Требования к заземляющим элементам

Для выполнения искусственных заземлителей, прокладываемых непосредственно в грунте, применяются: проволока, многопроволочные проводники, полоса, стержни, пластины или решетки. Требования, которым они должны отвечать, содержатся в самых последних стандартах, касающихся электрических систем (PN-HD 60364-5-54:2011 Электрические системы низкого напряжения – Часть 5- 54: Подбор и монтаж электрического оборудования – Схемы заземления и защитные проводники (ориг.) [5], PN-EN 50522:2011 Заземление электроэнергетических систем переменного тока с напряжением выше 1 кВ), а также систем молниезащиты (PN-EN 62305-3:2011 Молниезащита Часть 3: Физические повреждения объектов и угроза жизни (ориг.), PN-EN 62561-2:2012 Элементы молниезащитных устройств (LPSC) – Часть 2: Требования, касающиеся проводов и заземлителей (ориг.) (ранее как PN-EN 50164-2:2010).

В этих документах содержатся требования относительно допустимых к использованию материалов, видов покрытий, а также размеров элементов.

Требования, которые содержатся в стандартах PN-HD 60364-5-54:2011, PN-EN 62305-3:2011 и PN-EN 62561-2:2012, в большой степени не противоречат друг другу, а вот некоторые требования стандарта PN-EN 50522:2011, который утвержден CENELEC как европейский стандарт на ближайший период, отличаются от требований остальных стандартов. В таблице 1 сопоставляются требования,касающиеся элементов заземления, собранные из вышеприведенных стандартов. Красным цветом обозначены величины, которые отличаются в отдельных документах.

Таблица 1. Материалы, допустимые к использованию для заземлителей в грунте, их конфигурация и минимальные размеры,
а так же толщина защитных покрытий

Примечания:
1) Величины в скобках касаются заземлителей, предназначенных только для обеспечения электробезопасности.
2) Диаметр указан для каждой отдельной проволоки.
3) Для пластин и решеток указанные размеры: поверхность / толщина.
4) Решетка выполнена из провода длиной как минимум 4,8 м.
5) Решетка выполнена из ленты с сечением 25 х 2 мм или из проволоки диаметром 8 мм.
6) Решетка выполнена из ленты с сечением 30 х 3 мм или из проволоки диаметром 10 мм.
7) Средняя величина.

Допустимые материалы

Во всех упомянутых стандартах в качестве материалов, применяемых для изготовления элементов заземления, рекомендуется использовать медь (без покрытия или луженую), а также сталь (горячеоцинкованную, нержавеющую или омедненную электролитическим методом). Стандарты по электрическим системам (как PN-HD 60364-5-54:2011, так и PN-EN 50522:2011) допускают также использование стали с медным покрытием толщиной 1000 мкм, однако такой материал подвержен отслоению медного покрытия под влиянием механических факторов. Учитывая это, стандарты по молниезащите допускают применение только стали, омедненной электролитическим методом, которая обеспечивает гораздо более долговечный контакт обоих слоев даже при значительно меньшей толщине медного покрытия.

Стандарт PN-EN 50522 – единственный из упомянутых допускает использование таких материалов, как сталь и медь со свинцовым покрытием. Учитывая вредные качества свинца, такие материалы сегодня не должны допускаться к использованию.

Некоторые различия между рекомендациями отдельных стандартов касаются набирающей популярность в последние годы стали, омедненной электролитическим методом. В стандарте PN-EN 50522 речь идет только о стержнях, выполненных из такого материала, при этом остальные стандарты допускают также проволоку и полосу. Ошибочной представляется указанная в PN-EN 50522 минимальная толщина медного покрытия для вертикальных стержней: 90 мкм. Стандарты по молниезащите, как и стандарт, касающийся системы низкого напряжения, требуют, чтобы толщина этого слоя составляла как минимум 250 мкм, потому что покрытие толщиной 90 мкм может оказаться слишком малоустойчивым к механическим воздействиям, которым подвергаются стержни при погружении в землю. Зато более тонкая толщина покрытия допускается в случае проволоки и полосы, которые укладываются горизонтально в траншеях и засыпаются землей, в результате чего в гораздо меньшей степени повреждаются.

Представляется не слишком логичным, чтобы к системам низкого напряжения (для которых также требуется толщина слоя 250 мкм) предъявлялись более строгие требования, чем к системам с напряжением более 1 кВ. Сегодня эти требования выполняют немногие производители. Например, на рынке доступны стальные стержни c медным покрытием толщиной 240 мкм. Разница хоть и небольшая, но она говорит о том, что данный продукт не отвечает нормативным требованиям. Примеры специальных вертикальных омедненных заземлителей, соответствующих упомянутым стандартам, представлены на рис. 3.

а) резьбовой	б) безмуфтовый

Для полос, омедненных электролитическим методом, требования относительно меньшей толщины покрытия вытекают из меньшего риска повреждения покрытия заземлителя. Полосы, которые укладываются в траншеях и засыпаются землей, не подвергаются значительному механическому воздействию, поэтому для них достаточным является медное покрытие толщиной 70 мкм (рис.4). При этом омедненная полоса должна быть достаточно стойкой к выгибанию, при этом не должно происходить отслоение медного защитного покрытия.

В самых новых стандартах по молниезащите предъявляется не слишком много требований к толщине цинковых покрытий, хотя такая информация приводилась в предыдущей версии стандарта PN-EN 62305-3:2009. В нем указывалось, что цинковое покрытие должно быть гладким, сплошным и без пятен, а его минимальная толщина должна составлять 50 мкм для круглых элементов (проволока и стержни) и 70 мкм – для плоских элементов (полосы).

Теперь эти требования содержатся только в стандартах, касающихся электрических систем. Однако следует обратить внимание на то, что эти величины, приведенные в стандартах PN-EN 50522:2011 и PN-HD 60364-5-54:2011, являются разными. В зависимости от формы элемента рекомендованная минимальная толщина покрытий колеблется от 45 до 63 мкм. Стандарт PN-EN 62561-2:2012 выдвигает в свою очередь требование, касающееся плотности цинкового покрытия, которая должна составлять 350 г/м² для круглых элементов и 500 г/м² – для плоских элементов. Такое требование является более обоснованным, поскольку даже если будет нарушена целостность цинкового покрытия, то в первую очередь будет корродировать цинк и только позднее – покрытая имсталь.

Ни одна из норм не упоминает среди материалов, которые допускаются к применению, сталь, оцинкованную гальваническим методом.

Минимальные размеры элементов

В стандарте PN-HD 60364-5-54, касающемся систем низкого напряжения, для отдельных элементов (проволока, многопроволочные проводники и медные стержни) указано два размера: для случая, когда система заземления предназначена только для защиты от поражения током, и для случая, когда она должна использоваться еще и для молниезащиты. Размеры элементов заземления, например минимальные диаметры стержней или сечения проволоки, могут быть меньшими, когда заземлитель выполняет только рабочие функции или обеспечивает электробезопасность и не подвержен влиянию токов молнии. Размеры, рекомендованные в PN-EN 50522, совпадают с величинами, указанными в PN-HD 60364-5-54 именно для этого случая. В связи с этим следует понимать, что размеры, указанные в PN-EN 50522, касаются только применения заземлителя для обеспечения электробезопасности. Если в задачи заземлителя входит также рассеяние тока молнии в земле, то следует придерживаться более жестких требованиий стандартов PN-EN 62305-3:2011 и PN-EN 62561-2:2012.

В новейшем стандарте по молниезащите PN-EN 62305-3:2011 содержится менее подробная, по сравнению с изданием 2009 г., информация касательно заземлителей. Относительно первого издания устранена информация, касающаяся, среди прочего, толщины пластин, толщины медного и цинкового покрытий для стальных стержней, диаметров проволоки. Оставлены только требования, касающиеся диаметров стержней, поверхности сечения проволок и полос, а также поверхности пластин и решеток. Всевозможные подробные рекомендации были перенесены в стандарт PN-EN 62561-2:2012, кроме требований относительно толщины цинковых слоев, которых теперь нет ни в одном из стандартов по молниезащите. Стоит также вспомнить, что стержни, омедненные электролитическим методом, уже упоминались в стандарте PN-EN 50164-2:2003, посвященном проводникам и заземлителям, а в стандартах по молниезащите серии 62305 появились лишь в 2011 г.

Различия можно заметить и в минимальных диаметрах стержней, выполненных из оцинкованной и нержавеющей стали, а также в размерах полос из нержавеющей стали. Стандарты по электрическим системам рекомендуют применять стержни диаметром 16 мм из стали, оцинкованной горячим методом, и из нержавеющей стали, причем стандарты по молниезащите допускают меньшие диаметры – 14 и 15 мм соответственно. Однако на практике эта разница малозначима, поскольку большинство производителей предлагают стальные стержни диаметром как минимум 16 мм (типичные диаметры – 16, 18 или 20 мм), которые отвечают требованиям стандартов как по молниезащите, так и электрическим системам.

Минимальная поверхность сечения полос из нержавеющей стали должна согласно PN-HD 60364-5-54 составлять 90 мм² при толщине 3 мм, хотя стандарты по молниезащите требуют, чтобы она составляла как минимум 100 мм² при толщине 2 мм. При этом на рынке предлагаются преимущественно полосы из нержавеющей стали с сечением 105 мм² (30 х 3,5 мм), что отвечает требованиям любого из стандартов к минимальной поверхности сечения и толщине материала.