Заземление опорных конструкций

Сегодня сложно представить себе город без уличной системы освещения. Она нужна на просторных проспектах и в узеньких дворах. Для нормального функционирования мощных ламп требуется надежная опора: сегодня ее почти не изготавливают из дерева, а используют железобетон или металл. Но мало, чтобы освещение помогало найти правильную дорогу в темное время суток: опоры должны быть еще и безопасными для человека в случае возникновения чрезвычайных ситуаций – аварий, стихийных бедствий, техногенных катастроф и т. п.

Как работает заземление

В обычных условиях установленные на опорах керамические, стеклянные штыревые изоляторы будут исправно выполнять свою функцию, защищая все конструкционные элементы от попадания на них опасного потенциала. Однако при увеличении в сети напряжения выше расчетного – 400, 600-1000 В, 20 или 35 кВ, не исключен пробой изоляции и тогда напряжение попадает на части конструкции, становясь опасным для человека. Если заземление имеется и выполнено правильно при возникновении нештатной ситуации напряжение «растекается» по почве, ничем не угрожая людям. Чтобы получилось именно так, необходимо, чтобы «лишний» ток, уходя в землю, не встречал на своем пути препятствий. Для этого к опорным конструкциям подсоединяют специальное заземление. Оно может быть выполнено в виде:

• металлических стержней, вертикально вкапываемых в землю;
• стальных пластин, погружаемых горизонтально: вариант подходит для каменистых грунтов.

Если при использовании только горизонтальных пластин сопротивление заземлителя оказалось выше нормы, добавляют вертикальную конструкцию. Если применяются оба способа защиты, сначала идет вертикальный, затем горизонтальный заземлители. Между собой они контактируют при помощи проволоки, сваренной внахлестку. Ее длина – шесть диаметров соединительного материала.

Типы заземляющих систем и их обозначение

При маркировке используется латиница, где буква I означает «изолированный, изоляция», N-«нейтраль», Т – «заземление», С – объединение функционального и защитного «0», S – их раздельная работа. Сегодня используются системы:

• ТТ: защита опор за городом;
• IT и TN: защита с использованием изолированной нейтрали (подробнее об этом в разделе «железобетонные конструкции») для мачт освещения и ЛЭП;

Формирование контура заземления во многом зависит от материала изготовления опоры. Но в любом случае сборка цепи заземления: крепление спуска, соединение с крюками целесообразно производить до вертикальной установки готового столба, еще на этапе его сборки.

Деревянные конструкции

Сегодня встречаются все реже и требуют установки на них заземления только в тех случаях, когда линия электропередач проходит по населенному пункту, где высота построек не превышает двух этажей. Также не должно быть высоких труб, мачт, деревьев, т. е. всего того, что превышает саму ЛЭП. Только тогда может появиться необходимость в защите местной сети от больших напряжений атмосферного типа. Сопротивление заземлителей для деревянных опор не должно превышать 30 Ом. Ход процедуры:

• рядом со столбом роется траншея: ее глубина до 1 м, ширина и количество заземлителей в ней определяется проектом для конкретной ВЛ (воздушной линии), рассчитанной под определенное напряжение;
• заземлители в виде штырей свариваются полоской или проволокой диаметром от 6 мм, защищаются от коррозии специальными составами и погружаются в траншею;
• снаружи к заземлителю присоединяется болтами или приваривается вывод, идущий по столбу от крюков сверху, на которых зафиксированы изоляторы;
• спуск в виде проволоки или полоски, должен немного возвышаться над деревянным столбом, попутно играя роль молниеотвода.

Если столб устанавливается первый раз, спуск от крюка к заземлителю лучше сделать до установки опоры. Лучше использовать проволоку-катанку диаметром от 10 мм или многожильный провод сечением не менее 35 кв. мм.

Железобетонные конструкции

Для воздушных линий напряжением от 6 до 10 кВ роль спусков заземления играет арматура столбов. При наличии оттяжек можно использовать и их. Прокладываемые спуски делают из проводников сечением от 35 кв. мм или прутка диаметром не менее 10 мм. В ходе эксплуатации необходимо регулярно проверять состояние спуска: его повреждение может привести не только к поражению людей током и частично разрушить саму опору, если изоляция проводки будет нарушена.

При обустройстве заземления ж/б опор необходимо учитывать сопротивление грунтов. Если он не превышает 100 Ом/метр, система, привязанная к столбу, должна показывать не более 30 Ом. В более диэлектрической сухой почве, плохо проводящей ток, - 0,3 Ома. В первом случае допускается использование одного нижнего заземляющего штыревого электрода длиной 200 см, идущего прямо в комплекте с ж/б столбом. Но сопротивление заземлителя еще зависит и от его конструкции, глубины обустройства и взаимного расположения, если элементов несколько. Более точно здесь может сказать профильный специалист.

Металлические опорные конструкции

Диаметр проводников, с помощью которых организуется заземление опор, должен составлять не менее 6 мм. Чем влажность почвы выше, тем сечение больше. Чаще всего используется заземлитель в виде конструкции из трех штырей, расположенных в вертикально, в виде треугольника. Их роль играет двухдюймовая труба или стальной уголок 50х50х5 мм. Все три элемента, минимальное расстояние между которыми от 2,5 м, соединяются сваркой при помощи полосы сечением от 48 кв. мм. Стоит сделать небольшое отступление: элементы с круглым сечением долговечнее плоских. Заземление металлических опор освещения по способу организации осуществляется двумя способами:

• если у линии электропередачи «нейтраль» заземлена, то посредством нулевой жилы, соединяемой с оболочкой кабеля;
• если «нейтраль» изолирована, с помощью только оболочки проводника.

После окончания монтажных работ необходимо проконтролировать параметры заземления. Для этого понадобится специальный прибор. Сопротивление конструкции не должно превышать 50 Ом. Заземление стальных опор попутно может использоваться и для защиты от попадания грозовых разрядов. Это особенно актуально для осветительных мачт высотой 3-11 м, которая притягивает молнии. В таких случаях придется заземлять каждый столб. Если этого не делать, в сети возникает перенапряжение, выводящее из строя все подключенные к ней устройства (при отсутствии дополнительной защиты). Заземление опорных конструкций приводит к уходу импульсного напряжения в грунт. Согласно Правил устройства электроустановок (сокращенно ПУЭ: документ, регламентирующий общие требования к энергетическим системам в РФ) заземление опор ВЛ обязательно.

Монтаж заземлителей

ОН может быть выполнен по одной из четырех схем, отличающихся друг от друга количеством лучей-ответвителей от опоры. Их количество составляет от 1 до 4 и зависит от габаритов опорной конструкции. Максимальная длина одного луча может доходить до 15 м.

Наиболее простой способ монтажа – ручной (вбивание кувалдой, молотком). Однако он используется все меньше, а при большом количестве опорных сооружений просто нерентабелен. Вертикальные заземлители чаще всего изготавливают из отбракованных труб. Способ монтажа: вдавливание или ввертывание. Для этих целей применяются специальные механизмы: например, копры, ввертыватели типа ПЗД-12. Однако чаще всего используются т. н. электрозаглубители, в состав которых входит:

• электросверлилка;
• редуктор, посредством которого частота вращения вала становится менее 100 об/мин.;
• наконечник-забурник, прикрепляемый к погружаемому электроду, рыхлящий почву, что облегчает его монтаж.

При обустройстве большого количества горизонтальных заземлителей используется экскаватор ЭТЦ 161 («Беларусь») или монтажный плуг.

При выполнении соединений предпочтение рекомендуется отдавать сварке – использование болтов и гаек дает менее надежный контакт. Но и без них тоже нельзя: метизы нужны в местах соединения спуска с заземлителем, чтобы была возможность подключения контрольных приборов без подъема на мачту и отключения линии. Места сопряжений подлежат обязательной обработке антикоррозийными составами: рекомендуется использовать битумный лак. В окраске элементы заземлителя не нуждаются. На последнем этапе траншея с установленным заземлителем засыпается грунтом с последующим его уплотнением.

Обобщенные основные требования к обустройству заземления опор освещения

• при выборе типа конструкции заземлителя учитывайте мощность осветительной сети и свойства почвы: ее влажность;
• при установке опор в грунт с высоким сопротивлением применяйте противовесы: стержни-электроды, горизонтально размещенные между мачтами;
• наименьшее сечение заземляющей магистрали – 100 кв. мм, если имеется сочетание с молниезащитой, - 160 кв. мм;
• сопротивление повторного заземления: не более 10 Ом;
• для сухой почвы диаметр заземляющих элементов должен превышать минимальные значения на 2-3 мм, для влажной – в 2 раза.

Особенности эксплуатации молниезащиты опорных конструкций

Чтобы обеспечить надежную работу всех компонентов каждый год до начала сезона гроз, проводится проверка, включающая в себя осмотр и тестирование системы защиты от разрядов. Процедура может проводится во внеочередном порядке, если производился, например, ремонт объекта, было стихийное бедствие или техногенная катастрофа. В ходе проверки рекомендуется:

• осмотреть через бинокль молниеприемники на опорах, если они есть, и токовые спуски с целью выявления их целостности;
• проверить надежность соединений;
• если выявлены детали (соединительные болты, гайки и т. п.), подвергшиеся серьезной коррозии, предпринять меры по их замене;
• после установки новых элементов произвести их обработку антикоррозийными составами в два слоя (битумным лаком) с предварительной очисткой от окалины, ржавчины и обработкой растворителем.
• с помощью специальных приборов измерить сопротивление заземлителя.

Если объект относится к первой категории молниезащиты, каждые 6 лет проводится проверка работоспособности искусственных конструкций, заглубленных в грунт (примерно пятая часть от общего количества) с помощью приборно-измерительного комплекса. Раз в 12 лет производится выборочное вскрытие. Такие части заземлителя, как пластины, стержни, проволока-катанка, стальная полоса при поражении коррозией и уменьшением площади сечения на 25 и более процентов, подлежат замене.