Основной частью заземляющего устройства является заземлитель, от правильного расчета и выполнения которого зависит надежность работы заземляющего устройства. Заземлители подразделяют на естественные и искусственные.
К естественным заземлителям относятся: проложенные в земле водопроводные трубы; обсадные трубы артезианских колодцев; металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей; металлические оболочки кабелей, проложенных в земле, при числе их не менее двух и т. п.
Рис. 202. Конструктивное выполнение заземления
Искусственные заземлители представляют собой специально заложенные в землю металлические электроды 5 (рис. 202) из труб, уголков, полос или стержней. Наибольшее применение на ранее выполненных электроустановках получили заземлители из стальных труб с внешним диаметром 35—50 мм, длиной 2—3 м и уголковой стали такой же длины с шириной полок 50—50 мм. В настоящее время вместо труб и уголковой стали ввиду их дефицитности рекомендуется применять стержневую арматурную сталь. Электроды забивают в грунт так, чтобы их верхние концы располагались на глубине 0,5—0,8 м от поверхности земли. К верхним концам электродов припаривают вертикальные соединительные полосы 4. Такое заглубление уменьшает колебания сопротивления заземления растеканию тока при сезонных изменениях проводимости верхних слоев грунта: зимой — от промерзания, летом — от уменьшения влажности. В заземляющем устройстве должно быть не менее двух электродов, которые соединяются между собой полосой 3 с помощью сварки. Сечение соединительных полос должно быть не менее 48 мм2. По условиям устойчивости против коррозии толщина соединительных полос и полок уголковой стали допускается не менее 4 мм, а стенок труб — не менее 3,5 мм. При наличии в почве большого процента содержания растворимых солей, кислот и щелочей на электроды целесообразно наносить защитные покрытия (омеднение или оцинкование, окраска категорически запрещается). В качестве заземляющих проводов 2, соединяющих заземляемый аппарат 1 с заземляющими электродами, применяют сталь прямоугольного или круглого сечения. При прокладке под землей сечение их не должно быть меньше сечения соединительных полос.
Одиночный заземлитель или группа сосредоточенных заземлителей при растекании через них тока не обеспечивает безопасного распределения потенциалов. Только контурное размещение заземлителей в защищаемой зоне дает возможность одновременно уменьшить напряжение прикосновения и шага до безопасной величины. Пример контурного заземления, выполненного из труб или стержней, забитых по периметру и в середине защищаемой территории, приведен на рис. 203, а (забивку электродов в середине контура производят при широкой защищаемой территории, а при небольшой ширине внутри контура укладывают только соединительные полосы для выравнивания потенциалов). Чем меньше расстояние между электродами-заземлителями, тем меньше напряжения прикосновения и шага. Однако это экономически невыгодно, так как уменьшается коэффициент использования электродов вследствие взаимного экранирования (рис. 203, б). Под экранированием понимают такое явление, когда каждый заземлитель вносит свое поле в поле других заземлителей и тем самым увеличивает сопротивление заземлителей растеканию. Построив в плоскости разреза А-А (рис. 203, в) для каждого электрода кривые распределения потенциала, а затем складывая ординаты этих кривых, получают примерную картину распределения потенциала (сплошная линия) в защищаемой зоне. Как видно из рис. 203, а, в защищаемой зоне искусственно поднят потенциал по отношению к нулевому потенциалу земли, чем обеспечивается безопасная разность потенциалов прикосновения и шага. Спад потенциала происходит за пределами контура. Для устранения опасных шаговых напряжений в этих местах стремятся создать кривую спада достаточно пологой. С этой целью вдоль проходов и проездов вне контура закладывают на расстоянии 1 и 2 м от заземлителя контура на глубине соответственно 1 и 1,5 м стальные шины, соединенные с контуром заземления. Указанные шины должны иметь длину, превышающую ширину входа или въезда на 1 м с каждой стороны.
Рис. 203. Распределение потенциалов на поверхности земли (а и в) и растекание токов замыкания (б) при контурном заземлении
В скалистых и каменистых грунтах, где забивка стержневых электродов невозможна, в качестве заземляющего электрода для контура применяют полосовые или ленточные заземлители, соединенные двумя стальными полосами с выносным заземлением из стержней. Выносное заземление устраивают около рек, озер и в других местах с большой проводимостью грунта. Вместо выносного заземления рекомендуется заглубление (с помощью бурения) электродов доводоносного слоя, если это возможно.
При сооружении заземляющих устройств встречаются случаи, когда удельное сопротивление грунта настолько велико, что необходимая проводимость не достигается даже при заложении в грунт очень большого количества заземлителей. В этом случае производят искусственное снижение удельного сопротивления путем обработки грунта растворимыми солями NaCl, СаС12, содой.
Внутреннюю часть заземления выполняют в виде магистралей заземления из полосовой или круглой стали, которые прокладывают в каждом этаже распределительного устройства и связывают между собой несколькими стояками. Сечение прямоугольных шин должно быть не менее 24 мм2 (толщина полосы не менее 3 мм), а диаметр круглых — не менее 5 мм.
Присоединение заземляющих проводников к заземлителям выполняют только сваркой, а к металлическим конструкциям, корпусам машин и аппаратов — с помощью болтов или сваркой. Каждый заземляемый элемент как внутренней, так и наружной установки присоединяют к заземлению или заземляющей магистрали отдельным проводником. Последовательное включение заземляемых элементов в заземляющий провод не допускается. Заземляющие провода и полосы, проложенные в помещениях, должны быть доступны для осмотра и предохранены от механических и химических повреждений. Голые заземляющие проводники, а также все конструкции и полосы сети заземления, расположенные не в земле, окрашивают в черный цвет. Допускается окраска открытых заземляющих проводников в другие цвета в соответствии с окраской помещения. В этом случае в местах присоединений и ответвлений наносят не менее двух полос черного цвета на расстоянии 150 мм друг от друга.
