Сварка оцинкованной полосы для заземления

Обновлено: 09.01.2025

Заземление — это один из самых важных элементов электроустановки. Оно необходимо для того, чтобы предотвратить риск поражения человека электрическим током в процессе прикосновения к токоведущим частям или корпусам устройств, которые будут под напряжением из-за неисправностей или определённых повреждений. При этом длина шва заземления играет существенную роль.

В общей сложности можно выделить три основных вида заземления:

защитный тип, который обязан обеспечить максимально высокую электрическую безопасность;
рабочее зануление, которое требуется для качественной работы установки. Прежде всего, это касается установок, в которых протекает рабочий ток. Обычно он равен току в фазе трехфазной системы или в одном из полюсов постоянного тока;
особый вид заземления, когда нейтраль трехфазного генератора или трансформатора заземлена. При этом именно от неё прокладывают нулевой провод, который берёт на себя прежде всего функции рабочего или защитного заземления.

Заземление обычно выполняют:

при напряжении в 380 Вольт и выше переменного тока;
при напряжении в 440 Вольт и выше постоянного тока в электроустановках;
при напряжении выше 42 Вольт, но ниже 380 Вольт переменного тока, а также при напряжении выше 110 Вольт, но ниже 440 Вольт постоянного тока — в помещениях с повышенным уровнем опасности или с особой опасностью в наружных установках.

Однако при напряжениях ниже 42 Вольт переменного тока и ниже 110 Вольт постоянного тока заземление не требуется.

Необходимо понимать, что в некоторых установках заземление становится обязательным при всех напряжениях переменного и постоянного тока. К таким электроустановкам относят, прежде всего, электроустановки, которые располагаются во взрывоопасных помещениях любого класса.

Дополнительно необходимо отметить, что нулевые защитные проводники обязаны использоваться в качестве самостоятельных, кроме рабочих зануляющих проводников. Электросварочные установки помимо обязательного заземления корпусов сварочных агрегатов обязаны иметь заземление одного из зажимов цепи сварочного тока. При этом металлические оболочки силовых и контрольных кабелей на напряжение до сорока двух Вольт переменного тока и до ста десяти Вольт регулярного тока, если их прокладывают совместно с кабелями и проводами другого напряжения на общих металлических конструкциях и так далее.

Нередко в качестве дополнительной меры электрической безопасности строители подключи электроприемники к сети сквозь разделительные или понижающие трансформаторы. Необходимо учитывать, что вторичное напряжение трансформаторов бывает не более трёхсот восьмидесяти Вольт для разделительных, и не более сорока двух Вольт — для понижающих. При этом разделительный трансформатор может иметь равные напряжения, как у первичной, так и у вторичной обмотке. К примеру, триста восемьдесят на триста восемьдесят Вольт. Первичную обмотку обязательно подключают к сети, которая имеет глухозаземленную нейтраль. Стоит отметить, что у вторичной обмотки заземления нет. Необходимо запомнить, что от разделительного трансформатора допустимо проводить питание только для одного электроприемника. И его номинальный ток не должен превышать 15 Ампер. А корпус разделительного трансформатора часто заземляют или зануляют. Нельзя сделать заземление электроприемника, который присоединен ко вторичной обмотке разделительного трансформатора.

Длина полосы шва заземления

Очевидно, что соединения заземляющих проводников обязаны обеспечивать максимально надежный контакт. Осуществить это возможно только посредством сварки.

Длина сварного шва полосы заземления должна быть равна двойной ширине при прямоугольном сечении. Также она может быть равна 6 диаметрам при круглом сечении. Главное учитывать, что сварку важно выполнять по всему периметру нахлестки.
Как правило, соединения заземляющих проводников выполняют именно сваркой, как и присоединение их к металлическим элементам домов. Исключением являются лишь разъемные места, которые предназначены для измерения. Длину нахлестки для сварки проводников в процессе соединения также делают равной ширине при прямоугольном сечении или шести диаметрам, если речь идёт о круглом сечении.
Сварку используют и для соединения заземляющих проводников, основой которых является круглая сталь, с заземлителями. В сложившейся ситуации длина сварного шва заземления также будет равной двойной ширине полосы для прямоугольных полос или 6 диаметрам для круглой стали. Однако к трубопроводам заземляющие проводники чаще всего присоединяют с помощью хомутов.

Вот мы и разобрались, что такое длина сварочного шва заземления. Если остались какие-либо вопросы, то всегда возможно совершенно бесплатно проконсультироваться с нашими специалистами. Также при необходимости они осуществят необходимые работы, учитывая все нормы ПУЭ.

Фундаментные заземлители (Часть 2)

В последнее время особенно важной проблемой при проектировании систем молниезащиты объектов, расположенных на широких фундаментных плитах, становится отсутствие возможности оценить их техническое состояние. Стальные несущие конструкции таких объектов обычно надёжно соединяются внутри объекта с арматурой фундамента без возможности их разъединения. Идеальным решением в такой ситуации будет размещение в колодцах, монтируемых в почве, контрольноизмерительных соединений (рис. 8).

Кроме того, подобное решение способствует выполнению требований стандартов серии 62305, согласно которым взаимные соединения между заземлителями должны быть выполнены с пробирными зажимами, то есть на месте локализации отводных проводов. Такой способ дает возможность контролировать состояние обширной фундаментной плиты во время её эксплуатации на основании результатов измерения активного сопротивления заземлителя, а также активного сопротивления между двумя пунктами фундаментного заземлителя.

контрольно-измерительный колодец;
контрольное соединение;
искусственный заземлитель (дополнительный);
грунт;
фундамент;
стальной столб конструкции, использованный как заземляющий проводник;
облицовка стены.

Рис. 8. Контрольно-измерительное соединение, предназначенное для контроля состояния фундаментного заземлителя, например в обширных объектах со стальной конструкцией (с согласия RST sp.j.)

Способы соединения искусственных заземлителей с фундаментным заземлителем

Соединение фундаментного заземлителя с дополнительными внешними искусственными заземлителями связано с проблемой, которой в проектировочной и исполнительской практике обычно пренебрегают. Проблема касается подбора несоответствующих материалов для искусственного заземлителя, что может создавать благоприятные условия для ускоренной коррозии системы заземления. Знания проектантов электрических систем по этой теме сегодня весьма неудовлетворительны, несмотря на то что в Польше требования в этой области введены в нормативные акты еще в апреле 2002 г. в стандарт PN-IEC 61024-1-2:2002 [13], а в апреле 2004 г. этот документ Распоряжением министра инфраструктуры был внесён в список стандартов, касающихся технических условий, которым должны отвечать здания и их расположение [14].

Согласно требованиям PN-EN 62305-3, с арматурой в бетоне непосредственно могут соединяться заземлители из нержавеющей стали или меди. Пример правильно выполненного таким образом дополнительного соединения искусственного заземлителя, построенного на базе омеднённой системы GALMAR, с фундаментным заземлителем изображен на рис. 9.

С учётом риска коррозии, оцинкованные заземлители могут соединяться с арматурой в бетоне исключительно через изолирующие искровые разрядники, которые способны проводить частичные разряды молнии (класса N).

Дополнительные требования к проводам заземлителей, которые выходят из бетона или зем- ли, следующие:

стальные заземлители в точке перехода на открытый воздух должны быть защищены от коррозии с помощью изоляционных лент или термоусадочных труб на отрезке 0,3м;
для медных заземлителей и заземлителей из нержавеющей стали такая защита необязательна.

Из представленных выше нормативных рекомендаций следует, что сегодня применение дополнительных оцинкованных заземлителей для соединения с фундаментными заземлителями требует от проектанта четкого обоснования такой потребности, исходя из учёта как ожидаемой коррозионной угрозы, так и необходимости применения дополнительных дорогостоящих защитных средств (изоляция искровыми разрядниками и защитными барьерами).

Электрохимическая коррозия

Коррозия заземлителя ведёт к возрастанию активного сопротивления заземления, а в крайнем случае – даже к полному его уничтожению. На рис. 10б приведён пример размещённой в почве стальной оцинкованной полосы, соединённой с фундаментными заземлителями антенной опоры, которая подверглась очень сильной коррозии после 12 лет эксплуатации. Так же как и в случае соединения различных материалов в электрической системе, где недопустимо непосредственное соединение алюминиевых элементов с медными, следует обращать внимание на подбор соответствующих материалов для систем заземления.

а) Коррозия оцинкованной полосы после 6 лет эксплуатации в качестве дополнительного заземлителя одной из фундаментных подошв опоры высокого напряжения 220 кВ в Судане. Одна из причин такой быстрой коррозии – её соединение с арматурой фундамента этой опоры;

б) Пораженная коррозией оцинкованная полоса после 12-летней эксплуатации в качестве элемента горизонтального заземлителя радиокоммуникационного объекта с фундаментными заземлителями штока мачты (высота мачты – 326 м над поверхностью земли) и фундаментных подошв его оттяжек (с согласия RST sp. j.)

Рис. 10. Коррозия оцинкованной полосы, применённой в качестве дополнительного заземлителя для фундаментного заземлителя

Угроза электрохимической коррозии, возникающей в результате образования гальванического звена вследствие соединения фундаментного заземлителя и внешнего заземлителя из оцинкованной стали, проиллюстрирована на рис. 11.

Рис. 11. Угроза электрохимической коррозии в результате соединения фундаментного заземлителя с внешним заземлителем из оцинкованной стали

Разные металлы, помещенные во влажную почву или бетон, то есть в электролитическую среду, принимают разные электрические потенциалы, измеряемые относительно электрода сравнения. Соединенные между собой разные материалы создают гальванический элемент, через который в результате различия потенциалов может непрерывно проходить постоянный ток. Даже если величина этого тока будет относительно небольшой, несколько миллиампер, это уже угрожающее явление, поскольку оно длится непрерывно. Считается, что разница потенциалов, превышающая 0,6 В, уже создает условия, способствующие ускоренной коррозии. В таблице 2 даны величины электродвижущей силы, которые возникли в результате соединения разных пар металлов, применяемых для заземлителей или защитных покрытий элементов заземлителей.

Потенциал стали, помещенной в бетонный фундамент, окружённый влажным грунтом, измеряемый относительно электрода сравнения Cu/CuSO₄, составляет от –0,1 до –0,3 В [6, 7]. Потенциал оцинкованной стали (часто применяемой для изготовления искусственных заземлителей как самое дешевое решение), помещенной в такую же почву, который измеряется относительно того же электрода сравнения, составляет от –0,7 до –1,0 В. Такое соединение в итоге дает различие потенциалов на уровне 0,4–0,9 В. Поэтому соединение оцинкованной стали со сталью фундаментного заземлителя недопустимо, так как это ускорит коррозию оцинкованной стали. Потенциалом, приближенным к потенциалу стали в бетоне, обладает медь или омеднённая сталь, у которых он колеблется от 0 до –0,2 В.

Рекомендации, касающиеся подбора материалов для искусственных заземлителей, которые соединяются с фундаментным заземлителем, содержатся, в частности, в стандарте по молниезащите PN-EN 62305-3 [1], а также в стандарте, касающемся заземления электрических систем низкого напряжения PN-HD 60365-5-54 [5].

Таблица 2. Разница потенциалов электрохимических пар металлов, чаще всего применяемых в Польше
для изготовления заземлителей или их покрытий, В

В стандарте PN-EN 62305-3:2009, в пункте E.5.4.3.2 «Фундаментные заземлители», можно найти информацию об угрозе, возникающей в случае выполнения внешнего заземлителя из черной стали или оцинкованной стали: «Следующая проблема связана с электрохимической коррозией под воздействием гальванических токов. Сталь в бетоне имеет приблизительно такой же гальванический потенциал электрохимического ряда, что и медь в грунте. Следовательно, когда сталь в бетоне соединена со сталью в земле, то действующее гальваническое напряжение, которое равняется приблизительно 1 В, приводит к протеканию тока коррозии в почве и мокром бетоне и растворяет сталь в почве.

Если помещенные в почву заземлители имеют соединение со сталью в бетоне, то они должны быть выполнены из меди или из нержавеющей стали».

Как уже было сказано, рекомендации, касающиеся оговариваемой сферы, содержались в предыдущем издании стандартов по молниезащите PN-IEC 61024-1 [13], введённых для применения в 2001–2002 гг. В 2004 г. это издание стало обязательным, поскольку было включено в список стандартов, касающихся технических условий, которым должны отвечать здания и их расположение [2, 14]. Новейшая версия нормы PN-EN 62305-3:2011 расширяет формулировку и допускает применение в таких случаях также омеднённой стали.

Сварка заземления по ПУЭ

Заземление в промышленности используют давно, однако в жилой недвижимости его стали применять не так давно, в связи с чем и на сварные швы заземления обратили повышенное внимание примерно в то же время. В правилах устройства электроустановок (ПУЭ) сведений о заземлении содержится достаточно много. В них четко прописано, каким образом необходимо проводить заземляющий контур, что при этом в нем необходимо использовать, каковы будут параметры контуров и многое другое. К системе защиты от утечек тока следует относиться максимально ответственно. То есть необходимо с большим вниманием подходить к монтажу, расчету и дальнейшему обслуживанию системы и учитывать все основные требования ПУЭ.

Основные термины

Прежде чем начать монтаж заземления, стоит изучить основные термины.

Для начала разберёмся, что такое заземляющее устройство. Оно представляет собой конструкцию, которая состоит из самого заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель является проводником из металла, который так или иначе контактирует с землёй. А заземляющие проводники являются металлическими проводниками, которые помогают соединить заземлитель с электрическим оборудованием.

Сварка контура заземления

Заземляющие проводники к трубопроводам присоединяют с помощью сварки или хомутов со стороны ввода трубопроводов в здание. При этом сварочные швы, которые расположены в земле, сразу после установки дополнительно покрывают битумом, чтобы защитить их от коррозии,. Данный пункт входит в нормы сварки заземления.

Необходимо понимать, что именно соединения проводников являются слабым местом всех заземляющих цепей. В результате необходимо позаботиться о том, чтобы они были максимально надежными. Только в этом случае проводники смогут выдерживать движение грунта и достаточно высокие механические нагрузки. Сварка полосы заземления – один из наиболее популярных методов, который применяют в процессе прокладки контура.

Эту технологию используют в первую очередь для крепления уголков-электродов на медную полосу. Необходимо учитывать, что размер шва должен быть не меньше, чем ширина полосы. Фиксацию следует производить со всех четырёх сторон. Выполняется полоса заземления сварки внахлёст. При этом необходимо оставить припуск более десяти сантиметров. Детали соединяют благодаря одному из двух способов.

Первый — использование электрической сварки, но только при условии, что поблизости есть соответствующие источники электропитания.

Во втором случае применяют термитную сварку. Это особенно актуально во время работы на линиях электропередачи и удаленных объектах.

Швы, которые контактируют с грунтом, необходимо зачищать от окалины, дополнительно покрыв их битумным лаком. Он требуется в первую очередь для защиты шва от коррозии.

Требования к сварке и контролю качества сварных соединений

В процессе изготовления и монтажа резервуаров используют определённые электродуговые способы сварки:

механизированную дуговую сварку, отличительной чертой которой являются плавящийся электрод в защитном газе;
автоматическая дуговая сварка, который имеет плавящийся электрод под флюсом;
механизированную дуговую сварку, которая имеет самозащитную порошковую проволоку;
механизированную дуговую сварку, которая имеет самозащитную порошковую проволоку в области защитного газа;
стандартную ручную дуговую сварку.

Стоит отметить, что организации-подрядчики достаточно часто разрабатывают операционные технологические карты не только по сварке, но и по контролю сварных соединений. Сварка заземления по ПУЭ будет иметь свои нюансы.

Осуществлять сварочные работы и сварку металлоконструкций или резервуаров обязаны исключительно специалисты, которые имеют соответствующее образование и определённый опыт.

Сварочный шов заземления конструкций выполняют в соответствии с заранее утвержденным технологическим процессом.

При этом обязаны быть предусмотрены:

определённые требования не только к форме, но и к подготовке кромок всех деталей;
методы и режимы сварки, соответствующие сварочные материалы и соблюдение последовательности выполнения технологических операций;
определённые указания для правильной подготовки и сборки деталей непосредственно перед сваркой с применением кондукторов.

Сварка шины заземления

Должна быть выполнена в соответствии с указаниями ППР, где обязательно предусматривают:

самые эффективные методы сварки для монтажных соединений;
форму подготовки основных свариваемых деталей;
стандартные технологические режимы сварки;
технологическую оснастку и оборудование;
указания по климатическим условиям выполнения сварочных работ. К ним относят температуру воздуха, ветер и влажность.

Использование стальной полосы для заземляющего контура

Система заземления служит для защиты электрооборудования и людей от последствий короткого замыкания или других нештатных ситуаций в сети электроснабжения. В соответствии с Правилами устройства энергоустановок, для соединения заземляющего контура с главной шиной при напряжениях ниже 1 кВ должна использоваться стальная полоса с поперечным сечением не менее 75 мм 2 .

Для каких бытовых приборов требуется осуществить заземление?

Если большинство бытовых аппаратов заземляется через «ноль» розетки, то приборы из приведенного ниже списка необходимо защитить путем устройства постоянного заземления:

Стиральные машины. В незаземленном агрегате, работающем в условиях повышенной влажности, может происходить пробой на корпус. При прикосновении к корпусу пользователь почувствует пощипывание.
Микроволновые печи. В этих устройствах имеется специальная клемма, с помощью которой прибор необходимо подключить к стационарной системе заземления. При недостаточном контакте в розетке печь без заземления генерирует волны сверхвысокой частоты, опасные для здоровья пользователей.
Варочные поверхности и индукционные печи. В нештатных ситуациях ток может пробивать на корпус.
Стационарные компьютеры. Один из способов повышения производительности ПК – устранение утечки токов путем присоединения элемента стационарного заземляющего контура к любому винту на задней панели.

Материалы для заземляющего контура

Для устройства заземления, особенно на промышленных предприятиях, часто используется стальная полоса толщиной 4-5 мм и шириной 40-50 мм. Такие изделия должны обладать хорошей пластичностью, прочностью, свариваемостью без ограничений. Поэтому для этой цели используется горячекатаная сталь обыкновенного качества низкоуглеродистых марок (Ст1, Ст2, Ст3) и любой степени раскисления (кипящая, полуспокойная, спокойная).

При выборе полосы для изготовления контура заземления можно приобретать прокат обычной точности (В) из стали, регламентируемой ГОСТом 380-2005.

Требования к коррозионной защите заземляющего контура

Поскольку элементы контура заземления прокладываются под землей, они подвергаются воздействию влаги и разрушаются из-за атмосферной и подземной электрохимической коррозии. При подземной прокладке окрашенный металл не применяется, поскольку слой краски в таких условиях отличается малой стойкостью. Наиболее эффективные варианты (помимо медных изделий) – полосы из коррозионностойкой или углеродистой стали обыкновенного качества, на которые наносится защитный цинковый слой.

Способы цинкования стальной полосы для заземления

В гальванической паре «железо-цинк» цинк (Zn) играет роль анода и при электрохимической коррозии разрушается первым. Защитные характеристики цинка сохраняются при нарушении целостности слоя на небольшом участке – не более 5% от общей площади. Свойствами, аналогичными цинку, обладают металлы, более электроотрицательные, по сравнению с железом. В ряду напряжений такие металлы находятся левее Fe. Для защиты стальной полосы используется именно цинк, поскольку его нанесение является технологически простым и экономически выгодным.

Наиболее распространенный способ цинкования полосы, предназначенной для заземляющего контура, – горячее цинкование. Процесс проходит в ванне с расплавленным цинком, толщина наносимого слоя – 50-600 г/м 2 . Определенные трудности представляет собой сварка оцинкованных элементов, поскольку из-за высоких температур устраняется защитный цинковый слой. Кроме того, при сварке появляются вредные цинксодержащие испарения.

При нарушении цинкового покрытия его восполняют способом холодного цинкования с применением состава с высоким содержанием Zn. Если есть технологическая возможность, то оцинкованные полосы между собой соединяют не сваркой, а болтами. Для таких соединений применяется оцинкованный крепеж.

Читайте также: