Фундаменты зданий могут использоваться в качестве системы заземления, обеспечивая безопасность от электрических разрядов. Это достигается благодаря тому, что бетон и арматура, входящие в состав фундамента, обладают хорошими проводящими свойствами, что позволяет эффективно отводить электрический ток в землю.
Тем не менее, для обеспечения надежного заземления важно соблюдать соответствующие нормы и правила, а также учитывать характеристики почвы и глубину залегания фундамента. Важно, чтобы система заземления была правильно спроектирована и установлена, чтобы обеспечить защиту от возможных электрических неисправностей и повышенных электромагнитных полей.
Инструкция по устройству сетей заземления и молниезащите
2.1.1. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать сооружения, указанные в табл. 2.
Таблица 2.
Пояснения, требования к использованию
Железобетонные фундаменты зданий, в том числе имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных и слабоагрессивных средах
Для соединения арматуры железобетонных колонн с арматурой фундамента необходимо использовать перемычку диаметром не менее 12 мм (рис. 1).
Соединение металлических колонн с арматурой фундамента следует выполнять по рис. 2.
Необходимость приварки анкерных болтов стальных колонн (арматурных стержней железобетонных колонн) к арматурным стержням железобетонных фундаментов определяется допустимой плотностью тока в приарматурном слое бетона в соответствии с ПЭУ
Железобетонные фундаменты технологических, кабельных, совмещенных эстакад в неагрессивных и слабоагрессивных грунтах во всех климатических зонах СССР
Металлическое соединение арматуры железобетонных опор и фундаментов не является обязательным
Кабельные тоннели из сборного железобетона при условии установки в них закладных деталей, приваренных к арматуре тоннеля, и последующего соединения закладных деталей стальными перемычками
Допускается использовать в качестве дополнительных естественных заземлителей, если сопротивление растеканию железобетонных фундаментов производственного здания или напряжение прикосновения превышает нормы, установленные ПЭУ
Рельсы электрифицированных железных дорог на станциях и перегонах, а также рельсы подъездных путей тяговых подстанций переменного тока
Заземляющие проводники должны присоединяться к рельсам только механическим способом без применения сварки (рис. 3).
Рельсы кранового пути при установке крана на открытом воздухе. Стыки рельсов должны быть надежно соединены сваркой, приваркой перемычек
Рельсы должны быть присоединены к дополнительному заземлителю, располагаемому вблизи крана
Обсадные трубы скважин
Заземлители опор воздушных линий электропередачи, соединенные с заземляющим устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса линии, если трос не изолирован от опор линии
Металлические шпунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т.п.
Заземлители повторных заземлений нулевых проводников воздушных линий напряжением до 1 кВ в случае использования не менее двух воздушных линий
Проложенные в земле металлические трубопроводы, кроме трубопроводов канализации и центрального отопления. Запрещается применять в качестве естественных заземлителей чугунные трубопроводы и временные трубопроводы строительных площадок
Если на трубопроводах, используемых в качестве протяженных заземлителей, установлены задвижки, водомеры или болтовые фланцевые соединения, то в этих местах следует смонтировать обходные перемычки из полосовой стали сечением не менее 100 мм 2 . Перемычки приваривают непосредственно к трубам или хомутам, установленным на трубопроводе.
Свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.
Алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве заземлителей
Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при числе кабелей не менее двух
Рис. 1. Соединение арматуры железобетонных конструкций: 1 – молниеприемная сетка; 2 – токоотвод; 3 – арматура колонны; 4 – заземляющая перемычка; 5 – арматура фундамента
Рис. 2. Соединение металлической колонны с арматурой железобетонного фундамента: 1 – арматура подошвы; 2 – арматура фундамента; 3 – фундамент; 4 – фундаментные болты (не менее двух), соединенные с арматурой фундамента; 5 – пластины для приварки проводников заземления; 6 – стальная колонна
* При соединении металлической колонны с арматурой железобетонного фундамента необходимо учитывать следующее:
а) фундаментные болты (не менее двух) должны быть соединены с арматурой подколонника сваркой;
б) соединение арматуры подколонника с арматурой подошвы должно быть выполнено сваркой;
в) если пространственный каркас подколонника не пересекается с арматурными сетками подошвы фундамента, то его следует нарастить в двух местах с помощью отдельных арматурных стержней и соединить их сваркой с арматурными сетками;
г) если подошва фундамента не армируется, то достаточно соединить сваркой арматуру подколонника и фундаментные болты;
д) все стержни каркаса арматуры фундамента должны быть соединены между собой сваркой;
е) пластины размером 50х100 должны иметь толщину более 5 мм для приварки проводников заземления. Расстояние от пластины до уровня чистого пола должно быть не более 500 мм. Сварной шов выполняют по ширине пластины с двух сторон.
Рис. 3. Присоединение к тяговому рельсу проводников защитного заземления: 1 – провод заземления; 2 – зажим заземления; 3 – крюковой болт
2.1.2. Естественные заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это требование не распространяется на опоры воздушных линий электропередачи (ВЛ), повторное заземление нулевого проводника и металлические оболочки кабелей.
2.1.3. В случае использования естественных заземлителей (особенно протяженных) при выборе мест присоединения к ним защитных проводников необходимо учитывать возможность разъединения заземлителя, например, при ремонтных работах.
Заземление. Естественные заземлители
Чаще всего для того, чтобы заземлить электроустановку, используют заземлители естественного типа, например металлические части (арматуру), входящие в устройство железобетонных элементов, допустим, фундаменты опоры линий электропередач и подстанций, а также фундаментов зданий. Кроме того, в качестве естественного заземлителя могут использоваться разного рода металлические подземные коммуникации, например трубопроводы, броня или оболочка кабелей. В некоторых случаях допустимо для заземления использовать и наземные коммуникации, например рельсовые пути.
Чем использование естественных заземлителей лучше по сравнению с искусственными?
Естественные заземлители допустимо использовать в случае, если они способны обеспечить выполнение абсолютно всех требований, которые предъявляют к заземляющим конструкциям.
Искусственные же заземлители нужно применять, когда нужно в значительной степени уменьшить токи, которые через естественные заземлители будут уходить в землю.
Это значит, что в большинстве случаев вы можете использовать только естественные заземлители, не прибегая к искусственным. С помощью данного конструктивного шага можно в значительной степени уменьшить количество материалов, необходимых для сооружения заземления, кроме того будут снижены финансовые и трудовые затраты, а также эксплуатация заземляющего устройства будет намного проще, нежели при применении искусственного заземления.
В каком случае в качестве заземляющего устройства можно применять железобетонный фундамент строения?
Данный технологический шаг разрешается использовать лишь в том случае, если грунт, на котором установлено строение, имеет влажность 3% или больше. Бетон при меньшем показателе влажности способен оказывать достаточно сильное электрическое сопротивление, следовательно, он не будет представлять собой заземляющую конструкцию.
Железобетонный фундамент можно использовать в качестве заземлителя еще и в том случае, если на него будет оказывать воздействие какая-нибудь не слишком агрессивная среда, например грунтовые воды с небольшим показателем жесткости. Кроме того, допустимо применение фундамента в качестве заземлителя при отсутствии гидроизоляции или в случае, если поверхность фундамента будет дополнительно защищена с помощью битумного покрытия, как этого требует СНиП.
Когда категорически запрещено использовать железобетонные фундаменты в качестве заземляющего устройства?
Не следует подводить заземляющий провод к железобетонному фундаменту строения в случае, если он находится в достаточно агрессивной среде, так как это вызовет дополнительную коррозию.
Также не следует использовать железобетонный фундамент в качестве естественного заземлителя, когда железобетонные конструкции имеют в своей структуре напрягаемую арматуру.
Если учесть все указанные выше разрешения и ограничения, то может получиться так, что в вашем строении можно вообще отказаться от изготовления искусственного заземлителя. Это позволит в значительной степени уменьшить длину заземляющих проводников, которые будут находиться в самом строении, что в итоге приведет к достаточно ощутимой экономии средств и материалов.
Как необходимо соединять элементы заземляющего устройства?
Абсолютно все детали как металлических, так и железобетонных конструкций должны быть соединены таким образом, чтобы в них была сделана непрерывная электрическая цепь, которая проходит непосредственно по металлу.
Если колонны изготовлены из железобетона, то нужно дополнительно предусмотреть специальные закладные детали в них, которые должны находиться на каждом из этажей здания.
Данные элементы конструкции нужны для того, чтобы к ним можно было присоединить заземляемое электрическое и технологическое оборудование.
Если в зданиях имеются сварные, болтовые или же заклепочные соединения, то их будет вполне достаточно для того, чтобы соорудить непрерывную электрическую цепь по металлу. Если некоторые из элементов металлоконструкций не оснащены подобными соединениями, то к ним нужно дополнительно приварить гибкие перемычки, сечение которых должно составлять 100 мм2 или даже больше.
Какие железобетонные конструкции не стоит использовать в качестве заземлителей?
Лучше всего не подводить заземляющий провод к сборным фундаментам, выполненным из железобетона. По возможности стоит соединить арматуру соседних блоков между собой, лишь после этого допустимо изготовление естественного заземления. В противном случае, если этого сделать не удастся, лучше всего изготовить искусственное заземление.
Как следует соединять железобетонные конструкции между собой?
Если фундамент дома выполнен из свай, то их арматуру лучше всего соединить с арматурой ростверка или блоков фундамента с использованием электродуговой сварки.
Однако пространственные каркасы колонн и стаканов фундаментов, которые обычно выполняют из металла, а также арматурные сетки их подошв нужно сваривать путем точечной сварки.
Из чего изготавливают закладные детали?
Закладные детали лучше всего сооружать в виде отрезков, выполненных из угловой стали размерами 63 х 63 х 5 мм, а длиной около 60 мм. Их следует приварить к арматуре таким образом, чтобы они выходили на поверхность бетона.
Для изготовления металлических перемычек используют стержни диаметром 42 мм. Их приваривают непосредственно к закладным деталям.
Если здание будет оборудовано молниеприемной сеткой, она должна быть объединена в единую конструкцию с колоннами, которые используются в роли токоотводящих проводников, а также с фундаментами, выполняющими функцию заземлителя. При этом к данной сетке нужно присоединить все конструкции, изготовленные из металла и выступающие над кровлей, например антенны, вентиляционные шахты, трубы и прочие металлические изделия.
Металлические перемычки необходимо размещать в конструкции строения в случае, если в роли естественного заземлителя будут выступать трубы водопровода. Данные перемычки необходимо устанавливать на водомерах и задвижках.
В случае если при проведении ремонтных работ нужно снять перемычку, то предварительно необходимо установить еще одну. Кроме того, заземляющие проводники нужно соединять с трубами водопровода за водомером.
Категорически запрещается использовать в качестве заземляющего проводника канализационный трубопровод, так как в месте своих стыков канализационные трубы не обладают действительно качественным электрическим контактом.
На подстанциях в качестве естественных заземлителей могут выступать стойки из железобетона. Однако в этом случае для их изготовления должен использоваться специальный электротехнический бетон.
Какие естественные заземлители используются на линиях электропередач?
В данном случае в качестве заземлителя можно использовать подножники, изготовленные из железобетона и свай. Так поступать наиболее разумно в случае, если они устанавливаются на грунт, среднее сопротивление которого составляет 300 Ом/м, то есть в глиняных и супесчаных грунтах.
Кроме того, был проведен целый ряд экспериментов, которые показали, что даже в песчаных и скальных фунтах бетон основания линии электропередач получает постоянное увлажнение.
Из-за этого уже через несколько месяцев после его установки он превращается в естественный заземлитель, причем сопротивление данной конструкции в течение года будет не слишком значительно колебаться, так что такими значениями можно и пренебречь.
Какие еще есть естественные заземлители?
Помимо тех заземлителей, о которых было сказано выше, существует еще целый ряд возможных естественных заземлителей, например в их роли могут выступать металлические трубопроводы, через которые протекает какая-нибудь негорючая жидкость, обсадные трубы артезианских колодцев.
В случае если вы решите использовать исключительно естественный заземлитель для безопасности своего дома, то протекающие по заземляющему проводу электрические токи не должны быть больше допустимых для каждого составного элемента заземляющего устройства.
Фундаментное заземление
Использование фундаментного заземлителя является экономичным решением, позволяющим получить хороший заземлитель с большим сроком службы.
Использование фундамента здания в качестве заземлителя является предпочтительным вариантом заземления при условии обеспечения непрерывной электрической связи по его арматуре.
Заземляющие электроды должны располагаться на глубине не менее 0,5 м за пределами защищаемого объекта и быть как можно более равномерно распределенными.
Данный тип заземления имеет ряд преимуществ, а именно:
- не требует земляных работ;
- глубина установки заземлителя исключает возможность воздействии на него отрицательных влияний сезонных погодных условий;
- обеспечивается хороший контакт с грунтом;
- охватывается фактически вся поверхность фундамента здания, что приводит к минимизации импеданса заземлителя;
- обеспечивается оптимальное расположение заземления для системы молниезащиты;
- с начала монтажа здания заземлитель можно использовать В качестве заземления для электрической установки стройплощадки.
Помимо эффекта заземления, находящиеся в бетоне заземляющие проводники обеспечивают хорошую базу для основной системы уравнивания потенциалов.
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.
Для обеспечения гарантированного электрического соединения арматуры рекомендуется комплектовать фундамент дополнительной внутренней ячеистой сетью выполненной из стержней или полосового металла и связанной со сталью арматуры с помощью винтовых зажимов. Шаг крепления должен составлять не более 2-х метров.
Металлическую арматуру фундамента можно использовать в качестве заземлителя, при условии, что соединения удовлетворяют требованиям надежной механической и непрерывной электрической связи.
Для функционирования в качестве заземлителя системы молниезащиты из фундамента должны быть предусмотрены внешние выводы для подключения токоотводов.
При невозможности использования фундаментного заземления необходимо предусматривать искусственные заземлители (глубинные либо кольцевые).
Общие требования
У бетона, применяемого для сооружения фундаментов зданий, есть определенная проводимость и, как правило, хороший контакт с окружающим грунтом. Поэтому электроды из черного металла полностью встроенные в бетон можно применять как заземлители, при условии, что бетон не изолируют от грунта с помощью специальной теплоизоляции или другими способами. Из-за химических и физических эффектов черный металл, сталь горячего цинкования и другие металлы, встроенные в бетон на глубину больше 5 см, надежно защищены от коррозии практически на все время существования здания. Также, где это возможно, следует применять проводящие конструкции зданий.
Пример применения замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов
Если фундамент здания должен быть полностью защищен от потери тепловой энергии с помощью изоляции из непроводящих материалов, или если фундамент должен иметь гидроизоляцию (например, применяют пластмассовые листы толщиной больше 0,5 мм), использование бетонного фундамента в качестве заземлителя неэффективно.
В этих случаях металлическую арматуру можно применять для защитного уравнивания потенциалов, а в целях заземления следует применять другой заземлитель, например, замоноличенные в бетон фундаментные заземляющие электроды, расположенные ниже изолированного фундамента, или размещение заземления вокруг здания или заглубленные в грунт фундаментные заземляющие электроды.
Конструкция замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов
- Для конкретных фундаментов без металлической арматуры, конструкция замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов должна соответствовать типу и размерами фундамента. Предпочтение следует отдавать замкнутым кольцевым конструкциям, состоящим из одного или нескольких колец или прямоугольным конструкциям с линейными размерами до 20 м.
- Чтобы избежать снижения (менее 5 см) расстояния до грунта, замоноличенных в бетон проволочных электродов, следует применять специальные средства. Если в качестве электродов используют полосу, то она должна быть зафиксирована относительно края, таким образом, чтобы избежать образования полостей без бетона под полосой. Если присутствует арматура, проволочные электроды должны быть скреплены с ней с промежутками не более 2 м. Применение клиновых соединителей следует избегать.
- У замоноличенных в бетон проволочных электродов должен быть выполнен, по крайней мере, один вывод (терминал) для каждого бетонного элемента здания, для соединения с электрической системой здания, с соответствующей точкой контакта (например, с главной заземляющей шиной) или должно быть окончание в специальном закладном элементе, заложенном в поверхность бетона для соединения. В точке соединения вывод должен быть доступен для обслуживания и измерений.
Для системы молниезащиты и для зданий со специальными требованиями относительно оборудования информационных технологий, требуется более одной точки подключения к заземлителю, например, для токоотвода системы молниезащиты.
Для соединений в фундаменте проложенных в грунте вне бетонного фундамента должна быть учтена возможность коррозии стальных проводников. Для таких соединений, рекомендуется, чтобы они входили в бетон в пределах здания или снаружи, на соответствующей высоте над уровнем земли.
- Соединения должны быть надежными и с соответствующими электрическими характеристиками
- Металлическую арматуру фундамента можно использовать в качестве электрода, при условии, что соединения удовлетворяют техническим требованиям. Паяные соединения допускаются только с разрешения главного инженера (архитектора) проекта на основании анализа конструкции здания. Соединения, с применением проволочной стальной брони не используют в качестве защиты, но могут подходить для обеспечения электромагнитной совместимости информационных технологий. Напряженную арматуру не следует использовать в качестве заземлителя.
Если сваренные сетки, сделанные из проводов меньшего диаметра, применяют для армирования, то их можно использовать в качестве электродов, если они надежно соединяются больше чем в одной точке с выводом или другими частями заземлителя, чтобы обеспечить, по крайней мере, ту же самую площадь поперечного сечения. Минимальный диаметр отдельных проводников таких сеток должен быть не менее 5 мм с четырьмя соединениями между выводом и сеткой в различных точках каждой сетки.
- Соединение электродов не должно выполняться транзитом между различными частями протяженных фундаментов. В этом случае, для обеспечения необходимых электрических соединений, соединители должны быть установлены вне бетонного основания.
- Замоноличенные в бетон фундаментные заземляющие электроды отдельных опор (например, при строительстве больших помещений), должны быть соединены с замоноличенными в бетон фундаментными заземляющими электродами других опор, с применением соответствующих заземляющих проводников.
Возможные проблемы коррозии для других заземленных установок, расположенных снаружи замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов
Следует учитывать, что обычная сталь (без покрытия или горячего цинкования) замоноличенная в бетон обладает электрохимическим потенциалом, равным меди, заглубленной в грунт. Следовательно, есть опасность электрохимической коррозии с другим заземлителем, выполненном из стали и заглубленным в грунт вблизи фундамента, и соединенным с замоноличенным в бетон фундаментным заземляющим электродом. Этот эффект можно также наблюдать для армированных фундаментов больших зданий.
Никакой стальной электрод не следует устанавливать в грунте вблизи бетонного фундамента кроме электродов, изготовленных из нержавеющей стали или изготовленных другим способом с хорошей защитой от влаги.
Горячее цинкование, окраска или другие подобные покрытия не достаточны для этих целей. Дополнительные заземлители вокруг и около таких зданий не следует изготавливать из стали горячего цинкования для обеспечения достаточного срока службы этой части заземлителя.
Окончание работ по установке замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов
После подготовки электродов и/или соединенной арматуры, перед заливкой бетона следует подготовить соответствующие документы. Документы должны содержать описание, планы и фотографии и быть включены в состав основного комплекта документов электрической установки.
Бетон, применяемый для фундамента, должен содержать не менее 240 кг цемента на 1м 3 бетона. У бетона должна быть соответствующая полужидкая консистенция, чтобы заполнить все полости, расположенные ниже электродов.
- Услуги
- Энергетическое обследование
- Заземление ZANDZ
- Заземление фундамента
- Молниезащита INDELEC
- Услуги лаборатории неразрушающего контроля
- Разработка программы по энергосбережению
Лауреат I степени национальной премии "Золотой Меркурий" 2021-22
Лауреат II степени национальной премии "Золотой Меркурий" 2023
Член новосибирской ТПП
Участник специального проекта «Семейные компании России»
