В последнее время возникает много вопросов о заземлении, о его значении, о необходимости его делать при электромонтаже. Также много вопросов и дискуссий возникает по поводу того, каким должно быть заземление, из какого материала выполнено, как присоединено. Так же немало вопросов о том, какие должны быть параметры у заземления, хотя если говорить технически грамотно, то правильнее всего использовать термин заземляющее устройство ну или сокращенно ЗУ.

Долгое время основополагающим документом для всех электриков (проектировщиков, электромонтеров) являлись ПУЭ (правила устройства электроустановок). Однако самая последняя редакция ПУЭ (ПУЭ-7) была утверждена приказом Министерства энергетики РФ 08.07.2002 г. и введена в действие с 01.01.2003 г. С тех прошло почти двадцать лет. Срок приличный, в том числе для развития науки и техники, однако никаких редакций в этом документе не было. За двадцать лет наука и техника ушли далеко вперед. Появлялись новые материалы, новые технологии. Электротехника стала сложнее, чувствительнее к различного рода помехам, статистическому напряжению, стала более требовательной к качеству электроэнергии. Все это требовало пересмотра старых норм и старых стандартов, которые переставали удовлетворять современным требованиям. В 2004 году при Министерстве промышленности и торговли был создан орган исполнительной власти Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (сокращенно — Росстандарт). Так вот, начиная с 2010 года этим ведомством конкретно по ЗУ был выпущен не один ГОСТ по требованиям к материалам и другим техническим параметрам ЗУ. Самый свежий датируется 26.03.2021 г. Соответственно в данной статье я рассмотрю требования к заземляющим устройствам на сегодняшний день. За основу возьмем ГОСТ Р 58882-2020 ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА. СИСТЕМЫ УРАВНИВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ. ЗАЗЕМЛИТЕЛИ. ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ ПРОВОДНИКИ. Заходим в раздел 7.6 Требования к заземляющим устройствам электроустановок напряжением до 1 кВ, открываем п.п. 7.6.1 Требования назначения.

7.6.1.1 Основные требования к ЗУ, защитным проводникам и проводникам уравнивания потенциалов, применяемых для обеспечения безопасности в электроустановках, определены в ГОСТ Р 50571.5.54. ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НИЗКОВОЛЬТНЫЕ. Часть 5-54 Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов.

По сути, этот пункт отсылает нас к этой норме вышеупомянутого ГОСТа:

Таблица 54.1 — Минимальные размеры проложенных в земле заземляющих электродов из наиболее распространенных материалов с точки зрения коррозионной и механической стойкости

Итак, по конструкции ЗУ можно сделать однозначный вывод, что с точки зрения коррозионной и механической стойкости допускается использовать материалы, обладающие стойкостью к механическим и коррозионным воздействиям. Так что, ответ на вопрос допускается ли применение в конструкциях ЗУ обычного черного металла, присоединение к вертикальному заземлителю провода в ПВХ изоляции и т. д. очевиден. Нет не допускается. Причина очень простая. Заземляющий электрод из обычного черного металла, не обладая стойкостью к коррозионному воздействию, достаточно быстро покроется коррозией. Токопроводимость у коррозионного слоя намного ниже, чем у чистого металла, что в свою очередь приведет к увеличению сопротивлению растеканию тока на землю такого ЗУ. И чем больше будет корродировать металл вертикального заземлителя, тем больше будет увеличиваться сопротивление растеканию тока с такого электрода. Скорость коррозии зависит в основном от РН грунта (РН — это кислотно-щелочной баланс). Если грунт нейтральный (РН = 7), то срок нормальной эксплуатации ЗУ из черного металла составит примерно 5-10 лет. Если же будут отклонения как в кислотную, так и в щелочную среду, то этот срок может сократиться в разы. Еще есть такое явление как блуждающие токи в земле. Такое явление часто возникает в местах большого скопления подземных коммуникаций (трубопроводы, газопроводы, кабельные трассы различных классов напряжения, заземляющие устройства, необъединенные в одну систему уравнивания потенциалов и т. д.). Эти токи вызывают электрохимическую коррозию, что также приводит к быстрому разрушению заземлителей из черного металла.

С материалами вроде бы все понятно, теперь несколько слов о конструкции ЗУ. Тут жестких требований нет и не может быть, поскольку ЗУ проектируется для каждого объекта отдельно с учетом особенностей территории, на которой расположен объект, характера грунта, в котором будет расположено ЗУ и его удельного электрического сопротивления. Причем грунты бывают настолько разными, что конструкция, успешно работающая на одном типе грунта, может быть абсолютно неприменима к другим типам. Проектировщики для расчета пользуются следующими данными по удельному сопротивлению грунта:

Таким образом, для точного расчета ЗУ лучше обратиться к инженеру-проектировщику. Хотя в последнее время производители оборудования для ЗУ размещают на своих сайтах онлайн калькуляторы для расчета, поэтому можно сделать достаточно точный расчет самостоятельно, важно лишь правильно ввести значения сопротивления грунта. Если грунт однородный тут все бы ничего, однако, если грунт многослойный, то задача усложняется, поскольку нужно сначала вычислить эквивалентное сопротивление многослойного грунта и только после этого вводить в калькулятор это значение.

В последние году пользуются популярностью модульные конструкции вертикальных заземляющих электродов. Они удобны в монтаже и позволяют прощать ошибки, допущенные проектировщиками при расчетах. Ошибки чаще всего происходят от неправильно предоставленных данных по удельному сопротивлению грунта. Модульную конструкцию всегда можно дополнить в процессе монтажа, особенно это касается точечных глубинных заземлителей.

Модульные конструкции представляют из себя набор металлических круглых стержней и соединительных элементов, которые позволяют наращивать общую длину стрежня и, соответственно, глубину погружения его в грунт. Если есть в наличии прибор для измерения сопротивления растекания тока с монтируемого ЗУ, то можно спокойно работать до получения необходимого результата.

Модульные конструкции бывают двух видов:

1. Соединяемые между собой резьбовыми муфтами стержни;

2. Безмуфтовые электроды.

В первом случае сначала забивается стартовый электрод, потом на резьбовой конец этого электрода навинчивается муфта, в которую ввинчивается следующий электрод, забивается, снова муфта, снова электрод и т. д. Вроде бы все просто и удобно, но есть одно «но». В процессе монтажа для забивания в землю такого электрода используется специальная резьбовая монтажная муфта, которая навинчивается на конец электрода, в которую, в свою очередь ввинчивается приемная головка или нагель для передачи энергии удара от отбойного молотка или кувалды (кто чем пользуется) на забиваемый электрод. И вот здесь самое слабое место. Соединение электрод — монтажная муфта — приемная головка (нагель) имеет свойство раскручиваться в процессе монтажа. И чем туже идет электрод в землю, тем быстрее это соединение слабеет и раскручивается. Приходится постоянно за ним следить и подтягивать его. Еще это место сильно нагревается, что приводит к такому тепловому расширению, что это соединение порой просто сваривается. В этом случае монтаж на данной точке можно считать оконченным. Чтобы этого избежать, приходится всегда контролировать температуру вышеупомянутого соединения и использовать, как правило, несколько монтажных комплектов (муфта — головка (нагель). Однако это приводит к дополнительным трудозатратам на частую разборку-сборку монтажного соединения и, в свою очередь, увеличивает время производства работ.

Во втором случае все гораздо проще. Каждый стержень имеет с одной стороны заостренный конец с другой внутреннюю проточку. В процессе монтажа не используются монтажные и соединительные резьбовые муфты. Заостренный конец каждого последующего стержня запрессовывается в процессе монтажа во внутреннюю проточку предыдущего, а ударные нагрузки при забивании передаются через нагель непосредственно на сам забиваемый стержень, что полностью исключает неблагоприятные последствия, которые бывают при монтаже с резьбовыми муфтовыми соединениями.

Переходим к техническим характеристикам по наибольшему допустимому сопротивлению растеканию тока.

Таблица В.1 — Наибольшие допустимые сопротивления ЗУ

Для того, чтобы правильно понимать и применять данные нормы нужно разобраться в значениях двух ключевых понятиях:

· Электроустановка;

· Повторное заземление;

Электроустановка — совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии. Это общее определение по ПУЭ-7 (п. 1.1.3)

Далее более детально раскрывается это понятие в п.7.1.1-7.1.45 Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий. Область применения. Определения

7.1.1. Настоящая глава Правил распространяется на электроустановки: жилых зданий, перечисленных в СНиП 2.08.01-89 «Жилые здания»; общественных зданий, перечисленных в СНиП 2.08.02-89 «Общественные здания и сооружения» (за исключением зданий и помещений, перечисленных в гл. 7.2): административных и бытовых зданий, перечисленных в СНиП 2.09.04-87 «Административные и бытовые здания»; к электроустановкам уникальных и других специальных зданий, не вошедших в вышеуказанный список, могут предъявляться дополнительные требования.

Далее по тексту, если нет уточнения, под словом «здания» понимаются все типы зданий, на которые распространяется данная глава.

Требования настоящей главы не распространяются на специальные электроустановки в лечебно-профилактических учреждениях, организациях и учреждениях науки и научного обслуживания, на системы диспетчеризации и связи, а также на электроустановки, которые по своему характеру должны быть отнесены к электроустановкам промышленных предприятии (мастерские, котельные, тепловые пункты, насосные, фабрики-прачечные, фабрики-химчистки и т.п.).

7.1.2. Электроустановки зданий, кроме требований настоящей главы, должны удовлетворять требованиям глав разд. 1-6 ПУЭ в той мере, в какой они не изменены настоящей главой.

7.1.3. Вводное устройство (ВУ) — совокупность конструкций, аппаратов и приборов, устанавливаемых на вводе питающей линии в здание или в его обособленную часть.

Вводное устройство, включающее в себя также аппараты и приборы отходящих линий, называется вводно-распределительным (ВРУ).

7.1.4. Главный распределительный щит (ГРЩ) — распределительный щит, через который снабжается электроэнергией все здание или его обособленная часть. Роль ГРЩ может выполнять ВРУ или щит низкого напряжения подстанции.

7.1.5. Распределительный пункт (РП) — устройство, в котором установлены аппараты защиты и коммутационные аппараты (или только аппараты защиты) для отдельных электроприемников или их групп (электродвигателей, групповых щитков).

7.1.6. Групповой щиток — устройство, в котором установлены аппараты защиты и коммутационные аппараты (или только аппараты защиты) для отдельных групп светильников, штепсельных розеток и стационарных электроприемников.

7.1.7. Квартирный щиток — групповой щиток, установленный в квартире и предназначенный для присоединения сети, питающей светильники, штепсельные розетки и стационарные электроприемники квартиры.

7.1.8. Этажный распределительный щиток — щиток, установленный на этажах жилых домов и предназначенный для питания квартир или квартирных щитков.

7.1.9. Электрощитовое помещение — помещение. доступное только для обслуживающего квалифицированного персонала, в котором устанавливаются ВУ, ВРУ, ГРЩ и другие распределительные устройства.

7.1.10. Питающая сеть — сеть от распределительного устройства подстанции или ответвления от воздушных линий электропередачи до ВУ, ВРУ, ГРЩ.

7.1.11. Распределительная сеть — сеть от ВУ, ВРУ, ГРЩ до распределительных пунктов и щитков.

7.1.12. Групповая сеть — сеть от щитков и распределительных пунктов до светильников, штепсельных розеток и других электроприемников.

Таким образом любой электрощит с коммутационными аппаратами 0,4 кВ будет являться электроустановкой до 1000 В, независимо от того, где он расположен. С этим разобрались.

Переходим к понятию повторное заземление. При применении системы TN (система с глухозаземленной нейтралью трансформатора terra — земля neutrum — нейтраль) рекомендуется выполнять повторное заземление PE- и PEN-проводников на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется. (ПУЭ-7 п.1.7.61). Свежий ГОСТ, по сути, эту норму дублирует. П. 7.6.3.6 При применении системы ТN при питании по кабельным линиям на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах рекомендуется выполнять повторное заземление РЕ- и РЕN-проводников. Для повторного заземления в первую очередь следует использовать естественные заземлители.

Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется. Внутри больших и многоэтажных зданий функцию повторного заземления выполняет дополнительное уравнивание потенциалов при помощи присоединения нулевого защитного проводника к сторонним проводящим частям. Такие присоединения рекомендуется выполнять как можно более равномерно.

В целом же понятие заземление по ПУЭ-7 определяется как преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (п. 1.7.28).

Таким образом у нас возникают два немного отличающихся друг от друга понятия:

· Заземлитель электроустановки;

· Повторный заземлитель.

Чем же они друг от друга отличаются? Если рассматривать линию электроснабжения 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью, то по смыслу можно понять, что основное (первичное) — это ЗУ, к которому непосредственно присоединена нейтраль трансформатора, поскольку такие понятия как нейтраль, нулевой рабочий и нулевой защитный проводники появляются только в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1000 В. Все остальные заземлители по отношению к заземлителю нейтрали трансформатора будут повторными.

С понятиями, определениями и нормами разобрались. Теперь можно переходить к умозаключениям. Итак, мы имеем нормируемое сопротивление растеканию тока искусственного заземлителя с подключенными естественными заземлителями и учетом использования заземлителей повторных заземлений нулевого провода ВЛ напряжением до 1 кВ при количестве отходящих линий не менее двух при напряжении источника, В трехфазный/однофазный 380/220 В не более 4 Ом. Что это означает? А означает это то, что измерения производятся не отдельно контура или очага повторного заземления, а всей системы в целом. Причем хочу обратить внимание, что отходящих линий от такой установки должно быть не менее двух. Теперь вывод, если брать ящик с узлом учета на столбе, где от ВЛ 0,4 кВ опускается СИП, а от ящика идет одна отходящая линия, независимо от того куда, то применяется простая норма о повторном заземлении, сопротивление которого не нормируется. Однако на ВРУ все равно придется делать еще одно повторное заземление, где требование о 4-х Омах уже будет обязательно.

Теперь возникает вопрос, как же рассчитать ЗУ для любой электроустановки, чтобы оно удовлетворяло требованию по растеканию тока с учетом всех остальных естественных и искусственных заземлителей. Тут существуют два варианта. Либо делать это опытным путем, постепенно собирая модульное устройство и проводя замеры после монтажа каждого дополнительного стержня или электрода, до достижения необходимых параметров по общему сопротивлению растеканию тока. Либо сразу ориентироваться в расчетах на чистое сопротивление в 4 Ома.

У каждого метода есть своя область применения. Для индивидуальных жилых домов предпочтительнее первый метод, поскольку электроустановки частников, как правило, не поднадзорны, ну и экономически это обходится дешевле. Однако я бы все же рекомендовал частникам не относится безответственно к заземлению по двум причинам. Во-первых, заземление это основа электробезопасности, ведь не случайно ПУЭ начинается именно с раздела о заземлении. Во-вторых, современная аппаратура, зачастую предъявляет более высокие требования к ЗУ, в том числе и к повторному, чем действующая НТД. К примеру, в руководствах по эксплуатации некоторых автоматизированных систем связи и управления часто прописываются требования к заземлению. Взять хотя бы те же современные газовые и электрокотлы. А в случае выхода из строя такого оборудования в течение гарантийного срока в гарантийной мастерской с большой долей вероятности могут попросить подтвердить надлежащие условия эксплуатации. И если у заявителя отсутствует протокол измерения сопротивления растеканию тока с ЗУ, где указано, что это сопротивление соответствует требованию, указанному в руководстве по эксплуатации, то заявителю скорее всего откажут в гарантийном ремонте.

Для общественных и промышленных зданий конечно же применяется второй метод расчета, поскольку электромонтажные работы ведутся, как правило, по технической документации, которая разрабатывается на основании технического задания. А в технических заданиях всегда ориентируются на чистое сопротивление в 4 Ома для защитного ЗУ электроустановок. Проектировщики также в своих расчетах берут значение в 4 Ома. Соответственно в данном случае производятся измерения чистого ЗУ без подключенных повторных заземлителей и рассматривается оно не как повторное заземление, а как ЗУ вновь вводимой в эксплуатацию электроустановки напряжением до 1000 В.

Таким образом нельзя просто рассматривать ту или иную норму любого технического регламента отдельно, вырвав ее из контекста либо всего документа, либо вообще из совокупности пересекающихся норм и правил. И для того, чтобы разбираться и правильно применять технические нормы, нужно проделать достаточно кропотливую аналитическую работу по анализу всех имеющихся норм и правил технического регулирования по тому или иному вопросу и только после этого принимать правильные технические решения.

Автор статьи Белобородов А. В.