Circuitos de protección contra rayos y puesta a tierra. Diseño e instalación de protección contra rayos y puesta a tierra Reconexión del circuito de puesta a tierra y protección contra rayos de trabajo

Casas rurales, las casas, así como los edificios ubicados en el territorio de su sitio, por razones de seguridad, deben estar conectados a un sistema de puesta a tierra, un sistema de ecualización de potencial. Si se conecta a tierra, se pueden evitar descargas eléctricas. Aquí debe calcular correctamente la carga e instalar la conexión a tierra con la ayuda de especialistas instalando el sistema de conexión a tierra en el suelo. La instalación de un circuito de conexión a tierra es un requisito previo para la seguridad en una casa privada y en edificios en su territorio. Según el PUE (Reglas de instalación eléctrica), la conexión a tierra es una conexión realizada deliberadamente de instalaciones, instrumentos y equipos eléctricos con una estructura de puesta a tierra.

El dispositivo de conexión a tierra debe realizarse de acuerdo con el Capítulo 1.7 de las Reglas de instalación eléctrica y SNiP 3.05.06-85 "Dispositivos eléctricos". Conductor de tierra horizontal, fije a los conductores de tierra verticales con una desviación de 50-60 mm desde el borde superior del conductor de tierra hecho de ángulo de acero. Los conductores de puesta a tierra se encuentran a una distancia de al menos 0,5 m de los cimientos del edificio, lejos de las puertas. Lugares uniones soldadas Debe pintarse con pintura duradera para evitar la corrosión y el óxido. El bucle de puesta a tierra debe insertarse en el edificio mediante un conductor hecho de acero redondo con un diámetro de al menos 6 mm, utilizando gasoductos de paredes gruesas en las intersecciones con estructuras de edificios tubos metálicos. Se recomienda entrar al edificio a una altura de 0,5 m desde la superficie del suelo de los cimientos del edificio. Si, al instalar un dispositivo de conexión a tierra, su valor de resistencia resulta ser superior a 10 ohmios, entonces se deben instalar conductores de conexión a tierra adicionales, llevando la resistencia al estándar Rз.< 10 Ом.

Además, no descuides la seguridad e instala un sistema de ecualización de potencial en la instalación eléctrica del edificio. La instalación de un sistema de ecualización de potencial supone una reducción significativa de la diferencia de potencial entre las partes conductoras abiertas accesibles al contacto simultáneo, las partes conductoras de terceros, los conductores de puesta a tierra y de protección, así como los conductores PEN al conectar a la fuerza estas partes entre sí.

La ecualización de potencial hará que el lugar donde vive una persona esté libre de la apariencia de diferencias de potencial y protegerá a los residentes y a quienes se encuentren en la habitación del shock. descarga eléctrica. Literalmente, todas las partes conductoras de equipos eléctricos y no eléctricos y estructuras metálicas de construcción deben estar conectadas entre sí.

Aquellos elementos que por alguna razón no se pueden agregar a sistema común La ecualización de potencial debe estar aislada de otros equipos de tal manera que no puedan tocarse al mismo tiempo. Es posible que el aislamiento esté dañado. Por consiguiente, la tensión que surge en una de las partes conductoras accesibles y en todas las partes conductoras accesibles al tacto al mismo tiempo debe adquirir la misma tensión para evitar que se produzca una diferencia de tensión peligrosa para las personas. En el caso de que una de las partes accesibles esté a tierra, todos los equipos circundantes deben conectarse a tierra mediante la menor resistencia posible.

El trabajo de puesta a tierra consta de varias etapas. En primer lugar, determinar el lugar de instalación del circuito, evitando posibles intersecciones de comunicaciones subterráneas. La elección del material a partir del cual se realizará el circuito en el futuro es una varilla de metal o cobre clavada en el suelo. El precio de la instalación de un circuito de puesta a tierra puede variar, todo depende de cada situación individual. A partir de completar la tarea por nuestra cuenta, viendo gran número información, sin conocimiento y habilidad, para lograr el cien por ciento resultado correcto. O ahórrese dolores de cabeza y dudas sobre la corrección del trabajo realizado, deje el cálculo y la implementación del circuito de puesta a tierra en manos de electricistas profesionales. Se han completado los cálculos, las estructuras metálicas se instalan en una zanja previamente preparada y se conectan a la casa.

Protección contra rayos.

La naturaleza sorprende constantemente a la humanidad fenómenos asombrosos. El poder y la incontrolabilidad de los rayos son fascinantes y al mismo tiempo esconden una serie de cosas peligrosas para los humanos. Las consecuencias de la caída de un rayo pueden ser muy diversas, desde un terreno carbonizado hasta un desenlace desastroso. Los rayos tienen un enorme poder destructivo y, cuando entran en una casa, dejan consecuencias irreparables. Para proteger y prevenir daños a su hogar y propiedad debido a un desastre de este tipo, se requiere protección contra rayos en una casa privada. Los rayos son una descarga natural de electricidad que se produce en las capas inferiores de la atmósfera terrestre y dañan gravemente las líneas eléctricas de casas y otros edificios. Un rayo cae muy rápidamente y la descarga del rayo llega al suelo a una velocidad increíble.

Los edificios modernos, así como los equipos y equipos producidos con nuevas tecnologías, se han vuelto más atractivos para las descargas de rayos. Por ejemplo, elementos como teléfonos celulares, antenas y otros equipos inalámbricos. Sin embargo, en la actualidad, el conocimiento y la tecnología permiten contrarrestar este fenómeno y aumentar las posibilidades de seguridad para las viviendas particulares y los edificios cercanos. La protección contra rayos tiene como objetivo garantizar la seguridad de los edificios y de las personas que se encuentran en ellos frente a los efectos peligrosos de los rayos. Los pararrayos se utilizan como medida de protección. Estos dispositivos incluyen varios componentes principales. Bucle de puesta a tierra, según el PUE (Reglas de instalación eléctrica), la conexión a tierra es una conexión realizada deliberadamente de instalaciones, instrumentos y equipos eléctricos con una estructura de puesta a tierra. Un pararrayos consta de un pararrayos que absorbe el impacto del rayo, un conductor de bajada y un pararrayos con un conductor de puesta a tierra que conduce el rayo al suelo. Un terminal aéreo es un elemento metálico para recibir descargas eléctricas. Se puede instalar en el tejado de un edificio residencial. El pararrayos debe fijarse en el punto más alto del techo. Si el área del techo es muy grande o tiene una configuración compleja, será necesario instalar pararrayos adicionales.

1. De acuerdo con las instrucciones "Sobre la instalación de protección contra rayos de edificios y estructuras" (No. RD - 34.21.122 - 87) y tomando el grado de resistencia al fuego del edificio - categoría 3, utilizamos un pararrayos para rayos. protección del edificio.

2. El pararrayos consta de:

• un pararrayos que recibe el impacto de un rayo;
• un conductor de bajada que conecta el pararrayos al conductor de puesta a tierra;
• un conductor de puesta a tierra que conduce el rayo hacia el suelo.

3. Se instalan pararrayos (2 unidades) en los existentes. tubos de ladrillo. La altura del pararrayos con respecto al punto más alto del tejado debe ser de al menos 0,25 m.

4. Conecte el pararrayos al conductor de bajada y al conductor de tierra mediante soldadura.

5. Los pararrayos y bajantes, así como los lugares de las uniones soldadas, deben pintarse con pintura duradera para evitar la corrosión y el óxido.

6. Los conductores de puesta a tierra se ubican a una distancia de al menos 0,5 m de los cimientos del edificio protegido, alejados de las puertas.

7. Conecte el electrodo de tierra horizontal a los electrodos de tierra verticales con una desviación del borde superior del electrodo de tierra y el ángulo de acero de 50,0 - 60,0 mm.

8. Coloque el conductor de bajada cerca de la superficie del techo y las paredes del edificio.

9. La entrada al edificio desde el circuito de tierra al bus principal de tierra (bus principal de tierra) debe realizarse con conductores redondos de acero con un diámetro de al menos 6 mm desde 2 puntos de conexión opuestos en el circuito de tierra, utilizando gas de paredes gruesas. -suministro de tuberías metálicas en las intersecciones con estructuras de edificios. Se recomienda entrar al edificio a una altura de 0,5 m desde la superficie del suelo en los cimientos del edificio.

EN la vida cotidiana cada persona ha estado acostumbrada durante mucho tiempo a usar electrodomésticos. Es bastante difícil imaginar la vida sin ingeniería eléctrica. Para no enfrentar una amenaza de alto voltaje para la salud y la vida en caso de mal funcionamiento del equipo, es necesario instalar un circuito de protección contra rayos y de puesta a tierra.

La conexión a tierra se realiza con equipos especiales que conectan a tierra elementos de dispositivos que no están destinados a ser energizados.

En los casos en que se rompe el aislamiento de los aparatos eléctricos, la corriente fluye hacia elementos no destinados a ello, incluido el cuerpo del equipo.

El resultado de una falla del aislamiento puede provocar fallas en el equipo y, si una persona toca las piezas, puede causar daños a la salud o la muerte.

El circuito de tierra permite que la mayor parte de la corriente fluya hacia el suelo. Para ello es necesario cumplir indicadores mínimos resistencia.

Dispositivo

El circuito del dispositivo de puesta a tierra incluye tubos y varillas de metal, que están conectados entre sí mediante cables de metal enterrados en el suelo. El dispositivo se conecta al panel mediante un bus. La estructura de puesta a tierra debe ubicarse a una distancia de la casa de no más de 10 m.

Para hacer un circuito de conexión a tierra con sus propias manos, puede utilizar cualquier electrodo. moldes de metal, que pueden clavarse en el suelo y tienen una sección transversal de más de 15 mm2.

Las varillas de metal están dispuestas en una cadena cerrada, cuya forma depende del número de electrodos del circuito. La estructura debe profundizarse en el suelo por debajo del nivel de congelación.

Puede crear un contorno con sus propias manos a partir de materiales de desecho o comprar un dispositivo ya hecho. El equipo de circuito de tierra terminado es diferente. precios altos, pero al mismo tiempo es cómodo de instalar y durará mucho tiempo.

Los contornos se dividen en dos tipos:

1. tradicional;
2. profundo.

Un circuito tradicional se caracteriza por la disposición de un electrodo hecho de una tira de acero en horizontalmente, y el resto se instalan verticalmente; para ellos se utilizan tuberías o varillas. Profundizan el contorno en la parte menos accesible para las personas, eligiendo con mayor frecuencia el lado oscuro para mantener un ambiente unificado.

Las desventajas del sistema de circuito tradicional incluyen:

• ejecución compleja del trabajo;
• los materiales de conexión a tierra son susceptibles a oxidarse;
• el entorno subyacente puede crear condiciones que son inaceptables para el circuito.

El contorno profundo carece de la mayoría de las desventajas del tradicional; para ello se utiliza equipo especial;

Tiene una serie de ventajas:

• el equipo cumple con todos los estándares establecidos;
• larga vida útil;
• el medio ambiente no afecta funciones protectoras contorno;
• facilidad de instalación.

La instalación del circuito requiere una verificación obligatoria de todo el sistema de puesta a tierra. Es necesario verificar la calidad del trabajo realizado, asegurarse de la resistencia del circuito y si hay piezas desconectadas.

Es obligatorio realizar investigaciones por parte de especialistas autorizados. Para el circuito de puesta a tierra instalado se elabora un pasaporte, un protocolo de inspección y un certificado de aprobación del equipo para su funcionamiento. El circuito de puesta a tierra debe cumplir con las normas establecidas en el PUE.

Puesta a tierra para transformador

Para poner a tierra la cabina del transformador, se utiliza un circuito externo o interno; la elección de la opción depende de las características del diseño.

El circuito externo se crea para una subestación que consta de una cámara.

El diagrama del equipo consta de varillas verticales y fleje de acero horizontal. Las dimensiones del electrodo de tierra horizontal son 4x40 mm.

El indicador de resistencia para el circuito no debe ser superior a 40, para tierra no debe exceder 1000. Según los parámetros especificados, el circuito debe constar de 8 electrodos con dimensiones de 5 my una sección transversal de 1,6 cm. El circuito debe estar a no menos de un metro de las paredes del edificio donde se encuentra la subestación. La profundidad del circuito de tierra es de 70 cm.

Para crear protección contra rayos para un transformador, el techo se conecta al circuito de tierra mediante un cable de ocho milímetros.

Si la subestación consta de tres cámaras, entonces a lo largo de todo el perímetro componentes Se instala una tira del contorno. Esta medida permite asegurar todos los elementos de la estructura metálica.

Para ello, fije el bus de puesta a tierra mediante soportes a una distancia de más de medio metro entre ellos. La distancia desde la superficie debe ser de 40 cm. Los elementos del contorno están soldados o atornillados. Para una conexión perfecta, se utiliza un cable sin aislamiento. Los conductores de puesta a tierra se colocan a través de la pared y se pintan. verde, sobre el cual se hacen franjas amarillas a una distancia de 15 cm.

Puesta a tierra para red trifásica

Si la casa utiliza una red con un voltaje de 220 V, entonces no es necesaria la conexión a tierra, puede limitarse a conectar a tierra el equipo;

Se requiere un circuito de puesta a tierra para viviendas con red de 380 V.

La diferencia entre los dos sistemas de circuito radica en las clasificaciones de resistencia de la red. En el caso de 220 V, la resistencia no debe ser superior a 30 Ohmios, por red trifásica el indicador varía de 4 a 10 ohmios. Esto se debe al nivel de resistividad de la tierra. El suelo en diferentes áreas tiene composición diferente, y por tanto cada suelo tiene sus propios indicadores de resistencia.

Antes de realizar el trabajo, se debe realizar un cálculo preciso del circuito para calcular la cantidad de conductores de puesta a tierra necesarios para la red.

El cálculo se realiza mediante la fórmula R=R1/KxN, donde R1 es la resistencia del electrodo, K es el coeficiente que caracteriza la carga en la red, N es el número de electrodos en el circuito.

Para crear un circuito para una red trifásica, necesita atención especial Preste atención a los materiales, porque Esta red exige la calidad de la conexión a tierra.

La elección debe basarse en los siguientes requisitos:

• si la función del electrodo la realiza una tubería, entonces su pared no debe ser inferior a 3,5 mm;
• al elegir una esquina, preste atención al grosor, que debe ser de al menos 4 mm;
• el diámetro de la sección transversal de los pasadores no es inferior a 16 mm;
• la regleta de conexión entre los conductores de puesta a tierra debe tener unas dimensiones de 25x4 mm.

El circuito se instala alrededor del perímetro; su forma puede ser cualquiera, dependiendo de la cantidad de electrodos. La mayoría de las veces se realiza en forma de triángulo. El equipo de puesta a tierra se atornilla al suelo a una profundidad de medio metro.

La distancia entre las esquinas, que es igual a la longitud de un electrodo de tierra. La conexión a la tira se realiza mediante pernos o soldadura.

Después de completar la instalación de la oficina, se le coloca una barra colectora y se conecta al panel de distribución. En la foto se muestra un ejemplo de un circuito de conexión a tierra.

Creación de sistemas para proteger aparatos eléctricos de tensiones no deseadas y fenómenos naturales como un rayo es punto importante. Las medidas tomadas permiten proteger a una persona de los efectos nocivos de la corriente, así como evitar daños a los equipos.

Es posible crear circuitos de conexión a tierra y protección contra rayos con sus propias manos. Es importante que el circuito de conexión a tierra cumpla con los requisitos del PUE y los estándares aceptados. La calidad de los materiales y la mano de obra se refleja en el nivel de protección de los aparatos eléctricos. Una ejecución incorrecta puede permitir que se libere más voltaje, lo que causará daños.

El circuito de protección contra rayos está sistema complejo proteger un objeto de la caída directa de un rayo: pararrayos, bajante, puesta a tierra. El esquema clásico, propuesto por Benjamin Franklin allá por 1752, subyace a todos sistemas modernos protección contra rayos. Tecnología probada combinada con el último equipo¡El diseño y la instalación profesionales brindan casi un cien por ciento de protección contra daños por rayos!

Circuito de protección contra rayos para edificios y estructuras.

Pararrayos

• Pararrayos. Se instalan varillas de metal en el techo o en los puntos más altos. Para aumentar la altura de la estructura se utilizan mástiles metálicos especiales. Para objetos de gran tamaño, se recomienda instalar varias varillas autoportantes alrededor del perímetro con bajantes autónomos.
• Pararrayos de cable. Un rayo cae sobre un cable tendido entre soportes. La tecnología es adecuada para objetos extendidos. Un ejemplo típico son las líneas eléctricas, que están protegidas con pararrayos.
• Malla de protección contra rayos. El sistema se utiliza principalmente en techos planos: dispuestos en toda el área malla metálica en incrementos de hasta 5x5 m Cabe señalar que la malla no protege objetos que sobresalgan, como antenas o chimeneas. Es por eso que las varillas también se incluyen en el esquema de protección contra rayos, incluyéndolas en un circuito común.

Además soluciones clásicas, se utilizan pararrayos activos. Los dispositivos ionizan el aire y provocan la caída de un rayo. Gracias a esto, es posible reducir el número de pararrayos y la altura total del circuito de protección contra rayos.

Conductores de bajada

Un conductor de aluminio o acero, cuya tarea principal es transmitir corriente desde el pararrayos al electrodo de tierra. Por regla general, en los edificios se instalan bajantes externos, pero en algunos casos, según las instrucciones del RD, se recomienda el uso de estructuras de construccion, por ejemplo, accesorios en bloques de hormigón armado. Sin embargo, esto es inaceptable en presencia de componentes electrónicos muy sensibles: el campo electromagnético creado durante el paso de una descarga puede dañar el equipo.

Para el conductor de corriente se utiliza un conductor con una sección transversal de 6 mm; todas las conexiones están soldadas. En lugares donde sea posible el contacto humano, el cable debe estar aislado. Además, debe haber acceso directo al conductor de bajada para una inspección periódica.

Toma de tierra

Entonces, el pararrayos recibió la descarga y la transmitió a lo largo del conductor de bajada hasta el electrodo de tierra o el circuito de tierra: varios electrodos verticales instalados en el suelo y conectados entre sí por un conductor horizontal. El único propósito de un dispositivo de puesta a tierra es disipar la corriente resultante hacia el suelo. Para ahorrar espacio, el contorno generalmente se forma alrededor del perímetro del objeto, pero no menos de 1 m de la base. La instrucción RD requiere la presencia de al menos 3 electrodos en el circuito, sin embargo, tecnologías modernas ofrecer lo máximo solución efectiva: instalación de un electrodo de profundidad compuesto. Gracias a la inmersión a una profundidad de hasta 30 metros, basta con instalar un electrodo de tierra para alcanzar el umbral de resistencia requerido.

Cálculo del circuito de protección contra rayos.

Calcular y diseñar correctamente la protección contra rayos son tareas clave para garantizar la seguridad de un edificio frente a la caída directa de rayos. Para objetos complejos, así como sistemas que superan los 150 m de altura, el cálculo se realiza utilizando herramientas especiales. programas de computadora. Para todos los demás edificios y estructuras, las instrucciones SO 153-34.21.122-2003 proporcionan fórmulas estándar para los cálculos.

La zona de protección para un circuito con pararrayos es un cono en el que el punto más alto coincide con la parte superior del pararrayos. El objeto protegido debe caber completamente dentro del cono protector. Por lo tanto, la zona de protección se puede aumentar levantando el pararrayos o instalando pararrayos adicionales.

El contorno del cable de protección contra rayos se calcula utilizando un principio similar. En este caso se obtiene un trapezoide protector, cuya altura es la distancia entre el cable y el suelo.

Resistencia del circuito de tierra

La resistencia a tierra se mide en ohmios y, idealmente, debería ser igual a 0. Sin embargo, en la práctica, el valor es inalcanzable, por lo que se establece el umbral máximo para la protección contra rayos: no más de 10 ohmios. Sin embargo, el valor depende de la resistividad del suelo, por lo que para suelos arenosos, cuando este parámetro alcanza los 500 ohmios/m, la resistencia aumenta a 40 ohmios.

Combinando el circuito de puesta a tierra y la protección contra rayos

De acuerdo con la cláusula 1.7.55 del PUE para equipos y protección contra rayos de edificios de las categorías II y III, en la mayoría de los casos se instala un circuito de puesta a tierra común. Sin embargo, es necesario distinguir entre tipos de puesta a tierra:

• Protector: para la seguridad eléctrica de los equipos.
• Funcional - condición necesaria para el correcto funcionamiento de equipos especiales.

Está prohibido combinar la puesta a tierra funcional con un conductor de puesta a tierra de protección o pararrayos: existe riesgo de patinar. altos potenciales y fallo de equipos sensibles.

En este caso, es posible combinar la conexión a tierra del pararrayos y la protección de los equipos eléctricos o disponerlos por separado, pero conectarlos entre sí mediante una abrazadera especial para compensación de potencial.

Diseñar protección contra rayos es una tarea responsable y compleja. Confíe en los profesionales para proteger su hogar u oficina, ¡contacte a los experimentados especialistas de nuestra empresa! Puede obtener asesoramiento en el sitio web o por teléfono.

Aquí nuevamente debemos omitir la Instrucción SO-153-34.21.122-2003, que no contiene requisitos específicos para la puesta a tierra de pararrayos. La instrucción RD 34.21.122-87 formula formalmente los requisitos, pero no se relacionan con el valor de la resistencia de conexión a tierra, sino con el diseño de los dispositivos de conexión a tierra. Para pararrayos independientes estamos hablando de sobre los cimientos de los soportes de pararrayos o sobre un conductor de puesta a tierra especial, cuyas dimensiones mínimas se muestran en la Fig. 7.

Figura 7. Dimensiones mínimas Electrodo de puesta a tierra formado por una tira horizontal y tres electrodos de varilla vertical según RD 34.21.122-87

La norma no contiene instrucciones sobre cómo cambiar el tamaño de los electrodos en función de la resistividad del suelo. Esto significa que, según los compiladores diseño estándar Reconocido como apto para cualquier suelo. El grado de cambio de su resistencia a tierra R gr se puede juzgar a partir de los datos calculados en la Fig. 8.

Figura 8. Valor calculado de la resistencia a tierra de un electrodo de tierra típico de la Instrucción RD 34.21.122-87

Un cambio en el valor de R gr dentro de casi 2 órdenes de magnitud difícilmente puede considerarse una normalización. De hecho, la norma no contiene ningún requisito específico para el valor de la resistencia de puesta a tierra y esta cuestión ciertamente merece una consideración especial.

El estándar Transneft JSC nos sorprendió con una tabla de valores de resistencia de puesta a tierra normalizados para pararrayos (Fig.9), que los compiladores copiaron completamente de la última edición del PUE, donde se aplica a los conductores de puesta a tierra para soportes de líneas aéreas de 110. kV y superiores. Los estrictos requisitos del PUE son bastante comprensibles, ya que la resistencia a tierra del soporte de la línea aérea determina en gran medida la magnitud de la sobretensión del rayo en el aislamiento lineal. Es imposible descubrir las razones para transferir estos requisitos a la puesta a tierra de los pararrayos, especialmente porque en suelos de alta resistividad no se pueden implementar en absoluto utilizando ningún diseño razonable. Para demostrar esto, en la Fig. La Figura 10 muestra los resultados del cálculo de un electrodo de tierra para pararrayos de un diseño absolutamente fantástico. Es una estructura totalmente metálica con una sección transversal cuadrada, cuya longitud lateral se indica en el eje x. Se han calculado dos opciones: con una profundidad de colocación en el suelo de 3 y 10 m. Es fácil comprobar que en un suelo con una resistividad ρ = 5000 ohmios m, el valor normalizado es de 30 ohmios (R З /ρ = 0,006). m -1) será necesario rellenar con metal la zona de la base del pararrayos con una superficie de más de 50x50 m. La situación no es mejor con un electrodo de tierra extendido. En las mismas condiciones, para garantizar la resistencia de puesta a tierra requerida, se necesita una barra horizontal de más de 450 m de longitud.

Tabla 9

Figura 10. Evaluar las posibilidades de cumplir con los requisitos del estándar Transneft utilizando un dispositivo de puesta a tierra concentrado.

Los requisitos de la norma Gazprom son extremadamente específicos. La resistencia de puesta a tierra de un pararrayos independiente para los niveles de protección I y II debe ser igual a 10 ohmios en suelos con ρ ≤ 500 ohmios m. En suelos de mayor resistividad, se permite utilizar electrodos de tierra cuya resistencia sea. determinado como

Reconociendo la dificultad de producir una resistencia del terreno relativamente baja, la norma recomienda un tratamiento químico o un reemplazo parcial del terreno. Merece atención una evaluación del volumen de trabajo recomendado en condiciones específicas. Es fácil de hacer para la situación más simple, centrándose en un electrodo de conexión a tierra hemisférico, cuyo potencial en un suelo de dos capas (independientemente de lo que se haya hecho: química o reemplazo mecánico del suelo) según la Fig. 11 es igual

Figura 11. Para evaluar la resistencia de puesta a tierra en suelo de dos capas.

Dónde valor exacto La resistencia del suelo se define como

En el caso extremo en que el tratamiento químico o el reemplazo del suelo hayan demostrado ser tan efectivos que resistividad cayó a casi cero

La expresión nos permite estimar el radio de procesamiento r 1 desde abajo. En el ejemplo considerado, resultan ser aproximadamente 40 m, lo que corresponde a un volumen de suelo de aproximadamente 134.000 m 3. El valor obtenido nos hace pensar muy seriamente en la realidad de la operación prevista.

Figura 12. Resistencia de puesta a tierra de un electrodo de tierra horizontal de dos haces dependiendo del espesor de la capa superior de suelo tratado

Una evaluación conduce a un resultado similar para cualquier otra configuración prácticamente significativa de electrodos de puesta a tierra, por ejemplo, para un sistema de puesta a tierra de dos haces hecho de barras colectoras horizontales de 20 m de largo. La dependencia calculada en la Fig. 12 nos permite evaluar cómo cambia la resistencia a tierra de dicha estructura con variaciones en el espesor de la capa superior de baja resistividad del suelo reemplazado. La resistencia de conexión a tierra requerida de 20 ohmios se obtiene aquí con un espesor de la capa tratada (o reemplazada) de 2,5 m. Es importante comprender a qué distancia del electrodo de tierra se puede detener el tratamiento. El indicador es el potencial en la superficie terrestre U(r). Un cambio en la resistividad dejará de afectar el resultado cuando el potencial U(r) sea mucho menor que el potencial del electrodo de conexión a tierra U З = U(r 0).

2.2. ¿Para qué se conecta a tierra un pararrayos?

No considere trivial el título de la sección. Los pararrayos siempre han estado conectados a tierra desde su invención; de lo contrario, ¿cómo podrían conducir la corriente del rayo al suelo? Los manuales modernos dicen que se debe proporcionar resistencia a tierra. drenaje seguro de la corriente del rayo. ¿De qué peligro y seguridad estamos hablando? No hay excusa para esto con tópicos. Probablemente valga la pena recordarlo nuevamente. líneas aéreas transmisión de potencia Allí, la resistencia de puesta a tierra determina el componente resistivo. sobretensiones que actúan sobre una cadena de aisladores.

Los pararrayos no tienen nada de esto. Su pararrayos acepta “sin problemas” el potencial de los electrodos de puesta a tierra. La presencia de una resistencia de puesta a tierra finita no afecta de ninguna manera la capacidad del pararrayos para atraer rayos. El laboratorio ha intentado en repetidas ocasiones controlar la influencia de la resistencia de puesta a tierra en este proceso, y siempre sin éxito. La explicación aquí es bastante simple y obvia. Un rayo nunca cae sobre un pararrayos. Es recibido y atraído hacia sí mismo por el canal de plasma de la contradescarga, que comienza desde la parte superior del pararrayos en campo eléctrico nube de tormenta y la carga de relámpagos que ya se están formando. Este canal (se llama contralíder) se desarrolla a una corriente de no más de decenas de amperios. La caída de voltaje de una corriente tan débil en la resistencia de puesta a tierra del pararrayos tiene poca importancia en comparación con el potencial del orden de 10 7 -10 8 V, que transporta el rayo desde una nube de tormenta. De hecho, con una resistencia de conexión a tierra de 10, 20, 100 o 200 ohmios, el voltaje en el electrodo de tierra debido a una corriente de ~ 10 A no excederá ni siquiera los 10 4 V, un valor insignificante en comparación con el de un rayo.

Se sabe que se utiliza un pararrayos independiente con el único fin de eliminar la propagación de la corriente del rayo a través de las estructuras metálicas del objeto protegido. Para ello se seleccionan distancias muy específicas desde el pararrayos hasta el objeto por aire y por tierra. Supongamos que se eligen correctamente y que realmente excluyen la superposición de chispas. Sin embargo, la corriente ingresa al electrodo de puesta a tierra del objeto y lo hace en una proporción bastante significativa, especialmente cuando la función de su puesta a tierra la realiza la base de la estructura protegida, que tiene un área bastante grande. Los datos calculados en la Fig. 14 muestran esta proporción dependiendo de la distancia entre los electrodos de tierra. En el pararrayos se realiza de acuerdo con los requisitos de la Instrucción RD 34.21.122-87 en forma de una franja horizontal de 10 m de largo con 3 varillas verticales de 3 m cada una; la base del objeto tiene unas dimensiones de 50x50 my está enterrada a 3 m. Se realizaron cálculos por computadora para suelo homogéneo y para el caso en que. capa superficial el suelo principal hasta una profundidad de 2,5 m se reemplaza por suelo altamente conductivo con una resistividad 50 veces menor. Es fácil comprobar que la distancia de aislamiento de 5 m, prescrita por la norma Transneft JSC, hace poco para evitar que la corriente del rayo penetre en el objeto a través del suelo, especialmente si capa superior reemplazados o tratados químicamente. Incluso a una distancia de 15 m, normalizada según el estándar de OJSC Gazprom, la corriente en el electrodo de tierra de la instalación supera el 50%.

Figura 14. Fracción de la corriente del rayo que penetró en el electrodo de tierra del objeto a través de la conexión conductora con el electrodo de tierra del pararrayos, dependiendo de la distancia entre ellos.

Aquí es necesario enfatizar una vez más que cualquier tratamiento de la capa superior de suelo, que reduzca la resistencia a tierra, no solo no reduce la conexión conductora entre el pararrayos y el objeto, sino que la fortalece significativamente, aumentando así la proporción de la corriente del rayo se ramificó hacia el objeto.

Es hora de plantear una vez más la cuestión del objetivo de reducir la resistencia a tierra. Quedan dos aspectos del problema intactos: la formación de canales de chispa y el voltaje escalonado. La primera pregunta se discutirá a continuación en una sección especial. En cuanto a la tensión escalonada, ciertamente depende del diseño del conductor de puesta a tierra del pararrayos y de su resistencia a tierra. Curvas de cálculo en la Fig. La Figura 15 demuestra la dinámica de una disminución en el voltaje escalonado con la distancia desde un electrodo de tierra típico de un pararrayos, prescrito por la Instrucción RD 34.21.122-87 (ver explicaciones de la Fig. 14).

2.3. como diseñar

La sección vuelve a plantear la tarea de cumplir con los requisitos de los documentos reglamentarios sin costes de material injustificados. Esto es tanto más importante cuanto que el valor de la resistencia a tierra del pararrayos influye poco en la calidad de la protección externa contra rayos. En cualquier caso, no está directamente relacionado con los peligrosos efectos de los rayos que podrían provocar una situación catastrófica en un parque de tanques o cualquier otra instalación de procesamiento de combustibles de hidrocarburos. Lo más importante es que me gustaría evitar costosos tratamientos químicos o la sustitución de grandes volúmenes de suelo y, sin ellos, cumplir con los requisitos de las normas industriales para la protección contra rayos.

Es aconsejable crear un electrodo de tierra para cada pararrayos por separado solo en suelos con baja resistividad, donde incluso un diseño estándar del RD 34.21.122-87 resulta bastante capaz. Por ejemplo, con la longitud de barra horizontal recomendada de 12 m y 3 varillas verticales de 5 m cada una, la resistencia de puesta a tierra en el suelo con resistividad ρ es igual a

Esto significa que para ρ ≤ 300 Ohm m el valor calculado no excederá los 20 Ohm. Con una mayor resistividad del suelo, 4 vigas perpendiculares entre sí proporcionan un buen resultado. Con una longitud de 20 m, cada resistencia de puesta a tierra es igual a

y la instalación de varillas verticales de 5 metros en los extremos de cada una de las vigas reduce este valor a

El problema se vuelve grave cuando la resistividad del suelo excede significativamente los 1000 ohmios*m. Aquí es donde la organización entra en foco. contorno único puesta a tierra para todos los pararrayos independientes. Vale la pena volver a la figura. 4, que demuestra la protección de un parque de tanques mediante 3 cables de 100 m de largo, con una distancia entre cables paralelos de 50 m. La combinación de sus soportes con barras horizontales forma un bucle de puesta a tierra con dos celdas de 100x50 m. Las barras colectoras se colocan a una profundidad de 0,7 m.

lo que permite solucionar el problema en suelos con una resistividad de hasta 3000 Ohm*m, incluso siguiendo los requisitos de la norma Gazprom. Es apropiado señalar que dispositivo adicional El conductor de tierra local en cada uno de los pararrayos casi no tiene efecto sobre la resistencia de tierra del circuito formado en su conjunto. Así, la utilización de una estantería de cimentación con refuerzo metálico de 5 m de longitud y un radio equivalente de 0,2 m (R gr ≈ 0,1ρ [Ohm]) en un sistema de 6 estanterías como conductor de puesta a tierra local para cada pararrayos redujo la resistencia total del circuito de tierra en sólo un 6%. La razón de una influencia tan débil reside en el eficaz apantallamiento de las barras mediante barras horizontales extendidas. Prolongando las barras horizontales que conectan los soportes de los pararrayos, es posible alcanzar una resistencia de puesta a tierra de aproximadamente 20 ohmios, incluso en suelos con una resistividad de 5000 ohmios.

El lector tiene derecho a interrumpir la descripción de perspectivas tan halagüeñas, recordando que un largo autobús entra lentamente en el proceso de propagación de la corriente pulsada gracias a su inductancia. No hay nada que objetar a esto. Pero al menos dos circunstancias siguen actuando a favor de la solución propuesta. En primer lugar, ninguna de las normas mencionadas requiere valores específicos de resistencia de puesta a tierra pulsada y, en segundo lugar, en suelos de alta resistividad, la tasa de penetración de la corriente pulsada en el bus de puesta a tierra es bastante alta y, por lo tanto, valor actual resistencia de puesta a tierra R gr (t) = U gr (t)/i M (t) rápidamente adquiere un valor estable controlado requisitos reglamentarios. Como ejemplo en la Fig. La Figura 16 muestra la dinámica calculada de los cambios en la resistencia a tierra de un autobús de 200 m de largo entre los soportes del pararrayos. Se acepta que la resistividad del suelo es 5000 Ohm*m y su constante dieléctrica relativa es 5 (tener en cuenta este parámetro es importante cuando la fuga capacitiva en el suelo es comparable a la fuga conductiva).

E. M. Bazelyan, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor
Instituto de Energía que lleva el nombre de G.M. Krzhizhanovsky, Moscú

Materiales útiles:

La necesidad de conectar eléctricamente el bucle de tierra de la protección contra rayos instalada directamente en el edificio con el bucle de tierra de instalaciones electricas, está prescrito en la actual documentos reglamentarios(PUE). Citamos textualmente: “Dispositivos de puesta a tierra puesta a tierra de protección Las instalaciones eléctricas de edificios y estructuras y la protección contra rayos de las categorías 2 y 3 de estos edificios y estructuras, por regla general, deben ser generales”. La segunda y tercera categoría son las más comunes; la primera categoría incluye; objetos explosivos para los cuales se requiere protección contra rayos mayores requisitos. Sin embargo, la presencia de la frase “por regla general” implica la posibilidad de excepciones.

Los modernos edificios de oficinas y ahora residenciales contienen muchos sistemas de ingenieria soporte vital. Es difícil imaginar la ausencia de sistemas de ventilación, sistemas de extinción de incendios, videovigilancia, control de acceso, etc. Naturalmente, a los diseñadores de estos sistemas les preocupa que los componentes electrónicos "delicados" fallen como resultado de los rayos. Al mismo tiempo, entre los profesionales surgen algunas dudas sobre la viabilidad de conectar los contornos de dos tipos de puesta a tierra y surge el deseo "dentro de los límites de la ley" de diseñar puestas a tierra eléctricamente desconectadas. ¿Es posible este enfoque? ¿Mejorará realmente la seguridad de los dispositivos electrónicos?

¿Por qué es necesario combinar bucles de tierra?

Cuando un rayo cae sobre un pararrayos, se produce en este último un breve impulso eléctrico con una tensión de hasta cientos de kilovoltios. con tal alto voltaje una ruptura de la brecha entre el pararrayos y estructuras metalicas en casa, incluyendo cables electricos. La consecuencia de esto será la aparición de corrientes incontroladas, que pueden provocar incendios, fallos de la electrónica e incluso la destrucción de elementos de infraestructura (por ejemplo, plástico). tuberías de agua). Los electricistas experimentados dicen: "Denle un camino al rayo, de lo contrario lo encontrará por sí solo". Por este motivo es obligatoria la conexión a tierra eléctrica.

Por el mismo motivo, el PUE recomienda combinar eléctricamente no sólo las puestas a tierra ubicadas en un mismo edificio, sino también las de objetos geográficamente cercanos. Este concepto se refiere a objetos cuyas conexiones a tierra están tan cerca que no existe una zona de potencial cero entre ellas. La combinación de varias puestas a tierra en una se realiza, de acuerdo con las normas PUE-7, cláusula 1.7.55, conectando conductores de puesta a tierra. conductores electricos en cantidades de al menos dos piezas. Además, los conductores pueden ser naturales (por ejemplo, elementos metalicos estructuras de construcción) y artificiales (alambres, neumáticos rígidos, etc.).

¿Un dispositivo de puesta a tierra común o separado?

Los conductores de puesta a tierra para instalaciones eléctricas y protección contra rayos requieren: diferentes requisitos, y esta circunstancia puede convertirse en fuente de algunos problemas. El electrodo de tierra para protección contra rayos debe conducir una gran distancia carga electrica. Al mismo tiempo, según el “Instructivo de Protección contra Rayos RD 34.21.122-87”, se estandariza el diseño del electrodo de tierra. Para un pararrayos, de acuerdo con esta instrucción, se requieren al menos dos conductores de puesta a tierra verticales u horizontales radiales, con excepción de la categoría 1 de protección contra rayos, cuando se necesitan tres de estos pines. Por eso, la opción de puesta a tierra más común para un pararrayos son dos o tres pines, cada uno de unos 3 m de largo, conectados por una tira de metal enterrada al menos a 50 cm en el suelo. Cuando se utilizan piezas producidas por ZANDZ, dicho electrodo de tierra es duradero y fácil de instalar.

La puesta a tierra de instalaciones eléctricas es un asunto completamente diferente. En el caso normal no debe exceder los 30 ohmios, y para una serie de aplicaciones descritas en las instrucciones departamentales, por ejemplo, para equipos comunicaciones celulares- 4 ohmios o incluso menos. Estos conductores de puesta a tierra son clavijas de más de 10 m de longitud o incluso placas de metal, colocado a grandes profundidades (hasta 40 m), donde incluso en invierno no se congela el suelo. Es demasiado caro crear un pararrayos de este tipo con dos o más elementos enterrados a decenas de metros.

Si los parámetros del suelo y los requisitos de resistencia permiten una única puesta a tierra en el edificio para pararrayos y puesta a tierra de instalaciones eléctricas, no existen obstáculos para realizarla. En otros casos, se realizan varios bucles de puesta a tierra para el pararrayos y las instalaciones eléctricas, pero deben conectarse eléctricamente, preferiblemente a tierra. La excepción es el uso de algunos equipo especial especialmente sensible a las interferencias. Por ejemplo, equipos de grabación de sonido. Dicho equipo requiere un dispositivo de puesta a tierra tecnológico separado, que se indica directamente en las instrucciones. En este caso, se fabrica un dispositivo de puesta a tierra separado, que se conecta al sistema de ecualización de potencial del edificio a través del bus de puesta a tierra principal. Y, si dicha conexión no está prevista en el manual de funcionamiento del equipo, se toman medidas especiales para evitar que las personas toquen simultáneamente el equipo especificado y las partes metálicas del edificio.

Conexión eléctrica a tierra

Un circuito con varias puestas a tierra conectadas eléctricamente garantiza que se cumplan requisitos diferentes, a veces contradictorios, para los dispositivos de puesta a tierra. Según el PUE, la puesta a tierra, como muchos otros elementos metálicos de un edificio, así como los equipos instalados en él, deben estar conectados mediante un sistema de ecualización de potencial. Por ecualización de potencial entendemos conexión eléctrica partes conductoras para lograr el mismo potencial. Hay principales y sistema adicional ecualización de potencial. Las conexiones de tierra están conectadas al sistema principal de ecualización de potencial, es decir, están conectadas entre sí a través del bus de tierra principal. Los cables que conectan la tierra a este bus deben conectarse de acuerdo con el principio radial, es decir, una rama del bus especificado va a una sola tierra.

Para asegurar trabajo seguro de todo el sistema, es muy importante utilizar tanto como sea posible conexión confiable entre las puestas a tierra y el bus principal de tierra, que no será destruido por un rayo. Para hacer esto, debe cumplir con los estándares PUE y GOST R 50571.5.54-2013 “Instalaciones eléctricas de bajo voltaje. Parte 5-54. Dispositivos de puesta a tierra conductores de protección y conductores de protección de ecualización de potencial” con respecto a la sección transversal de los cables del sistema de ecualización de potencial y sus conexiones entre sí.

Sin embargo, incluso muy sistema de calidad La ecualización de potencial no puede garantizar la ausencia de sobretensiones en la red cuando un rayo cae sobre un edificio. Por lo tanto, junto con bucles de conexión a tierra bien diseñados, los dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) le evitarán problemas. Esta protección es de carácter selectivo y en múltiples etapas. Es decir, en la instalación se debe instalar un conjunto de SPD, cuya selección de elementos no es tarea fácil ni siquiera para especialista experimentado. Afortunadamente, son liberados. kits listos para usar SPD para aplicaciones típicas.

Conclusiones

La recomendación del PUE sobre la conexión eléctrica de todos los bucles de puesta a tierra del edificio está justificada y implementación correcta no sólo no supone ningún peligro para los equipos electrónicos complejos, sino que, por el contrario, los protege. En el caso de que el equipo sea sensible a la interferencia de rayos y requiera su propio electrodo de conexión a tierra independiente, se puede instalar una conexión a tierra de proceso independiente de acuerdo con el manual suministrado con el equipo. El sistema de ecualización de potencial, que combina bucles de puesta a tierra dispares, debe proporcionar una conexión eléctrica confiable y determina en gran medida el nivel general de seguridad eléctrica en la instalación, por lo que se le debe prestar especial atención.