования любых опасных перенапряжений, конфигурация и размеры системы заземления являются важными критериями. Как правило, рекомендуется низкое сопротивление заземления (не более 10 Ом, измеренное на низкой частоте).
ТКП 339-2011 (Вместо ПУЭ).
6.2.8.5 Защиту от прямых ударов молнии ОРУ следует, по возможности, выполнять отдельно стоящими молниеотводами, установленными по периметру подстанции. Молниеотводы необходимо предусматривать на максимальном удалении от зданий ОПУ, ГЩУ, РЩ. Отдельно стоящие молниеотводы должны иметь обособленные заземлители с сопротивлением не более 80 Ом при импульсном токе 60 кА.
ТКП 181-2009 (02230) (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей).
5.9.1 Электроустановки Потребителей должны иметь защиту от грозовых и внутренних перенапряжений, выполненную в соответствии с требованиями правил устройства электроустановок. Величина сопротивления заземлений молниеотводов, если вблизи них во время грозы могут находиться люди, не должна превышать 10 Ом.
Таблица Б.29.1 Наибольшие допустимые сопротивления заземляющих устройств:
Отдельно стоящий молниеотвод — 80 Ом.
ТНПА РФ:
ПУЭ 7 (Правила устройства электроустановок).
4.2.137. Защиту от прямых ударов молнии ОРУ, на конструкциях которых установка молниеотводов не допускается или нецелесообразна по конструктивным соображениям, следует выполнять отдельно стоящими молниеотводами, имеющими обособленные заземлители с сопротивлением не более 80 Ом при импульсном токе 60 кА.
РД 34.21.122-87 (Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений).
8 … До недавнего времени для заземлителей молниезащиты нормировалось импульсное сопротивление растеканию токов молнии: его максимально допустимое значение было принято равным 10 Ом для зданий и сооружений I и II категорий и 20 Ом для зданий и сооружений III категории. При этом допускалось увеличение импульсного сопротивления до 40 Ом в грунтах с удельным сопротивлением более 500 Ом×м при одновременном удалении молниеотводов от объектов I категории на расстояние, гарантирующее от пробоя по воздуху и в земле. Для наружных установок максимально допустимое импульсное сопротивление заземлителей было принято равным 50 Ом.
РД 34.45-51.300-97 (Объем и нормы испытаний электрооборудования).
Таблица 28.1 — Наибольшие допустимые сопротивления заземляющих устройств:
Отдельно стоящий молниеотвод — 80 Ом.
Вывод: в очередной раз можно убедиться, что нормативные документы в части проектирования электроустановок в РБ и РФ мало чем отличаются.
Самостоятельное изготовление
После подготовки всех необходимых материалов и выбора подходящего места для обустройства заземления можно переходить к непосредственным операциям по сборке заземляющего контура. На подготовительной стадии нарезаются трубные или другие профильные отрезки, размер которых выбирается на 20-30 см больше расчётного (это нужно для компенсации изгиба вершины заготовки при её вбивании в землю).
Одновременно с подготовкой точечных штыревых заземлителей начинается этап земляных работ, состоящих в подготовке канавок со скошенными краями (для лучшего удерживания грунта от осыпания).
Порядок производимых при земляных работах операций выглядит следующим образом:
- Сначала подготавливается (расчищается) площадка под будущий контур заземления и делается его разметка;
- Затем по уже нанесённой разметке выкапываются канавки глубиной 70-80 см и шириной порядка 50 см (глубина выбирается из соображения минимальной коррозии металлосвязей);
- После этого нарезанные по длине штыри забиваются в намеченных точках так, чтобы над поверхностью выступало около 20 см (смотрите фото ниже);
Обустройство заземляющего контура
- По завершении монтажа всех вертикальных элементов верхние их части срезаются, а контактные площадки тщательно зачищаются, после чего к ним привариваются металлосвязи;
- После того, как все сварочные швы остынут, они зачищаются болгаркой со шлифовальным диском, а затем окрашиваются специальной защитной краской на основе гудрона;
Обратите внимание! Покраске подвергаются лишь места образования сварных сочленений, наиболее подверженные коррозии
- Далее от ближайшей к жилому строению точки КЗ прокапывают канавку на ту же глубину, что была вырыта под металлосвязи (её ширина может быть чуть меньше, поскольку соединительная полоса делается цельной, не требующей проведения сварных работ);
- Затем в подготовленную траншею укладывается полоса металла с типоразмером не менее 25х4 мм, которая впоследствии приваривается к штырю или перемычке (металлосвязи);
- На заключительной стадии работ у самой стены дома уже проложенная металлическая полоса поднимается на высоту порядка 200 мм, где к ней на болт или сварку подсоединяется шина (провод), идущая на ГЗШ распределительного щитка (фото ниже).
Ввод заземления в дом
Для подключения готового заземления в действующую цепь электроснабжения потребуется ознакомиться с существующими схемами организации заземления.
Ввод в дом
На шину заземления распределительной системы контур заводится с помощью стальной полосы с типоразмером 24х4 мм или же медной и гибкой проволоки сечением 10 мм². В отдельных случаях, специально оговариваемых в ПУЭ, для этого допускается применять алюминиевый провод сечением 16 мм² (смотрите рисунок ниже).
Схема заведения заземления в щиток
При возможности выбора между предложенными выше вариантами предпочтение отдаётся медному проводу, имеющему наиболее подходящие для выполнения поставленной задачи характеристики.
В заключительной части обзора обратим внимание пользователей на то, что сделать заземляющий контур своими руками не очень просто, поскольку при проведении этих работ необходимо строгое соблюдение требований ПУЭ. Для тех, кто полностью не уверен в своих силах, всегда имеется «запасной» выход – пригласить представителей организации, специализирующейся на изготовлении заземлений
Конфигурация заземлителя
Сопротивление заземления напрямую зависит от площади электрического контакта электродов заземлителя с грунтом, которая должна быть как можно большей. Чем больше площадь поверхности заземлителя, тем меньше сопротивление заземления.
Чаще всего, из-за наименьшей сложности монтажа, в роли заземлителя используется вертикальный электрод в виде стержня/трубы/уголка.
Для увеличения площади контакта заземлителя с грунтом:
- увеличивается длина (глубина) электрода
- используется несколько соединенных вместе коротких электродов, размещенных на некотором расстоянии друг от друга (контур заземления). В таком случае площади единичных электродов просто складываются вместе, что подробно описано на отдельной странице о расчёте заземления.
В чём суть работы заземления?
Принцип действия защитного заземления основывается на главном качестве электрического тока – протекать по проводникам, которые обладают наименьшим сопротивлением. На сопротивление человеческого тела оказывают влияние многие факторы, но в среднем оно приравнивается к 1000 Ом.
Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) контур заземления должен иметь сопротивление гораздо меньшее (допускается не более 4 Ом).
А теперь смотрите, в чём заключается принцип действия защитного заземления. Если какой-то электрический прибор неисправен, то есть произошёл пробой изоляции и на его корпусе появился потенциал, и кто-то прикоснулся к нему, то ток с поверхности прибора будет уходить в землю через человека, путь будет выглядеть как «рука-тело-нога». Это смертельная опасность, величина тока 100 мА вызывает необратимые процессы.
Защитное заземление сводит этот риск до минимума. Современные электроприборы имеют внутреннее соединение заземляющего контакта штепсельной вилки с корпусом. Когда прибор посредством вилки включён в розетку и в результате повреждения на его корпусе появляется потенциал, то он уйдёт в землю по заземляющему проводнику с низким сопротивлением. То есть ток не пойдёт через человека с сопротивлением 1000 Ом, а побежит через проводник, у которого эта величина намного меньше.
Вот почему важным этапом в обустройстве электрического хозяйства в наших жилых домах является измерение сопротивления заземления. Нам нужна 100 % уверенность, что эта величина ниже наших человеческих 1000 Ом.
И запомните, что это процедура не разового характера, измеряться сопротивление должно периодически, а сам контур надо постоянно поддерживать в исправном состоянии.
Какое должно быть сопротивление заземления
Одним из основных критериев продуктивности любого помещения защитного заземления является сопротивление заземления. Это значение показывает противодействие беспрепятственному распространению электрического тока в слоях земли, поступающего в грунт через защитное устройство – заземлитель.
В лучшем случае этот показатель сопротивления равен нулю. При данной величине электрический ток поглощается полностью.
В практическом плане такого показателя добиться невозможно.
Для правильной работы электрооборудования и надежной защиты граждан допускается конечное значение 0,5 Ом для всего защитного устройства.
Защита электроприборов
Для обеспечения требуемого уровня защиты при работе с электрическими приборами различного типа возможны следующие защитные меры:
- надежная защита открытых для общего доступа токоведущих частей;
- усиление защитной изоляции методом ее наращивания;
- ограничение доступности к корпусам оборудования.
Кроме того, для этих целей могут применяться пониженные напряжения (если это позволяют особенности конструкции).
Чтобы избежать нежелательных пробоев изоляции и попадания опасного напряжения на корпуса электроприборов используются следующие «классические» методы:
- Наличие защитного заземления.
- Система выравнивания потенциалов.
- Дополнительная (усиленная) изоляция токоведущих частей.
В отдельных случаях ограничение проявляется в том, что такие образцы электроаппаратуры не допускается эксплуатировать в особо опасных помещениях (влажных или с сильным запылением). Если наряду с заземлением применяются другие способы защиты работающих с приборами людей – они не должны взаимно исключать друг друга. Другими словами их действие не должно снижать эффективность уже имеющейся и работающей в этом месте защиты.
Применение элементов естественных заземлителей допускается только в ситуациях, когда исключена вероятность нанесения подземным конструкциям ощутимого ущерба, связанного с протеканием по ним аварийного тока.
Защитные меры электробезопасности
Поскольку металлосвязь в любой момент может стать проводником тока высокого напряжения, вся система нуждается в защите от нежелательного контакта.
Следует соблюдать следующие меры электробезопасности:
- ограждать изделия от случайного прикосновения,
- выставлять заборы и ограды,
- прокладывать пластины и открытые кабели в пластиковом коробе или гофрированной трубке,
- место соединения жилы и контура закрывать герметичной коробкой,
- устанавливать в цепь устройства защитного отключения с порогом срабатывания 30 мА,
- предусматривать автоматическое отключение электричества,
- внедрять устройства уравнивания и выравнивания потенциалов.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.1.030 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление
ГОСТ 12.1.038 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов
ГОСТ 10434 Соединения контактные электрические. Классификация. Общие технические требования
ГОСТ 21130 Изделия электротехнические. Зажимы заземляющие и знаки заземления. Конструкция и размеры
ГОСТ 24291 Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения
ГОСТ 30331.1 (IEC 60364-1:2005) Электроустановки низковольтные. Часть 1. Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения
ГОСТ Р 50571.5.54/МЭК 60364-5-54:2011 Электроустановки низковольтные. Часть 5-54. Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов
ГОСТ Р 57190 Заземлители и заземляющие устройства различного назначения. Термины и определения
ГОСТ Р 58344 Заземлители и заземляющие устройства различного назначения. Общие технические требования к анодным заземлениям установок электрохимической защиты от коррозии
ГОСТ Р МЭК 60715 Аппаратура распределения и управления низковольтная. Установка и крепление на рейках электрических аппаратов в низковольтных комплектных устройствах распределения и управления
ГОСТ Р МЭК 62305-1 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы
ГОСТ Р МЭК 62305-4 Защита от молнии. Часть 4. Защита электрических и электронных систем внутри зданий и сооружений
Примечание – При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты” за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
Как рассчитать контур заземления: пошаговая инструкция
Проект создается в несколько этапов.
Шаг №1. Выбор материала
Металл и его профиль выбирают по вышеприведенной таблице 1.7.104. При изготовлении используют те материалы, которые имеются в наличии или проще всего приобрести в конкретной местности. Главное условие — соблюсти требуемое сечение.
Шаг №2. Определение конструкции
Здесь задаемся:
- глубиной забивки вертикальных заземлителей H;
- расстоянием между ними D;
- их количеством N.
Расчет предполагает их расположение в линию, а не треугольником, когда увеличивается зона экранирования. Но при необходимости этот вариант можно легко пересчитать.
Направление линии выбирается с учетом местных условий так, чтобы она не пересекалась с другим магистралями, например, канализацией, водопроводом, подводом газа.
Глубину забивки определяют опытным путем на одном контрольном экземпляре. Для него выкапывают ямку глубиной 0,7 метра и в нее загоняют пробный стержень.
При этом оценивают затрачиваемое усилие и особенности технологии. Если залить в ямку ведро воды и дать ее впитаться в грунт хотя бы полчаса, то забивка потребует меньших физических усилий.
Рекомендуемая длина для опытного образца обычно составляет 2-2,5 метра. Короче стержни делают только для очень плотных почв.
Расстояние между вертикальными электродами выбирают кратно их длине: это позволяет лучше учитывать коэффициенты взаимного влияния.
Количество вертикальных заземлителей определяет длину соединительной полосы с учетом участка подвода к дому, а ее характеристики тоже закладывают при расчете конструкции.
Когда конфигурация и размеры выбраны, то приступают к следующему этапу.
Шаг №3. Расчет электрического сопротивления выбранного контура
Вычисления по математическим формулам позволяют предварительно оценить собираемую конструкцию. Если она укладывается в норматив, то можно приступать к ее изготовлению. В противном случае вносятся коррективы схемы увеличением числа электродов, их заглублением или повышением расстояний.
Вначале считают сопротивление одиночных заземлителей с учетом их формы и способа заглубления.
Когда расчет выполнен и проверен, то приступают к определению специальных коэффициентов использования. Они учитывают степень экранирования и взаимного влияния электродов.
Привожу их наиболее распространенную часть таблицей.
После определения коэффициентов влияния можно приступать к общему расчету сопротивления заземляющего устройства. Привожу формулу.
Полученный результат может уложиться в нормируемые 30 Ом или быть выше. Если он не удовлетворяет требованиям ПУЭ, то потребуется что-то добавить в конструкцию или изменить размеры. После этого необходимо сделать новый расчет и добиться положительного результата.
Вычисления можно вести вручную по формулам на бумаге или воспользоваться онлайн калькулятором, приложенным ниже.
Просчитав несколько вариантов исполнения заземлительной конструкции, вы хорошо запомните ее особенности, поймете технологию сборки. А это поможет избежать ошибок и создать надежное устройство для длительной эксплуатации.
