Виды контура заземления: как работает контур, зачем заземлять объекты, защитное и рабочее

Содержание

как работает контур, зачем заземлять объекты, защитное и рабочее

Как бытовые приборы, так и мощные заводские агрегаты являются электропотребителями. Их использование должно быть не только удобным, но и безопасным. Именно поэтому любые электрические сети, или потребители, должны иметь заземление — оно помогает не только защитить электроустановку от поломки, но иногда и спасти человеческую жизнь.

Устройства заземления и их виды

Одним из главных элементов электрических сетей является заземление.

Профессиональное определение заземления гласит, что это преднамеренное электросоединение сети, оборудования или электроустановки с заземляющим устройством, которое позволяет обеспечить защиту человека и животных от опасных токов прикосновения, снижающихся заземлением.

В простых словах, это проводник, соединённый с одной стороны с частями оборудования, которые не должны находиться под напряжением, а с другой — с элементом, выполняющим функцию заземлителя. В случае когда корпус непредвиденно попадает под напряжение, такая система отводит токи в землю, а прикоснувшийся к прибору человек не получит повреждений.

В зависимости от назначения, существуют два вида контуров заземления: защитный и рабочий. Каждый из них несёт определённую функцию. Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим током. Рабочее же обеспечивает безопасное функционирование оборудования, хотя в некоторых случаях способно выполнять роль защитного.

Заземлитель чаще выполняется из трёх железных прутов, полностью вбитых в почву и соединенных между собой металлическими полосами, в виде треугольника с равными сторонами. А чтобы от заземлителя не приходилось тянуть заземляющий проводник к каждой установке, используют аналогичные полосы, выполняющие роль шины, которая проходит по всему зданию или сооружению — уже от неё можно подключать заземления к оборудованию.

От шины до потребителя проходит проводник, значительно меньший по сечению, нежели рабочие кабели, и маркированный жёлтым или жёлто-зелёным цветом. Он подключается к корпусам электроустановок или к клеммам, которые впоследствии будут соединены через вилку с заземляющим проводом электроприбора.

Защитный заземляющий контур

В случае пробоя защитное заземление вполне способно выполнить роль рабочего, а также может спасти оборудование при попадании молнии — естественно, если существует громоотвод. Однако основная задача защитного контура заключается всё же в защите людей от повреждения электрическим током.

Рабочее, или функциональное заземление

Рабочее заземление часто называют функциональным, и предназначено оно в первую очередь для защиты и сохранения работоспособности оборудования. Преимущественно оно используется для трёхфазных сетей и рассчитано на понижение напряжения до безопасных величин в случае пробоя на корпус. Это позволяет сохранить оборудование и приборы, не нарушив их функциональность.

Если таким образом заземлено оборудование с напряжением до 1 кВ, то необходимо использовать изолированную нейтраль. Если значение напряжения выше 1 кВ, то нейтраль допускается любая.

При необходимости функциональное заземление способно выполнять роль защитного. Таким образом, при правильно работающем заземлении ток или напряжение становятся безопасными для человеческой жизни.

Требования безопасности

Так как заземление выполняет важную роль в обеспечении безопасности, она должна соответствовать определённым требованиям, которые оговорены в ПУЭ:

Заземлению подвергаются все без исключения электроустановки, включая дверцы электрощитов и шкафов.
Заземляющее устройство не должно превышать 4 Ом с заземляющей нейтралью.
Обязательно применение систем уравнивания потенциалов.

Относиться к требованиям ПУЭ нужно со всей серьёзностью, так как это может спасти жизнь, в случае опасности. Ведь удар электрическим током, за счёт слишком низкого сопротивления подошвы обуви и пола, является смертельно опасным.

Причины удара током

Человека может ударить электрическим током в самых обычных повседневных ситуациях:

Во время работы стиральной машинки иногда можно почувствовать лёгкое пощипывание. Иногда удары могут быть значительно сильнее. Это и есть воздействие электричества на человека.
Находясь в ванной и дотронувшись до металлических частей крана, можно ощутить слабое пощипывание и даже сильные мурашки внутри пальцев.

В обоих случаях незаземлённые предметы могут пропускать через себя ток, то есть заряженные частицы, которые, в зависимости от силы и напряжения, могут проявляться в виде покалывания или сильных ударов, сопровождающихся мышечными судорогами.

Понятно, что это крайне опасно — в крайних случаях от удара током возможны паралич и остановка сердца. Однако избежать подобных инцидентов можно достаточно просто — заземлив ванную или машинку. В таком случае ток, попавший на корпус, будет уходить по заземляющему проводнику в землю.

Как действуют заземлители

Почему же ток уходит в землю по заземляющему контуру?

В качестве «подопытного» можно взять всё ту же стиральную машинку. Со временем любой провод может надломиться, потерять изоляцию или получить пробой на корпус из-за микротрещины. Рано или поздно ток начнёт попадать на металлическое основание прибора.

Если не трогать машинку, то человеку ничего не угрожает. Но стоит прикоснуться к корпусу, и, в случае отсутствия заземления, можно почувствовать всю мощь электричества на себе.

А всё дело в том, что несмотря на обувь и пол, человеческое тело имеет (хоть и малый) контакт с землёй. Следовательно, не имея заземляющего провода, ток будет проходить через человека и уходить в землю. А так как фазный провод имеет потенциал выше земельного, то тело становится отличным проводником с собственным сопротивлением. В итоге проходящий через нас ток вызывает те же физические свойства, что и в любом другом проводнике.

Наличие заземления, а для надёжности — еще и установка УЗО, заставляет опасный потенциал притягиваться к безопасному потенциалу земли. В результате напряжение перетекает прямо в заземлитель.

Применение УЗО и дифавтоматов

Заземляющие системы вполне способны справиться со своей задачей — защитить человека или оборудование. Но, являясь простыми проводниками, они могут повреждаться и переставать выполнять свою функцию.

В качестве дополнительной защиты и подстраховки принято использовать УЗО, или дифавтоматы. УЗО расшифровывается как устройство защитного отключения, а дифавтомат — как дифференциальный автоматический выключатель. По сути, это УЗО и простой автомат в одном корпусе, что заметно снижает занимаемое защитным оборудованием место в распределительном шкафу или щитке.

УЗО реагирует на ток утечки. То есть если оно заметит, что часть электричества уходит на землю, то сразу же сработает, отключив поступление питания, обезопасив всю линию. В зависимости от чувствительности, установленной производителем, срабатывать УЗО может по-разному:

Слишком чувствительное и срабатывать будет часто, даже при минимальной утечке, что не всегда удобно.
Чересчур грубое УЗО нужно устанавливать лишь когда это целесообразно, так как оно может не сработать в нужный момент.

Исходя из условий использования, составляется проект, согласно которому и нужно подбирать защитные устройства.

УЗО спасёт жизнь человеку, даже если отсутствует заземление — оно мгновенно сработает, если человек дотронется до части прибора, находящейся под напряжением.

Устройство заземления. Виды и особенности. Правила и монтаж

Большая часть домов в нашей стране оснащена системой электропередач, не имеющей заземления, по старому образцу. Необходимо помнить, что работа современных бытовых устройств без наличия заземляющего контура способствует возникновению в их деятельности различных неисправностей, и, как следствие, выходу из строя. Владельцам домов приходится самостоятельно производить устройство заземления, которое необходимо для создания электробезопасности.

Для чего нужно устройство заземления

Основной задачей заземления является отключение напряжения сети при возникновении утечки тока. Это может быть выражено в виде прикосновения человека к токоведущим частям, повреждения изоляции электрических проводов. Другой, не менее важной функцией заземления является создание нормальных условий для работы бытовых электрических устройств.

Некоторые устройства требуют кроме заземляющего контакта в розетке, еще и прямого подключения к шине заземления. Для этого имеются специальные зажимы.

Например, микроволновая печь может создавать фон, опасный для человека, если ее не подключить напрямую к заземляющей шине. На задней стенке корпуса печи может находиться специальная клемма для заземления. А если прикоснуться влажными руками к стиральной машине без заземления, то руки может неприятно щипать. Решить эту проблему можно только, подключив «землю» на корпус стиральной машины. С электрической духовкой ситуация похожа на предыдущие случаи.

Также своеобразно реагирует на наличие заземления бытовой компьютер. Если сделать заземление на корпус системного блока, то может повыситься скорость Интернета, и исчезнут всевозможные зависания.

Не менее важным является устройство заземления в частных домах. Тем более, если дом деревянный. Все дело в возможных ударах молнии. На частных усадьбах много различных частей, которые притягивают молнии: скважины, трубы, колодцы и т. д. При отсутствии молниеотвода и контура заземления, удар молнии с большой вероятностью может привести к пожару. Обычно в сельской местности нет пожарной части, или она удалена, поэтому жилые и подсобные помещения могут пострадать или полностью выгореть за короткий срок. Вместе с заземлением рекомендуется выполнять устройство молниеотвода.

Правила устройство заземления

Искусственные системы заземления используют в случаях, когда естественные элементы заземления не удовлетворяют правилам. В качестве естественных элементов могут служить водопроводные стальные трубы, находящиеся в земле, артезианские скважины, элементы зданий из металла, соединенные с землей и т.п.

Запрещается применять бензопроводы, нефтепроводы и газопроводные трубы в виде естественных заземлителей.

Для самодельных элементов заземления рекомендуется использовать металлический уголок 50 х 50 мм, в длину 3 метра. Эти отрезки забивают в землю в траншее, имеющей глубину 0,7 метра. При этом оставляют 10 см отрезков над дном. К ним приваривают проложенный в траншее стальной пруток диаметром от 10 до 16 мм, либо стальную полосу аналогичного сечения по всему контуру объекта.

По правилам в электрических установках до 1000 вольт сопротивление контура заземления должно быть не выше 4 Ом. Для установок более 1000 вольт сопротивление заземления должно быть не выше 0,5 Ом.

Варианты и особенности

Всего существует 6 систем заземления, но в частных постройках используется чаще всего 2 схемы: TN — C — S и TT. В последнее время популярна первая из этих систем. В ней имеется глухозаземленная нейтраль. Шина РЕ и нейтраль N проводится одним проводом РЕN, на входе в здание устройство заземления разделяется на отдельные ветки.

В такой схеме защита осуществляется электрическими автоматами, при этом не обязательно монтировать устройства защитного отключения. Недостатком такой схемы можно назвать следующий момент. Если повреждается проводник РЕN между подстанцией и домом, то на шине заземления в доме возникнет напряжение фазы. При этом оно не отключается никакой защитой. В связи с этим правила требуют обязательное наличие механической защиты проводника РЕN, и резервное заземление на столбах через каждые 200 метров.

Однако, в селах электрические сети в основном не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому целесообразно применять схему ТТ. Эту схему лучше применять для отдельных построек, имеющих грунтовый пол, так как есть вероятность прикосновения сразу к заземлению и грунту, что опасно при схеме TN – C — S.

Отличие состоит в том, что «земля» идет на щит от индивидуального заземления, а не от подстанции. Эта система более устойчива к возникновению повреждений защитного проводника, но требует обязательной установки устройства защитного отключения. Иначе не будет защиты от удара током. Поэтому правила называют такую схему резервной.

Монтаж заземления

Устройство заземления существует двух видов, отличающиеся способом монтажа и свойствами материалов. Один вид состоит из модульной штыревой конструкции заводского исполнения с несколькими электродами, а второй вид выполняется самостоятельно из кусков металлопроката. Эти виды отличаются заглубленными частями, а надземная часть и проводники аналогичны друг другу.

Устройство заземления приобретенное в торговой сети, имеет свои преимущества:

Продается комплектом, элементы набора разработаны специалистами с соблюдением всех требований правил, изготовлены на заводском оборудовании.
Не требуются сварочные работы, и почти не нужны земляные работы.
Дает возможность углубиться в землю на значительную глубину с получением малого сопротивления всего устройства заземления.

Устройство заземления заводского исполнения имеет недостаток это высокая стоимость набора.

Материалы и инструменты

Заземлители, изготовленные самостоятельно, должны быть выполнены из оцинкованного металлопроката: прутка, уголка, либо трубы.

Купленные наборы состоят из омедненных штырей с резьбой. Они соединяются муфтами из латуни. Провод заземления соединяется со штырем зажимом из нержавейки с применением специальной пасты. Заземлители запрещается смазывать или окрашивать.

При выборе сечения проката необходимо учесть тот факт, что при воздействии коррозии со временем сечение уменьшится.

Наименьшие сечения проката выбираются:

Оцинкованный пруток – 6 мм.
Пруток из металла без покрытия – 10 мм.
Прямоугольный прокат – 48 мм².

Штыри соединяют полосой, проволокой или уголком. Ими подводят заземление до электрического щита. Размеры соединяющего проката: пруток – диаметром 5 мм, прямоугольный профиль – 24 мм².

Сечение провода заземления в здании не должно быть меньше сечения провода фазы. К этим проводникам имеются требования по диаметру жил:

Алюминиевый без изоляции – 6 мм.
Медный без изоляции – 4 мм.
Изолированный алюминиевый – 2,5 мм.
Изолированный медный – 1,5 мм.

Для соединения всех проводников заземления нужно применять заземляющие шины, выполненные из электротехнической бронзы. По схеме ТТ элементы щита крепятся на стенку ящика.

Заземлители, изготовленные самостоятельно, забивают в землю кувалдой, а заводские элементы с помощью отбойного молотка. В обоих вариантах целесообразно использовать стремянку. Прокат из черного металла сваривается ручной сваркой.

Земляные работы

Заземлители располагают от фундамента на расстоянии 1 метра. Размечается контур заземления в виде треугольника, окружности или линии. Расстояние между штырями должно быть не менее 1,2 м. Рекомендуется сделать треугольник с 3-метровой стороной, и длиной штырей 3 метра.

Затем копают траншею глубиной 0,8 м. Ее ширина должна быть удобной для сварки проводников. Чаще всего делают траншею шириной 0,7 м.

Подготовка электрода (штыря)

Электрод заостряется с помощью болгарки. Если металлопрокат, бывший в употреблении, то необходимо его очистить от старого покрытия. На штырь заводского исполнения навинчивается острая головка, место соединения смазывается специальной пастой.

Заглубление электродов

Электроды забивают в землю с помощью кувалды. Начинать удары лучше, находясь на стремянке или подмостьях. При мягком металле удары наносят через деревянные бруски. Штыри забиваются не до конца, над поверхностью дна оставляют 10-20 см для выполнения соединения с контуром.

Заводские электроды забивают отбойным молотком. После заглубления штыря, на него навинчивают муфту и другой заземлитель. Далее процесс повторяют до достижения необходимой глубины.

Соединение электродов

Штыри обычно соединяют полосой 40 х 4 мм. Для проката из черного металла используют сварочное соединение, так как болты быстро подвергнутся коррозии, что увеличит сопротивление контура. Сваривать необходимо качественным швом.

Заземление от готового контура проводится полосой к дому, загибается и крепится на фундаменте. На краю полосы приваривают болт для крепления провода от щита.

На последний электрод монтируется крепежный хомут и закрепляется провод. Зажим герметизируют специальной лентой.

Засыпка траншеи

Для засыпания траншеи целесообразно использовать плотную однородную почву.

Устройство заземления, приобретенное в магазине, с одним штырем, может иметь в комплекте пластмассовый колодец для ревизии.

Проведение в щит

Распределительный щит фиксируется на стене здания, кроме мест с высокой влажностью. Сквозь стены провод проводят с применением трубных гильз. В щитке провод заземления соединяется с заземляющей шиной, установленной на корпусе щита, болтовым соединением.

Сопротивление заземления проверяют мультиметром. Если оно оказывается больше 4 Ом, то нужно увеличить число электродов. На разъем шины заземления также подключаются провода заземления в желтой изоляции, которые приходят в щит от потребителей. При присоединении светильников, розеток, различных устройств желтые провода заземления также подключают к своим клеммам. Например, в розетках такая клемма с винтом расположена в центре.

Контур заземления

Конструкции и размеры контура заземления дома:

Контур заземления представляет собой конструкцию, состоящую из соединённых друг с другом и проложенных в земле заземлителей.

Ориентировочные размеры при устновке в грунт вертикального заземлителя.

Заземлители, выполняя монтаж, устанавливают в ряд или в виде тругольника, квадрата, прямоугольника и т.п., исходя из требований и наличия площади для монтажа. В грунтах с большим удельным сопротивлением один заземлитель [даже глубинный] — может имеет большое сопротивление и для получения требуемой меньшей величины сопротивления растеканию тока приходится устраивать
заземление из нескольких, соединённых между собой, единичных заземлителей, включенных параллельно.
Такой контур заземления называется многоэлектродным.

Токи, растекающиеся с параллельно соединенных одиночных заземлителей, оказывают взаимное влияние, возрастает общее сопротивление заземляющего контура, которое тем больше, чем ближе расположены вертикальные заземлители друг к другу. Поэтому расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее их длины.

Верхние слои грунта подвержены значительным изменениям влажности. Вследствие этого сопротивление контура будет тем стабильнее, чем глубже он расположен в грунте.

Для уменьшения влияния климатических условий на сопротивление заземления верхнюю часть заземлителя размещают в грунте на глубину не менее 0,7 метра.
Контур устанавливается с меньшими затратами, где грунт имеет низкое удельное сопротивление, эффективность заземления при правильном расчёте выборе его расположения может быть повышена в несколько раз.

Материалы для заземления:

Материалы для контура заземления должны выбираться с учетом защиты от коррозии, соответствующих термических и механических воздействий, эти значения указаны в нормативных документах

Заземлители и проводники, проложенные в земле, должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 1.7.4.(ПУЭ)

Дополнения к ПУЭ — это перечень и требования для материалов с антикоррозионными покрытиями ( для омеднённой и нержавеющей стали) —

Указаны в ГОСТ Р 50571.5.54-2013 «Выбор и монтаж электрооборудования. Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов.»

Виды контуров заземления:

В зависимости от назначения контура заземления, используемой площади и удельного сопротивленя грунта — заземлители, для контура, могут устанавливаться различных видов — некоторые из них:

— Кольцевой контур заземления — чаще всего монтаж производится плоским проводником(полоса). Важный момент — полоса в траншее должна укладываться на ребро. Кольцевой заземлитель является
заземлителем поверхности, который должен быть проложен в виде замкнутого кольца на расстоянии 1,0 м и на глубине 0,5/0,7 м в
земле вокруг фундамента дома.

— Многоэлектродный контур заземления — это совмещённый монтаж горизонтального и вертикальных заземлителей, чаще всего выполняется в виде треугольника, а при необходимости — с большим количеством электродов.

Для монтажа «треугольника» или контура с большим числом вертикальных заземлителей, могут использоваться модульные электроды — установка выполняется сборным вертикальным стержнем, который поэтапно наращивается и забивается электроинстументом с большой ударной силой на требуемую глубину с одной точки. Такие заземлители в зависимости от вида
почвы могут прокладываться в
земле вручную или с помощью
соответствующих электрических,
бензиновых или пневматических
молотов.

Сопротивление контура заземления частного дома:

Электросеть загородного частного дома относится к электроустановкам напряжением до 1кВ (1000 Вольт), соответственно сопротивление заземляющего контура не должно превышать допустимые параметры.

Значения сопротивления заземляющих устройств для каждого вида электроустановок должны удовлетворять значениям, приведенным в соответствующих главах Правил(ПУЭ) и таблице 1.8.38.

Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств(ПУЭ)

Расчёт контура заземления:

Чтобы правильно произвести расчет- длину и количество заземлителей, входящих в будущую конструкцию контура, нужно знать знать максимальное значение удельного сопротивления слоя грунта на глубине, приблизительно в три раза превышающей глубину закладки заземлителя. Это значение определяется путем измерений удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления с учетом коэффициентов влажности.

Если взять значение удельного сопротивления грунта из таблиц(как чаще всего это делают при проектировании в офисе и не выезжая на место строительства), то после монтажа такого контура заземления — расчетное значение может не совпасть с измеренным после выполнения работ..

Поэтому часто в проектах заземления указывают, что если значение сопротивления установленного контура будет превышать допустимое, следует увеличить количество заземлителей, т.е. увеличить объём работ, соответсвенно увеличивается заложенная в смете цена.

Для заземления газового котла расчетное сопротивление не должно превышать 10 Ом.

Подключение контура заземления к электросети дома:

Следует иметь в виду, что только монтажа и подключения контура заземления — не достаточно для обеспечения электробезопасности, например дачи или частного дома и т.п. Для этого, должны быть соблюдены требования к электроустановкам указанные в гавах ПУЭ:

Глава 1.7. «Заземление и защитные меры электробезопасности»

Глава 7.1. «Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий»

Эти требования являются взаимосвязанными и их частичное выполнение может привести к непредсказуемым последствиям, как для электро, так и пожарной безопасности..

Чтобы произвести монтаж и подключение заземления, нужно обладать знаниями по устройству электроустановок и нормативных документов.

Если при монтаже самой конструкции контура своими руками проблем особо не возникает, то при проверке сопротивления и подключении заземляющего устройства в электросеть дома, часто совершаются ошибки.

Когда нет ответа на часть из многих существенных вопросов, неоходимых для монтажа и подключения контура заземления — например:
— Чем отличается система заземления ТТ от системы заземления TN(три типа)?

— Почему эксплуатация электросети дома с системой заземления ТТ без УЗО — запрещена?

— Какая система заземления будет применяться в вашем доме?

— Почему сопротивление растеканиЮ тока является основным показателем качества контура заземления и как оно проверяется во время монтажа?

— и т.п.

В этом случае, чтобы не совершать ошибок, следует изучить правила.

Проверка:

Основной критерий качества установленного контура заземления для частного дома (и не только) — это сопротивление растеканию тока, точное значение которого возможно узнать только после поверки измерительным прибором.

Производить замеры нужно в обязательном порядке и сопротивление заземления должно соответствовать нормативам. Но чаще всего владельцы загородных частных домов при самостоятельном монтаже(или нанятые работники), пренебрегают замерами, без которых нельзя оценить в полной мере качество установленного заземляющего устройства.

При профессиональном монтаже, после установки выполняются приемо-сдаточные испытания согласно ПУЭ и выдаётся электроизмерительной лабораторией протокол. В дальнейшем, измерение сопротивления растеканию тока заземляющих устройств должно производиться в сроки, установленные ПТЭЭП, а также после каждого капитального ремонта.

Периодичность проверки в полном объеме производится не реже 1 раза в 12 лет.

Проверка коррозионного состояния элементов, находящихся в земле:

Локальные коррозионные повреждения в земле выявляются при осмотрах со вскрытием грунта.
Если элементы конструкции выполнены из чёрного металла (уголков, труб, полосы и т.п.), то самыми уязвимыми для коррозии являются сварные соединения и такие места проверяются в первую очередь.

Контур заземления для молниезащиты III Категории.

Молниезащита III Категории (РД 34.21.122-87)

2.26…..каждый токоотвод молниеприемников должен быть присоединен к заземлителю, состоящему минимум из двух вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом длиной не менее 5 м;

…….Во всех возможных случаях заземлитель защиты от прямых ударов молнии должен быть объединен с заземлителем электроустановки, указанным в гл. 1.7 ПУЭ.

Из этого следует, что для электорустановки и молниезащиты дома устанавливается общий контур заземления.

Виды заземлений — какие бывают? Системы и назначение конструкции

Заземление – это намеренное соединение определенной части оборудования или электрической цепи с грунтом. Чаще всего, для заземления используется один или несколько штырей из металла необходимой длины и диаметра, забитых в грунт и соединенных вместе.

Конструкцию соединяют с кабелем, подключенному к заземляемому устройству. Штыри и провод, металлическая полоса, связывающая их, место установки заземления, оговорено по правилам монтажа электрических установок.

Электроустановки подразделяются:

С напряжением более 1 кВ с эффективно или глухо заземленной нейтралью.
С напряжением более 1 кВ с заземленной через резистор или изолированной нейтралью.
С напряжением менее 1 кВ с глухо заземленной нейтралью.
С напряжением менее 1 кВ с изолированной нейтралью.

С учетом технических особенностей электросетей и электрической установки, для ее работы может быть необходима какая-либо токоотводящая конструкция. Обычно, до проектирования электрического устройства, определяют перечень требования, в которых указывают необходимую конструкцию.

Сейчас в мире используют единую систематизацию подобных устройств, в которую входят три системы:

Система IT.
Система TT.
Система TN.

Эта аббревиатура расшифровывается так:

Символ I — изолированный.
Символ N — подключено к нейтрали.
Символ T — заземление.

Системы TN

Такие конструкции отличаются наличием глухо заземленной нейтрали и подсоединением к ней всех способных проводить электроэнергию элементов сети.

Подключение к нейтрали производят используя нулевые проводники.

Электрошкафы, щиты и корпуса приборов, подключают к проводнику PEN. Выполняется это для создания короткого замыкания, при пробивании проводки на корпус, в результате чего, защитные автоматы обесточивают сеть, идущую на вышедший из строя участок сети, таким образом, предупреждая поражение током людей, находящихся поблизости.

Система с нулевым и расчлененным рабочим проводником

Система TN-S

Система TN-S для безопасности оборудована двумя, а не одним нулевым проводом, один из них служит как защитный провод, а второй используется в качестве нейтрального проводника, подключенного к глухо заземленной нейтрали. Эта конструкция сегодня является самой безопасной, способной эффективно защитить от удара электричеством.

Принцип работы этой конструкции состоит в том, что используют всего одну фазу для подачи рабочего напряжения и ноль.

Разводку производят проводом из трех жил, одна из которых служит как нуль и подключается к вводному проводу.

Система c проводом PEN и двумя нулями

Система TN и TN-C-S

Здесь характерно использование в определенном месте оборудования, соединенного с нулевым проводом, расщепляющимся на два проводника: PE и N, для последующего заземления оборудования.

Для бесперебойной работы, система TN-C-S после места раздвоения, оборудуется еще одним заземлителем.

Положительные свойства этой системы:

Простой переход на нее во время ремонта старых домов.
Простая конструкция защиты от молнии.
Возможность создания защиты проводки простыми автоматами от замыкания.

Минусы этой системы:

Риск перегорания нулевого провода вне здания, что грозит пробоем корпусов из металла электротоком.
Нужда в использовании оборудования для уравнивания потенциалов.
Сложность в создании действенной защиты внегородской черты.

Для частных, хозяйственных строений, ПУЭ советуют использовать совершенно другую систему — TT.

Независимые заземлители

Система TT

В конструкции системы TT есть два заземлителя:

Для источника электротока.
Для незащищенных металлических элементов системы.

Положительным свойством этой конструкции является повышенная работоспособность нулевого провода на промежутке от оборудования до места подачи напряжения и независимость PE провода.

Сложность может появиться только с использованием собственного заземлителя, так как непросто подобрать для него подходящий диаметр. Но такой минус компенсируется с помощью системы защитного отключения.

Система с изолированным нейтральным проводом

Система IT

В большинстве случаев, в такой конструкции, нейтраль изолируют от земли, или создают необходимое зануление IT, используя устройство со значительным сопротивлением.

В домашних условиях, устройства такого типа не нашли применения, они практически не используются, но позволяют их применять для питания специальных устройств, для которых необходима безопасность и максимальная стабильность при работе, к примеру, в лабораториях и лечебных учреждениях.

Технологии заземляющих устройств

Есть несколько способов изготовления контура заземления.

Чаще всего, используют две из них:

Модульно-штыревое заземление.
Традиционное заземление.

Конструкция модульного заземления

Для ее устройства используют стержни, из покрытого медью качественного металла. Их вертикально забивают в грунт на глубину около 1 м, диаметр стержней 14 мм. По краям стержня нарезают по 30 мм резьбы и так же покрывают ее медью.

Металлические части конструкции соединяют вместе латунными муфтами. По горизонтали их соединяют стальными полосами с латунными зажимами или используют для этого комплект медного провода. Также, устраивают соединение контура заземления и щитка-распределителя. Для защиты элементов заземления от коррозии, в комплект входит защитная паста.

Традиционное заземление

Изготавливают такую систему из черного металла: полос, труб, уголка. На 3 м в грунт, с промежутком 5 м вбивают треугольником три металлических электрода. Далее, электроды соединяют в общий контур, используя металлическую полосу и электросварку.

Такое заземление имеет несколько отрицательных свойств (к примеру, трудоемкость создания контура и коррозия, разрушающая металл изделия), по этой причине, в наше время вместо нее стараются использовать более совершенный способ заземления.

Естественные заземляющие элементы

Чаще всего, их используют для заземления электрического оборудования. В качестве естественных заземлителей применяют металлические элементы различных ЖБ конструкций, к примеру, фундаменты подстанций и линий электропередач и фундаменты строений.

Дополнительно, для естественного заземления подключают части подземных коммуникаций, изготовленных из металла, к примеру, подходит броня кабелей и всевозможные трубопроводы, иногда допустимо подключать и наземные коммуникации, к примеру, подойдут для этой цели рельсовые пути.

Какие ЖБ изделия нельзя применять для заземления?

Не стоит подключать заземляющий провод к фундаментам, собранным из отдельных ЖБ элементов. Желательно связать прутья арматуры блоков, и только тогда допустимо подключать заземлитель. Иначе, лучше использовать искусственный заземлитель.

Для этого используют металлический проводник, вбитый вертикально или горизонтально в грунт. Иногда используют несколько таких проводников, связав их вместе. Важно, чтобы отдельные электроды контура, были вбиты на необходимую глубину.

Горизонтальный заземлитель желательно уложить на глубину 50 см, если грунт на участке легкий, то укладку электрода желательно производить на глубине 1 м. Важно то, что у горизонтальных проводников, сопротивление больше чем у вертикальных.

По этой причине, лучше использовать вертикальный заземлитель.

Толщина искусственных заземлителей:

Металлический прут — сечение 10 мм;
Оцинкованный металлический прут — сечение 6 мм;
Металлический уголок — толщина 4 мм, полка 75 мм;
Металлическая полоса — 4 мм;
Брак или БУ трубы — 3,5 мм толщина стенки;
Общее сечение проводников забиваемых в землю — 160 мм.

Заземление нейтрального проводника

В нашей стране, сети 6-35 кВ эксплуатируются с не глухо заземленной нейтралью. Использование таких сетей хорошо тем, что у них низкое значение токов замыкания на грунт, но при ОЗЗ, изготовленных из металла, в таких сетях повышается напряжение на целых фазах относительно земли до уровня линейного, что плохо в этом случае.

Коэффициент замыкания на грунт — отношение разницы потенциалов между землей и фазой при замыкании остальных фаз на землю к разнице между землей и фазой в сети.

Статья была полезна?

0,00 (оценок: 0)

Назначение разных видов заземления и нормы по их установке

Заземление – система защитного контура, для предотвращения поражения током при замыкании фазы на корпус. Назначение, виды и способы его монтажа – это основные вопросы, стоящие перед каждым собственником жилья и производственного помещения.

Заземляющее устройство – это конструкция, оснащенная заземлителем и заземляющими проводниками.

Виды заземления в зависимости от удаления объекта от защитного контура

По этой характеристике, виды заземляющих устройств подразделяют:

выносное;
контурное устройство.

Разберем каждое из них подробнее.

Выносное устройство

При этом типе, расположение заземлителя производится за пределами помещения. Выносное (сосредоточенное) защитное устройство монтируют при невозможности оснащения контура на участке со скальным, каменистым грунтом, либо при наличии за участком наиболее подходящего для заземления качества земли.

Разброс производственного оборудования на значительном расстоянии друг от друга – это еще одна причина установки выносной системы.

К преимуществу этого типа, относят возможность выбора места установки с лучшими свойствами грунтов, с малым уровнем сопротивления. К таким грунтам относят – глинистый или песчаный влажный грунт. Но есть у способа существенный минус. Значение коэффициента касания проводника равно 1, из-за удаленности от производственных объектов.

Такой вид защиты монтируют для обслуживания объектов с малыми токами короткого замыкания (не более кВ). Потенциальное напряжение при касании поврежденного участка цепи не меньше потенциала заземлителей.

Контурное устройство

Заземляющие электроды располагаются равномерно, по границам контура обслуживаемого участка и на нем самом. Поэтому, второе название этого типа – распределенное.

При таком способе установки заземлителей, безопасность использования приборами обеспечивается понижением потенциалов на каждом заземлителе и потенциалы их выравниваются. Такой метод позволяет понижать пиковый ток КЗ. Одиночнорасположенные на территории контура заземлители позволяют решать эту проблему.

Каждый метод заземления, при долгой эксплуатации, может повысить сопротивление контура. Для раннего обнаружения неисправности, необходимо периодически осматривать контур и подтягивать гайки на креплении проводов.

Обустройство повторного заземления

Данный метод позволяет понижать опасное для человека значение тока замыкания и других повреждений проводки и электрических приборов. При этом, повторное заземление – это отдельно расположенная и независимая от основного контура система заземлителей.

Установка предусматривает срабатывание в аварийной ситуации ближайшего автомата защиты. Наиболее часто, повторным способом, обустраивается старое здание с устаревшей двухжильной алюминиевой проводкой. Проводку ведут к каждому потребителю от места сварки концевого контакта на основании контура. На корпус щита провода закреплены с помощью болтов и гаек с гроверами.

Виды заземления в зависимости от подведения проводки

До проведения работ по электропроводке здания, необходимо сделать выбор способа подключения к внутридомовой сети провода земли и вида контура защиты. Приведем расшифровку аббревиатур, применяемых в названии видов подводки кабеля:

I – изолированная проводка;
N – обозначает подключение к нейтральному проводу;
Т – символ, обозначающий подключение к заземляющему проводу.

Принята мировая система заземления, в которую входят три основных вида.

IT- система

Практически неприменяемая система в жилищном строительстве. При ней используют сопротивление с большим номиналом или через воздушную прослойку. Применяется этот вид заземления в лабораторных и лечебных помещениях. Служит для обеспечения большого уровня защиты для оборудования и приборов, требующих при обслуживании значительного уровня безопасности и стабильности.

По правилам ПУЭ, для частного хозяйственного строительства, можно использовать систему с независимыми заземлителями.

Система ТТ

Провода подводят к щитовой, на вводе в здание с двумя заземлителями. Наиболее часто применяют для обслуживания систем источников напряжения в сети и на металлическом покрытии системы без изоляции. Значительные показатели работы нулевой проводки на расстоянии от трансформаторов тока до потребителя электроэнергии.

При монтаже может возникнуть сложность, связанная с подбором диаметра проводки для обеспечения безопасности самого заземления. Для этих целей в данный вид подведения провода, устанавливается система отключения.

TN-система

Это, наиболее распространенный вид проведения заземляющего проводника с заземлением нейтрального провода, позволяет подключать к нейтрали всех потребителей тока данного здания.

Подключается все оборудование к заземлению через провода ноля. Все токопроводящие корпуса оборудование и приборы в электрощитовых и других потребителей, при коротком замыкании на корпуса, выключаются от сети с помощью автоматов и предохраняют человека, находящегося в помещении от поражения электротоком.

Она подразделяется на следующие виды:

Система TN – 5. Вид подведения заземления и нулевого провода двумя отдельными проводниками. Такой способ на сегодняшний день является наиболее безопасной для человека. Проводку от источника питания, при этом способе, ведут с использованием трехжильного медного провода с соответствующим сечением для данного здания и количества потребителей. Как правило, для подведения фазы используют коричневый или черный проводник, ноль подводят голубым или синим проводом, а для подведения заземления используется желто-зеленый цвет изоляции.
Система TN-C-S, в ней подводятся к электрощиту два провода, а именно провод нейтрали и провод фазы. И уже в щитке производят разделение ноля на два проводника, один из которых ноль, а второй провод заземления. Для обеспечения надежной и безопасной защиты в щитке требуется устанавливать дополнительный автомат отключения после разводки проводников.

При использовании медных многожильных проводников в проводке старого здания, не оснащенного защитным контуром, появляется оснастить электросеть надежной защитой.

Такая система хорошо предохраняет проводку и бытовые приборы при попадании молнии. При установке УЗО повышается уровень безопасности человека. К минусам можно отнести — установка дополнительного оборудования и снижение безопасности при обслуживании загородного дома.

Сечение проводки и выбор конструкции заземляющих контуров – одни из основных характеристик при проведении монтажа одного из видов заземляющего контура.

Для проведения работ по изготовлению контура заземления используются различные заземлители из искусственных или натуральных металлов. Исходя из пункта 1,7,109 Правил установки, могут быть использованы железобетонный или металлический участок здания, находящиеся в земле защитные оболочки кабелей, погружаемые в скважины трубы и другие.

Нельзя подключать провода заземления к газовым трубопроводам, трубам канализации, отопительным трубопроводам. Но для выравнивания потенциалов тока, данные участки можно использовать.

При мощности электрической сети здания более кВт, его необходимо оборудовать системой заземления. Виды заземления используются для обеспечения безопасной работы сети тока, но величина сопротивления не должна превышать величины 4 Ом.

Заземлители (заземляющие колья, забиваемые в землю для создания контура заземления) обязательно выполняются из меди, оцинкованного или черного металла. Все значения размеров заземлителей и других составляющих контура, приведены в пунктах ПУЭ.

Горизонтальная перемычка контура заземления должна быть заглублена в грунт не менее полуметра, в случае легкого грунта заглублять его следует не менее метра. Горизонтальные перемычки на сопротивление контура влияют больше чем вертикальные заземлители.

При необходимости устанавливается повторный контур заземления электрической сети.

При выборе сечения необходимо ознакомится с требованиями ПУЭ, но провод заземления не может быть меньше провода фазы.

Заземление не сможет заменить автоматический разрыватель цепи и УЗО, а они не смогут выполнить работу заземления.

виды, особенности, правила и монтаж

Нужно ли делать заземление частного дома или дачи?

Очень часто люди задаются вопросом: «нужно ли заземление на даче»? Согласно требованиям ПУЭ (Глава 1.7. Заземление и защитные меры электробезопасности) все современное оборудование и электросети в обязательном порядке должны быть заземлены.

Заземленные системы имеют обозначение TN-S и закладывается еще на этапе проектирования при реконструкции или капительном строительстве.

Если же у Вас дача или частный дом были построены очень давно, то крайне рекомендуется выполнить заземление своими руками, поскольку электроснабжающая организация может прекратить подачу электроэнергии, аргументируя свое решение нарушением правил ПУЭ, ГОСТ, ПТБ и ПТЭЭП.

Рабочее (защитное) заземление частного дома: его устройство и назначение

Рабочее заземление предназначается для спасения людей от электрического тока. К тому же оно позволяет защитить бытовую технику от выхода из строя при возникновении его корпусного пробоя.

Также такое заземление является весьма полезным для уменьшения последствий удара молнии. Это касается лишь тех случаев, если у дома предусмотрен соответствующим молниеотвод.

Назначение заземления

Рабочее заземление при электрическом чрезвычайном происшествии выполняет роль защитного. Главные его задачи заключаются в следующем:

спасение людей от поражения током;
защита бытовой техники при корпусном пробое;
поддержка нормальной работы оборудования.

Постоянно действующее рабочее заземление требуется только для промоборудования. Если речь идет о бытовой техники , достаточно всего лишь заземление через евророзетку.

Несмотря на это, специалисты рекомендуют все же наглухо заземлить ряд приборов в доме. Среди них стоит выделить стиральную машину, микроволновую печь, электродуховку, индукционную плиту (варочную поверхность), а также настольный компьютер.

Устройство заземления

Применение искусственных систем заземления обусловлено тем, что естественные системы нередко не соответствуют всем правилам и нормам. Это может привести к их плохому срабатыванию и низкой эффективности.

К естественным заземлителям можно отнести водопроводные трубы из стали, что соприкасаются с почвой.

Также к этой категории относятся действующие артезианские скважины или же некоторые другие элементы сооружений, выполненные из металла. При этом в обязательном порядке они должны быть соединены с землей.

При самодельном создании заземления специалисты рекомендуют применять уголки из стали размером 50х50 миллиметров, длина которых составляет 3 метра. Их следует забить в землю в траншее.

Ее глубина должна достигать 70 сантиметров. При этом около 10 сантиметров должно находиться над дном. К этой части уголков стоит приварить проложенный в траншее пруток из стали диаметром в пределах от 10 до 16 миллиметров. Вместо него разрешается использовать полосу размером 40х3 или 40х4, расположенную по всему периметру сооружения.

В соответствии с действующими правилами, если имеется электрическая установка до 1000 Вольт, сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом.

Системы заземления

Существует 6 отличающихся между собой заземляющих систем. Несмотря на такое разнообразие, в жилых домах применяется преимущественно только 2 из них, такие как:

TN – C – S. Главной особенностью данной системы считается то, что подача тока происходит с использованием нуля PEN, который обязательно дополнительно подключается к глухо заземленной нейтрале.

В здании, в распредустройстве провод расходится на две части РЕ и N. Одна – PE – представляет собой ноль защитный (заземление), вторая – проводник – выполняет роль рабочего поля N. Для того чтобы данная система надежно работала, очень важно обеспечить ей соответствующую защиту.

Это обусловлено возможностью возникновения опасного напряжения на корпусах электроприборов.

Это касается тех приспособлений, которые связаны с проводником PE. Такая ситуация возникает в случае механического повреждения нуля PEN между непосредственно самой подстанцией и сооружением.

TT. Эта система применяется в селах и деревнях. В загородных условиях сложно обеспечить безопасность нуля PEN. Эта схема требует выполнения «глухого» заземления по отношению к нейтрали. Осуществление передачи напряжения при этом происходит посредством 4 проводов.

Четвертый из них применяется в качестве функционального нуля N. Со стороны потребителя в данной ситуации необходимо создать штыревой заземлитель. Именно к нему следует подсоединить все проводники от PE. С ними следует связать корпуса приборов.

Система TT применяется преимущественно в отдаленных от городов районах. В крупных населенных пунктах предпочтение отдают TN – C – S.

Схема заземления

Все же большей популярностью пользуется система заземления TN – C – S. Отличительной ее особенностью является наличие глухо заземленной нейтрали.

В системе TN – C – S шина РЕ и нейтраль N проводятся при помощи всего лишь одного провода PEN. На входе в дом конструкция должна разделяться на несколько отдельных веток. Данная схема подразумевает защиту посредством автоматических выключателей. Можно использовать УЗО.

В схеме TT «земля» должна выходить на щит от отдельного заземления, а не от конкретной подстанции.

Данная система считается более надежной и безопасной. Она лучше устойчива к повреждению защитного проводника. В данном случае не требуется монтаж устройства отключения.

Какие электрические характеристики обеспечивают безопасную работу контура заземления

Защитная функция контура основана на том явлении, что аварийный ток стекает по пути наименьшего сопротивления.

На корпусе любого бытового прибора из-за повреждения изоляции может появиться потенциал фазы. В старой системе заземления TN-C он станет стекать через тело прикоснувшегося человека.

Тяжесть электротравмы зависит от многих факторов, но может привести и к фатальным последствиям.

В схеме электропитания TN-S искусственно созданный РЕ проводник через контур заземления отводит опасный потенциал, защищает человека от поражения током.

Для оптимальной работы схемы необходимо учесть:

сопротивление растеканию;
напряжения прикосновения и шага;
состояние грунта по его удельному сопротивлению;
электрические характеристики выбранных материалов и их стойкость к воздействию агрессивной среды почвы;
конструкцию контура, которая должна быть просчитана по нормативам и проверена электрическими замерами высокоточными приборами.

Сопротивление заземляющего устройства в электроустановках до 1000 В: из каких составляющих оно складывается

Любой контур заземления состоит из вертикальных или горизонтальных заземлителей (электродов), расположенных в земле. Через создаваемый ими контакт протекает аварийный ток.

Вертикальные электроды заглублены в почву, разнесены на определенное расстояние, объединены горизонтальным заземлителем, подключенным к главной шине здания.

Для частного дома редко используется один вертикальный заземлитель по причине противодействия сопротивления растеканию тока.

Допустим, что имеется сооружение с подключенным к нему одним вертикальным электродом, расположенным в почве. На главную шину организовано металлическое короткое замыкание. Сопротивлением заземляющего проводника пренебрегаем для упрощения.

Ток короткого замыкания начинает стекать на потенциал земли по электроду и распределяется с него равномерно по всем направлениям. При этом максимальная плотность тока будет создана у самого заземлителя, а с удалением от него она станет уменьшаться.

Прохождение тока через постоянно увеличивающуюся поверхность земли ослабляет его величину. Напряжение тоже имеет самую большое значение у электрода, а с постоянным снижением величины тока оно падает. Здесь проявляет свое действие простой закон Ома.

На границе определенной площади, называемой зоной растекания, напряжение уменьшается практически до нуля от своего максимального значения. Таким способом мы получили точки нулевого потенциала, находящиеся с противоположных сторон электрода, на которых U=0.

Сопротивление заземляющего устройства Rз — это сопротивление участка земли между точками нулевого потенциала. Оно вычисляется по формуле Rз=Uф/Iкз.

На его величину очень слабо влияет сопротивление металлических частей заземлителей с шиной и контакты электродов с землей — они очень маленькие. Вопрос его снижения решается за счет изменения конструкции контура и характеристик грунта.

Улучшить этот показатель можно установкой дополнительного электрода. Однако монтировать его следует определенным образом.

Если два электрода разместить рядом, то площадь зоны растекания практически не меняется. Ток короткого замыкания стекает на том же участке грунта. Поэтому заземлители необходимо разнести на большее расстояние.

При этом ток КЗ станет стекать с каждого электрода, разделяясь на два потока, а между ними образуется пространство, где они оказывают влияние друг на друга. Оно называется зоной экранирования. Для оценки его характеристик введены поправочные коэффициенты.

Второй способ улучшения сопротивления заземляющего устройства основан на увеличении длины вертикального электрода и его заглублении в грунт до 30 метров. Технология этого метода приведена в конце статьи.

Несколько вертикальных электродов привариваются в почве к металлической полосе (горизонтальному заземлителю). Он тоже оказывает влияние на стекание аварийного тока, оценивается по индивидуальному коэффициенту.

Его величина зависит от количества электродов в контуре и отношения расстояния между ними к их длине. Данные сведены в таблицу.

Таким образом, электрические характеристики создаваемого контура сильно зависят от конфигурации и расположения вертикальных и горизонтальных заземлителей, их заглубления в грунт.

Владельцу частного дома необходимо оценивать сопротивление заземляющего устройства в электроустановках до 1000 В и делать предварительный расчет на бумаге до начала сборки конструкции. Для этого требуется представлять, из каких процессов берутся параметры, задаваемые в проекте.

Напряжение прикосновения и шага: что это такое и как оно влияет на расчет контура заземления

Напряжение прикосновения описывает пункт ПУЭ 1.7.24. Его величина заложена в формулы для расчета сопротивления контура заземления.

Представим, что на корпусе какого-то оборудования появился фазный потенциал U и к нему прикоснулся человек с сопротивлением тела R.

Через него начнет стекать ток Iт, который определяется по закону Ома. Величина приложенного напряжения зависит от места создания контакта, удаления от максимальной величины U, обозначается термином прикосновения (Uпр).

Поскольку от Uпр зависит безопасность человека, то на него введены строгие нормативы. При создании электрического проекта на объект в него закладывают жесткие ограничения, влияющие на безопасность. Они учтены в допустимых параметрах сопротивления заземляющего устройства.

Напряжение шага

Еще один ряд факторов, влияющий на расчет контура — учет тех процессов, которые протекают непосредственно на грунте при стекании аварийного тока, распределяющегося внутри той зоны, где может случайно оказаться человек. Их учитывает напряжение шага.

В эпицентре разряда приложено максимальное напряжение, а его величина постепенно снижается с увеличением расстояния до нуля. Когда в этой зоне будет двигаться человек, то между его ногами возникнет разность потенциалов.

Она возрастает при приближении к месту разряда, а при определенных условиях может привести к электротравме: чем ближе к центру, тем опаснее.

Термин напряжения шага Uш заложен в пункт ПУЭ 1.7.25. Он строго нормируется формулами расчета проекта заземляющих устройств.

На промышленных объектах обычно применяются дорогие специальные защиты, быстро отключающие аварийные режимы, когда напряжению шага остается возможность проявить себя очень короткое время.

В частном доме таких устройств нет. Поэтому к качеству контура предъявляются повышенные требования. Владельцу необходимо продумать место его расположения и трассу прохождения горизонтального заземлителя.

Напряжение прикосновения и шага стремятся сделать настолько минимальными, насколько они могут обеспечить повышенную безопасность человека. Они учитываются нормативами ПУЭ.

Какие нормы по сопротивлению растекания заложены в ПУЭ и почему

Для создания надежного контура частного дома следует понимать, что он работает не сам по себе, а в составе всей системы заземления электроустановки, начиная от промышленной трансформаторной подстанции.

Безопасность зависит от типа нейтрали ТП и быстроты ликвидации аварийных ситуаций.

На промышленных объектах, требующих оперативного отключения аварий, создается эффективно заземленная нейтраль, позволяющая при однофазных замыканиях на землю быстро отключать токи КЗ. Для этого ее сопротивление, с учетом влияния всех естественных и искусственных заземлителей, не должно превышать 0,5 Ома. (Пункт 1.7.90.)

Бытовая электрическая сеть 380/220 вольт обычно создается с глухозаземленной нейтралью. Ее безопасность в какой-то части может улучшить разделительный трансформатор.

За ним создается сеть с изолированной нейтралью. Но мы сейчас рассматриваем другой вопрос.

Трансформаторная подстанция, подключенная по обычной схеме с заземленной нейтралью, должна работать в режиме, предусмотренном пунктом ПУЭ 1.7.101.

Это значит, что при питании частного дома напряжением 380/220 вольт общее сопротивление всей цепочки заземляющих устройств должно укладываться в норматив менее 4 Ома. На эту величину оказывают влияние все повторные заземлители ВЛ и естественные заземления.

К последним относят железобетонные фундаменты зданий и другие, закопанные в грунт металлические конструкции. Их задача — длительно обеспечивать электрический контакт с землей.

Повторные заземлители линии распределяются по опорам ВЛ для обеспечения достаточной величины тока однофазного замыкания, которую должна почувствовать токовая защита. Они же ставятся на вводе в здание.

Все эти заземления должны в комплексе обеспечить величину сопротивления 0,4 Ома на трансформаторной подстанции.

Когда ВЛ и ТП введены в эксплуатацию, то любое смонтированное на них заземление находится в работе. Измерить отдельно его сопротивление невозможно и очень опасно: оно является частью электрической цепи.

Теперь продолжим рассмотрение пункта ПУЭ 1.7.107. для заземляющего устройства частного дома. Здесь уже приводятся другие нормативы.

Для создаваемого нами заземлителя введена величина 30 Ом. Контур заземления можно отключить от ГЗШ и замерить его сопротивление. Понимаем, что в работе оно участвует со всеми повторными и естественными заземлителями схемы и обеспечивает 4 Ома для трансформатора на КТП.

Но не все так просто. Нам потребуется выполнить еще одно условие безопасности: сопротивление ближайшего повторного заземлителя должно составить 10 Ом. Об этом говорит пункт ПУЭ 1.7.103.

Однако обеспечить эти 10 и 30 Ом простыми способами не всегда возможно из-за физического состояния грунта.

Виды грунтов и их удельное сопротивление: что требует обязательного учета

Наш контур будет забит в землю, которая служит проводником электрического тока. Ее проводимость зависит от многих факторов и нормируется величиной удельного сопротивления.

Например, скальный грунт имеет очень плохие характеристики. Работать на нем — плохая затея. Нормируемые параметры и возможные пределы их отклонения помещены в таблицу.

Сведения эти представлены как ориентировочные для проведения приблизительного расчета. При создании проекта контура их желательно уточнить на конкретной местности.

Чем влажнее почва и больше в ее состав входит различных солей, тем лучше ее удельное сопротивление. Однако солевые растворы — это агрессивная среда, вызывающая коррозию металлов.

Именно постоянные колебания влаги, зависящие от времени года и погодных условий, вызывают большие отклонения удельного сопротивления от средней величины.

В мороз вода превращается в лед, а он довольно плохо проводит электрический ток. Во время жары почва высыхает. Зима и лето — самые неблагоприятные периоды для работы контура заземления.

Поэтому эти времена года используются для проведения контрольных замеров сопротивлений растекания.

Грунт не обладает однородной структурой. При заглублении в почву могут встретиться всякие сюрпризы. Предвидеть их нереально. Особенно при большой глубине.

Например, сверху почвы может быть слой чернозема, а под ним суглинок или супесок, камни.

Приблизительно оценить состав грунта можно самостоятельно. Для этого берут с глубины порядка метра его кусочек и пытаются скатать «колбаску» между ладонями. Если ее толщина соответствует спичке, то это глина.

Из песка скатать ничего не получится, он рассыпается. Из суглинка можно сделать колбаски толщиной порядка сантиметра. Супесок скатывается чуть большими кусочками и сразу разваливается.

Метод приблизительный, но он позволяет получить данные для расчета проекта. Более точно эти результаты обеспечивают приборы, предназначенные для измерения электрического сопротивления грунтов. Ими занимаются специалисты электролабораторий.

Поскольку удельное сопротивление грунта сильно зависит от сезона, то для более точного расчета контура введены сезонные коэффициенты, учитывающие еще и четыре района проживания.

Требования к материалам для контура заземления, которые надо знать обязательно

Качественный электрический контакт между металлом электродов и почвой создается не за счет закапывания конструкции, а при забивании стержней в землю, когда грунт уплотняется при вдавливании.

Электроды должны хорошо выдерживать ударные механические нагрузки при монтаже схемы, входить в грунт без деформации и сохранять свои электрические характеристики десятилетиями в условиях действия на них агрессивной почвенной среды.

К выбору заземлителей предъявляются строгие нормативы по виду металлов и их габаритов. Предельно допустимые минимальные размеры электродов опубликованы таблицей ПУЭ.

Уменьшать сечение материалов нельзя, а выбирать толще не рационально.

Для вертикальных заземлителей обычно используется труба, пруток и уголок, а горизонтальных — та же полоса или пруток. Их поперечное сечение должно соответствовать требованиям таблицы 1.7.104.

Конструкция контура предназначена для создания электрического контакта с грунтом даже при коррозии металла. Защищать его красками нельзя.

Окончательная сборка электродов осуществляется сваркой, а ее
шов довольно быстро ржавеет и разрушается. Поэтому его надо покрывать защитным
слоем битумного лака.

Металл соединительной полосы, расположенный на открытом воздухе, к которому подключают отвод на главную защитную шину, тоже нужно покрасить.

Устройство заземления своими руками: поэтапная инструкция

Если Вы задаетесь вопросом: «как сделать заземление на даче?», то для выполнения данного процесса потребуется следующий инструмент:

сварочный аппарат или инвертер для сварки металлопроката и вывода контура на фундамент здания;
угловая шлифмашинка (болгарка) для разрезания металла на заданные куски;
гаечные глючи для болтов с гайками М12 или М14;
штыковая и подборная лопаты для рытья и закапывания траншей;
кувалда для вбивания электродов в землю;
перфоратор для разбивания камней, которые могут встречаться при рытье траншей.

Чтоб правильно и согласно нормативным требованиям выполнить контур заземления в частном доме нам потребуются следующие материалы:

Уголок 50х50х5 — 9 м (3 отрезка по 3 метра).

2. Сталь полосовая 40х4 (толщина металла 4 мм и ширина изделия 40 мм) — 12 м в случае вывода одной точки заземлителя на фундамент здания. Если же Вы хотите выполнить контур заземления по всему фундаменту к указанному количеству добавьте общий периметр здания и еще возьмите запас для подрезки.

3. Болт М12 (М14) с 2 шайбами и 2-я гайками.

4. Медный заземлитель. Может быть использована заземляющая жила 3-х жильного кабеля либо провод ПВ-3 с сечением 6–10 мм².

После того как все необходимые материалы и инструменты есть в наличии можно переходить непосредственно к монтажным работам, которые детально расписаны в следующих главах.

Выбор места для монтажа контура заземления

В большинстве случаев рекомендуется монтировать контур заземления на расстоянии в 1 м от фундамента здания в месте где оно будет скрыто от человеческого глаза и к которому будет сложно добраться как людям, так и животным.

Такие меры необходимы для того, что при повреждении изоляции в электропроводке потенциал будет идти на контур заземления и может возникнуть шаговое напряжение, которое может привести к электротравме.

Выполнение земляных работ

После того как было выбрано место, выполнена разметка (под треугольник со сторонами 3 м), определено место вывода полосы с болтами на фундамент здания можно приступать к земляным работам.

Для этого необходимо с помощью штыковой лопаты по периметру размеченного треугольника со сторонами по 3 м снять слой земли в 30–50 см. Это необходимо для того, чтоб в дальнейшем без особых трудностей к заземлителям приварить полосовой металл.

Также стоит дополнительно прокопать траншею такой же глубины для подвода полосы к зданию и выводу ее на фасад.

Забивание заземлителей

После подготовки траншеи можно приступать к монтажу электродов контура заземления. Для этого предварительно с помощью болгарки необходимо заточить края уголка 50х50х5 или круглой стали диаметром 16 (18) мм².

Далее выставить их в вершины полученного треугольника и с помощью кувалды забить в землю на глубину 3 м. Также важно чтоб верхние части заземлителей (электродов) находились на уровне выкопанной траншеи чтоб к ним можно было приварить полосу.

Сварные работы

После того как электроды будут забиты на необходимую глубину с помощью стальной полосы 40х4 мм необходимо сварить между собой заземлители и вывести данную полосу на фундамент здания где будет подключен заземляющий проводник дома, дачи или коттеджа.

Там, где полоса будет выходить на фундамент на высоте 0.3–1 мот земли, необходимо приварить болт М12 (М14) к которому в дальнейшем будет подключено заземления дома.

Обратная засыпка

После выполнения всех сварных работ полученную траншею можно засыпать. Однако перед этим рекомендуется залить траншею соляным раствором в пропорции 2–3 пачки соли на ведро воды.

После полученную почву необходимо хорошо утрамбовать.

Проверка контура заземления

После выполнения всех монтажных работ возникает вопрос «как проверить заземление в частном доме?». Для этих целей конечно обычный мультиметр не подойдет, поскольку у него очень большая погрешность.

Для выполнения данного мероприятия подойдут приборы Ф4103-М1, Клещи Fluke 1630, 1620 ER и так далее.

Однако эти приборы очень дорогие, и если Вы выполняете заземление на даче своими руками, то для проверки контура Вам будет достаточно обычной лампочки на 150–200 Вт. Для данной проверки Вам необходимо один вывод патрона с лампочкой подключить к фазному проводу (обычно коричневого цвета) а второй — к контуру заземления.

Если лампочка будет ярко светить — все отлично и контур заземления полноценно функционирует, если же лампочка будет тускло светить или вообще не испускать световой поток — значит контур смонтирован неверно и нужно либо проверять сварные стыки или монтировать дополнительные электроды (что бывает при низкой электропроводимости почвы).

Надежное заземление — гарантия безопасности

Все существующие системы устройства заземления предназначены для обеспечения надежного и безопасного функционирования электрических приборов и оборудования, подключенных на стороне потребителя, а также исключения случаев поражения электрическим током людей, использующих это оборудование.

При проектировании и устройстве систем энергоснабжения, необъемлемыми элементами которых является как функциональное, так и защитное заземление, должна быть уменьшена до минимума возможность появления на токопроводящих корпусах бытовых приборов и промышленного оборудования напряжения, опасного для жизни и здоровья людей.

Система заземления должна либо снять опасный потенциал с поверхности предмета, либо обеспечить срабатывание соответствующих защитных устройств с минимальным запаздыванием. В каждом таком случае ценой технического совершенства, или наоборот, недостаточного совершенства используемой системы заземления, может быть самое ценное – жизнь человека.

Цены на комплектующие для молниезащиты и заземления

Комплектующие для молниезащиты и заземления

Какой тип покрытия стержней выбрать – оцинкованный или омедненный?

С точки зрения экономичности, оцинковка с тонким слоем (от 5 до 30 мкм) выгоднее. Эти штыри не боятся механических повреждений при монтаже, даже оставленные глубокие царапины не влияют на степень защищенности железа. Тем не менее, цинк является довольно активным металлом, и, защищая железо, окисляется сам. Со временем, когда весь слой цинка прореагировал, железо остается без защиты и быстро «съедается» коррозией. Срок службы подобных элементов обычно не превышает 15 лет. А делать цинковое покрытие более толстым – это стоит немалых денег.

Сравнительный тест: оцинкованный (слева) и омедненный (справа) электрод после 10 лет эксплуатации в условиях агрессивной среды кислого грунта

Медь же, наоборот, не вступая в реакции, защищает закрываемое ею железо, которое более активно с точки зрения химии. Такие электроды могут без ущерба эффективности служить очень долго, например, производитель гарантирует их сохранность в суглинистой почве вплоть до 100 лет. Но при монтаже следует проявлять осторожность – в местах повреждения слоя омеднения наверняка возникнет участок коррозии. Чтобы снизить вероятность этого, слой омеднения делают достаточно толстым, до 200 мкм, поэтому такие штыри значительно дороже обычных оцинкованных.

Каковы общие достоинства такого комплекта системы заземления с одним глубоко размещённым электродом:

Монтаж не представляет особой сложности. Не требуется объемных земляных работ, не нужен сварочный аппарат – все производится обычным инструментом, который есть в каждом доме.
Система очень компактна, ее можно разместить на крошечном «пятачке» или даже в подвале дома.
Если используется омедненные электроды, то срок службы такого заземления будет исчисляться несколькими десятками лет.
Благодаря хорошему контакту с грунтом достигается минимальное электрическое сопротивление. Кроме того, на эффективность системы практически не влияют сезонные условия. На уровень промерзания грунта приходится не более 10% длины электрода, и зимние температуры никак не могут отрицательно сказаться на проводимости.

Есть, конечно, и свои недостатки:

Такой тип заземления не может быть реализован на каменистых грунтах – скорее всего, забить электроды на требуемую глубину не удастся.
Возможно, кого-то отпугнет и цена комплекта. Однако это – вопрос спорный, так как качественный металлический прокат для обычной схемы заземления тоже стоит недешево. Если еще присовокупить длительность эксплуатации, простоту и быстроту монтажа, отсутствие необходимости в специализированном инструменте, то, вполне возможно, такой подход к решению проблемы заземления может показаться даже более перспективным с точки зрения экономичности.

Недопустимые схемы заземления

Некоторые домашние умельцы пребывают в убеждении, что для отвода тока можно использовать водопроводные трубы и стояки отопления. Такое заземление на даче своими руками схемой безопасности не назовешь. Трубы бывают сильно окисленными, либо имеют плохой контакт с землей. Кроме того, в систему трубопровода часто включены пластиковые соединения, которые разомкнут электрическую цепь.

Многие современные электроприборы снабжены кабелем с трехжильной вилкой. К ним устанавливаются такие же розетки. Нулевой провод в кабеле обозначается синим цветом, заземляющий — желто-зеленым, фаза — любым, кроме названных.

Организация заземления на дачной кухне: 1 — электроплита, 2 — провод заземления

Желая сэкономить на устройстве заземления на даче своими руками, схему используют такую: в розетке делают перемычку между заземляющим и нулевым контактом. Однако подобный проект крайне непредсказуем. Если в каком-либо участке цепи случится перефазовка или плохой контакт рабочего нуля, на корпусе приборов возникнет опасное напряжение.

Некоторые домовладельцы, установив в сеть специальное защитное устройство (УЗО), считают проблему решенной. Но работа УЗО будет корректной только при наличии заземления. Тогда при утечке тока электрическая цепь сразу замкнется, и механизм сработает, отключив питание опасного участка.

Схематическое изображение устройства заземления в частном доме

Источники

https://ProFazu.ru/provodka/bezopasnost-provodka/zazemlenie-v-chastnom-dome-svoimi-rukami-220-v.html
https://electromc.ru/zazemlenie-chastnogo-doma/
https://ElectrikBlog.ru/zazemlenie-v-chastnom-dome-svoimi-rukami-2-shemy-dlya-raznyh-gruntov/
https://zandz.com/ru/biblioteka/sistemy_zazemlenieya_TNS_TNC_TNCS_TT_IT.html
https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/elektroxozyajstvo/kak-sdelat-zazemlenie-na-dache.html
https://psk-remont.ru/2017/04/03/zazemlenie-na-dache-svoimi-rukami-shem/

[свернуть]

Контур заземления — требования, виды и монтаж

Система подачи электроэнергии соединяется через распределительный щит с внутренней проводкой помещений. В процессе эксплуатации вполне возможно возникновение неисправностей и аварийных ситуаций, приводящих к токовым утечкам. В связи с этим в каждом доме выполняются защитные мероприятия, среди которых важную роль играет контур заземления, устанавливаемый отдельно или совместно с устройствами защитного отключения. Данные системы монтируются в соответствии с ПУЭ, защищая людей и оборудование от поражающего действия электротока.

Общие сведения о заземляющем контуре

Стандартный контур заземления представляет собой комплекс металлических конструкций, размещенных в земле, на определенных расстояниях между собой и незначительном удалении от защищаемого объекта.

Данная схема выполняет следующие функции:

Защищают людей от поражения электротоком, а приборы и оборудование – от перепадов напряжения.
За счет сопротивления не дают энергии бесконтрольно растекаться в окружающей среде.
Обеспечивают защиту от последствий ударов молнии.

Если требуется сделать наружный контур заземления в этом случае большинство конструкций изготавливается из стальных труб, уголков, гладких прутков и других профильных материалов. Длина каждого элемента не превышает 3 метров. Они забиваются кувалдой в твердый грунт, засыпаются землей и утрамбовываются. Нежелательно использовать бетон, поскольку в дальнейшем ремонт таких конструкций будет невозможен.

Забитые электроды соединяются между собой тонкой стальной полосой, толщиной не менее 4 мм. Крепления осуществляются сваркой или болтовыми соединениями. Далее конструкция соединяется специальным заземляющим кабелем со всеми приборами, находящимися в доме, в первую очередь с высоким потреблением нагрузки. Для повышения качества работы системы нередко на объекте дополнительно устраивается внутренний контур заземления.

Данные для расчетов конструкции можно получить путем проведения необходимых исследований. В соответствии с типом и характером грунта определяется глубина залегания электродов, их количество и другие параметры. Выбирается наиболее подходящий материал для изготовления конструктивных элементов. Идеальными вариантами под контур заземляемого объекта считаются глинистые грунты, суглинки и черноземы.

Запрещается устанавливать заземление в каменистых или скальных грунтах, поскольку они являются проводниками тока и обладают низким сопротивлением.

Требования ПУЭ к контуру заземления

Прежде чем проектировать и на практике осуществлять устройство контура заземления, следует внимательно изучить требования ПУЭ по данному вопросу. Это позволит избежать ошибок, качественно выполнить соединения и подключения, соблюдая все нормативы и стандарты. Изучив нормативную документацию, вполне возможно самостоятельно изготовить внешний контур заземления, при наличии теоретических знаний и практических навыков.

В соответствии с ПУЭ, каждый выход из здания должен иметь повторный контур заземления. Для этих целей рекомендуется воспользоваться естественными заземлителями из числа расположенных рядом металлических и железобетонных конструкций. Большая часть их поверхности должна контактировать с грунтом. Если контур заземления дома соединяется с конструкциями, расположенными в условиях агрессивной среды, они должны быть защищены специальным покрытием.

Правилами определяются и те элементы, которые не могут служить контуром заземления. В первую очередь, это изделия из железобетона, находящиеся под напряжением, трубопроводы для транспортировки горючих веществ, трубы канализации и отопления. Если без естественных заземлителей никак не обойтись, необходимо выполнить предварительные расчеты и решить, как правильно сделать выбор той или иной конструкции, после чего выбирается наиболее оптимальная схема подключения.

При возведении новых зданий применяются искусственные заземляющие контуры, монтируемые в процессе строительства. Данный способ заземления используется чаще всего, поскольку на местах не всегда имеется возможность воспользоваться естественными факторами. Следует учитывать и сопротивление грунтов, непосредственно влияющее на работоспособность систем, в том числе и на контур заземления ТП.

Если почва постоянно влажная, то ее сопротивление всегда будет ниже допустимого уровня. Эти и другие параметры нужно брать во внимание при расчетах и разработке конструкции заземляющего контура.

Типы и конструкции заземления

В частных домах требования ПУЭ допускают использование различных типов заземлений. В конструкцию обычного контура входят вертикальные электроды и одна горизонтальная перемычка. Все элементы должны быть одного размера и с круглым сечением в разрезе. Обычно они изготавливаются из толстой арматуры, труб или стальных прутьев.

Классической фигурой является контур заземления с конфигурацией треугольник, состоящий из арматурных прутьев в количестве 3 штук, размером 2 метра и более. Чем больше расстояние между прутками, тем эффективнее будет работать система. Минимальная дистанция составляет 1,5 м.

После того как электроды забиты в грунт, они соединяются между собой. На каждую сторону устанавливается отдельная полоса, закрепляемая на одной и той же высоте. Это и есть медные или стальные горизонтальные заземлители устанавливаемые на верхнюю часть штырей.

Место для установки контура в частном доме выбирается там, куда люди заходят очень редко. Предпочтение отдается северной стороне, которая плохо освещается и способствует сохранению в почве большого количества влаги. Расстояние от контура до стены дома должно быть не менее 1 метра.

В другом варианте заземление имеет конструкцию глубинного типа. В нем практически отсутствуют минусы, характерные для обычного способа, поскольку используется модульно-штыревая система. Весь комплект для сборки, сделанный на заводе, в техническом плане подтверждается сертификатом. Основным преимуществом данных систем является их соответствие нормативам, они отличаются повышенным сроком службы – от 30 лет и выше.

Электрический заряд стабильно растекается, независимо от погодных условий. Глубина залегания электродов достигает 30 метров, обеспечивая качество и надежность заземления, а вся собранная схема не требует постоянных проверок.

Инструменты и материалы

Для расчета материалов проводятся необходимые измерения, после чего составляется подробная схема контура с привязкой к конкретному зданию.

Затем нужно подготовить инструменты. Обязательно понадобится лопата, кувалда, набор гаечных ключей, перфоратор, болгарка с отрезными кругами, сварочный аппарат с электродами, измерительные приборы для замеров тока, напряжения и сопротивления.

Перечень материалов состоит из следующих наименований:

Стальные уголки для электродов с полками 50х50 или 60х60 мм, длиной от 2 метров и выше. Технические требования ПУЭ допускают использование вместо них стальных труб в качестве заземлителя, диаметром не ниже 32 мм. Средняя толщина стенок составляет 3-4 мм и более.
Материалы для горизонтальных заземлителей в количестве 3 металлических полос. Длина соответствует размеру стороны треугольника, толщина – 4-6 мм, ширина – от 4 до 6 см.
Соединительная полоса из нержавеющей стали, соединяющая заземляющий контур с крыльцом здания. Размеры сечения составляют 40х4 или 50х5 мм.
Медный токопровод, сечением не менее 6-7 мм².
Набор болтов М8, М10.

Технические характеристики проводников выбираются по специальным таблицам. Их размеры должны быть не меньше указанных, все отклонения допускаются только в большую сторону.

Монтажные работы

После того как было определено место установки заземляющего контура, составлен чертеж, выполнены все расчеты и подготовительные работы, можно приступать к непосредственному монтажу конструкций и решать, как сделать контур заземления в данных условиях.

Вначале нужно выкопать траншею глубиной от 70 до 100 см. В вершинах треугольника с помощью кувалды забиваются уголки, обеспечивающие первоначальное сопротивление системы. Средняя глубина забивки составляет 2-3 м. Если грунт слишком твердый и электроды в него входят плохо, необходимо использовать специальный бур, высверлить отверстия и уже в них вставить заземлители.

Перед монтажом концы металлических электродов рекомендуется заострить, чтобы они легче входили в грунт. Штыри не нужно забивать полностью в землю, над ее поверхностью должно оставаться примерно 30 см для крепления. Далее горизонтальные и вертикальные части свариваются между собой, и вся конструкция подключается к металлической полосе, которая, в свою очередь, соединяется с заземляющим проводником.

Затем этот заземлительный провод соединяется с шиной, установленной в распределительном щитке. В местах соединений производится обработка антикоррозийными составами.

Проверка заземляющего контура

После решения, как сделать контур заземления, следует проверить работоспособность полученной конструкции. Проверка начинается с мест соединений. С этой целью выполняется простукивание молотком сварных швов, а болтовые соединения проверяются гаечными ключами.

Для замеров сопротивления привлекаются квалифицированные специалисты, которые составляют акт по итогам проверки. В системе ТТ этот показатель должен быть низким, а в системе TN-C-S, наоборот, с более высоким значением.

Если нет возможностей для официальной проверки, она легко делается своими силами. В этом случае следует выяснить, смогут ли бытовые приборы нормально работать при токе, максимальном для установленного автоматического выключателя. С этой целью используется специальная схема, когда берется переносная розетка, от которой один провод подключается к фазе, а второй – к заземляющему контуру.

После этого в розетку включается заданная нагрузка мощностью в пределах 2 кВт. Если она работает устойчиво, а падение напряжения между фазным и заземляющим проводником не превышает 10В, значит заземление хорошее, выполняет требования ПУЭ и свои функции в полном объеме. Данная операция требует осторожности и соблюдения мер электробезопасности, особенно в местах непосредственного расположения защитного контура.

Часто задаваемые вопросы о геотермальном контуре заземления — Dandelion Energy

Что такое контур заземления?

Контур заземления — это серия труб, проложенных под землей на глубине, где температура остается постоянной круглый год. Он служит важным звеном, позволяющим геотермальным тепловым насосам использовать землю в качестве источника тепла или радиатора, в зависимости от того, требуется ли обогрев или охлаждение.

Как работает контур заземления?

Всего в нескольких футах от поверхности земли температура земли поддерживается на уровне 50-55 градусов независимо от температуры наружного воздуха.Эта разница в температуре позволяет земле действовать как источник тепла зимой и отвод тепла летом. Геотермальный тепловой насос (расположенный внутри дома) улавливает эту энергию путем циркуляции теплопроводной жидкости через замкнутый контур заземления.

Зимой жидкость поглощает тепло от более теплой земли и переносит его в тепловой насос, где попадает в теплообменник и используется для обогрева вашего дома.

Летом процесс обратный, когда домашнее тепло улавливается и отводится в более прохладную землю, оставляя ваш дом комфортным с кондиционированием воздуха.

Типы систем заземления

Существует несколько типов конструкций контура заземления, но все они делятся на две основные категории: замкнутый контур и разомкнутый контур.

Геотермальные системы с замкнутым контуром

Есть 3 типа геотермальных систем с замкнутым контуром: вертикальные, горизонтальные и пруд / озеро. Поскольку петли прудов / озер требуют наличия источника воды на территории, они относительно редки, и мы не обсуждаем их подробно.

Горизонтальный контур заземления

Горизонтальный контур заземления устанавливается на большой площади земли и требует достаточно места для рытья траншей длиной в сотни футов и глубиной 6-10 футов.Горизонтальные контуры заземления можно использовать только при наличии достаточного дворового пространства и легком копании траншей.

Установка горизонтального контура заземления

Для установки горизонтальной системы рабочие используют траншеекопатели или экскаваторы для выкапывания траншей на глубине 5-10 футов под землей, а затем устанавливают серию пластиковых труб, из которых состоит геотермальный теплообменник. Затем они засыпают траншею, следя за тем, чтобы острые камни или мусор не повредили трубы. Обычная практика — свернуть трубу в обтяжку, чтобы она соответствовала полю контура на меньшей площади.При этом уменьшается необходимая площадь земли, но для этого потребуется установка большего количества труб.

Эта конфигурация обычно является наиболее рентабельной, поскольку требует рытья траншей, а не бурения.

Вертикальный контур заземления

Вертикальный контур заземления устанавливается в одну или несколько скважин на глубине от 200 до 500 футов в земле. Каждое отверстие имеет диаметр от 5 до 6 дюймов, а если у вас их больше, чем одно, расстояние между ними составляет около 20 футов. Эта конфигурация идеальна для домов, где пространство двора ограничено, когда скальные образования находятся очень близко к поверхности, или для модернизированных применений, где желательно минимальное нарушение ландшафтного дизайна.

Установка вертикального контура заземления

Для установки вертикальной петли подрядчик будет использовать оборудование для бурения скважин, чтобы пробурить вертикальную скважину диаметром 6-8 дюймов в земле глубиной 200-500 футов. Далее в отверстие вставляется однотрубная петля с П-образным отводом внизу. После того, как труба будет вставлена, отверстие будет заделано, заполняя его снизу вверх.

Затирка выполняет две основные функции:

Обеспечивает контакт между трубами и землей, способствуя теплопередаче.
Изолирует отверстие от любых водоносных горизонтов или источников грунтовых вод, которые могли быть пробиты во время процесса бурения. Защита глубоких слоев земли с помощью подходящего материала для затирки так же важна, как и обеспечение теплопередачи между системой трубопроводов и окружающей землей.

Вертикальные петли, как правило, дороже в установке, но требуют меньше трубопроводов и меньшую площадь земли, чем горизонтальные петли. Dandelion Geothermal в настоящее время устанавливает только системы с вертикальным контуром заземления.Этот тип геотермальной системы идеально подходит для городских или пригородных районов в долине Гудзон и в столичном регионе Нью-Йорка, где пространство в дефиците.

Компания Dandelion разработала инновационный запатентованный комплект акустической буровой установки, который легче, чище и может устанавливаться в 14 раз быстрее, чем обычная буровая установка.

Геотермальные системы открытого цикла

Геотермальные системы с открытым контуром извлекают воду непосредственно из колодца или пруда и пропускают ее через водо-хладагентный теплообменник в геотермальном тепловом насосе.После передачи тепла между забираемой водой и тепловым насосом вода сбрасывается обратно в колодец, в пруд или в дренажную канаву в зависимости от местных норм.

Этот тип заземления используется реже, но его можно использовать с меньшими затратами, если грунтовых вод много.

Установка с открытым контуром

Системы

с разомкнутым контуром являются самыми простыми в установке и успешно используются на протяжении десятилетий в областях, где это разрешено местными правилами.В системе этого типа грунтовые воды из водоносного горизонта направляются непосредственно из колодца в здание, где они передают тепло геотермальному тепловому насосу. После того, как вода покидает здание, она выбрасывается обратно в тот же водоносный горизонт через второй колодец, называемый сливным колодцем, расположенный на подходящем расстоянии от первого. При рассмотрении вопроса о разомкнутой системе следует консультироваться с местными должностными лицами по охране окружающей среды.

Поскольку в системах с открытым контуром вода используется «за один проход», их часто называют системами «насос-сброс».Производительность системы GSHP может со временем ухудшиться, если присутствуют проблемы с качеством воды (высокое содержание минералов или растворенных твердых веществ и т. Д.) Или если подача воды снижается по какой-либо причине.

Каковы размеры геотермальных контуров заземления?

Размер контура заземления зависит от размера геотермального теплового насоса, почвенных условий собственности и общего климата. Чем больше нагрузка на отопление и охлаждение дома, тем больше требуется геотермальный тепловой насос и, следовательно, тем больше требуется контур заземления.

Каков срок службы контура заземления?

Геотермальные контуры заземления могут прослужить 50+ лет — даже до 100 лет!

После установки подземный контур заземления будет постоянным приспособлением на участке до тех пор, пока есть здание, которое нужно обогревать и охлаждать.

Из какого материала делают контуры заземления?

Полиэтилен высокой плотности (HDPE) и сшитый полиэтилен (PEXa) — единственные материалы, официально утвержденные для геотермальных систем замкнутого цикла Международной ассоциацией наземных тепловых насосов (IGSHPA).Полиэтилен, самый распространенный пластик в мире, используется в широком диапазоне применений, таких как упаковка пищевых продуктов, пластиковые бутылки и пакеты, лайнеры для бассейнов и, конечно же, геотермальные трубопроводы.

По данным Института пластиковых труб, полиэтиленовая труба долговечна, устойчива к коррозии и может выдержать даже повреждения в результате землетрясения.

Dandelion Geothermal использует HDPE, пищевой пластик, который часто используется для изготовления молочных кувшинов.

Какая жидкость циркулирует по контурам заземления?

В геотермальных системах с замкнутым контуром обычно циркулирует смесь воды и небольшого количества антифриза для понижения точки замерзания раствора.Смесь одуванчика состоит всего на 22% из пропиленгликоля.

Dandelion Geothermal использует смесь воды и пропиленгликоля, пищевой нетоксичный антифриз, обычно используемый в качестве добавки в смеси для напитков, заправки, смеси для торта, безалкогольные напитки, попкорн, хлеб и молочные продукты.

Где Одуванчик берет воду, которая используется для заполнения системы контура заземления?

Для заполнения петли используем воду домовладельца. Это делается только один раз и требует умеренного количества воды.Одна и та же вода используется снова и снова в замкнутом контуре.

Могут ли геотермальные контуры заземления выйти из строя под землей или протечь?

Контуры заземления

HDPE чрезвычайно устойчивы к коррозии и химическим воздействиям, что означает, что нормальное (или ненормальное) движение воды и жидкостей под землей практически никогда не повредит им.

По завершении строительства весь узел трубопровода герметизируется и проверяется на герметичность перед вводом в эксплуатацию. Это гарантирует отсутствие утечек в системе до запуска.

Однако есть некоторые редкие условия, при которых они могут быть повреждены:

Механическая травма. Любая механическая работа, выполняемая в области петель, может повредить контуры заземления, особенно при сверлении глубоких отверстий под столбы.
Утечки из плохих сварных соединений. Это ошибка установки, при которой контуры заземления имеют «холодный предохранитель», но утюг не удерживался на фитингах достаточно долго.

Dandelion Geothermal требует, чтобы все стыки и соединения трубопроводов выполнялись плавлением, и не позволяет использовать заглубленные механические фитинги.

Можно ли проехать по контурам заземления?

Да, их можно безопасно переехать, когда они закопаны в землю. Тем не менее, если грунт все еще мягкий после укладки, он не будет сильно уплотнен.

Пока земля не затвердеет, мы рекомендуем положить лист фанеры (или что-то подобное) поверх дорожки шины, чтобы распределить нагрузку от проезжающих по ней транспортных средств.

Можно ли сажать деревья над участком, где проложены контуры заземления?

Мы не рекомендуем сажать деревья там, где проложены контуры заземления, по двум основным причинам:

Корневая система деревьев может врастать в петли .Отремонтировать или добавить систему трубопроводов без повреждения дерева может быть сложно.
Морозильные трубы. Учитывая температуру жидкости, на которую рассчитана система, возможно, что почва вокруг труб замерзнет. Это может негативно сказаться на дереве.

Спросите своего установщика геотермальной энергии о самом безопасном расстоянии, на котором можно устанавливать деревья рядом с контурами заземления.

Может ли радон попасть в дом в результате установки контура заземления?

Геотермальная установка сама по себе не должна оказывать значительного влияния на уровень радона в доме.Если у кого-то из домовладельцев есть опасения по поводу радона в своем доме, мы рекомендуем ему обратиться к специалисту по смягчению последствий.

Какой уровень обслуживания требуется для контуров заземления?

Контуры заземления не требуют обслуживания и не требуют очистки или подзарядки.

Геотермальные тепловые насосы: типы контуров заземления

Контуры заземления — это серия подземных полиэтиленовых труб, содержащих смесь воды и этанола для предотвращения замерзания. Существует несколько основных типов систем контура заземления, которые можно использовать в коммерческих и жилых зданиях.Горизонтальные, вертикальные и пруд / озеро являются системами с замкнутым контуром, а четвертый тип систем — это системы с открытым контуром. В закрытых системах используется непрерывный контур, в котором жидкий теплоноситель / вода непрерывно циркулируют. Наиболее распространенными контурами заземления в жилых системах являются горизонтальные и вертикальные контуры. Географическое положение, климат, почва и доступная земля — все это факторы, которые определяют лучший тип системы для конкретного дома. В больших домах, требующих большего количества отопления или кондиционирования, и в домах с экстремальными температурами, как правило, требуются более крупные контуры.

В системах с открытым контуром используются грунтовые воды из водоносного горизонта, которые подводятся непосредственно от колодца к зданию, где они передают тепло тепловому насосу, а затем отводят обратно в землю. Системы с открытым контуром несколько устарели и могут привести к повреждению источника воды.

Горизонтальные контуры заземления представляют собой наиболее экономичную и распространенную систему для жилых домов, когда имеется достаточно земли для размещения системы, а траншеи легко выкопать. Трубопроводы прокладываются в траншеях длиной от 100 до 400 футов.Для горизонтальных петель обычно требуется 100–300 футов траншеи с 600–1200 футов трубы на тонну.

Рисунок любезно предоставлен Waterfurnace

Вертикальные петли обычно используются в городских районах из-за ограничения доступной земли для горизонтальных петель. Они также используются, если почва слишком мелкая или ее трудно траншеекать. Буровое оборудование используется для бурения скважин малого диаметра глубиной от 100 до 400 футов на расстоянии 20 футов друг от друга. Помещенные в эти отверстия трубы соединяются внизу П-образным изгибом в виде петли.Каждая вертикальная труба затем соединяется с горизонтальной подземной трубой, по которой жидкость подается к внутреннему теплообменному насосу и от него. Вертикальные петли, как правило, дороже в установке, но требуют меньшего количества трубопроводов, чем горизонтальные петли, потому что температура Земли выше и более стабильна ниже поверхности. Вертикальные петли обычно требуют 150-300 футов 6-дюймовых скважин с 300-500 футов труб на тонну.

Рисунок любезно предоставлен Waterfurnace

Менее распространенной, но более дешевой альтернативной системой с замкнутым контуром является система пруд / озеро, которая применима только в том случае, если на участке имеется адекватный водоем с минимальным объемом, глубиной и качеством.Труба проходит под землей от здания к воде и свертывается кругами, достаточно глубоко под поверхностью воды, чтобы предотвратить замерзание. Жидкость циркулирует под водой по трубе в замкнутой системе, как и через вертикальные и горизонтальные контуры заземления. Поскольку это закрытая система, вредное воздействие на водную систему отсутствует.

Как работают геотермальные тепловые насосы
Преимущества и эффективность геотермальных тепловых насосов
Установка и стоимость

Типы подземных теплообменников (GHEX)

Земля как тепловая батарея (28 секунд)

Подземные теплообменники для геотермальных тепловых насосов (ГТН) не размещаются до тех пор, пока не будут известны тепловые нагрузки зданий, которые они будут обслуживать.Начать бурение или копать и просто «бросить трубу» не приведет к эффективной установке. Это больше похоже на то, как в июле в Долине Смерти наклеить картон передний радиатор автомобиля. Чтобы наши тепловые насосы работали эффективно (или для сохранения двигателя вашего автомобиля), нам нужны надлежащие скорости теплообмена. Если вы хотите использовать землю в качестве тепловой батареи, эта батарея должна иметь достаточную емкость, чтобы отводить тепло, которое вы хотите получить (ИСТОЧНИК ТЕПЛА), или импортировать тепло, которое вы хотите утилизировать (ТЕПЛОВАТЕЛЬ).И, как и все батареи, кабельное соединение должно быть подходящего размера для передачи этой энергии со скоростью , которая вам нужна.

Контуры заземления

GHP — это не ракетостроение (особенно в небольших зданиях), но они требуют планирования и тщательной установки. Здесь мы опишем и проиллюстрируем множество типов, но все они предназначены для импорта или экспорта тепловой энергии в соединении GHP с землей. Хотя скважины и петли в траншеях являются местом, где происходит «действие» теплообмена, коллекторы, которые подают и возвращают их, являются критически важными элементами, требующими некоторых проектных работ.Простота часто бывает рентабельной, но при этом элегантной. Существуют установленные системы, которые используют слишком много мощности накачки контура, тратя впустую электрическую энергию, которую можно было бы сэкономить с помощью более разумной конструкции. Правильное тестирование и ввод систем в эксплуатацию важны для того, чтобы конструкция зарекомендовала себя при запуске.

ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Существует два основных стиля систем доставки GHEX: замкнутый цикл и открытый цикл. Замкнутые контуры являются наиболее распространенными и циркулируют одну и ту же жидкость между основным теплообменником теплового насоса и подземным режимом — снова и снова.Открытый контур перекачивает воду из колодца, пруда или озера в прямоточном режиме через главный теплообменник теплового насоса. Когда этот возвратный продукт попадает в конец, может быть немного затруднительно (и чистота этой воды важна для защиты теплообменника от мусора или биологического загрязнения), но это часто означает повышение эффективности (COP, коэффициент производительности) ) над схемами с замкнутым контуром. Почти во всех петлях используются трубы из полиэтилена высокой плотности (HDPE), а в некоторых — из полиэтилена с поперечными связями.Существует еще более редкая схема, называемая DX (Direct Exchange), где сам контур хладагента контактирует с подземными пластами, но мы не будем рассматривать этот метод здесь.

Залитые геотермальные скважины

Вертикально пробуренный ствол диаметром от 4,5 до 8 дюймов пробивается в грунт на заданную глубину (в зависимости от доступа, геологии, проводимости или выбора). Петля с U-образным изгибом трубы HDPE опускается на дно ствола, а временная линия, называемая «Tremie», направляется на дно, где она перекачивает смесь бентонитовой глины, песка и воды, когда она втягивается к поверхности. .Эта смесь фактически набухает на 5-8% относительно стенки скважины, помогая изолировать от перекрестного загрязнения водоносного горизонта или проникновения поверхностной воды вдоль залитого цементным раствором цилиндра
.

Несколько стволов в одном и том же поле ствола обычно разделены на 15-20 футов по горизонтали, чтобы обеспечить доступ к большей части пласта и свести к минимуму вероятность сноса бурения в соседние стволы. В зависимости от доступа, геологических характеристик пласта и типа проекта такие стволы могут иметь глубину от 150 до 600 футов.В последнем случае иногда используются двойные петли с U-образным изгибом.

Поскольку температура под землей не меняется ниже 25 футов, после того, как будет создана геотермальная скважина с цементным раствором, температуры, подаваемые в теплообменник контура заземления GHP, будут почти постоянными. По этой причине такие места с экстремальным климатом, как Северная Дакота зимой и Лас-Вегас летом, значительно выиграют от такой стабильной температуры воды на входе.

Горизонтальное бурение

Также возможно горизонтальное бурение GHEX, обычно меньшего диаметра, с цементным раствором или без него, в зависимости от условий почвы.Буровые установки имеют меньшую стоимость и обладают отличной способностью спускаться на выгодную глубину под существующими зданиями и инфраструктурой (при условии, что все это известно заранее). Horizontal имеет большой потенциал для использования при модернизации существующих зданий с помощью GHP.

Траншейные установки (конфигурации с прямой трубой, беговой дорожкой и Slinky®)

Более мелкая, но все же эффективная установка GHEX — это траншейная установка.Копать можно с помощью экскаватора с обратной лопатой, обычного экскаватора, мини-экскаватора или траншеекопателя с цепью, который выкапывает глубокую, но узкую щель в земле. В каждом случае состав почвы более важен, чем вертикальное бурение, из-за разнообразия грунтов и их проводимости в широких пределах. Если есть много места и рытье траншеи стоит недорого, обычно используется метод прямого развертывания трубы. Когда несколько труб движутся параллельно в одной плоскости, мы называем эту конфигурацию беговой дорожки. Когда доступна меньшая территория GHEX, возможен более концентрированный метод обмена.Он называется Slinky®, и его торговая марка происходит не от игрушки, а от уникального метода установки проводящей трубки.

На одной из фотографий галереи (ниже) приспособление используется для формирования петель Slinky® определенного диаметра и расстояния. Диаметр понять несложно. Питч может быть чем-то менее понятным. Это расстояние (в дюймах) между положением на 9 часов петли, которую вы только что закрепили, и положением на 9 часов следующей петли, которую вы размещаете. Например, петля диаметром 36 дюймов с шагом 36 дюймов будет представлять две петли, соприкасающиеся в их положениях на 9 часов (петля справа) и на 3 часа (петля слева).Петля Slinky®, показанная на приведенном ниже приспособлении, включает более 9 футов проводящей трубы на каждый линейный фут траншеи. Метод шести труб, проиллюстрированный на первом слайде, предусматривает развертывание 6 футов проводящей трубы на каждый линейный фут, а три верхних участка трубопровода находятся в менее эффективном и мелководном месте.

Поля петель

Slinky® также возможны, но, если они не расположены широко между ними, они менее эффективны, чем одиночные, широко разнесенные участки (которые, соответственно, более дороги в установке).

Щелкните любое изображение, чтобы увеличить и просмотреть

Новейшая система вертикального размещения отверстий, Geo Helix

Была разработана еще одна система теплообменника, в которой используется шнек для бурения скважины диаметром 24 дюйма на глубину 22 дюйма.

Это отверстие принимает подвешенный вертикальный змеевик из трубы HDPE (полиэтилена высокой плотности) 3/4 дюйма, петли которой диаметром 22 дюйма разнесены на 7,7 дюйма гибкими удерживающими полосами. Засыпка — песок (без затирки) для немедленного уплотнения.Дренажная вода с крыши и поверхности может быть направлена в скважины для лучшего увлажнения и улучшения теплопередачи. GeoHelix изготавливается в развернутом положении, а затем складывается для хранения и транспортировки. Он удлиняется на всю длину непосредственно перед установкой в шнек. Примерно 2,5 из этих 20-футовых теплообменников в отверстиях глубиной 22 фута обслуживают одну тонну мощности теплового насоса в типичной почве. Во второй конфигурации GeoHelix используются трубы из полиэтилена высокой плотности ½ дюйма в скважинах глубиной 15 дюймов и диаметром 24 дюйма; 4 из них обычно используются на тонну мощности теплового насоса.Две версии GeoHelix имеют равную площадь поверхности НКТ на тонну при рекомендуемом размере 2,5 и 4 бухты на тонну.

GeoHelix предназначен для равномерных, не каменистых почв, таких как центральные долины Калифорнии, где легко выполняется бурение с предсказаниями. Демонстрационный проект Honda Smart House в Уэст-Дэвисе был построен с использованием этих теплообменников, как и Parkview Place, многоквартирное здание в центре Дэвиса (см. www.parkviewplacedavis.com ). GeoHelix производится компанией Integrated Comfort Incorporated из Уэст-Сакраменто, Калифорния.Западный центр эффективности охлаждения Калифорнийского университета в Дэвисе (в Дэвисе, Калифорния) в настоящее время имеет финансируемый контракт на НИОКР, который будет способствовать дальнейшей оптимизации конструкции GeoHelix. На веб-сайте CaliforniaGeo также есть дополнительная информация о Parkview Place на отдельной странице.

Противодействуя ограниченным подземным пластам, которые могут быть пробурены таким образом, существуют компенсирующие преимущества, такие как широко доступные мини-экскаваторы и обычные экскаваторы с обратной лопатой, которые можно заказать для обслуживания проектов без использования традиционных буровых установок.Эксплуатация и установка оборудования могут выполняться более разнообразными строительными работами, что способствует меньшим задержкам и меньшим затратам. Эти фотографии любезно предоставлены компанией Integrated Comfort Inc.

Жидкость (и теплообмен под водой)

В этом случае использование термина «контур заземления» несколько неверно, но теплообмен между двумя погруженными жидкостями, разделенными проводящей трубой, даже лучше, чем под землей.Это потому, что плотность среды увеличивается, когда вы переходите от воздуха к грязи, жидкости и, наконец, к твердой породе. Все дело в повышенной плотности (теплоемкости) для улучшения теплопроводности. Но в случае с жидкостями есть дополнительное преимущество. Вода является хорошей проводящей средой, но она также является конвективной. Это означает th

при отводе тепла от или обратно в

Сборные Slinkies® разворачиваются и прикрепляются к плотам. Жатки вдоль плота не нужны. Предоставлено воздушным соединением

вода смешивается сама с собой конвективно вовлекает воду, которая еще не соприкасалась с вашей петлей или теплообменной пластиной. Чем больше разница температур, тем выше скорость теплообмена между содержимым петлевой трубы и водным объектом. Целые бухты петлевой трубы с предварительно вставленными прокладками для улучшения контакта могут быть помещены на плоты связками. Также петлевые трубы могут быть сконфигурированы как Slinkies® и прикреплены к конструкциям плота.В обоих случаях они нуждаются в позиционировании при нейтральной плавучести и будут погружаться на дно пруда или озера при заполнении водой.

Еще один плот Slinky®, готовый к спуску и разнесению. Предоставлено воздушным соединением.

Расстояние между затонувшим плотом от дна пруда будет удерживать грязь и мусор от петель, позволяя им лучше взаимодействовать с водной средой. Земля на дне пруда помогает стабилизировать температуру воды в пруду.В верхней части Среднего Запада это важное соображение, особенно потому, что поверхность небольших прудов или озер покрывается полезным слоем изолирующего льда в очень холодную погоду.

Перед погружением 20-тонному GHEX необходима гребная лодка для маневрирования. Предоставлено, Air Connection, Санта-Роза, Калифорния.

Тарелки Slim Jim® для озера

Новейшим членом семейства подводных теплопроводных петель является твердый металлический пластинчатый теплообменник, в сотовые конструкции которого вода подается внутрь между двумя металлическими пластинами для передачи тепла.Эти плиты использовались в озерах, больших декоративных прудах для многоквартирных домов GHP, а также в оживленных озерах и гаванях. Когда озеро недостаточно глубокое или может возникнуть проблема зацепления коллекторов якорными тросами, рыболовными снастями или другими тросами, плиты подвешивают прямо под мостками дока, где они более безопасны. В гаванях с морской водой обычно пластины из нержавеющей стали заменяются титановыми, поскольку их металлическая структура не подвержена коррозии или морской жизни. Когда водоемы меньше и способность теплопередачи может быть менее определена, такие водоемы могут включать в себя центральные фонтаны, которые могут значительно охладить водоем.

Вид сбоку на дисплей Slim Jim®.

Поперечный разрез Slim Jim®, показывающий водяные каналы контура заземления.

Плот единиц Slim Jim® грузоподъемностью 40 тонн опускается и при затоплении будет опираться на проставочные салазки. Предоставлено AWEB Supply.

Земляные тепловые насосы — Опции контура заземления

Опции контура заземления

Это открытие страницы:

По мере увеличения количества установок GSHP в Соединенных Штатах, появляются возможности для установки контура заземления.Вариантов особенно много во многих сельских районах, где достаточно места для установки установок с учетом местной геологии, почвенного покрова и необходимого обогрева / охлаждения. Существует три основных типа контуров заземления: замкнутые, открытые и гибридные.

Варианты замкнутого контура

Традиционные системы замкнутого контура заземления состоят из установки трубы, обычно сделанной из полиэтилена высокой плотности, в горизонтальные траншеи, вертикальные скважины или наклонно пробуренные скважины (см. Рисунок 4).В конфигурации горизонтальной траншеи линии или петли труб укладываются в траншеи, выкопанные рядом со зданием. Глубина траншей варьируется в зависимости от типа почвы, уровня грунтовых вод, глубины промерзания и солнечной радиации, падающей на землю, но труба обычно закапывается на глубине 4–12 футов под землей. Горизонтальные траншеи требуют значительных земляных работ, так как жилые дома среднего размера часто требуют конфигурации контура заземления как минимум из четырех траншей, каждая из которых имеет длину не менее 100 футов. Этот тип компоновки часто ограничен нехваткой места для траншей и маневрового помещения
для землеройного оборудования.

Когда горизонтальные траншеи невозможны (например, недостаточное пространство) или нежелательны (например, зрелый ландшафт), можно пробурить вертикальные скважины. Скважины обычно бурятся на глубину от 100 до 400 футов (в зависимости от местных геологических условий). Благодаря U-образному изгибу на дне скважины жидкость циркулирует в трубе от поверхности к дну и обратно к поверхности, передавая тепловую энергию между жидкостью и землей. Требуемая площадь поверхности значительно меньше, чем для горизонтального контура заземления, а покрытие поверхности более гибкое.Например, вертикальные скважины можно пробурить под существующей автостоянкой или под зрелым ландшафтом. Другой вариант замкнутого контура заземления включает размещение витков контура в водоеме, таком как пруд, озеро или даже океан. Вода обеспечивает отличную теплопроводность трубопровода, но этот вариант предполагает наличие поблизости водоема, который зимой не замерзает до твердого состояния. В тех редких случаях, когда это возможно, водяной контур часто является наиболее экономичным вариантом конструкции. Самой последней инновацией в конструкции замкнутого контура заземления является горизонтально-направленное бурение.Эта компоновка конфигурации состоит из прямых горизонтальных труб, установленных с использованием машины направленного бурения, а не землеройного оборудования. Нарушение ландшафта поверхности минимально. Для установки контура заземления с направленным бурением выкапываются траншеи в колонтитуле и нижнем колонтитуле для соединения труб, а затем используется дрель для прокладки подземных труб по неглубокой дуге между двумя траншеями.

Системы с открытым контуром забирают воду непосредственно из колодца или поверхностных вод, циркулируют через тепловой насос, а затем сбрасывают ее.Системы с разомкнутым контуром часто могут быть менее дорогими в установке, чем системы с замкнутым контуром, поскольку они требуют меньше труб и земляных работ; тем не менее, необходимо соблюдать местные, государственные и федеральные нормы, касающиеся сброса подземных вод. Также необходимо учитывать качество воды (например, жесткость и содержание минералов), сезонную температуру воды и колебания расхода.

Гибридные варианты

Гибридная система GSHP объединяет контур заземления с другим контуром заземления с другой технологией кондиционирования пространства.Для систем с преобладанием обогрева контур заземления может быть объединен с солнечными тепловыми коллекторами, которые могут обеспечивать прямое отопление помещения или могут подпитывать почву вокруг контура заземления теплом. В климате с преобладанием охлаждения контур заземления может быть объединен с градирней или прудом-охладителем для дополнительного отвода тепла. GSHP также может быть соединен с традиционной системой, такой как электрическое отопление или бойлеры, для обогрева помещения.

Системы подачи тепла

При рассмотрении системы GSHP необходимо учитывать несколько факторов.Во-первых, рассмотрим механизм подачи тепла / холода в здании. Теплый воздух поступает через воздуховоды или идет от горячей воды? Механизм доставки важен, потому что GSHP наиболее эффективен при более низких температурах доставки. Например, принудительное воздушное и внутреннее лучистое отопление обычно совместимы с GSHP, так как они требуют температуры жидкости ниже 110 ° F; однако для систем плинтусов с горячей водой требуется температура от 120 ° F до 180 ° F, и поэтому они обычно несовместимы с GSHP.

ресурса

Департамент качества окружающей среды штата Монтана. (2008). «Геотермальные / наземные тепловые насосы». Информационный бюллетень SWP-108. Получено 24 ноября 2014 г. с http://deq.mt.gov/wqinfo/swp/PDFs/Factsheet_108_Geothermal_GSHP.pdf

Геотермальный контур заземления | Comfortworks, Inc.

Что нужно знать о конструкции геотермального контура заземления

Где бы вы ни жили, температура под вашим домом остается постоянной независимо от времени года.Эта постоянная температура обеспечивается естественной солнечной энергией солнца, поглощаемой землей. Геотермальные системы используют герметичный контур заземления, заполненный циркулирующей водой, который действует как теплообменник и использует эту энергию для обогрева и охлаждения вашего дома.

Зимой земля — ваш источник тепла.

Вода, циркулирующая в контуре заземления, поглощает тепло от земли и переносит его в геотермальную систему отопления и охлаждения, где оно концентрируется и направляется в виде теплого и комфортного воздуха.

Летом земля — ваш источник охлаждения.

Правильная конструкция геотермального контура заземления для вашего дома — это такая конструкция, которая обеспечивает экономичную установку и максимальную эффективность. Независимо от того, какой тип контура заземления установлен, домовладельцы извлекают выгоду из самой удобной доступной системы, экономя при этом деньги на эксплуатационных расходах и помогая сохранить окружающую среду. Независимо от того, какая температура на улице, система контура заземления всегда использует умеренную температуру почвы круглый год.

Геотермальная система поглощает тепло из воздуха в вашем доме и передает его воде, циркулирующей в контуре заземления, где оно поглощается землей. Это обеспечивает прохладный осушенный и комфортный воздух во всем доме.

Геотермальный контур заземления и замкнутые системы

В системах с замкнутым контуром используется непрерывная петля из специальной полиэтиленовой пластмассовой трубы, которая служит теплообменником в земле. Труба соединена с геотермальной системой и образует герметичный подземный контур, по которому циркулирует вода.

Эти системы контура заземления можно устанавливать вертикально, горизонтально или в пруду. Каждая установка имеет свои преимущества и недостатки и зависит от доступного земельного участка, стоимости установки и производительности.

Конфигурации контура

| Kocher’s Water Pumps & Tanks Inc.

Замкнутые геотермальные контуры грунта

Наиболее типичная геотермальная установка использует систему с замкнутым контуром. В системе с замкнутым контуром петля трубопровода заглублена под землю и заполнена водой или антифризом, который непрерывно циркулирует в системе.Есть четыре основных типа замкнутых геотермальных систем: горизонтальные петли, вертикальные петли, узкие змеевики и петли для прудов.

Больше изображений примеры геотермальных петлевых полей

Горизонтальные геотермальные контуры заземления

Если имеется подходящая почва или земля на основе глины, горизонтальные геотермальные контуры заземления обычно являются одним из более экономичных вариантов. В горизонтальных геотермальных контурах земли с помощью экскаватора или цепного траншеекопателя выкапывается несколько сотен футов траншеи глубиной от пяти до шести футов.Затем в траншею укладывают трубопровод и засыпают его. Типичный горизонтальный контур заземления будет иметь длину от 400 до 600 футов на каждую тонну нагрева и охлаждения. Из-за большого количества траншей для нового строительства чаще всего используются горизонтальные контуры заземления. Наконец, поскольку горизонтальные геотермальные контуры заземления относительно неглубокие, они часто не подходят для районов с экстремальным климатом, таких как север или глубокий юг.

Вертикальные геотермальные контуры заземления

Когда возникают проблемы с экстремальным климатом, ограниченным пространством или каменистой местностью, вертикальные геотермальные контуры заземления часто являются единственным жизнеспособным вариантом.Это делает их популярными для использования на небольших партиях и при модернизации. В вертикальных геотермальных контурах заземления буровая установка используется для бурения отверстий глубиной от 150 до 300 футов, в которые опускаются петли трубы в форме шпильки, а затем заливаются раствором. Типичный вертикальный контур заземления требует от 300 до 600 футов труб на тонну отопления и охлаждения. Вертикальные петли обычно дороже горизонтальных, но значительно менее сложны, чем бурение на воду. Для вертикальных геотермальных контуров заземления также требуется меньше трубопроводов, чем для горизонтальных контуров, поскольку температура земли более стабильна на глубине.

Петли геотермального заземления Slinky Coil

Геотермальные контуры заземления с гибкими змеевиками становятся все более популярными, особенно в установках геотермальных систем в жилых домах. Контуры заземления с тонкой катушкой по сути являются более экономичной и компактной версией горизонтального контура заземления. Вместо того, чтобы использовать прямые трубы, обтягивающие катушки, как и следовало ожидать, используйте перекрывающиеся петли труб, проложенные горизонтально вдоль дна широкой траншеи. В зависимости от почвы, климата и продолжительности пробега ваших тепловых насосов траншеи для гибких змеевиков могут быть от одной трети до двух третей короче, чем традиционные траншеи с горизонтальной петлей.

Петли геотермального пруда

Если на вашем участке есть пруд или озеро глубиной не менее ½ акра на 8 футов, можно установить геотермальную систему с замкнутым контуром, уложив бухты труб на дно водоема. Однако горизонтальная траншея все равно понадобится, чтобы подвести петлю к дому и закрыть петлю. Благодаря неотъемлемым преимуществам теплопередачи вода-вода, этот тип геотермальной системы является одновременно очень экономичным и эффективным.

Открытые геотермальные контуры грунта

При открытых геотермальных контурах заземления вместо постоянной подачи той же воды или антифриза через систему, пресная вода из колодца или пруда закачивается в геотермальную установку и обратно.Для успешной работы разомкнутой системы требуются как обильный источник чистой воды, так и адекватная площадь стока. Хотя конструкция двойной скважины может быть экономичной, использование открытых геотермальных контуров заземления обычно не рекомендуется и даже запрещено в некоторых юрисдикциях. Качество воды является ключом к конструкции с открытым контуром, поскольку содержание минералов и кислотность могут быстро повредить геотермальные установки. Кроме того, неправильная установка или управление стоком геотермальной системы с открытым контуром может привести к загрязнению грунтовых вод или истощению водоносных горизонтов.

Типы и основы наземных теплообменников — Департамент энергетики

Основы геотермального теплового насоса

Геотермальные тепловые насосы (GHP), иногда называемые GeoExchange, земные, наземные или водные тепловые насосы, используются с конца 1940-х годов. В качестве обменной среды они используют постоянную температуру земли, а не температуру наружного воздуха. Это позволяет системе достигать довольно высокого КПД (от 300% до 600% ) в самые холодные зимние ночи по сравнению с 175–250% для тепловых насосов с воздушным источником тепла в прохладные дни.

Хотя во многих частях страны наблюдаются сезонные экстремальные температуры — от палящей жары летом до минусовых морозов зимой — в нескольких футах ниже поверхности земли температура земли остается относительно постоянной. В зависимости от широты температура земли колеблется от 45 ° F (7 ° C) до 75 ° F (21 ° C). Как и в пещере, эта температура земли теплее воздуха над ней зимой и прохладнее воздуха летом. GHP использует это преимущество, обмениваясь теплом с землей через наземный теплообменник.

Как и любой тепловой насос, геотермальные тепловые насосы и тепловые насосы с водным источником могут нагревать, охлаждать и, если таковые имеются, снабжать дом горячей водой. Некоторые модели геотермальных систем доступны с двухскоростными компрессорами и регулируемыми вентиляторами для большего комфорта и экономии энергии. По сравнению с воздушными тепловыми насосами они тише, служат дольше, не требуют особого обслуживания и не зависят от температуры наружного воздуха.

Несмотря на то, что цена установки геотермальной системы может в несколько раз превышать стоимость установки системы с воздушным источником тепла и холода, дополнительные затраты окупаются за счет экономии энергии через 5-10 лет.Срок службы системы оценивается в 25 лет для внутренних компонентов и более 50 лет для контура заземления. Ежегодно в США устанавливается около 50 000 геотермальных тепловых насосов.

Существует четыре основных типа систем контура заземления. Три из них — горизонтальный, вертикальный и пруд / озеро — представляют собой замкнутые системы. Четвертый тип системы — это вариант без обратной связи. Какой из них лучше всего зависит от климата, почвенных условий, доступной земли и местных затрат на установку на участке.Все эти подходы можно использовать для жилых и коммерческих зданий.

Источник: Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Основные сведения о геотермальных тепловых насосах

Типы наземных теплообменников

Системы с замкнутым контуром
Большинство геотермальных тепловых насосов с замкнутым контуром перекачивают раствор антифриза через замкнутый контур, обычно сделанный из пластиковых трубок, который закапывают в землю или погружают в воду.Теплообменник передает тепло между хладагентом в тепловом насосе и раствором антифриза в замкнутом контуре. Петля может быть горизонтальной, вертикальной или пруд / озеро.

Один из вариантов этого подхода, называемый прямым обменом, не использует теплообменник, а вместо этого перекачивает хладагент по медным трубкам, закопанным в землю в горизонтальной или вертикальной конфигурации. Для систем прямого обмена требуется компрессор большего размера, и они лучше всего работают на влажных почвах (иногда требуется дополнительное орошение для поддержания влажности почвы), но вам следует избегать установки на почвах, вызывающих коррозию медных труб.Поскольку в этих системах хладагент циркулирует по земле, местные экологические нормы могут запрещать их использование в некоторых местах.

Горизонт al

Этот тип установки обычно наиболее рентабелен для жилых помещений, особенно для нового строительства, где имеется достаточно земли. Для этого нужны траншеи глубиной не менее четырех футов. В наиболее распространенных схемах используются либо две трубы, одна заглубленная на глубине шести футов, а другая — на четыре фута, либо две трубы, размещенные бок о бок на высоте пяти футов в земле в траншее шириной два фута.Метод кольцевания трубы Slinky ™ позволяет размещать больше трубы в более короткой траншее, что снижает затраты на установку и делает возможной горизонтальную установку в областях, которые не были бы при обычных горизонтальных применениях.

На иллюстрации горизонтальной замкнутой системы показаны трубы, выходящие из дома и входящие в землю, а затем разветвляющиеся на три ряда в земле, причем каждый ряд состоит из шести перекрывающихся вертикальных петель труб. В конце рядов трубы направляются обратно к началу рядов и объединяются в одну трубу, идущую обратно в дом.

Вертикальный

В крупных коммерческих зданиях и школах часто используются вертикальные системы, потому что площадь земли, необходимая для горизонтальных петель, будет недопустимой. Вертикальные петли также используются там, где почва слишком мелкая для рытья траншей, и они сводят к минимуму нарушение существующего ландшафта. Для вертикальной системы отверстия (приблизительно четыре дюйма в диаметре) просверливаются на расстоянии 20 футов друг от друга и от 100 до 400 футов глубиной. В эти отверстия входят две трубы, которые внизу соединяются U-образным изгибом, образуя петлю.Вертикальные контуры соединяются с горизонтальной трубой (т. Е. Коллектором), помещаются в траншеи и подключаются к тепловому насосу в здании. На иллюстрации вертикальной замкнутой системы показаны трубы, выходящие из здания и входящие в землю, а затем разветвляющиеся на четыре ряда в земле. В каждом ряду трубка остается горизонтальной, за исключением отхода на трех глубоких вертикальных петлях. В конце ряда трубка возвращается в начало ряда и объединяется в одну трубку, которая возвращается к зданию.

Пруд / озеро с поверхностными водами

Если на участке есть адекватный водоем, это может быть самый дешевый вариант. Водопроводная труба проложена под землей от здания к воде и свернута кругами на глубине не менее восьми футов от поверхности, чтобы предотвратить замерзание. Змеевики следует размещать только в источнике воды, который соответствует минимальным критериям объема, глубины и качества. На иллюстрации замкнутой системы пруда или озера показаны трубы, выходящие из дома и входящие в землю, а затем выходящие к пруду или озеру.Трубка опускается глубоко в пруд или озеро, а затем извивается по горизонтали семью большими перекрывающимися петлями, затем возвращается к краю воды, поднимается к поверхности и возвращается обратно в дом.

Система без обратной связи

В системах этого типа в качестве теплоносителя используется вода из скважины или поверхностного водоема, которая циркулирует непосредственно через систему GHP. Как только вода циркулирует по системе, она возвращается в землю через колодец, колодец подпитки или поверхностный сток.Этот вариант, очевидно, практичен только при наличии достаточного количества относительно чистой воды и соблюдении всех местных норм и правил, касающихся сброса грунтовых вод.