Фундаментные заземлители (Часть 1)

Повсеместность использования на территории Польши фундаментных заземлителей – эторезультат 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, размещенные 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).

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. Еще 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, причем 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.

В случае когда параметры фундаментного заземлителя (активное сопротивление, геометрические размеры) достаточны для проектируемого назначения, согласно процедуре, описанной в стандарте PN-EN 62305-3, не требуется применение дополнительных искусственных заземлителей. Однако из практических соображений, чтобы обеспечить возможность периодического контроля состояния такого заземлителя, можно применять дополнительные заземлители в местах спуска отводных проводов, что позволяет выполнять разъемные контрольно-измерительные соединения. Чаще всего, особенно при разветвленных фундаментных заземлителях, на сумму инвестиций это влияет незначительно, зато дает возможность проводить необходимые измерительные работы.

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

Поэтому все объекты с меньшей площадью поверхности, охваченной фундаментом, требуют использования дополнительных искусственных заземлителей. В объектах, оборудованных молниезащитной системой, дополнительные заземлители должны быть подсоединены к фундаментному заземлителю в местах отвода.

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 r_e ≥ 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.