Чем различаются комплекты заземления для частного дома?
Рано или поздно владельцы частных домов и коттеджей, обеспокоенные безопасностью своей семьи и имущества, задаются вопросом о том, как выбрать готовый комплект заземления. Одним из главных преимуществ таких модульно-штыревых комплектов выступает возможность установки силами одного человека, самостоятельно, без проведения трудоемких земляных работ. И если электроустановки зданий, электрические и электронные системы с каждым годом становятся все сложнее и многообразнее, то призванные защитить их системы заземления, особенно в формате готовых решений, становятся более удобными и простыми в установке. Хотя, безусловно, нельзя не отметить, что для подключения заземляющего устройства к главной заземляющей шине и для проведения замеров достигнутого значения сопротивления растеканию электрического тока в грунте требуются определенные навыки и измерительные приборы. В случае их отсутствия для выполнения этих этапов следует обратиться к квалифицированному электрику.
Как же выбрать глубинный заземлитель в виде подготовленного к монтажу комплекта оборудования, чтобы установить модульно-штыревую систему? Система вертикального заземления преследует три основные цели: защита от возгорания, электробезопасность для человека и нормальное функционирование электрооборудования и систем. Достичь этих целей можно, определив условия и требования в конкретной ситуации. Ключевые критерии для подбора комплекта – это необходимое сопротивление растеканию электрического тока, удельное сопротивление грунта и глубина залегания грунтовых вод.
Сопротивление заземления, подключенного к молниезащите или к опасному оборудованию, такому, как газовый котел, должно составлять не более 10 Ом. Для источника тока или специального оборудования это значение находится в разных случаях в пределах до 2 Ом и до 4 Ом. А для локального заземления электроустановки частного дома требования гораздо мягче – сопротивление должно составлять не более 30 Ом. Комплекты, состоящие из большого количества стержней большего размера, позволяют достичь минимально низкого значения сопротивления растеканию тока. При этом для грунта с низким удельным сопротивлением или в случае, когда грунтовые воды расположены близко к поверхности, подойдут комплекты меньшего размера.
Для изготовления заземляющих штырей EZETEK используется стальной круг диаметром от 14 мм до 20 мм. Штыри представляют собой соединяемые модули длиной 1,2 или 1,5 метра. Поскольку штыри заглубляются в грунт сверху при помощи перфоратора, наличие двух вариантов длины обусловлено возможностью индивидуального выбора для обеспечения удобства установки. Срок эксплуатации системы варьируется в пределах нескольких десятков лет в зависимости от материала. Основная линейка комплектов заземления представлена в трех вариантах: омедненная сталь, нержавеющая сталь и оцинкованная сталь. Первые два отличаются высокой устойчивостью к коррозии, благодаря чему срок их службы составляет 100 и 50 лет соответственно. Для оцинкованного заземлителя расчетный срок службы составляет не менее 30 лет.
От каких факторов зависит цена заземления? Комплект на основе стальных оцинкованных стержней стоит дешевле, чем комплект из омедненных стержней. Омедненный комплект заземления, в свою очередь, — дешевле комплекта на основе стержней из нержавеющей стали. Чем больше суммарная глубина электрода в комплекте, тем он дороже. Также стоимость при прочих равных зависит от длины и диаметра стержней.
Какой комплект заземления выбрать?
Если на вашем участке грунт – чернозем, суглинок или глина, и высокий уровень грунтовых вод (УГВ на уровне 1,5-2 м под землей), то с огромной долей вероятности будет достаточно комплекта длиной 6 метров. При таком же грунте, но с низким УГВ скорее всего будет достаточно комплекта заземления длиной 6 метров, но я бы посоветовал рассмотреть комплекты на 9 метров.
И всё обстоит иначе, если песчаный грунт. У песчаного грунта очень высокое удельное сопротивление, а, следовательно, он плохо проводит электричество. Если при этом УГВ высокий (1,5-2 м или выше), то это будет «спасением» и есть вероятность, что комплекта на 6 метров хватит, но я бы посоветовал взять с запасом – на 9 м. Если же помимо песчаного грунта, еще и низкий УГВ, то тут самым лучшим вариантом будет измерение сопротивления заземления после каждого забитого полутораметрового стержня. И здесь спрогнозировать какой комплект заземления выбрать — очень сложно. Как правило, необходимо чтобы стержень дошёл до грунтовых вод.
Это всё практические данные, которые получены благодаря нашему опыту монтажа заземления. В своей работе мы никогда не полагаемся на «авось» и всегда производим измерения сопротивления заземляющего контура после монтажа. Поэтому, всем своим клиентам мы рекомендуем производить измерения сопротивления заземления, особенно в сложных грунтах, где присутствует песок или низкий уровень грунтовых вод.
Определяемся с материалом стержня.
Здесь всё проще: комплект из нержавейки имеет самый большой срок службы — свыше 100 лет, комплект из омедненной стали прослужит от 30 до 100 лет, обычный стальной комплект — до 15 лет.
Как выбрать готовый комплект заземления, расчет сопротивления
На рынке доступны комплекты заземления десятков производителей. Комплекты различаются материалом, длиной и диаметром стержней. Рассмотрим порядок подбора готового комплекта заземления.
Конструкция заземления
Заземление необходимо для защиты людей и животных от поражения током. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю, защищая от поражения электрическим током.
Система заземления состоит из заземлителя, заземляющего провода и заземляющей шины, которые обеспечивают «стекание» опасного потенциала в землю. Заземлитель может иметь различную конструкцию:
- Треугольник. Изготавливается из трех стальных заземлителей, соединенных перемычками.
- Линейный контур. Заземлители располагаются в линию. Используется при заземлении нескольких объектов на протяжении контура.
- Модульно-штыревое (глубинное) заземление. Представляет собой длинный стержень, находящийся в земле.
Сопротивление заземлителя зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.
Готовые комплекты заземления — это, как правило, заземлители модульно-штыревого (глубинного) типа.
Преимущества глубинного заземления для защиты зданий:
- Эффективность, глубинное расположение проводника позволяет достичь влагонасыщенных грунтов с хорошей проводимостью при снижении сезонных колебаний сопротивления.
- Компактность, позволяет смонтировать заземление как внутри здания (в подвале), так и снаружи на расстоянии более 1 м от фундамента.
- Легкость монтажа, не требуется специального оборудования, достаточно кувалды 10 кг или перфоратора.
Требования к заземлению и общие рекомендации
Начнем с определения требований к системе заземления, какое сопротивление должно быть после монтажа комплекта заземления.
Целевое значение сопротивления зависит от объекта заземления:
- Для частного дома (однофазная сеть с напряжением 220 В) сопротивление не должно превышать 30 Ом в соответствии с п.1.7.101 ПУЭ 7 «Правила устройства электроустановок».
- Для дома с газовым котлом — в соответствии с пп. 1.7.103 или ПУЭ 1.7.59. В основном требуется сопротивление не более 10 Ом, однако точные данные лучше получить в вашей газовой компании.
- Для оборудования необходимо взять значение сопротивления из проектной документации или тех. паспорта.
Готовые комплекты заземления различаются материалом, длиной и диаметром стержней.
Материал влияет на срок службы и цену. Длину комплекта выбирают в зависимости от типа грунта и высоты грунтовых вод.
На основе практических данных можно дать следующие рекомендации:
- для частного дома без газового котла часто достаточно комплекта заземления глубиной 6 м, для песчаной почвы — 12 м
- для частного дома с газовым котлом лучше рассмотреть комплекты длиной 9 м, для песчаной почвы — 15 м
- если комплект заземления доходит до грунтовых вод, то сопротивление обычно достигается менее 10 Ом, что подходит для частного дома и дома с газовым котлом
Это только общие рекомендации. Для уверенности, что комплект выбран правильно, необходимо выполнить расчет заземления для вашего участка.
Данные для расчета заземления
Расчет заземления — определение сопротивления сооружаемого контура при эксплуатации. Сопротивление заземляющего контура зависит от длины и диаметра заземлителя и удельного сопротивления грунта, в который его заглубляют.
Подготовим данные для расчета.
Удельное сопротивление грунта можно измерить или воспользоваться средними данными, рекомендуемыми для предварительных расчетов, приведенными в таблице 1.
Удельное сопротивление грунта может изменяться в зависимости от его температуры и влажности. Зимой грунт промерзает, и его удельное сопротивление увеличивается. При увеличении влажности — уменьшается.
Необходимо проектировать заземление с учетом сезонных коэффициентов, обеспечивая сопротивления заземляющего устройства в любой сезон и при любой погоде.
Повышающие коэффициенты для вертикальных заземлителей для различных климатических зон приведены в таблице 2.
Источник данных таблиц 1 и 2: Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. 2-е изд., перераб. и доп./Под общ. ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. — М.: Энергия, 1980
Приведем пример. Предположим, почва, в которой расположен заземлитель — суглинок, а участок расположен во второй климатической зоне с минимальной январской температурой от -14 °С до -10 °С.
По таблице 1, среднее удельное сопротивление — 100 Ом*м.
По таблице 2, коэффициент промерзания при глубине заложения в 0,5 м — 1,5.
Таким образом, расчетное удельное сопротивление грунта 100*1,5=150 Ом*м.
Расчет модульного заземления
Для расчета заземления можно воспользоваться онлайн калькуляторами или формулой.
Формула расчета сопротивления одиночного вертикального заземлителя R:
ρ — удельное сопротивление грунта, Ом*м
l — длина заземлителя, м
d — диаметр заземлителя, м
t — заглубление заземлителя (расстояние от поверхности земли до середины заземлителя), м
Рассчитаем сопротивление. Предположим, мы планируем заземление дома без газового котла, его сопротивление не должно превышать 30 Ом. Расчетное удельное сопротивление, рассчитанное на предыдущем шаге — 150 Ом*м. Заглубление заземлителя будем считать при глубине заложения 0,5 м.
Сделаем расчет для комплекта длиной 3 м и диаметром 16 мм. Подставив значение в формулу, получаем сопротивление 47,56 Ом. Такое значение недопустимо.
Повторим расчет для комплекта длиной 6 м, получаем значение 28,80 Ом. Это значение в пределах нормы, однако оно близко к критическому, и может выходить за его пределы при промерзании грунта и появлении ржавчины на заземлителе.
Повторим расчет для комплекта длиной 9 м, получаем значение 19,12. Такое заземление гарантировано защитит ваш дом, поэтому следует выбрать такой комплект.
Калькулятор заземления
В калькуляторе используется упрощенная формула расчета сопротивления одиночного вертикального заземлителя.
Разные типы заземлителей в различных видах грунтов.
Какой комплект заземления выбрать?
В недалеком прошлом мало кто задумывался о материалах, из которых сделаны заземлители. Использовалась преимущественно обычная, её ещё называют «чёрная», сталь. Итог один — заземление работало от силы десяток лет, после чего коррозия, съевшая изрядную часть заземляющего устройства, делала его фактически неработоспособным.
Сейчас же, после введения таких нормативных документов, как ГОСТ Р 50571.5.54-2013 и ГОСТ Р МЭК 62561.2-2014, которые предписывают использовать материалы, обеспечивающие необходимую коррозионную прочность, мало кто рискнет сэкономить и сделать заземление по-старинке. Да и экономия получается только умозрительной, после недолгих лет эксплуатации объекта потребуется полная реконструкция заземляющего устройства, превосходящая по своим затратам стоимость коррозионностойкого заземления.
Рыночный ассортимент стойких к коррозии материалов для заземлителей не очень велик, но выбор отнюдь не прост. Как понять, какой материал использовать: омедненную сталь, нержавейку или оцинкованную сталь? Ответим на этот вопрос и поможем подобрать правильный заземлитель, подходящий под определенные условия.
Рассмотрим в чем заключаются особенности заземлителей, выполненных из различных металлов, а также какие факторы влияют на их срок службы.
Заземлители из оцинкованной стали
Такие заземлители можно назвать базовым бюджетным вариантом из всех коррозионностойких. Оцинкованная сталь хоть и обеспечивает намного больший срок службы, чем обычная черная сталь, но с материалами, описанными выше, ей не сравниться.
Оцинкованная сталь совершенно несовместима с растворами солей и щелочью. В средах с их содержанием цинк активно корродирует, полностью растворяясь примерно за 10 лет. В остальных же условиях оцинкованные заземлители служат около 30 лет, что не всегда подходит для объектов с длительным расчетным сроком эксплуатации.
Не очень приятным для оцинкованной стали будет соседство со стальной арматурой фундамента. В процессе электрохимической коррозии слой цинка окисляется (разрушается), восстанавливая сталь. В результате оцинкованный заземлитель будет служить еще меньше.
Не допускается механическое соединение металлов, между которыми электрохимический потенциал превышает 0,6 мВ.
Соединение цинкового покрытия со сталью, хоть и в пределах допустимых величин, но и нейтральным его не назовешь. С остальными металлами цинк «дружит» ещё хуже, он самый сложный в отношении подбора пары, в чем мы можем убедиться из таблицы.
Заземлители из омеднённой стали
Заземлители с покрытием из меди очень долговечны в большинстве видов сред. В малоагрессивных грунтах они служат более 100 лет, в щелочных и кислотных почвах — в районе 50. Единственные неподходящие условия для омедненных заземлителей — сильнокислые почвы. Но даже в таких агрессивных средах срок службы будет около 30 лет.
Обусловлено это тем, что в случае электрохимической коррозии даже такой тонкий слой меди остается невредимым, потому что он восстанавливается за счет находящейся внутри стали. Напрямую слой меди корродирует только в неподходящих для нее сильнокислых условиях.
По соотношению цена/качество/долговечность омедненная сталь будет самым оптимальным выбором.
Заземлители из нержавеющей стали
В заземлителях используется коррозионно-стойкая сталь марки AISI 304, либо аналогичная с похожим процентным содержанием хрома и никеля. Особое сочетание химических элементов в стали этой марки позволяет ей демонстрировать крайнюю стойкость к коррозии в любых средах. Единственным слабым звеном может быть водная морская среда.
Срок службы заземления из нержавеющей стали составляет 100 лет и более. Стоимость нержавеющих заземлителей выше других материалов, тем не менее коррозионностойкие качества делают её отличным выбором на объектах, требующих высокую надёжность, а также, если размеры заземляющего устройства не очень велики.