Как сделать заземление фундамента
Можно ли использовать железобетонный фундамент в качестве заземления молниезащиты?
Современные здания, как правило, имеют в своем составе железобетонные конструкции и стоят на железобетонном фундаменте. Это обстоятельство значительно упрощает создание систем заземления. Действующие нормативные документы рекомендуют использовать в первую очередь естественные заземлители.
Применительно к заземлению электрооборудования до сих пор действует ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление». Применительно к системам молниезащиты сложилась гораздо более сложная ситуация, поскольку в них заземление должно пропускать через себя большой электрический заряд за короткий промежуток времени.
Особенности заземления для систем молниезащиты
Основным документом, регламентирующим устройство молниезащиты, является СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по молниезащите зданий, сооружений и промышленных коммуникаций». Но данный нормативный документ касается вопросов использования железобетонного фундамента в качестве естественного заземлителя очень кратко. В п. 3.2.3.3 говорится, что арматура должна отвечать требованиям п. 3.2.2.5, т.е. обеспечивать электрическую непрерывность соединения между элементами. Кроме этого, для предварительно напряженного бетона необходимо оценить воздействие протекающего электрического ток на предмет возможных механических воздействий. Остальные факторы (марка бетона, свойства почвы, защитное покрытие железобетонных конструкций) в Инструкции не рассматриваются, хотя они важны для оценки возможности использования фундамента в качестве заземления. Поэтому на практике приходится обращаться к документу РД 34.21.122-87 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений».
Согласно РД 34.21.122-87, п. 1.8, рекомендуется использовать естественные заземлители, кроме случаев, когда с целью защиты от агрессивных грунтов металлические элементы фундамента имеют эпоксидное или полимерное покрытие. Также запрещается использование фундамента для заземления системы молниезащиты при влажности грунта менее 3%. П. 1.8 Инструкции требует наличия непрерывного электрического соединения железобетонного фундамента с токоотводом по арматуре, причем соединение арматуры с закладными деталями должно быть выполнено сваркой.
Современный подход к заземлению для систем молниезащиты предусматривает нормирование не значения сопротивления растеканию, а типовых конструкций заземления. РД 34.21.122-87 рассматривает железобетонный фундамент в качестве одной из таких типовых конструкций. Согласно п. 2.2 Инструкции сказано, что для использования в качестве естественного заземления молниезащиты пригодны железобетонные фундаменты произвольной формы, имеющие площадь контакта с грунтом не менее 10 кв. м. Еще одно важное ограничение — фундамент не должны разрушаться при попадании молнии.
Агрессивные грунты и защита железобетона от их действия
В настоящее время вопросы защиты железобетонных конструкций от агрессивного воздействия грунтов регулируются в России межгосударственным стандартом ГОСТ 31384-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие требования». Согласно этому ГОСТ, агрессивность грунта определяется по глубине, на которую бетон разрушается, либо теряет защитные свойства относительно стальной арматуры, за 50 лет. Слабая степень агрессивности — менее 10 см, средняя — от 10 см до 20 см, высокая — более 20 см.
К первичным методам защиты относят изменения состава бетона, а также комплекс проектно-конструкторских решений, снижающих уровень коррозии. Бетон должен быть более плотным, обеспечивать более надежную защиту стальной арматуры, чем обычно. К вторичным мерам относят нанесение на железобетонные конструкции защитных покрытий, а также обработка антисептиком, если причиной коррозии является действие бактерий.
Вторичная защита железобетона подразумевает нанесение специального покрытия
Для слабоагрессивных грунтов применяют в основном первичные методы защиты, а вторичные — по мере необходимости. В среднеагрессивных грунтах обязательно применение как первичной, так и вторичной защиты, причем последняя ограничивает доступ веществ, вызывающих коррозию, к железобетону. Наконец, в грунтах с высокой степенью агрессивности применяются в обязательном порядке и первичные, и вторичные методы защиты, причем вторичные методы должны полностью изолировать железобетон от действия агрессивной среды.
Влияние типа бетона и свойств почвы на параметры заземления
Удельное электрическое сопротивление водоупорного бетона, используемого для первичной защиты от агрессивных грунтов, значительно выше, чем у обычного. Это связано с более плотной структурой, содержащий минимальное количество пор. Для водоупорного бетона удельное объемное электрическое сопротивления может быть вычислено на основании данных о коэффициенте водопоглощения и марке по водонепроницаемости. Также встречаются сорта бетона, устойчивые к действию агрессивных сред за счет введения в их состав специальных присадок. Объемное удельное сопротивление таких сортов бетона определяется путем проведения измерений на конкретных образцах.
Возможность использования железобетонного фундамента в качестве заземления системы молниезащиты в значительной степени зависит от свойств грунта. Как правило, если грунт обладает высокой степенью агрессивности, использование фундамента в качестве заземления также невозможно, поскольку ГОСТ требует обеспечить полную изоляцию железобетона от агрессивной среды.
А вот с грунтами малой и средней степенями агрессивности вполне можно работать. Тем не менее, они накладывают свои ограничения не только в связи с тем, что мероприятия по защите увеличивают сопротивление растеканию. Агрессивные грунты обычно богаты сульфатами и хлоридами. В результате электролиза выделяются хлор и сера, которые вносят дополнительный вклад в разрушение железобетона. Поэтому для грунтов слабой и средней агрессивности для оценки способности фундамента «работать» заземлением в качестве критерия берется плотность тока, стекающего с арматуры (о том, где взять предельно допустимые значения этого параметра, будет сказано далее).
Методики оценки
В России до сих пор действует ГОСТ 12.1.030-81. “Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.” У него есть справочное приложение “Оценка возможности использования железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей”. Казалось бы, вот он, официальный нормативный документ, но… В качестве критерия пригодности взято сопротивление растекания. Этот критерий пригоден для расчета заземлений электроустановок, но в молниезащите он сейчас не применяется.
Единственным справочным документом по оценке пригодности фундамента к использованию в качестве заземления применительно к молниезащите, в России до сих пор являются Материалы по проектированию и эксплуатационному контролю «Использование заземляющих свойств строительных конструкций производственных зданий и сооружений», выпущенные в 1991 г. ВНИИПЭМ. По свойствам грунта, бетона и защитного покрытия на основании приведенных в Материалах формулах и графиках вычисляется значение плотности тока, стекающего с арматуры. Сравнение данного параметра с нормативными значениями позволяет сделать вывод о возможности использования фундамента в качестве заземления. Авторы Материалов рассчитали нормативные показатели, установив зависимость между плотностью тока и напряжением прикосновения, нормируемого ГОСТ 12.1.038-82 «Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов».
То есть, параметры заземления на основе железобетонного фундамента косвенно нормируются по ГОСТ 12.1.038-82, иных же стандартов для них в России до сих пор нет. Материалы ВНИИПЭМ от 1991 г. устанавливают зависимость напряжения прикосновения от параметров почвы, бетона и конструкции фундамента. Тем не менее, их нельзя применять “механически”, возможность использования фундамента для систем молниезащиты должны оценивать специалисты.
Выводы
Основные работы по созданию методик оценки применимости фундамента в качестве заземления были выполнены в нашей стране в 80-х — начале 90-х годов. С тех пор дальнейшее развитие данное научное направление получило лишь в РЖД для решения частных проблем по замене одного типа опор контактной сети на другой.
Фундаментные заземлители (Часть 1)
Повсеместность использования на территории Польши фундаментных заземлителей – это результат требования, которое введено Распоряжением Министра инфраструктуры от 12 апреля 2002г. [2] касательно технических условий, которым должны отвечать здания и их расположение. Согласно §184, абзац 1 [2]: «В качестве заземлителей электрической системы следует использоватьметаллические конструкции зданий, арматуру фундаментов, а также другие металлические элементы, размещённые в неармированных фундаментах, представляющих собой искусственный фундаментный заземлитель».
Применение фундаментных заземлителей рекомендуется также в нормативных документах, касающихся как электрических, так и молниезащитных систем. Главные причины того, что специалисты отдают предпочтение такому заземлителю, связаны с легкостью и низкой стоимостью их выполнения, хорошим контактом фундамента с почвой, стабильностью его активного сопротивления во времени (зависимость удельного сопротивления фундамента от изменений температуры и влажности незначительна) и максимальным использованием его поверхности для рассеивания в грунте токов заземления.
Учитывая, что фундаментный заземлитель состоит из металлических элементов, залитых бетоном в фундаменте строительного объекта, для обеспечения непрерывности передачи тока в такой конструкции следует обращать особое внимание на качество соединения металлических элементов. В строительной практике арматурные стержни железобетонных конструкций соединяются преимущественно с помощью вязальной проволоки (рис. 5).
Рис. 5. Соединение арматурных стержней с помощью вязальной проволоки (с согласия RST sp.j.)
В связи с этим, если фундамент должен быть эффективно использован как естественный заземлитель объекта, соединения арматуры фундамента должны быть низкоомными (с низким сопротивлением). Для получения определенных электрических соединений арматурных стержней рекомендуется комплектовать фундамент дополнительной внутренней ячеистой сетью, выполненной из стержней или полосового металла (рис. 6) и связанной со сталью арматуры с помощью винтовых зажимов. Ещё более прочными являются сварные соединения.
Все мероприятия, связанные с дополнительным соединением арматурных стержней, должны быть согласованы с конструктором фундамента, чтобы удостовериться, что прочность фундамента соответствует требованиям проекта.
Существенное преимущество фундаментных заземлителей – стабильное во времени активное сопротивление заземления. Этот вопрос был хорошо описан на примере строительных объектов в работе [6]. На стабильность активного сопротивления фундаментного заземлителя влияет то, что обычно фундаменты зданий окружены грунтом с меньшим удельным сопротивлением, чем поверхностные слои, причём удельное сопротивление более глубоких слоев грунта меньше зависит от времени года и погодных условий. Фундаментный заземлитель в зданиях с несколькими подземными этажами расположен под самым низким этажом, поэтому на таких глубинах изменения температуры и влажности почвы в течение года настолько незначительны, что ими можно пренебречь.
Соединение фундаментных заземлителей с дополнительными заземлителями
Использование фундамента как единственного элемента заземлителя наталкивается на определенные ограничения, связанные с его размерами или результирующим активным сопротивлением заземления. Так, в случае объектов, требующих молниезащиты, установленной на фундаменте с небольшой площадью поверхности, например таких, как вышки антенн, частные дома или небольшие технические объекты, может оказаться, что критерий минимальных размеров фундамента не был выполнен. Это значит, что средний радиус равновеликой поверхности re территории, охваченной фундаментным заземлителем, может не отвечать условию
требуемому в стандарте по молниезащите PN-EN 62035-3. Для III и IV уровней молниезащитной системы, типичной для таких объектов, необходимая минимальная длина заземлителя l1 составляет 5 м (рис. 2), что соответствует поверхности
Малые фундаментные заземлители
Кроме того, в специальных объектах, например таких, как отдельно стоящие распредустройства или киосковые КТП, фундаментный заземлитель из-за малого объема фундамента может оказаться недостаточным решением для обеспечения требуемого малого активного сопротивления заземления.
Более того, после подключения всех обслуживаемых устройств к объекту, в котором применен фундаментный заземлитель, измерение активного сопротивления заземления может существенно усложниться или его придется выполнять вручную вследствие эксплуатационных осложнений. На практике эта проблема связана с отсутствием соответствующих контрольно-измерительных соединений, а также с невозможностью отключения от заземлителя обслуживаемых устройств на время измерения активного сопротивления заземления.
Указанные проблемы с использованием фундаментного заземлителя можно успешно решить, применив дополнительные искусственные заземлители, которые дают возможность выполнить условие re ≥ l1 или получить соответствующее активное сопротивление заземления. Пример такого решения для небольшого фундаментного заземлителя внешней трансформаторной станции проиллюстрирован на рис. 7. Добавление подобным образом одного или нескольких вспомогательных заземлителей с соответствующими контрольными зажимами облегчит выполнение периодических измерений активного сопротивления фундаментного заземления.
Делаем заземление для частного дома 220В своими руками
Наверное, каждый человек, хоть несколько раз в жизни слышал термин «заземление». Однако мало кто представляет, что это такое и зачем оно служит. В данной статье мы постараемся полностью раскрыть суть заземления, его функциональное назначение и способ выполнения своими руками.
Что такое заземление в частном доме?
Заземление — это соединение металлических элементов сети, оборудования или механизмов с заземляющим устройством (контуром заземления), благодаря которому при возникновении токов утечки (пробой изоляции) весь потенциал полностью переходит в землю.
Если рассмотреть этот вопрос на уровне «пользователя», то заземление защищает Вас от поражения электрическим током при повреждении изоляции в электропроводке.
Нужно ли делать заземление частного дома или дачи?
Очень часто люди задаются вопросом: «нужно ли заземление на даче»? Согласно требованиям ПУЭ (Глава 1.7. Заземление и защитные меры электробезопасности) все современное оборудование и электросети в обязательном порядке должны быть заземлены.
Заземленные системы имеют обозначение TN-S и закладывается еще на этапе проектирования при реконструкции или капительном строительстве.
Если же у Вас дача или частный дом были построены очень давно, то крайне рекомендуется выполнить заземление своими руками, поскольку электроснабжающая организация может прекратить подачу электроэнергии, аргументируя свое решение нарушением правил ПУЭ, ГОСТ, ПТБ и ПТЭЭП.
Основные функциональные узлы системы заземления
Полноценная система заземления состоит из:
Рассмотрим более детально каждый из элементов и его функциональное предназначение.
Контур заземления
Контур заземления — это группа соединенных между собой проводников или электродов (в большинстве случаев нержавеющая или обычная сталь) которые располагаются вертикально в земле и располагаются вблизи защищаемого объекта.
В зависимости от характеристик защищаемого объекта, для устройства контура заземления применяют уголки 50х50х5 мм (заземление для газового котла в частном доме), либо круглую сталь (ᴓ16–18) которые вбивают в землю на глубину 3 м. После чего данные электроды сваривают между собой с помощью полосы (4х40 мм) и выводят вышеуказанную полосу к месту подключения общей системы заземления дома.
Схема контура заземления для частного дома или дачи
На сегодняшний день существует 2 основных типа контура заземления:
Поскольку линейный контур заземления имеет существенный недостаток — при сильной коррозии соединителя между электродами часть контура будет попросту не способна отводить потенциал от электрооборудования и тем самым основное функциональное предназначение контура не будет выполнятся. По этой причине монтаж данного контура не будет рассмотрен в данной статье.
Конструктивно контур заземления своими руками выполняется в виде равностороннего треугольника с длинной стороны 3 м. Оптимальное расстояние от контура заземления до фундамента составляет 1 м.
Как было сказано ранее, вершинами данного треугольника служит либо уголок 50х50х5, либо круглая арматура с сечением 16–18 мм (далее «электроды»). Электроды перед забиванием в землю с помощью кувалды либо какого-либо другого инструмента, предварительно необходимо заострить, поскольку в противном случае Вы не сможете забить его на глубину в 3 м.
После забивания на необходимую глубину электродов, по контуру полученного треугольника необходимо снять слой грунта в 30–50 см. Это необходимо для того, чтоб в дальнейшем упростить сваривание электродов между собой. Сваривание заземлителей между собой выполняется с помощью обычной полосы 40х4 мм.
После сваривание электродов, на фундамент здания в одном или нескольких местах выводится полоса 40х4 с приваренным болтом М12 или М14 с гайками и шайбами к которой затем производится подключение заземляющего проводника (в большинстве случаев желто-зеленого цвета) который является одной жилой вводного кабеля ВВГнг (ПВСнг) 3х6, ВВГнг (ПВСнг) 3х10.
Если же в доме предусмотрена 3-х фазная система запитки, то вводной кабель может быть (ПВСнг) 5х6, ВВГнг (ПВСнг) 5х10, в котором 3 жили — это фазы «А», «B», «С», нулевая жила синего цвета «N» и заземляющий проводник «G» желто-зеленого цвета.
Важно! После сваривание заземлителей между собой с помощью полосы категорически запрещается окрашивать металлические конструкции, поскольку это приведет к ухудшению токопроводящей способности контура заземления.
Хитрости при монтаже контура заземления
При вводе объекта в эксплуатацию, очень часто возникают случаи, когда при проверке полученного контура заземления специализированной электротехнической лабораторией значение сопротивления выше 4 Ом. Это может быть вызвано высоким сопротивлением грунта или несоблюдением требований запроектированного заземления.
В таком случае можно развести в ведре воды 2–3 пачки соли и залить полученный раствор в места залегания электродов. Благодаря такой простой манипуляции можно уменьшить значение сопротивления контура заземления до 1–3 Ом.
После ознакомления с теорией рассмотрим практический ответ на вопрос: «как сделать заземление в частном доме своими руками»?
Устройство заземления своими руками: поэтапная инструкция
Если Вы задаетесь вопросом: «как сделать заземление на даче?», то для выполнения данного процесса потребуется следующий инструмент:
Чтоб правильно и согласно нормативным требованиям выполнить контур заземления в частном доме нам потребуются следующие материалы:
После того как все необходимые материалы и инструменты есть в наличии можно переходить непосредственно к монтажным работам, которые детально расписаны в следующих главах.
Выбор места для монтажа контура заземления
В большинстве случаев рекомендуется монтировать контур заземления на расстоянии в 1 м от фундамента здания в месте где оно будет скрыто от человеческого глаза и к которому будет сложно добраться как людям, так и животным.
Такие меры необходимы для того, что при повреждении изоляции в электропроводке потенциал будет идти на контур заземления и может возникнуть шаговое напряжение, которое может привести к электротравме.
Выполнение земляных работ
После того как было выбрано место, выполнена разметка (под треугольник со сторонами 3 м), определено место вывода полосы с болтами на фундамент здания можно приступать к земляным работам.
Для этого необходимо с помощью штыковой лопаты по периметру размеченного треугольника со сторонами по 3 м снять слой земли в 30–50 см. Это необходимо для того, чтоб в дальнейшем без особых трудностей к заземлителям приварить полосовой металл.
Также стоит дополнительно прокопать траншею такой же глубины для подвода полосы к зданию и выводу ее на фасад.
Забивание заземлителей
Далее выставить их в вершины полученного треугольника и с помощью кувалды забить в землю на глубину 3 м. Также важно чтоб верхние части заземлителей (электродов) находились на уровне выкопанной траншеи чтоб к ним можно было приварить полосу.
Сварные работы
После того как электроды будут забиты на необходимую глубину с помощью стальной полосы 40х4 мм необходимо сварить между собой заземлители и вывести данную полосу на фундамент здания где будет подключен заземляющий проводник дома, дачи или коттеджа.
Там, где полоса будет выходить на фундамент на высоте 0.3–1 мот земли, необходимо приварить болт М12 (М14) к которому в дальнейшем будет подключено заземления дома.
Обратная засыпка
После выполнения всех сварных работ полученную траншею можно засыпать. Однако перед этим рекомендуется залить траншею соляным раствором в пропорции 2–3 пачки соли на ведро воды.
После полученную почву необходимо хорошо утрамбовать.
Проверка контура заземления
После выполнения всех монтажных работ возникает вопрос «как проверить заземление в частном доме?». Для этих целей конечно обычный мультиметр не подойдет, поскольку у него очень большая погрешность.
Для выполнения данного мероприятия подойдут приборы Ф4103-М1, Клещи Fluke 1630, 1620 ER и так далее.
Однако эти приборы очень дорогие, и если Вы выполняете заземление на даче своими руками, то для проверки контура Вам будет достаточно обычной лампочки на 150–200 Вт. Для данной проверки Вам необходимо один вывод патрона с лампочкой подключить к фазному проводу (обычно коричневого цвета) а второй — к контуру заземления.
Если лампочка будет ярко светить — все отлично и контур заземления полноценно функционирует, если же лампочка будет тускло светить или вообще не испускать световой поток — значит контур смонтирован неверно и нужно либо проверять сварные стыки или монтировать дополнительные электроды (что бывает при низкой электропроводимости почвы).
Основные требования к сопротивлению контура заземления
Если Вы не знаете, как правильно сделать заземление в частном доме и какие технические характеристики его должны быть, рекомендуем ознакомится с ПУЭ в котором Глава 1.7. под названием «Заземление и защитные меры электробезопасности» регламентирует основные технические характеристики контура заземления для оборудования до 1000 В.
Согласно данному нормативному документы сопротивление контура заземления должно быть:
В каких случаях необходимо проверять контур заземления?
Если Вы выполняете устройство заземления в частном доме или на даче, то проверку можно выполнить и обычной контрольной лампочкой (как было описано выше), если же Вас необходимо вводить объект в эксплуатацию, легализировать изменение в схеме электроснабжения или же заключать договор на электроснабжения со специализированной организацией, тогда вам будет необходим протокол испытания контура заземления.
Выводы
Заземление в частном доме своими руками 220 В позволит Вам защитить себя и членов своей семьи от поражения электрического тока. Помимо этого, заземление частного дома необходимо для заключения договоров с электроснабжающей организацией или при вводе объекта в эксплуатацию при новом строительстве, реконструкции или капительном ремонте.
Чтоб выполнить заземление своими руками будет достаточно ознакомится с данной информационной статьей и иметь небольшие навыки в электротехнике.