Заземление – иллюзии и реальность

Авторы: Александр Гончаров, начальник отдела Систем заземления и молниезащиты Watson Telecom

Анатолий Гаврилов, начальник службы грозозащиты и изоляции ПАО "Сумыоблэнерго"

Опубликовано: журнал "Электропанорама" №3/2013

Земля - это проводник электрического тока огромных размеров.

Все виды энергетического оборудования – подстанции (ПС), высоковольтные линии (ВЛ) установлены на земле. Это дает возможность использовать ее в работе электроустановок.

Как и зачем используется земля?

Ее роль проста и исключительно важна!

При помощи заземляющих устройств (ЗУ) между энергетическим оборудованием и землей осуществляется электрическая связь, которая выполняет следующие функции:

- защитную,

- молниезащитную,

- функциональную.

В настоящее время ЗУ необходимо не только для обеспечения своих традиционных функций электробезопасности персонала (шаговое напряжение, напряжение прикосновения) и молниезащиты, но и для обеспечения функционирования электронных устройств всех видов и назначений. Роль электроники, телекоммуникационных технологий и компьютерной техники стремительно растет во всех областях человеческой деятельности, в том числе и в энергетике, а это предъявляет особые, повышенные, требования к ЗУ.

Таким образом, безопасность, бесперебойность и эффективность громадного комплекса передачи электроэнергии в электрических сетях в значительной степени зависят от:

- качества выполнения ЗУ,

- сопротивления ЗУ

- материалов, из которых оно изготовлено.

А разрыв между ухудшающимися характеристиками существующих ЗУ всех видов, которые стареют (ржавеют) и возрастающими требованиями к величине, стабильности сопротивления и долговечности ЗУ с каждым годом увеличивается…

Реальность 1: Система заземления должна удовлетворять следующим критериям:

1. Иметь минимально возможный вес, габариты, быть стандартной, применимой в грунтах различных типов и удобной в транспортировке.

2. Быстро устанавливаться и иметь типовое решение удобное для проектировщиков и монтажников.

3. Быть простой в проектировании, монтаже и обслуживании.

4. Обеспечивать длительный (более 40 лет) срок эксплуатации и эффективную электробезопасность.

5. Иметь высокую защищенность от коррозии.

Использование уголка или круглой арматуры, которая забивается кувалдой на глубину от 2 до 4 м. или бурильной установки для погружения обсадной трубы не отвечает ни одному из вышеизложенных критериев.

Реальность 2: Оптимальное решение – есть! Это система заземления WTG по технологии Galmar от Watson Telecom, которая изготавливается в соответствии с ТУ У 31.2-31304435-001:2012 «Комплект заземлення типу WTG». Она является стандартной, применимой для всех видов ЗУ во всех типах грунтов. Это дает возможность проектным и монтажным организациям оптимизировать подход к проектированию и монтажу ЗУ, добиться требуемой величины сопротивления и избавиться от всех недостатков и сложностей присущих «уголковому» способу.

Реальность 3 - Срок эксплуатации ЗУ напрямую зависит от материалов и качества монтажа, а эффективность работы – от сопротивления.

Приведённое выражение (профессор Дуайт (Dwight H.R) из Массачусетского технологического института) описывает зависимость сопротивления растекания электрода R от удельного сопротивления грунта r, глубины погружения L и диаметра d.

Заземление нужно делать:

- С требуемым сопротивлением растеканию

- Со стабильными характеристикам, не зависящими от погодных условий

- С большим сроком эксплуатации

- Быстро и с минимальными затратами

Иллюзия 1 – «чем толще, тем лучше»

Это заблуждение основывается на, казалось бы, совершенно очевидных рассуждениях – чем толще стержень заземлителя, тем больше поверхность его соприкосновения с землёй и тем меньше сопротивление растекания. На первый взгляд всё логично и правильно. И всё-таки …

Нетрудно определить, что увеличение диаметра электрода в 2 раза приведёт к уменьшению сопротивления растекания на 10%. В то же время металлоемкость (масса и габариты) увеличится вчетверо!

Восьмикратное же увеличение диаметра электрода снизит сопротивление растекания всего на 30%. Металлоемкость такого заземлителя, даже при использовании не цельных стержней, а металлических труб 102х6 мм, увеличится в 10 раз!

Таким образом, толще – не лучше, а значительно дороже. Эффект на гривну, затрат – на тысячу!

Альтернатива есть! – диаметр омедненного стального стержня Galmar – 14,2 мм – достаточная прочность и надёжность при минимальных массе и габаритах. Диаметр соответствует ПУЭ и ДБН.

Иллюзия 2 – «верность традициям»

Что такое «традиционное» заземляющее устройство?

Это:

- поиск и подготовка площадки (проблема особенно в условиях плотной городской застройки);

- вскрытие грунта или асфальто-бетонных покрытий;

- транспортировка громоздких металлоконструкций;

- подготовка (нарезка) труб или уголка из чёрного металла;

- бурение скважин в тяжелых грунтах под трубы, применение техники для забивки уголков;

- объединение сваркой горизонтальной стальной полосы и уголков (труб);

- рекультивация площади, задействованной для оборудования заземляющего устройства;

- значительные трудозатраты (люди и техника), растянутые сроки монтажа;

- сезонная нестабильность параметров заземлителя - как следствие нестабильности параметров верхнего слоя грунта при изменении температуры и влажности.

Перечислив все эти проблемы и недостатки «традиционного» способа, можно задуматься, может это просто привычка, которая иногда мешает разглядеть преимущества современного подхода?!

Альтернатива есть! – система заземления WTG на базе омедненных стержней Galmar.

Иллюзия 3 – «железо вечно!

К сожалению, заземлители из чёрного металла имеют ограниченный срок эксплуатации 5-10 лет в зависимости от толщины заложенных конструкций и от агрессивности почвенной и/или электролитической коррозии.

Альтернатива есть! - стальные омеднённые стержни с толщиной слоя меди, нанесённого гальваническим способом, более 250 мкм. Срок службы таких заземляющих устройств более 40 лет! – Подтверждено и практикой на территории Украины и лабораторными испытаниями.

Иллюзия 4 – «любая толщина меди одинаково эффективна»

Слой медного покрытия должен быть более 250 мкм, иначе:

- при установке стержней медь будет сдираться, и металл стержня будет иметь контакт с грунтом и корродировать;

- при нанесении резьбы медь будет отслаиваться;

- заземлитель будет подвержен электролитической коррозии.

Толщина 250 мкм стандартизирована нормативными документами Украины - ПУЭ. Гл. 1.7; ДБН В.2.5-27-2006; Р 45-017-2007; Европы - EN 50164; США - UL 467 и других стран.

Толщина меди 250 мкм + Молекулярная связь меди со стальным стержнем + Резьба нанесенная после омеднения = качество

Альтернатива есть! - стержни Galmar покрытые электролитическим способом медью, которая образует молекулярную, неразрывную связь со сталью. Толщина слоя меди более 250 мкм.

Иллюзия 5 – «резьба не нужна»

Любое механическое соединение «разболтается» при забивании, поэтому стержни с механическим соединением можно ставить на глубину менее 6 м. Если глубже, то невозможно гарантировать качество соединения, параметры заземления и срок его службы. Такое соединение подвержено коррозии.

Резьба – это функционально очень важный элемент, значительно облегчающий и ускоряющий монтаж. Резьбовое соединение дает гарантию высокого качества соединения и его защищенность от коррозии при установке на глубину до 42 м (рекорд Watson Telecom).

Нанести резьбу и сохранить медное покрытие целым, чтобы медь без каких-либо повреждений лежала в каждом витке резьбы – технологически сложно, сказать что она не нужна - гораздо проще.

Альтернатива есть! - стальные омеднённые стержни Galmar, на которые после омеднения нанесена резьба при полном сохранении целостности и непрерывности медного покрытия.

Иллюзия 6 – «измеренному верить!»

Заземляющее устройство, выполненное традиционным способом, когда тепло, идут дожди и почва насыщена влагой, не сохранит значений измеренного сопротивления растекания в жаркий сухой летний период или в зимнее время при промерзании верхнего слоя грунта. Именно поэтому в расчётах «традиционного» ЗУ следует учитывать сезонные поправки, о которых часто «забывают».

Альтернатива есть! – глубинное заземление, т.е. использование слоёв земли глубже 5 метров, свойства которых не подвержены ни сезонным, ни температурным изменениям. Измерениям, сделанным при монтаже глубинных заземлителей, можно доверять круглогодично! Сезонные поправки не используются!

Иллюзия 7– «тяжелый грунт - проблема!» Тяжелый грунт, скальные выходы и т.п. ограничивают глубину «традиционных» заземлителей 0,5-3 метрами. Хотя существует реальная возможность сделать заземлители глубже.

Альтернатива есть! – система заземления WTG позволяет оптимально использовать сложный рельеф местности. В скальных грунтах с различной глубиной залегания можно добиться максимального в данных условиях погружения стержней.

Реальность 4 – реализация всех альтернатив!

Комплекты заземления WTG, которые изготавливаются в соответствии с ТУ У 31.2-31304435-001:2012.

Это модульная система заземления, предназначенная для организации всех видов ЗУ на телекоммуникационных, энергетических и жилых объектах, промышленных предприятиях, АЗС и т.п. Основным элементом системы является омедненный стержень Galmar.

Достоинства

• Минимальная площадь заземляющего устройства;
• Высокая коррозиестойкость (минимум 40 лет);
• Удобство и технологичность монтажа;
• Минимальные затраты на монтаж и эксплуатацию;
• Высокая устойчивость медного покрытия к изгибу и отслоению;
• Сопротивление ЗУ, не зависит от погодных условий;
• Возможность установки глубинных заземлителей;
• Модульный принцип построения (установка вибромолотом путем постепенного наращивания)

Состав системы в соответствии с Р 45-017-2007:

• Полутораметровые стальные стержни Galmar с резьбой, покрытые слоем меди толщиной более 250 мкм;

• Соединительные муфты;

• Наконечники для обычных и твёрдых грунтов;

• Антикоррозионная токопроводящая паста;

• Аксессуары (зажимы, защитная лента, смотровое устройство и прочее)

Принципиальное преимущество вертикальных заземлителей на базе комплектов WTG – их модульно-штыревая конструкция.

Стальные цельнотянутые стержни (1) соединяются латунными муфтами (2).

Места соединений при монтаже заполняются антикоррозионной токопроводящей пастой, которая обеспечивает защиту места соединения стержней от коррозии и надёжный электрический контакт.

Муфта, омедненная резьба и паста обеспечивают высокое качество соединения, надежно защищают его от коррозии, обеспечивают целостность медного покрытия по всей длине заземлителя.

На графике показаны реальные результаты измерений сопротивления растекания глубинного заземлителя, выполненные в процессе его монтажа через каждые 1,5 м.

Результат менее 2 Ом получен при достижении глубины 18 м, забиты 12 стержней менее чем за 1 час.

Используя данные графика, можно рассчитать, что в случае «традиционного» заземляющего устройства (уголок, пруток) глубиной 4,5 метра для получения 2-Омного ЗУ понадобилось бы забить и объединить 80 точек на площади примерно 700 м². Комментарии излишни…

При монтаже заземляющего устройства на базе комплектов WTG измерения сопротивления растекания проводятся через каждые 1,5 м заглубления стержней.

Это позволяет использовать ровно столько стержней, сколько необходимо для достижения требуемого значения сопротивления заземляющего устройства, т.е. исключить излишний расход материалов.

Реальность 5 - применение комплектов WTG по технологии GALMAR регламентировано основными нормативными документами Украины:

• ПУЭ. Гл. 1.7 – Заземлення і захисні заходи електробезпеки – 2006 р. (табл. 1.7.5 - Мінімальні розміри заземлювачів і заземлювальних провідників, прокладених у землі)
• ДБН В.2.5-27-2006 – Захисні заходи електробезпеки в електроустановках будинков і споруд. (табл. 4.1 – Мінімальні розміри штучних заземлювачів)
• Р 45-017-2007 – Рекомендація Міністерства транспорту та зв’язку України
• ТУ У 31.2-31304435-001:2012 - Комплект заземлення типу WTG

Выводы:

Система заземления типа WTG от Watson Telecom даёт проектным и монтажным организациям технологию, которая предоставляет возможность сделать ЗУ оптимальным для различных условий, облегчит и ускорит монтаж, повысит производительность труда, резко снизит инженерные риски, а также позволяет унифицировать подход к монтажу ЗУ по принципу «разные условия – одно решение».

Использование комплектов заземления WTG при строительстве и реконструкции дает возможность смонтировать ЗУ с повышенной антикоррозионной защитой и в соответствии с требованиями нормативных документов и технической спецификацией на оборудование. Они компактны, удобны в транспортировке, могут использоваться для монтажа всех видов ЗУ в любых типах грунтов.

Таким образом, при использовании комплектов заземления WTG все составляющие, влияющие на надежность и готовность объекта, такие как:

- оптимальное проектное решение;

- качество материалов;

- качество монтажа;

- удобство эксплуатации,

резко улучшаются, становятся стандартными для различных условий.

Watson Telecom в настоящее время предоставляет весь спектр услуг, начиная с поставки материалов и обучения специалистов Заказчика в собственном учебном центре и заканчивая изыскательскими работами с проведением комплекса измерений, проектированием, монтажом ЗУ, оформлением исполнительской документации.

Система заземления WTG от компании Watson Telecom – это решение достойное профессионалов.

ИЛЛЮЗИЯ - Ошибочное восприятие предметов, явлений, принятие кажущегося, мнимого за действительное [Толковый словарь русского языка (Ожегов С., Шведова Н)]

РЕАЛЬНОСТЬ — Объективно существующая действительность. [Современный толковый словарь русского языка Ефремовой]