Естественные заземлители: когда можно обойтись без искусственного контура

Оглавление

• 1. Введение
• 2. Виды естественных заземлителей
• 3. Арматура фундамента как естественный заземлитель
• 4. Преимущества и недостатки естественного заземления
• 5. Сравнение естественного и искусственного заземления
• 6. Когда можно полностью обойтись только естественным заземлением, а когда лучше сделать искусственный контур
• 7. Монтаж и подключение к естественному заземлителю
• 8. Измерение и проверка естественного заземлителя
• 9. Типичные ошибки и заблуждения
• 10. Практический чек-лист
• 11. Вывод

1. Введение

Естественные заземлители — это сторонние проводящие части зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, которые уже находятся в электрическом контакте с землей и могут быть использованы для целей защитного заземления без специального изготовления дополнительных электродов. Согласно определению в ПУЭ 7-го издания (п. 1.7.17), естественный заземлитель представляет собой проводящую часть, находящуюся в соприкосновении с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Зачем они нужны? В первую очередь — для обеспечения электробезопасности. При повреждении изоляции ток замыкания на землю должен растекаться в грунт с минимальным сопротивлением, снижая напряжение прикосновения и шаговое напряжение до безопасных значений. Естественные заземлители позволяют интегрировать систему заземления в конструкцию объекта, минимизируя затраты и земляные работы.

Полностью отказаться от искусственного заземляющего контура в пользу естественного имеет смысл в случаях, когда расчеты подтверждают соответствие нормам ПУЭ (глава 1.7), ГОСТ Р 50571.5.54-2013 и ГОСТ 12.1.030-81. Это возможно при наличии надежных естественных элементов (например, арматуры железобетонных фундаментов), низком удельном сопротивлении грунта и соблюдении требований по непрерывности и плотности тока короткого замыкания. Такой подход экономит до 30–50 % средств на монтаж заземления, особенно на объектах с крупными фундаментами.

2. Виды естественных заземлителей

ПУЭ (п. 1.7.54) рекомендует в первую очередь использовать именно естественные заземлители. Рассмотрим основные виды:

• Металлические и железобетонные фундаменты. Железобетонные основания зданий и сооружений обладают большой площадью контакта с грунтом. Металлические фундаменты (например, свайные) обеспечивают отличную проводимость.
• Арматура фундаментов. Основной элемент железобетонных конструкций. Арматурный каркас, сваренный в единую систему, выступает как распределенная сеть электродов.
• Металлические конструкции зданий и закладные детали. Колонны, балки, закладные элементы каркасов зданий, находящиеся в контакте с землей или фундаментом.
• Водопроводные и обсадные трубы. Металлические трубопроводы водоснабжения (кроме газовых и горючих жидкостей), обсадные трубы скважин. Они имеют большую длину и стабильный контакт с грунтом.
• Другие варианты: металлические шпунты гидротехнических сооружений, рельсовые пути неэлектрифицированных железных дорог (при наличии перемычек), металлические оболочки бронированных кабелей (не менее двух кабелей в земле), металлические водоводы и затворы.

Каждый вид должен обеспечивать сопротивление растеканию тока в соответствии с нормами и не повреждаться при протекании токов короткого замыкания.

3. Арматура фундамента как естественный заземлитель

Это самый распространенный и эффективный вид естественного заземлителя. Согласно ПУЭ 7 (п. 1.7.109), железобетонные фундаменты (включая ленточные, плитные и свайные) с защитными гидроизоляционными покрытиями в неагрессивных, слабо- и среднеагрессивных грунтах могут использоваться как естественные заземлители.

Условия применения:

• Фундамент должен быть заложен ниже глубины промерзания грунта.
• Арматурный каркас выполнен из непрерывно соединенных стержней (сварка или вязка с обеспечением электрического контакта).
• Сварные соединения выполнены по ГОСТ 14098 с минимальной длиной шва не менее 6 диаметров стержня.
• Грунт имеет достаточную влажность (не песчаный сухой).
• Гидроизоляция не нарушает электрического контакта арматуры с бетоном и грунтом.

Особенности типов фундаментов:

• Ленточный: идеален для небольших зданий. Арматура по периметру обеспечивает равномерное растекание тока.
• Плитный: максимальная площадь контакта, лучшее сопротивление в любых грунтах.
• Свайный: сваи с арматурой работают как вертикальные электроды. Не менее двух свай должны быть соединены между собой.

Расчет сопротивления растекания для арматуры фундамента приближенно описывается формулой (для упрощенной модели):

где \(\rho\) — удельное сопротивление грунта, \(L\) — суммарная длина арматуры в контакте с грунтом, \(d\) — эквивалентный диаметр.

4. Преимущества и недостатки естественного заземления

Преимущества:

• Экономия материалов и трудозатрат (нет необходимости в дополнительных электродах).
• Большая площадь контакта с грунтом → низкое сопротивление.
• Высокая механическая прочность и долговечность.
• Интеграция в конструкцию здания без дополнительных земляных работ.
• Стабильность параметров в течение всего срока эксплуатации.

Недостатки:

• Зависимость от качества фундамента и грунтовых условий.
• Трудность доступа для осмотра и ремонта.
• Возможное повреждение при агрессивных грунтах или высоких токах КЗ.
• Ограничения по применению (нельзя использовать предварительно напряженную арматуру).

5. Сравнение естественного и искусственного заземления

(Таблица подготовлена с учётом требований ПУЭ и ГОСТ Р 50571.4.41-2007)

6. Когда можно полностью обойтись только естественным заземлением, а когда лучше сделать искусственный контур

Можно обойтись только естественным, если:

• Сопротивление заземляющего устройства ≤ 4 Ом (для TN-систем до 1 кВ) или ≤ 0,5 Ом для подстанций (ПУЭ п. 1.7.61).
• Напряжение прикосновения и шаговое напряжение в норме.
• Плотность тока КЗ не превышает допустимых значений (ГОСТ 12.1.030).
• Объект — жилое/общественное здание с железобетонным фундаментом в благоприятных грунтах.

Лучше сделать искусственный контур, когда:

• Удельное сопротивление грунта > 500 Ом·м.
• Высокая агрессивность грунта (коррозия).
• Требования к очень низкому сопротивлению (специальное оборудование).
• Отсутствие достаточного количества естественных элементов.
• Результаты измерений превышают нормы.

В спорных случаях применяют комбинированное заземляющее устройство.

7. Монтаж и подключение к естественному заземлителю

Присоединение к арматуре фундамента выполняется сваркой или болтовым соединением через закладные детали. Рекомендуемые сечения проводников:

• Для главных заземляющих проводников — не менее 16 мм² меди или 25 мм² алюминия (ПУЭ п. 1.7.122).
• Материалы: оцинкованная сталь или медь с антикоррозийной защитой.

Способы защиты от коррозии: битумное покрытие, лента ПВХ, оцинковка. Вывод заземляющих проводников осуществляется через фундаментные стаканы или закладные трубы с уплотнением.

8. Измерение и проверка естественного заземлителя

Измерение сопротивления проводится по методу амперметра-вольтметра или с помощью мостовых схем (ПУЭ, приложение 3). Для фундамента применяют трех- или четырехпроводную схему без отсоединения других естественных элементов.

Цифровые измерители сопротивления заземления ИС-10 и ИС-20 обеспечивают точные результаты даже в условиях помех. Для работ в расширенном температурном диапазоне удобны модели ИС-05 и ИС-06.

Если результат выше ожидаемого:

• Проверить непрерывность соединений.
• Увлажнить грунт вокруг фундамента.
• Добавить искусственные электроды.

Периодичность проверок — не реже 1 раза в 6 лет (ПУЭ).

9. Типичные ошибки и заблуждения

Самые частые ошибки монтажников и проектировщиков:

• Миф: «Любой фундамент — уже заземлитель». Ошибка: без непрерывной арматуры сопротивление высокое.
• Ошибка: отсутствие сварки арматуры → разрыв цепи.
• Заблуждение: «Гидроизоляция не мешает». На самом деле битумная изоляция может изолировать арматуру.
• Ошибка: измерения только в сухую погоду без учета сезонного коэффициента.
• Миф: «Естественное всегда лучше». Не всегда — в скальных грунтах требуется искусственный контур.

10. Практический чек-лист

Пошаговый алгоритм: можно ли в вашем случае использовать только естественное заземление. Что обязательно проверить на объекте.

1. Проверить тип фундамента и наличие арматуры.
2. Убедиться в непрерывности сварных соединений.
3. Измерить удельное сопротивление грунта.
4. Рассчитать ожидаемое сопротивление заземлителя.
5. Выполнить измерения с помощью ИС-10/ИС-20.
6. Сравнить с нормами ПУЭ.
7. При необходимости добавить искусственные элементы.
8. Оформить протокол и акт.

11. Вывод

Естественные заземлители — современное и экономичное решение для большинства объектов. Правильное использование арматуры фундамента и других естественных элементов позволяет обеспечить надежную защиту без лишних затрат. Главное — точный расчет, соблюдение нормативов и регулярный контроль.

Для оперативного и точного контроля состояния естественных заземляющих устройств удобно купить специализированный цифровой измеритель сопротивления заземления по выгодной цене. Такой прибор станет надежным помощником в обеспечении электробезопасности на долгие годы.

Материал подготовил технический директор НПП "КИПОФФ" Березин Александр Сергеевич