8.2. Заземлення 

Заземлення для особового складу і працівників органів і підрозділів цивільного захисту розглядається з трьох точок зору:

• спосіб захисту людини від ураження електричним струмом, наприклад при гасінні пожеж електроустановок;
• спосіб забезпечення нормального режиму роботи електроустановок (зокрема, усунення "перекосу фаз");
• спосіб запобігання виникненню іскрових розрядів внаслідок накопичування зарядів статичної електрики, дії блискавки тощо. 

Улаштування заземлення регламентується вимогами глави 1.7 "Заземлення і захисні заходи електробезпеки" ПУЕ.

Заземлення – виконання електричного з’єднання між визначеною точкою системи або установки чи обладнання і локальною землею. Під локальною землею розуміють частину землі, яка перебуває в електричному контакті із заземлювачем і електричний потенціал якої не обов’язково дорівнює нулю. З’єднання з локальною землею може бути навмисним, ненавмисним і випадковим, а також постійним або тимчасовим.

Типи заземлення за призначенням:

– захисне заземлення – заземлення точки або точок системи, установки або обладнання з метою забезпечення електробезпеки (електробезпека – відсутність загрози з боку електроустановки життю, здоров’ю та майну людей, тваринам, рослинам і довкіллю, яка перевищує допустимий ризик);

– функціональне (робоче) заземлення – заземлення точки або точок системи, установки або обладнання з метою, що не пов’язана з електробезпекою (наприклад, для забезпечення електромагнітної сумісності (захисту від розрядів блискавки), захисту від розрядів статичної електрики тощо).

Функціональне заземлення для забезпечення електромагнітної сумісності (захисту від розрядів блискавки), захисту від розрядів статичної електрики спрямоване на запобігання виникненню іскрових розрядів на заземлений предмет і є важливим з погляду пожежної безпеки. 

Улаштування заземлення. Заземлення здійснюється за допомогою заземлювального пристрою. 

Заземлювальний пристрій – сукупність електрично зв’язаних між собою заземлювача і заземлювальних провідників, включаючи елементи їх з’єднання.

Заземлювач (буває природний та штучний) – провідна частина (провідник) або сукупність з’єднаних між собою провідних частин (провідників), які перебувають в електричному контакті із землею безпосередньо або через проміжне провідне середовище, наприклад, бетон.

Заземлювальний провідник – провідник, який з’єднує заземлювач з визначеною точкою системи або установки чи обладнання.

Природний заземлювач – провідна частина, яка, крім своїх безпосередніх функцій, одночасно може виконувати функції заземлювача (наприклад, арматура фундаментів та інженерних комунікацій будівель і споруд, підземна частина металевих і залізобетонних опор повітряних ліній тощо). 

Види природних заземлювачів:

• металеві та залізобетонні конструкції будівель і споруд, які перебувають у контакті із землею, у тому числі залізобетонні фундаменти у неагресивних, слабоагресивних і середньоагресивних середовищах;
• підземні частини залізобетонних і металевих опор повітряних ліній електропередавання, у тому числі фундаменти опор, за відсутності гідроізоляції залізобетону полімерними матеріалами;
• свинцеві оболонки кабелів, прокладених у землі;
• металеві трубопроводи, прокладені у землі (крім трубопроводів горючих рідин, каналізації, опалення та комунального водопроводу);
• інші провідні частини, які є придатними для цілей заземлення і не можуть бути навіть тимчасово демонтовані без відома персоналу, який експлуатує електроустановку;
• заземлювачі опор повітряних ліній електропередавання, з’єднані із заземлювальним пристроєм електроустановки за допомогою грозозахисного троса, якщо трос не ізольовано від опор лінії;
• заземлювачі опор повітряних ліній електропередавання напругою до 1 кВ, з’єднані PEN-провідником із заземлювальним пристроєм джерела живлення за кількості ліній не меншої, ніж дві;
• рейки магістральних неелектрифікованих залізниць під’їзних колій за наявності перемичок між рейками. 

Штучний заземлювач – заземлювач, який спеціально виконують з метою заземлення. Улаштування штучного заземлювача пояснюється на рис. 8.6. 

Штучний заземлювач складається з певної кількості вертикальних електродів 1, занурених у землю (рис. 8.6,а). Вертикальні електроди з’єднуються між собою горизонтальним електродом 2 за допомогою зварювання. Вертикальні електроди можуть розташовуватися в ряд (рис. 8.6,б) або по контуру (рис. 8.6,в). Горизонтальний електрод 3 занурюється у грунт на глибину 0,50,8 м від планувальної відмітки землі. Цехова шина заземлення приєднується до заземлювача не менше, ніж двома заземлювальними провідниками 3. Цехова шина заземлення фарбується в чорний колір або під колір панелей.

Рис. 8.6 – Улаштування штучного заземлювача: а – підземна частина, б – розташування вертикальних електродів у ряд (вид зверху), в – розташування вертикальних електродів по контуру (вид зверху)

1 – вертикальні електроди; 2 – горизонтальний електрод; 3 – заземлювальний провідник

Для виготовлення вертикальних електродів (рис. 8.7,а) застосовують наступні матеріали:

• кругла сталь (чорна без покриття, з гарячо-оцинкованим покриттям товщиною не менше 70 мкм, неіржавіюча) діаметром не менше 16 мм;
• кругла сталь діаметром не менше 14 мм з гальванічним мідним покриттям товщиною не менше 250 мкм;
• кругла мідь діаметром не менше 12 мм;
• мідна прямокутна штаба з товщиною стінки не менше 2 мм та перерізом не менше 50 мм;
• мідна труба діаметром не менше 20 мм з товщиною стінки не менше 2 мм;
• мідний багатодротовий канат діаметром не менше 1,8 мм для кожного дроту перерізом не менше 35 мм2.

Для виготовлення горизонтальних електродів (рис. 8.7,б; 8.7,в) застосовують наступні матеріали:

• чорна сталь без покриття: кругла діаметром не менше 10 мм, прямокутна штаба або профіль перерізом не менше 100 мм2 з товщиною стінки не менше 4 мм;
• сталь з гарячо-оцинкованим покриттям: кругла діаметром не менше    10 мм та товщиною покриття не менше 50 мкм, прямокутна штаба або профіль перерізом не менше 90 мм2 з товщиною стінки не менше 3 мм та товщиною покриття не менше 70 мкм;
• кругла сталь з гальванічним мідним покриттям діаметром не менше 10 мм та товщиною покриття не менше 250 мкм;
• неіржавіюча сталь: кругла діаметром не менше 10 мм, прямокутна штаба або профіль перерізом не менше 90 мм2 з товщиною стінки не менше 3 мм;
• кругла мідь діаметром не менше 12 мм;
• мідна прямокутна штаба з товщиною стінки не менше 2 мм та перерізом не менше 50 мм;
• мідна труба діаметром не менше 20 мм з товщиною стінки не менше 2 мм;
• мідний багатодротовий канат діаметром не менше 1,8 мм для кожного дроту перерізом не менше 35 мм2.

Рис. 8.7 – Елементи штучного заземлювача: а – круглий вертикальний електрод,  б – круглий горизонтальний електрод, в – горизонтальний електрод 
з прямокутної штаби

Звичайно заземлювач виконується єдиним для всіх типів заземлення. При цьому величина опору заземлювального пристрою вибирається мінімальною з  величин опорів, що вимагаються нормами для кожного типу заземлення.

Нормативні параметри заземлювального пристрою. Основним параметром заземлювального пристрою, що регламентується ПУЕ та іншими нормативними документами, є опір розтіканню струму промислової частоти. Опір визначається призначенням заземлювального пристрою.

Опір заземлювального пристрою, до якого приєднано нейтраль джерела живлення або виводи джерела однофазного струму в мережах із глухозаземленою нейтраллю напругою до 1 кВ, залежить від величини лінійної напруги. Наприклад, за лінійної напруги 380 В опір заземлювального пристрою не повинен перевищувати 4 Ом. 

Опір заземлювального пристрою, до якого безпосередньо приєднано нейтраль джерела живлення або виводи джерела однофазного струму в мережах із глухозаземленою нейтраллю напругою до 1 кВ, також залежить від величини лінійної напруги. Наприклад, за лінійної напруги 380 В опір заземлювального пристрою не повинен перевищувати 30 Ом. 

Опір заземлювального пристрою повторного заземлення РЕN- РЕ- провідників на вводі до електроустановки будівлі в мережах із глухозаземленою нейтраллю напругою до 1 кВ не повинен перевищувати 30 Ом. 

Опір заземлювального пристрою, що застосовується виключно для захисту від розрядів статичної електрики, не повинен перевищувати 100 Ом (регламентується нормативним документом НПАОП 40.1-1.21). 

Опір заземлювального пристрою, що застосовується у складі блискавковідводу, не повинен перевищувати результати відповідних вимірів під час приймання блискавкозахисту в експлуатацію більш ніж у 5 разів (регламентується національним стандартом ДСТУ Б В.2.5-38). 

Експертний розрахунок штучного заземлювача. У своїй роботі особовий склад і працівники органів і підрозділів цивільного захисту повинні вміти виконувати експертизу правильності проекту заземлювача. Мета розрахунку – перевірити правильність вибору кількості і довжини вертикальних  електродів, довжини горизонтального електрода і розміщення їх на плані, виходячи з регламентованого нормативними документами припустимого значення опору . 

Одним з методів перевірочного розрахунку заземлювача є метод коефіцієнтів використання. Порядок перевірочного розрахунку наступний:

1. Визначається допустимий нормативний опір заземлювача , [Ом]. 
2. Визначається розрахунковий питомий опір ґрунту:

, [Омм]                                        (8.3)

де  – питомий опір ґрунту, [Омм];  – кліматичний коефіцієнт опору ґрунту, що враховує можливе підвищення опору ґрунту протягом року у порівнянні із заданим значенням  (визначається за таблицею 8.1). 

Таблиця 8.1 – Питомі опори ґрунтів та розрахунковий кліматичний коефіцієнт опору ґрунту

3. Визначається опір розтіканню струму одного вертикального електрода (рис. 8.7). Для вертикального електрода, виготовленого із круглої сталі, при Н0 >0,5 м і  > d (умовні позначення приведено на  рис. 8.7):

, [Ом].                          (8.4)

4. Знаючи проектну кількість вертикальних електродів і схему їх розміщення на плані (ряд або контур), відношення відстані між електродами до їх довжини (звичайно дорівнює 1, 2 або 3), з таблиці 8.2 визначається коефіцієнт використання вертикальних електродів 

Таблиця 8.2 – Коефіцієнт використання вертикальних електродів

5. Розраховується опір горизонтального електрода  за однією з формул:

– якщо горизонтальний електрод виготовлений із круглої сталі (при ):

  , [Ом];                                 (8.5)

– якщо горизонтальний електрод виготовлений зі сталевої прямокутної штаби (при):

, [Ом].                                (8.6)

6. Сумарна довжина горизонтального електрода L визначається виходячи з відстані між вертикальними електродами a та їх кількості n.

При розташуванні вертикальних електродів по контуру:

[м];                                        (8.7)

при розташуванні вертикальних електродів у ряд:

[м].                                (8.8)

7. Уточнюється величина опору горизонтального електроду з урахуванням його коефіцієнта використання  (визначається за таблицею 8.3):

[Ом].                                        (8.9)

8. Визначається  максимально допустимий опір одного вертикального електрода:

[Ом].                                 (8.10)

9. З урахуванням величини коефіцієнта використання вертикальних електродів перевіряється їх мінімально допустима кількість:

,                                        (8.11)

яка порівнюється з проектними даними.

Таблиця 8.3 – Коефіцієнт використання горизонтального електрода

Експлуатація заземлення. Експлуатація заземлення здійснюється за вимогами нормативного документа "Правила технічної експлуатації електроустановок споживачів". 

На кожен заземлювальний пристрій, що знаходиться в експлуатації, складається паспорт, який повинен містити: 

– дату введення заземлювального пристрою в експлуатацію; 

– виконавчу схему заземлювального пристрою; 

– основні технічні характеристики заземлювального пристрою; 

– дані про результати перевірок стану заземлювального пристрою; 

– відомість оглядів і виявлених дефектів заземлювального пристрою; 

– характер ремонтів і змін, унесених у заземлювальний пристрій. 

При експлуатації контролю підлягає опір заземлювача. Вимірювання опору заземлювача електроустановок слід проводити після монтажу, переобладнання, ремонтів цих пристроїв, але не рідше, ніж один раз на 12 років, а в умовах підвищеної небезпеки (ліфтів, пралень, лазень тощо) – не рідше одного разу на рік.  

Огляди заземлювачів з вибірковим розкриттям ґрунту в місцях найбільшого впливу корозії повинні проводитись згідно з графіками, затвердженими особою, відповідальною за електрогосподарство, але не рідше, ніж один раз на 12 років. Елемент заземлювача слід замінити, якщо його переріз зруйнований більше ніж на 50 %. 

Для виміру опору заземлювача розтіканню струму промислової частоти використовується метод амперметра-вольтметра та відповідні прилади (наприклад, МС-08, М372). Схему виміру подано на рис. 8.8.

Виносний (допоміжний) заземлювач 2 і зонд 3 установлюються на такій відстані один від одного і від заземлювача 1, що перевіряється, таким чином, щоб їх поля розтікання не накладалися. Падіння напруги  вимірюється вольтметром V, включеним між заземлювачем, що випробовується, і зондом. Таким чином, опір заземлювача визначається за формулою:

.                                         (8.12)

Рис. 8.8 – Схема виміру опору заземлювача методом амперметра – вольтметра

1 – заземлювач, що випробовується; 2 – виносний (допоміжний) заземлювач; 3 – зонд

Мінімальні відстані від заземлювача, що перевіряється, до допоміжного заземлювача та зонда залежать від найбільшого лінійного розміру  заземлювача, що перевіряється, та найбільшого лінійного розміру  допоміжного заземлювача. Рекомендуються наступні відстані:

;                                         (8.13)

;                                 (8.14)

.                                 (8.15)

Взаємне розташування заземлювача, що перевіряється, допоміжного заземлювача та зонда може бути довільним, за умови дотримання необхідних мінімальних відстаней між ними. 

Приклад: Визначимо відстані, необхідні для виміру опору заземлювача у вигляді замкненого контуру – чотирикутника із сторонами 30 м та 15 м. Як допоміжний заземлювач застосовується вертикальний стержень, занурений у землю на глибину 3 м.

Розв’язання:

, тоді .

,  тоді .

.