Железобетонный фундамент как заземлитель

Содержание

Использование железобетонных фундаментов в качестве естественных заземлителей
Фундаментное заземление
Общие требования
Пример применения замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов
Конструкция замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов
Возможные проблемы коррозии для других заземленных установок, расположенных снаружи замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов
Окончание работ по установке замоноличенных в бетон фундаментных заземляющих электродов

Использование железобетонных фундаментов в качестве естественных заземлителей

Ответ: Для заземления электроустановок следует использовать в первую очередь естественные заземлители. К ним относят: металлические части (арматуру) железобетонных конструкций, например фундаментов опор линий электропередачи и подстанций, фундаментов зданий; металлические подземные коммуникации (трубопроводы, броня и оболочки кабелей); некоторые наземные коммуникации (рельсовые пути) и др. Если естественные заземлители обеспечивают выполнение требований, предъявляемых к параметрам заземляющих устройств, то искусственные заземлители нужно применять, лишь когда необходимо уменьшить токи, протекающие по естественным заземлителям или стекающие с них в землю. Таким образом, в ряде случаев можно ограничиваться только использованием естественных заземлителей и отказаться от искусственных, что дает обоснованное снижение затрат материалов, труда, капиталовложений при монтаже и облегчает эксплуатацию заземляющих устройств. Уже накоплен опыт и известны результаты внедрения решений об отказе при определенных условиях от искусственных заземлителей и использовании конструкций промышленных зданий в качестве естественных заземлителей на некоторых предприятиях страны. При выполнении этих решений руководствуются документами Главэлектромонтажа Минмонтажспецстроя, согласованными с Госстроем (Технический циркуляр № 9-6-186/78 «Об использовании железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей». Унифицированное задание строительным, проектным организациям по использованию металлических и железобетонных конструкций зданий в качестве заземляющих устройств). Технические требования, содержащиеся в унифицированном задании, являются временными, так как ведутся дальнейшие лабораторные и натурные исследования для их уточнения и возможного расширения применения естественных заземлителей. В настоящее время использование железобетонных фундаментов зданий в качестве заземлителей считается возможным лишь в грунтах влажностью не менее 3 % (из-за высокого электрического сопротивления бетона при меньшей влажности) и только при воздействии на фундаменты неагрессивных или слабоагрессивных грунтовых вод при отсутствии гидроизоляции или при защите поверхности фундаментов битумным (либо битумно-латексным) покрытием в соответствии с требованием СНиП 11-28—73. Железобетонные конструкции, находящиеся в средне- или сильноагрессивных средах, нельзя использовать в заземляющих устройствах, так как это может усилить коррозию конструкций. Не допускается также (до принятия решений по окончании исследований) использовать в заземляющих устройствах железобетонные конструкции (плиты, балки, фермы, колонны) с напрягаемой арматурой, а также металлические и железобетонные конструкции зданий, относимых к первой категории по молниезащите, для защиты этих зданий от прямых ударов молний. Однако и с учетом приведенных ограничений использование конструкций зданий в качестве заземляющих устройств дало на ряде объектов возможность полностью отказаться от выполнения искусственных заземлителей в грунте, резко сократить протяженность заземляющих проводников внутри зданий и получить существенный экономический эффект. Для использования в заземляющих устройствах все элементы металлических и железобетонных конструкций (фундаментов; колонн; ферм; стропильных, подстропильных и подкрановых балок) соединяют так, чтобы имелась непрерывная электрическая цепь по металлу. В железобетонных колоннах, кроме того, предусматривают закладные детали на каждом этаже здания для подсоединения заземляемого электрического и технологического оборудования. Имеющиеся в зданиях сварные, а также болтовые или заклепочные соединения металлических колонн, ферм и балок достаточны для непрерывности электрической цепи. В местах, где отдельные элементы металлоконструкций не имеют таких соединений, предусматривают приварку гибких перемычек сечением не менее 100 мм 2 . Сборные железобетонные фундаменты рекомендовано использовать в качестве заземлителей в тех случаях, когда имеется возможность металлического соединения арматуры отдельных блоков между собой. В свайных фундаментах соединяют вертикальную арматуру свай с арматурой ростверка или с арматурой фундаментных блоков электродуговой сваркой. Пространственные металлические каркасы колонн и стаканов фундаментов, а также арматурные сетки их подошв сваривают точечной сваркой на контактных машинах в соответствии с требованиями СН 393—78. При ручной электродуговой сварке закладных деталей и перемычек руководствуются также требованиями СН 102—76. Рекомендованы закладные детали (изделия) в виде отрезков из угловой стали 63X63X5 длиной 60 мм, привариваемые к арматуре и выступающие на поверхность бетона; металлические перемычки — в виде металлических стержней диаметром не менее 12 мм, привариваемых к закладным деталям. Указания приведенного выше циркуляра 9-6-186/78 согласованы с Главгосэнергонадзором. Институтом Сельэнергопроект они рекомендованы к применению и в сельскохозяйственном производстве. В циркуляре изложена методика расчета сопротивления фундаментов, используемых в качестве заземлителей и выравнивающих проводников. Аналогичные расчеты проведены институтом Энергосетьпроект для фундаментов опор ВЛ. Если на здании сооружается молниеприемная (молниезащитная) сетка, то ее соединяют перемычками в непрерывную электрическую сеть с колоннами, используемыми в качестве токоотводов, и с фундаментами, используемыми в качестве заземлителей. К сетке присоединяют все выступающие над кровлей металлические устройства — вентиляционные шахты и др. При использовании в качестве естественных заземлителей труб водопровода нужно устанавливать на водомерах и задвижках металлические перемычки. При ремонте, когда необходимо снять перемычку, заранее должна быть установлена другая перемычка. Присоединять заземляющие проводники от электрооборудования к линии водопровода нужно за водомером, определяя направление от потребителя воды. Использовать трубопровод канализации не разрешается, так как канализационные трубы не имеют надежного электрического контакта в стыках. На подстанциях естественными заземлителями могут являться железобетонные стойки под оборудование, закрепленные в грунте, и другие конструкции. Малое электрическое сопротивление имеют стойки, изготовленные из бетэла (бетон электротехнический). На линиях электропередачи в качестве естественных заземлителей на протяжении ряда лет используются железобетонные подножники и сваи в наиболее распространенных грунтах с удельным сопротивлением до 300 Ом-м, т. е. глинах, супесях и т. п. Систематические наблюдения и исследования показали, что не только в таких грунтах, но и в песчаных и скальных грунтах наблюдается постоянное увлажнение бетона за счет капиллярного подсоса влаги из прилегающих слоев земли, вследствие чего железобетонные фундаменты через несколько месяцев после их установки становятся естественными заземлителями с мало меняющимися в течение года значениями сопротивлений. Это дало основание рекомендовать их использование в грунтах с сопротивлением не только 300, но и до 1000 Ом-м, что дает экономию металла и затрат (табл. 1). Кроме описанных выше естественных заземлителей, ими могут служить и различные другие, например металлические трубопроводы для негорючих жидкостей, обсадные трубы артезианских колодцев. Таблица 1. Сокращение длины протяженных заземлителей при учете проводимости фундаментов опор, используемых в качестве естественных заземлителей в грунтах с эквивалентным удельным сопротивлением р от 500 до 1000 Ом-м

Напряжение воздушной линии кВ	Тип опор	р. Ом м	Длина одного протяженного заземлителя. м
без учета фундамента	с учетом фундамента
110-220	Одностоечные* на оттяжках	600—600 600—700 700—800 800—1000	20 25 30 35	10 15 20 30
110—330	Портальные железобетонные	500—700 700—800 800—1000	25 30 40	20 25 35
110—220	Одностоечные металлические	500—600 600—700 700—800 800—1000	20, 25 30 35	10 15 20 30
330—500	Одностоечные металлические	500—600 600—700 700—800 800—100	20 25 30 35	5 10 15 20
500—750	Анкерно-угловые трех- стоечные	500—650 650—800 800—1000	15 20 25	—2 _2 —2
500—750	Портальные на оттяжках	500—700 700—800 800—1000	20 25 30	10 15 20

*Одностоечные железобетонные опоры не включены, так как учет проводимости их подземной части в грунтах с Р=500-11000 Ом-м практически не влияет на значение сопротивления растекания.
**Прокладываются лишь перемычки между стойками опоры. Во всех случаях применения естественных заземлителей их конструкция должна отвечать условию, чтобы протекающие при коротком замыкании токи не превышали допустимых для каждого элемента заземлители. Это требование должно обеспечиваться в течение всего заданного числа лет эксплуатации электроустановки, т. е. и тогда, когда стальные элементы заземлители могут уменьшить свои размеры и сечение вследствие коррозии.

Дата добавления: 2016-04-23 ; просмотров: 2937 ;

Источник

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.

Источник