Практическое руководство по заземлителям: типы, выбор, установка и обслуживание

Заземляющий стержень — это лишь одна часть системы заземления, но зачастую от него зависит, выдержит ли установка испытание на сопротивление. На подстанции, телекоммуникационной вышке, солнечной ферме или промышленном предприятии стержень, выбранный без проверки состояния почвы, может привести к нестабильному сопротивлению заземления, затруднению обнаружения неисправностей и преждевременной коррозии. Практический вывод из многолетних работ по заземлению прост: выберите стержень после того, как вы знаете почву, целевое сопротивление и метод подключения, который вы планируете использовать, затем установите его с той же осторожностью, с которой вы относитесь к постоянному защитному устройству.

Что делают заземляющие стержни и почему они важны

Заземляющие стержни, также известные как заземляющие стержни или заземляющие электроды, обеспечивают путь с низким сопротивлением для тока повреждения, грозовых перенапряжений и статического разряда, достигающих окружающей почвы. Этот путь дает защитным устройствам контролируемую опорную точку, ограничивает шаговое напряжение и напряжение прикосновения, а также помогает поддерживать стабильность электрического и электронного оборудования во время нормальной работы.

Сам по себе жезл не несет полной ответственности. Его работоспособность зависит от площади контакта металла с землей, проводимости материала стержня, удельного сопротивления почвы вокруг электрода и качества соединения заземляющего проводника со стержнем. Даже высококачественный стержень будет работать хуже, если зажим ослаблен, почва высохла или проводник имеет недостаточный размер.

На подстанциях и распределительных устройствах используются заземляющие стержни для выравнивания потенциалов во время аварийных ситуаций.
На телекоммуникационных объектах используются стержни для стабилизации опорного напряжения и уменьшения помех.
Солнечные электростанции и промышленные объекты нуждаются в стержнях для удовлетворения требований безопасности и устранения неисправностей.
В жилых зданиях используются стержни, обеспечивающие альтернативный путь для гроз и скачков напряжения.

Целью большинства проектов является не достижение чрезвычайно низкой ценности любой ценой; Речь идет о достижении стабильного значения, которое остается в пределах необходимого предела при сезонных изменениях влажности и температуры.

Основные типы заземляющих стержней

Покупатели обычно начинают с ассортимента заземляющих стержней, доступных на рынке. Выбор материала влияет на цену, срок службы, коррозионную стойкость и совместимость с другими заземляющими компонентами. В таблице ниже показаны четыре наиболее распространенных типа удилищ и ситуации, когда каждый из них заслуживает внимания.

Сравнение материалов распространенных заземляющих стержней и типичных применений.
Тип стержня	Сердечник и покрытие	Типичное использование	Ключевое соображение
Сталь, связанная медью	Стальной сердечник с медным слоем	Промышленное заземление общего назначения	Сочетает проводимость и механическую прочность.
Чистая медь	Твердая медь	Требования к высокой проводимости и низкому сопротивлению	Более высокая стоимость материала и более мягкий металл.
Нержавеющая сталь	Твердая нержавеющая сталь	Агрессивные или загрязненные почвы	Увеличенный срок службы в суровых условиях.
Оцинкованная сталь	Сталь с цинковым покрытием	Недорогие заземления и временные работы	Покрытие может изнашиваться со временем.
Химический заземлитель	Медный или стальной электрод с проводящим наполнителем.	Грунт с высоким удельным сопротивлением или ограниченное пространство для установки	Требует правильной засыпки и периодического осмотра.

Для стандартной промышленной установки стальной заземляющий стержень с медным соединением является надежным вариантом по умолчанию, поскольку стальной сердечник обеспечивает механическую прочность, необходимую для привода, а медный слой обеспечивает низкое электрическое сопротивление и хорошие коррозионные характеристики в большинстве почв. Выбор становится более конкретным, когда к оценке добавляются удельное сопротивление грунта, толщина покрытия и соединительные материалы.

Как правильно выбрать заземляющий стержень для вашего проекта

Выбор начинается с обследования почвы, а не с каталога стержней. Измерьте удельное сопротивление почвы в фактической зоне установки, поскольку значения могут варьироваться от менее 50 Ом-метров во влажной глине до более 1000 Ом-метров в песчаном или каменистом грунте. Эта цифра влияет на длину стержня, количество стержней, расстояние между стержнями и необходимость дополнительного лечения.

Местные нормы и спецификации проекта часто устанавливают целевое сопротивление заземления. В некоторых регионах допускается использовать один стержень, если его измеренное сопротивление составляет 25 Ом или менее, а второй стержень требуется, если оно выше. Многие промышленные и телекоммуникационные спецификации ужесточают ограничение до 10 Ом или меньше, в то время как центры обработки данных и подстанции могут требовать от 1 до 5 Ом. Правильный подход — сравнить данные о грунте со спецификациями, прежде чем решить, нужен ли один стержень, несколько стержней или химический заземлитель.

Удельное сопротивление почвы ниже 100 Ом-метров: обычно достаточно стандартных медных или оцинкованных стержней.
Удельное сопротивление почвы составляет от 100 до 500 Ом-метров: обычно используется более длинный стержень или несколько стержней, расположенных на расстоянии друг от друга.
Удельное сопротивление почвы выше 500 Ом-метров: рассмотрите возможность использования параллельных стержней, стержней с глубоким приводом или химического заземляющего стержня, чтобы снизить сопротивление.

Риск коррозии меняет выбор материала. Стержень с медным связующим хорошо работает во многих нейтральных почвах, но для установки вблизи побережья, на промышленной площадке с возможностью разлива химикатов или в сильнокислой почве может потребоваться заземляющий стержень из чистой меди или его альтернатива из нержавеющей стали. Проверьте толщину медного покрытия на медных стержнях; Стандартная толщина составляет 0,254 мм, а более тонкий слой может сократить срок службы в агрессивных грунтах.

Практика установки, которая имеет значение

Правильно выбранный заземляющий стержень все равно может выйти из строя, если установка будет выполнена в спешке. Основные риски – плохой контакт с почвой, изгибы при заезде, недооцененный хомут и соединение, которое подвергается коррозии после закрытия траншеи. Этих рисков можно избежать с помощью хорошо отработанных этапов установки.

Перед поездкой проверьте местоположение, удельное сопротивление почвы и глубину целевого стержня. Если земля каменистая, используйте пилотную яму или установите более длинный стержень в траншею, а не заставляйте его.
Ведите стержень вертикально, удерживая приводной инструмент на одном уровне с осью стержня, чтобы избежать изгиба. Верхняя часть стержня должна оставаться доступной и при необходимости защищенной смотровой крышкой.
Используйте муфты, когда для достижения глубины требуется секционный стержень. Механическая муфта должна быть совместима с диаметром стержня и обеспечивать соединение с низким сопротивлением.
Подключите заземляющий провод с помощью зажима, разъема или экзотермической сварки, рассчитанной на размер проводника и отделку стержня. При соединении несовместимых материалов может возникнуть гальваническая коррозия, поэтому выбирайте подходящие соединители и зажимы для стержней, соответствующие конкретному материалу стержня.
Измерьте сопротивление заземления после установки и еще раз после того, как почва осядет или после цикла увлажнения. Если значение слишком велико, добавьте еще один стержень или улучшите почву вокруг электрода.

Если сопротивление заземления стандартного приводного стержня все еще слишком велико, можно установить химический заземляющий стержень с проводящей засыпкой. Такой подход снижает сопротивление на большем объеме почвы, что особенно полезно на тесных участках, гравийном грунте или каменистых участках, где несущие стержни невозможно вбить достаточно глубоко.

Тестирование, обслуживание и долгосрочная производительность

Сопротивление заземления не является фиксированным числом. Он поднимается, когда почва высыхает, опускается, когда дождь повышает содержание влаги, и может постоянно подниматься, когда соединение подвергается коррозии или разъедается покрытие. Проверка сопротивления заземления, выполняемая с помощью четырехточечного тестера или тестера с зажимами, дает владельцу оборудования четкую проверку того, соответствует ли заземляющий стержень спецификациям проекта.

При стационарных установках тестируйте не реже одного раза в год и после крупных событий, таких как гроза, земляные работы возле стержня или изменения в близлежащей коммунальной инфраструктуре. Ведите журнал измеренных значений, чтобы можно было обнаружить аномальное увеличение до того, как оно приведет к повреждению оборудования. В высокочастотных или электронных системах проверяйте соединение между стержнем и заземляющим проводником так же тщательно, как и сам стержень; ослабленный зажим создает индуктивное и резистивное препятствие, которое невозможно увидеть с поверхности.

Хорошая конструкция заземления не ограничивается одним приводным стержнем. Несколько стержней можно соединить параллельно, чтобы снизить сопротивление, и каждый дополнительный стержень должен быть расположен на расстоянии, по крайней мере, на длину стержня от первого, чтобы избежать перекрытия областей сопротивления. Эти стержни необходимо соединять непрерывным проводом и постоянными соединениями, а не временной проволокой, навитой на стержень.