Вертикальные заземлители
Вертикальные заземлители представляют собой сборную либо монолитную конструкцию, которая является основной частью заземляющего устройства (ЗУ). Их изготавливают из оцинкованной, омедненной и нержавеющей стали. Выбор материала для заземления зависит от различных факторов среды, в которой контур заземления предполагается установить.
Металл является отличным проводником электрического тока, который, в свою очередь беспрепятственно уходит в землю. Качество системы заземления следует оценивать исходя из коррозионной стойкости его составных частей. Электропроводящие элементы, находящиеся под землей, подвергаются более жестким условиям, чем аналогичные элементы, которые располагаются на поверхности земли или внутри конструкции. Способность электрических заземляющих компонентов противостоять коррозии определяет их срок эксплуатации.
Предназначение вертикальных заземлителей
Вертикальные заземлители повсеместно применяют для обеспечения:
- защиты людей и животных от поражения током, при его утечке – защитное заземление (РЕ);
- рассеивания в земле токов молнии – заземление молниезащиты;
- защита высокоточного компьютерного оборудования от паразитных токов и наводок – функциональное заземление (FE).
Современные способы систем заземления служат различным целям. Первостепенной задачей является защита людей от поражения электрическим током.
Защитное заземление ограничивает потенциал между нетоковедущими электропроводными объектами, а также между нетоковедущими электропроводными объектами и землей, существенно снижая риск поражения электрическим током.
Система заземления играет важную роль при безопасном и эффективном рассеивании токов молний, улавливаемых системами молниезащиты зданий и сооружений, а также эффективном функционировании устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). При большом сопротивлении контура заземления, УЗИП находится под воздействием возросшего напряжения, в результате чего ухудшается его способность защищать дорогостоящее оборудование. Современное электронное оборудование, обеспечивающее преобразование сигнала в цифровой сигнал низкого напряжения, основывается на эффективной системе заземления. Эффективное заземление лежит в основе надежности работы энергосистем, предотвращая пробой изоляции на передающих линиях и защищая дорогое оборудование.
Коррозионная стойкость вертикальных заземлителей
Циркуляр 579 Национального бюро стандартов США
С 1910 по 1955 год Национальное бюро стандартов провело обширное исследование подземной коррозии, во время которого 36500 образцов, представляющих 333 разновидности покрытий из черных и цветных металлов и защитных материалов, подвергались испытанию в 128 местах по всей территории Соединенных Штатов. Это исследование по праву считается одним из наиболее полных исследований коррозии, которые когда-либо проводились.
Стержневой электрод, покрытый 254 мкм меди, будет сохранять свои технические характеристики в течение более чем 40 лет в большинстве типов почвы. Также будет показано, что в большинстве типов почвы стержневые электроды, покрытые 99,06 мкм цинка, смогут сохранять свои качества лишь в течение 10-15 лет. Цель настоящего отчета состоит в том, чтобы, показав разницу предполагаемого срока службы, подчеркнуть важность выбора электрода для данного применения.
Средняя полная глубина разрушения медных стержней по истечению 13 лет из 14 мест составила менее 0,013 мкм. Анализ оставшихся 29 мест, в которых образцы были размещены на 8 лет, показал среднюю полную глубину разрушения равную 0,023 мкм.
Время, необходимое для удаления 254 мкм меди, может быть использовано для установления номинального срока службы заземляющего стержневого электрода. Несмотря на то, что использовались различные типы почвы, данные за 8 и 13 лет показывают, что интенсивность коррозии со временем, похоже, уменьшается. Возможно, это происходит благодаря защитной пленке окиси меди, которая образуется на стержне. Хотя полученные в результате исследования данные о коррозии зачастую не соответствуют ее воздействию в реальной жизни. Из них с достаточным основанием можно сделать вывод, что в подавляющем количестве подвергнутых испытанию почв ожидаемый срок службы может превышать 40 лет.
В 1924 году было инициировано исследование по размещению в земле образцов из пяти основных металлов, покрытых слоем цинка различной толщины методом погружения в горячую ванну. Исследование закончилось через 10 лет. Было подвергнуто испытанию 208 образцов труб, покрытых цинком средней толщиной 2,82 унции на квадратный фут. Каждая унция на квадратный фут равна толщине покрытия в 43,7 мкм, что составило примерно 125 мкм общей толщины цинкового слоя. Кроме того, было помещено в землю определенное количество оцинкованных стальных пластин с толщиной покрытия от 71 до 225 мкм.
«Анализ этих данных показал, что в большинстве почв цинковое покрытие толщиной в 2 унции (88,9 мкм) и менее было разрушено в течение 10-летнего периода нахождения в земле, и наблюдалась точечная коррозия в подлежащем стальном слое». Относительно защиты, обеспечиваемой цинковым покрытием стальных труб, в отчете делается вывод, что «… для неорганических окисляющих почв номинальная толщина покрытия в 2 унции обеспечит срок службы как минимум на 10 лет. Было также продемонстрировано, что покрытие толщиной в 3 унции (132 мкм) обеспечивает соответствующую защиту на срок от 10 до 13 лет во всех типах неорганических раскисленных почв, за исключением почв с высокой концентрацией солей». Следует иметь в виду, что номинальная толщина покрытия оцинкованного заземляющего стержня составляет 99 мкм.
«Производственное испытание электрических заземляющих стержней» – Инженерно-строительная лаборатория ВМС США (NCEL)
При сотрудничестве с Национальной ассоциацией инженеров. Инженерно-строительная лаборатория ВМС США осуществила 7-летнюю программу испытания металлических стержней для электрического заземления. Среди прочих материалов в программу испытаний были включены стальные стержни, покрытые медью, с нержавеющим покрытием и цинком. Образцы были помещены в землю каждый отдельно и соединены попарно, с тем, чтобы определить степень воздействия электрохимической коррозии, которое каждый стержень оказывал на другие металлы.
В отношении отдельно размещенных стержневых электродов после их извлечения по прошествии 7 лет после размещения наблюдалось следующее:
Оцинкованные стальные стержневые электроды: «большая часть цинкового покрытия разрушена. Поражение коррозией стали больше всего было у поверхности земли. Здесь, а также в верхней части электрода точечная коррозия была интенсивней».
Стержневой электрод с нержавеющим покрытием: «коррозия на медном покрытии не выявлена, однако в верхней части стального сердечника было обнаружено корродированное пятно размером примерно 2,54 см под покрытием».
Стержневой электрод, покрытый медью: «фактически, коррозия на медном покрытии не выявлена, однако в верхней части стального сердечника было обнаружено корродированное пятно размером примерно 5 см под покрытием»
Национальный научно-исследовательский проект по разработке систем заземления –Извлечение стержневых электродов на производственном участке Павни.
Национальный научно-исследовательский проект по разработке систем заземления был начат в 1992 году с целью сравнения долговечности функциональных характеристик различных типов заземляющих электродов. Организованное изначально Отделением Южной Невады Международной ассоциации электротехнических инспекторов, в настоящее время исследование проводится под контролем Научно-исследовательского фонда противопожарной защиты. В 2003 году на одном из первоначальных производственных участков (Павни) производились землеройные работы и были выкопаны образцы стержневых электродов на 5/8 дюйма (14,2 мм) покрытых медью и на 3/4 дюйма (17,2 мм) – оцинкованных. Были установлены результаты. На электроде на 5/8 дюйма покрытом медью практически не было коррозии, в то время как на электроде, на 3/4 дюйма оцинкованном, были видны значительные повреждения.
Виды вертикальных заземлителей
- стальной оцинкованный уголок;
- стальной оцинкованный прут;
- модульно-штыревое заземление;
- электролитическое глубинное заземление.
Два первых вида являются самыми недорогими и очередь недолговечными. Установка таких заземлителей сопряжена с трудностями и зачастую посредством таких заземлителей невозможно добиться требуемого омического сопротивления заземляющего устройства.
Модульно-штыревое заземление делят на муфтовое и безмуфтовое. В муфтовом заземлении соединение штырей длинной 1 м или 1,5 м производят посредством оцинкованных, нержавеющих либо латунных муфт.
Безмуфтовые вертикальные заземлители соединяют посредством шип-пазовой системы стыковки, предусмотренной конструктивном.
В зависимости от необходимости длина муфтовых и безмуфтовых вертикальных заземлителей может доходить до 30 м.
К примеру, для заземления частого дома или для заземления газового котла, сперва необходимо измерить удельное сопротивление грунта. Затем по формулам рассчитывается необходимые диаметры и длины вертикальных заземлителей, для достижения, нормируемого сопротивления.
Электролитическое, химически активное вертикальное заземление устанавливают в высокоомных скалистых грунтах или в местах с ограниченной площадью установки заземления, где необходимо добиться максимально низкого сопротивления.
Проектирование, расчет, выбор материала и вида вертикальных заземлителей во избежание ошибок следует доверить специалистам в данной области. Наша организация занимается проектированием и монтажом всех видов заземления в Санкт-Петербурге и Ленинградской области.