Владельцы отдельных домов и дач все больше начинают понимать, что пользование электроэнергией не только значительно облегчает выполнение повседневных бытовых потребностей, но и представляет определённые риски для человека. В жизни всегда существует возможность возникновения аварийной ситуации, которая может привести к получению электротравмы.
Требует постоянного пристального внимания со стороны владельца. Одним из вопросов ее обеспечения является эксплуатация индивидуального контура заземления, который необходимо не только создать по определённой методике, но и правильно выбрать конструкцию, выполнив надежный расчет всех ее элементов.
Сразу оговоримся, что осуществить его своими руками может любой человек, знакомый с основами электротехнических расчетов. Для этого ниже приведена методика его выполнения.
Однако, она носит рекомендательный, ознакомительный характер и требует уточнения полученного результата в специализированной лаборатории, обладающей лицензией на право проведения экспертизы подготовленным персоналом проектировщиков, периодически подтверждающих свою квалификацию сдачей экзаменов в инспектирующих государственных органах.
Выбор конструкции заземления для расчета
В электрической схеме зданий разного назначения работает большое количество различных видов заземлительных устройств. Среди них для бытовых целей лучше подходят изделия с:
одиночным глубинным заземлителем;
несколькими электродами модульного типа вертикального расположения;
электролитическим заземлением горизонтальной ориентации.
Последняя конструкция еще не обладает такой широкой известностью, как первые две перечисленные, но вполне может конкурировать с ними, выступать альтернативой.
Предварительный расчет электрических характеристик каждой модели поможет определиться с наиболее подходящим типом заземления и остановить на нем свой выбор для дальнейшего монтажа, наладки, эксплуатации.
Кратко на примерах рассмотрим методику их расчета.
Расчет контуров заземлений для жилых зданий
Назначение
Расчет помогает проанализировать габариты и форму создаваемого контура для обеспечения допустимого электрического сопротивления аварийному току, отводимого от дома на потенциал земли.
Заземление призвано снизить напряжение прикосновения человека до безопасного значения за счет растекания от него недопустимых токов и перераспределения опасных потенциалов.
Для жилых зданий сопротивление контура не должно превышать 8 Ом при эксплуатации однофазной сети 220 вольт и 4 Ома — для трехфазной 380.
Факторы, влияющие на расчет контура
Величина электрического сопротивления заземления зависит от:
1. проводимости грунта;
2. применяемого в конструкции металла;
3. формы и количества электродов;
4. расстояния между заземлителями;
5. глубины залегания контура.
Характеристики грунтов
Для учета их влияния на протекание токов используется термин «Удельное сопротивление грунта», единицей которого выбран «Ом∙м». Он обозначается латинской буквой ρ. Этот показатель зависит от многих факторов, включая влажность почвы и ее состав, изменяется в определённых пределах даже с учетом погодных условий.
Величина удельного сопротивления грунта определяется измерением на местности, а его усредненные значения для предварительных ориентировочных расчетов сведены в таблицы. Электроды заземлителей с целью уменьшения климатического воздействия заглубляют в землю на 0,7 метра или больше.
Сравнить влияние состава грунтов, влажности, температуры рабочей среды на величину этого показателя можно на основе предлагаемой таблицы.
Таблица приближенных значений удельного сопротивления для грунтов и воды
| № п/п | Рабочая среда | -20°С | -10°С | -5°С | Талый грунт |
| 1 | Песок | 11500 | 8000 | 5000 | 500 |
| 2 | Песок глинистый с примесями кварца (пылеватый) | 3000 | 1200 | 1100 | 45 |
| 3 | Супесь | 1500 | 1000 | 500 | 800 |
| 4 | Суглинок тяжелый | 3500 | — | 1200 | 50 |
| 5 | Глина с влажностью от 6% до 40% | 3000 | 3000 | 550 | 70 |
| 6 | Глина каменистая (слой 1÷3 м, а далее гравий) | 12000 | — | 1000 | 100 |
| 7 | Известняк | 12600 | 7940 | 3000 | 2000 |
| 8 | Чернозем | — | 1000 | 800 | 500 |
| 9 | Торф | — | 1000 | 500 | 20 |
| 10 | Вода речная | — | — | — | 50-400 |
| 11 | Вода озерная | — | — | — | 50 |
| Размерность в Ом∙м | |||||
Металл заземлителя
Для изготовления электродов контура обычно выбирают:
нержавеющие легированные сорта стали;
обычные стальные сплавы, используемые для изготовления труб, уголков, прутков;
Стальные сплавы.
Величину их проводимости легко найти в технических справочниках.
Параметры контура, влияющие на расчет сопротивления заземления R
Кроме удельного сопротивления грунта ρ, при проведении анализа необходимо учитывать:
1. длину электрода L;
2. его диаметр D;
3. глубину залегания электрода от поверхности почвы до его середины T;
4. общее количество электродов N;
5. коэффициент использования Ки;
6. коэффициент содержания электролитов в грунте C.
Методика расчета заземления из одиночного глубинного электрода
Устройство заземлителя может быть цельным либо создано из сборной конструкции, выполненной сваркой или на основе соединения резьбой рабочих деталей.
Для расчета его электрического сопротивления используют формулу, приведенную на картинке.
Методика расчета заземления из нескольких заглубленных электродов
Электрическое сопротивление единичного электрода определяется по ранее приведенной формуле, а для расчета их общего влияния на конечный результат используется соотношение, показанное на очередной картинке.
Электроды могут располагаться в линию или образовывать треугольник либо другую симметричную геометрическую фигуру.
Методика расчета заземления из электролитических заземлителей
Для его проведения используются те же принципы, что и при вычислении сопротивления горизонтальных электродов, выполненных в форме обычной трубы. Только учитывается влияние электролита на окружающую его почву. Для этого вводится поправка коэффициента С. Она может изменяться в разных условиях от 0,05 до 0,5.
Формула расчета сопротивления представлена на картинке.
Электролитическое заземление изготавливается в виде горизонтального отрезка полой трубы из нержавеющей легированной стали или медных сплавов, устойчивых к процессам коррозии. Через нее происходит насыщение почвы сквозь электроды минеральными солями, обладающими электролитическими свойствами.
Соли, попадая в грунт, преобразуются под действием влаги почвы в электролит, который:
1. повышает электропроводящие свойства грунта;
2. снижает температуру замерзания почвы около электрода и этим дополнительно уменьшает электрическое сопротивление контура заземления.
Эффективным приемом повышения работоспособности подобных конструкций является использование активаторов — специальных заполнителей с пониженным удельным сопротивлением. Их размещение снаружи электрода уменьшает переходное сопротивление в направлении от заземлителя к грунту и увеличивает площадь поверхности, с которой происходит токоотдача от электрода.
Характерной особенностью подобных конструкций является то, что коэффициент С с течением времени постепенно уменьшается: сказывается медленное проникновение электролита в толщу грунта и увеличение его объема в нем.
Электролит постепенно выщелачивает соли электрода даже в плотном грунте и понижает коэффициент С от 0,5 до 0,125 уже через полгода после ввода в эксплуатацию.
Все эти особенности работы электролитических заземлителей более точно учитываются при расчете специалистами электротехнических лабораторий.
Методика упрощенного расчета заземления для домашнего мастера
Домашнему электрику без специальных знаний довольно сложно ориентироваться во всех этих технологиях, требующих постоянного введения в расчет различных поправок и коэффициентов. Ему предлагается простое и доступное решение на основе уже разработанной компьютерной программы.
Она представляет собой утилиту, которая называется просто: «Электрик» и свободно распространяется разработчиком на бесплатной основе через интернет ресурсы. Однако, ему можно помочь, перечислив небольшую денежную сумму, которую он израсходует на совершенствование алгоритмов работы.
Программа для скачивания помещена в архив, который занимает 15,9 Мб. При установке на компьютер она создает папку CU, расположенную в директории “Program Files” диска С и занимает 55,5 Мб.
Как выполнить расчет сопротивления заземления с помощью программы «Электрик»
После открытия утилиты в нижней части ее окна необходимо выбрать режим расчета «Заземление».
Откроется окно, в котором потребуется указать тип конструкции заземлительного устройства.
Откроется окно ввода данных конструкции используемого нами контура заземления и характеристик климатических особенностей зоны нашего проживания. Вводим усредненные параметры, как показано в примере дополнительными сносками, проверяем их и нажимаем на кнопку «Расчет контура».
Программа «Электрик» самостоятельно и довольно быстро выполняет весь расчет контура заземления, предлагает схему распределения и количество заземлителей, геометрические размеры всех элементов конструкции.
Здесь же предлагается возможность проведения дополнительной корректировки рассчитанных характеристик и выносится предупреждение о необходимости подтверждения предоставленных результатов лицензионными электротехническими лабораториями, допущенными к проектированию контуров заземлений.
Без этой проверки возможна ошибка в работе заземлителей, которая способна причинить большой материальный ущерб владельцу и нанести электротравмы рядом оказавшимся людям при возникновении аварийных ситуаций.
Внимание! Даже самый точный и правильно выполненный расчет не способен исключить ошибки монтажа и подключения контура заземления.
Их может выявить только лаборатория выполнением электрических измерений на своем специализированном оборудовании.
Как проверить качество смонтированного контура заземления
Правильность отвода опасных токов от здания можно узнать только двумя путями:
1. возникновением реальной аварийной ситуации и проверкой последствий ее прохождения;
2. электрическими измерениями.
Первый способ самый точный и действенный, но он не позволяет устранить неисправности и часто приводит к печальным последствиям при наличии ошибок. На практике применяют второй метод: привлечение специалистов подготовленных электрических подразделений.
Какие измерения выполняет лаборатория
Среди непосвященных людей часто возникает путаница с основными работами и терминами, выполняемых подобными организациями. Поэтому заострим внимание на их трактовке:
1. измерение сопротивления заземления;
2. проверка сопротивления заземления;
3. измерение сопротивления изоляции.
Как видим, все три вида работ очень похожи по названию, но они выполняются по разным технологиям, преследуя собственные, уникальные цели.
Предназначены выявить качество связей корпусов металлических приборов, к которым может прикоснуться человек, с потенциалом земли через заземлительное устройство. При этом измеряется электрическое сопротивление этого участка специальными приборами типа М416 или его современными аналогами различных модификаций.
Проверки сопротивления заземления используются для анализа состояния молниезащиты здания. Ее оценка проводится для определения сопротивления контура при наихудших условиях эксплуатации с целью определения степени износа всей конструкции и предоставления рекомендаций по ее восстановлению.
Для замера устанавливают штыри-электроды в нескольких точках местности и подают между ними и контуром разность потенциалов.
Подразумевают:
1. определения тангенса потерь диэлектрического слоя изоляции путем проведения испытаний повышенным напряжением;
2. замеры мегаомметром.
Все эти работы требуют специального дорогостоящего оборудования, которого у обычного электрика нет в пользовании.
Защита от статического электричества устанавливается в случаях работы оборудования из материалов, проводящих ток. Расчет контура заземления выполняется с учетом принятых стандартов.
[ Скрыть ]
Принципы и правила вычислений согласно ПУЭ
Перед рассчетом параметров заземления электрических проводников, а также их размеров, надо определить тип грунта. Рекомендуется использовать собранную установщиком информацию и постоянные значения, указанные в таблицах. При выполнении подсчетов нужно руководствоваться требованиями ГОСТа и Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).
Порядок расчета и исходные данные
Для определения допустимого вертикального или горизонтального заземления следует:
- Рассчитать контур.
- Подготовить заземляющие электроды и проводники.
- Воспользоваться формулами для расчета.
Определение оптимального контура защитного заземления
Для получения оптимального растекания напряжения подбирается форма контура. Устройство представляет собой прямую линию либо геометрическую фигуру.
Менее затратным вариантом при определении необходимого контура заземления будет использование линейной схемы, в соответствии с которой нужно только выкопать одну траншею.
В процессе эксплуатации показатели напряжения и формы растекания могут измениться, потому при расчетах используется поправочный коэффициент. Подходящим вариантом будет применение треугольной формы контура: монтаж электродных элементов выполняется по вершинам геометрической фигуры. Для частного домовладения достаточно будет использовать три электрода.
Алекс Жук подробно рассказал о вычислении параметров заземления, а также количества проводников и электродов.
Электроды и проводники - выбор и расчет
Вертикальные электродные элементы являются основными составляющими, которые учитываются при расчете контура заземления. Длина приспособлений определяется расстоянием между ними. Непосредственно от размера электродов зависит и величина сопротивления. Значение сечения определяется в соответствии с ПУЭ, в связи с этим необходимо создать максимально износостойкую систему.
При выборе нужных размеров нужно иметь ввиду, что чем бо́льшая часть электрода погружается в землю, тем более эффективным получится контур. Для увеличения метража повышается количество самих стержней или берутся элементы с более высокими показателями длины. Здесь потребитель выбирает самостоятельно, что ему сделать проще: установить много электродов в землю или забивать каждый из них максимально глубоко.
Правила выбора и расчета:
- Длина электродных элементов выбирается с учетом того, что заземляться они должны не менее, чем на 0,5 м (среднее значение сезонного промерзания грунта). Установка стержня ниже этого показателя обеспечит корректную работу всех электрических приборов независимо от погодных условий.
- Расстояние между вертикальными элементами. Показатель определяется конфигурацией контура, а также длиной составляющих.
Трехметровые электроды устанавливать сложнее. Оптимальным считается использование двухметровых элементов с небольшим отклонением в большую либо меньшую сторону.
Канал «Дни Решений» рассказал о теоретических особенностях определения параметров необходимого защитного заземления и нюансах создания контура.
Размеры материала для заземления
Подбор материалов начинается с расчета минимальной длины.
| Материал | Профиль сечения | Диаметр, мм | Площадь поперечного сечения, мм | Толщина стенки, мм |
| Черная сталь | Круглый | |||
| Для заземлителей вертикального типа | 16 | — | — | |
| Для горизонтальных устройств | 10 | — | — | |
| В форме прямоугольника | — | 100 | 4 | |
| В виде угла | — | 100 | 4 | |
| Трубный | 32 | — | 3,5 | |
| Оцинкованная сталь | Круглый | |||
| Для заземлителей вертикального класса | 12 | — | — | |
| Для горизонтальных элементов | 10 | — | — | |
| Для устройств с прямоугольным профилем | — | 75 | 3 | |
| Трубный | 25 | — | 2 | |
Формулы расчета
Для вычислений применяются формулы, исходя из характеристик заземлителя. Необходимо будет посчитать величину сопротивлений растекания тока, а также вертикального стержня.
Как определить сопротивление растеканию тока
Пример расчета приведен на изображении. Выбор формул зависит от расположения стержня электрода. Роль играет и вид логарифма.
Универсальная формула расчета сопротивления вертикального стержня
Обозначение символов:
- Рэкв — параметр эквивалентного сопротивления почвы, измеряющийся в Ом/м;
- d — диаметр изделия, мм;
- L — размер непосредственно стержня, измеряется в метрах;
- Т — значение расстояния от середины изделия до поверхности земли.
Таблицы вспомогательной информации для расчета заземления
Значение удельного сопротивления почвы зависит от степени влажности грунта. Для обеспечения максимальной стабильности заземлителя, а также предотвращения негативного воздействия погодных условий, его нужно установить на глубине 0,7 м.
Показатели для различных видов почвы.
Установку системы заземления необходимо производить так, чтобы стержень полностью проходил верхний слой почвы, а также часть нижнего. При этом надо учитывать сезонный климатический коэффициент.
Величина сопротивления грунта.
Расчет вертикальных заземлителей – таблица и формула
Расчет производится по формуле N=(R1*X)/R2. R2 представляет собой нормируемую величину сопротивления растекания тока электрода, который определяется стандартом ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации установок потребителя).
Нормы, которых следует придерживаться.
Формула расчета горизонтального проводника
Коэффициенты использования заземлителей.
| Горизонтальные | Вертикальные | ||||||
| Расположение по контуру | |||||||
| Количество | Сотношение расстояний между электродами и их длиной, м | Число элементов | Численность стержней и длина, м | ||||
| 1м | 2м | 3м | 1м | 2м | 3м | ||
| 4 | 0,45 | 0,55 | 0,65 | 4 | 0,69 | 0,78 | 0,85 |
| 5 | 0,4 | 0,48 | 0,64 | 6 | 0,62 | 0,73 | 0,8 |
| 8 | 0,36 | 0,43 | 0,6 | 10 | 0,55 | 0,69 | 0,76 |
| 10 | 0,34 | 0,4 | 0,56 | 20 | 0,47 | 0,64 | 0,71 |
| 20 | 0,27 | 0,32 | 0,45 | 40 | 0,41 | 0,58 | 0,67 |
| 30 | 0,24 | 0,3 | 0,41 | 60 | 0,39 | 0,55 | 0,65 |
| 50 | 0,21 | 0,28 | 0,37 | 100 | 0,36 | 0,52 | 0,62 |
| 70 | 0,2 | 0,26 | 0,35 | — | — | — | — |
| 100 | 0,19 | 0,24 | 0,33 | — | — | — | — |
| Размещение в один ряд | |||||||
| Количество | Соотношение расстояния и длины, м | Количество | Параметры соотношения расстояний между устройствами и их длиной, м | ||||
| 1м | 2м | 3м | 1м | 2м | 3м | ||
| 4 | 0,77 | 0,89 | 0,92 | 2 | 0,86 | 0,91 | 0,94 |
| 5 | 0,74 | 0,86 | 0,9 | 3 | 0,78 | 0,87 | 0,91 |
| 8 | 0,67 | 0,79 | 0,85 | 5 | 0,7 | 0,81 | 0,87 |
| 10 | 0,62 | 0,75 | 0,82 | 10 | 0,59 | 0,75 | 0,81 |
| 20 | 0,42 | 0,56 | 0,68 | 15 | 0,54 | 0,71 | 0,78 |
| 30 | 0,31 | 0,46 | 0,58 | 20 | 0,49 | 0,68 | 0,77 |
| 50 | 0,21 | 0,36 | 0,49 | — | — | — | — |
| 65 | 0,2 | 0,34 | 0,47 | — | — | — | — |
Канал «Не только СТРОЙКА» рассказал о методике ведения расчетов параметров заземления с помощью специальной программы индивидуально для каждого жилого дома.
Пример расчета контура заземления
Для изготовления заземлителя обычно используется металлический уголок длиной 2,5-3 метра и размером 50х50 мм. При установке расстояние между элементами должно соответствовать их длине, или 2,5-3 метра. Показатель сопротивления для глиняного грунта будет 60 Ом*м. Согласно таблице климатических зон, значение сезонности для средней полосы составит около 1,45. Сопротивление будет равно: 60*1,45=87 Ом*м.
Пошаговый алгоритм монтажа заземления:
- Выкопать возле дома траншею по контуру глубиной 0,5 м.
- Забить в ее дно металлический уголок. Габариты его полки подобрать с учетом условного диаметра электродного элемента, который вычисляется по формуле d=0.95*p=0.995*0.05=87 Ом*м.
- Определить глубину залегания средней точки уголка: h=0.5*l+t=0,5*2,5*0,5=1,75 м.
- Подставить данное значение в ранее описанную формулу для расчета величины сопротивления одного заземлителя. Полученный параметр в итоге составит 27,58 Ом.
Необходимое число электродов можно определить по формуле N=R1/(Kисп*Rнорм). В результате получится 7. Изначально в качестве Кисп применяется цифра 1. В соответствии с табличными данными, для семи заземлительных устройств значение составит 0,59. Подставив полученную величину в формулу расчета, получаем результат: для дачного участка необходимо использовать 12 электродных элементов.
Соответственно, производится новый перерасчет с учетом этого параметра. Кисп по таблице теперь составит 0,54. Если использовать это значение в формуле, то в результате получится 13 штук. Тогда величина сопротивления электродов будет равна 4 Ома.
Расчет заземляющего устройства в режиме онлайн
Ускорить расчетный процесс помогает применение онлайн-калькулятора.
Алгоритм работы:
- Вычислить удельное сопротивление грунта ρ (1), учитывая его неоднородность. Для этого выбирать состав верхнего и нижнего слоя земли. Калькулятор сам подбирает необходимые значения для ρ1 и ρ2.
- Указать климатическую зону (коэффициент k1) и ввести остальные параметры. R1 (2) и R2 (3) определяют сопротивление заземлителей — горизонтального и вертикального.
- Провести расчет R (4) на основании полученных результатов.
- Ознакомиться с итогом.
Рекомендуется проверить, соответствует ли нормам (ПУЭ 1.7.101) сопротивление заземляющих устройств. Если оно превышает допустимое значение, надо изменить исходные параметры. В частности, уменьшить или увеличить количество вертикальных заземлителей.
В современном мире, мы не представляет свою жизнь без использования электричества. Оно вокруг нас повсюду и именно оно позволило человечеству перейти на совершенно новый уровень развития. Переоценить его важность невозможно, однако при всех своих положительных качествах, за своей безобидностью и простотой, скрывается колоссальная энергия, которая представляет смертельную опасность.
Для того чтобы обезопасить помещения, где постоянно находятся люди, было создано специальное устройство - заземлитель. Это набор проводников, которые предназначены для отвода электрической энергии от приборов к грунту, тем самым исключая поражение током человека. Он состоит из заземлителей (горизонтальных и вертикальных стержней) и заземляющих проводников.
Наш сервис предлагает вам выполнить расчет заземления с помощью удобного онлайн-калькулятора. На основании типа грунта, климатической зоны и видов заземлителей, программа предоставит результат по сопротивлению отдельных стержней, а также общему сопротивлению на растекание. Мы работаем только по последним актуальным данным, в качестве источников использовались:
- правила устройства электроустановок;
- нормы устройства сетей заземления;
- заземляющие устройства электроустановок - Карякин Р. Н.;
- справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования - Барыбина Ю. Г.;
- справочник по электроснабжению промышленных предприятий - Федорова А. А. и Сербиновского Г. В.
Калькулятор расчета заземления
Для того чтобы упростить расчеты, мы предлагаем вам воспользоваться простым и точным калькулятором расчета заземления.
Наш онлайн-калькулятор расчета заземления учитывает все поправочные коэффициенты и работает на основании приведенных формул. Для того чтобы выполнить надежный расчет, вам необходимо заполнить поля программы правильно.
- Грунт . Укажите верхний и нижний слой грунта, а также глубину.
- Климатический коэффициент. Поправка в расчетах на основании климатической зоны:
- I зона — от -20 до -15°С (Январь); от +16 до +18°С (Июль);
- II зона — от -14 до -10°С (Январь); от +18 до +22°С (Июль);
- III зона — от -10 до 0°С (Январь); от +22 до +24°С (Июль);
- IV зона — от 0 до +5°С (Январь); от +24 до +26°С (Июль);
- Вертикальные заземлители. Количество вертикальных заземлителей (предполагаем любой число, по умолчанию 5), их длина и диаметр.
- Горизонтальные заземлители. Глубина заложения горизонтальной полосы, ширина полки и длина стержня (берется из расчета 1:3, 1:2 или 1:1 к длине вертикального заземлителя - чем больше, тем лучше).
- удельное электрическое сопротивление грунта;
- сопротивление одиночного вертикального заземлителя;
- длина горизонтального заземлителя;
- сопротивление горизонтального заземлителя;
- общее сопротивление растеканию электрического тока.
Последний параметр является определяющим . Следите, чтобы нормативное сопротивление (2 Ом — для 380 вольт; 4 Ом — для 220 вольт; 8 Ом — для 127 вольт) в электрических сетях было всегда больше, чем расчетное.
Пример расчета заземления на калькуляторе
Предположим, что наш дом расположен на черноземных почвах с толщиной пласта 0,5 м. Мы живем на юге России в четвертой климатической зоне. Предположительно, в качестве заземлителей будут использоваться 5 вертикальных электродов диаметром 0,025 м и длиной 2 м, горизонтальные стержни на глубине 0,5 м - длиной 2 м с шириной полки 0,05 м.
Тогда, перенеся все значения в калькулятор расчета заземления мы получим общее сопротивление на растекание равное 4,134 Ома.
Если в нашем частном доме однофазная сеть с напряжением в 220 Вт, то это значение недопустимо, так как этого заземления будет недостаточно .
Добавим еще один вертикальный электрод и получим значение 3,568 Ом. Это величина нам вполне подходит, а значит такое заземление гарантировано защитит вашу постройку и ее обитателей.
Если вы получаете значение близкое к критическому, то лучше увеличить количество или размер электродов. Помните, что расчет контура заземления крайне важен для безопасности!
Как рассчитать заземление в частном доме вручную
Как вы уже поняли, основной параметр, который необходимо рассчитать - это общее сопротивление на растекание, т.е. нужно подобрать такую конфигурацию электродов, чтобы сопротивление заземляющего устройства, не превышало нормативное. Согласно положениям правил устройств электроустановок (ПЭУ), необходимо соблюдать определенные максимумы для токов:
- 2 Ом — для 380 вольт;
- 4 Ом — для 220 вольт;
- 8 Ом — для 127 вольт.
Правильный расчет начинается с подсчета оптимального размера и количества стержней. Для того чтобы сделать это вручную, легче всего воспользоваться упрощенными формулами, приведенными ниже.
- R o - сопротивление стержня, Ом;
- L - длина электрода, м;
- d - диаметр электрода, м;
- T - расстояние от середины электрода до поверхности, м;
- p экв - сопротивление грунта, Ом;
- ln — натуральный логарифм;
- π — константа (3,14).
- R н - нормируемое сопротивление заземляющего устройства (2, 4 или 8 Ом).
- ψ - поправочный климатический коэффициент сопротивления грунта (1,3, 1,45, 1,7, 1,9, в зависимости от зоны).
Также очень важно, чтобы при выборе глубины залегания и длины заземляющих стержней, нижний конец проходил ниже уровня промерзания, так как при отрицательных температурах резко возрастает сопротивление грунта, и возникают определенные сложности.
Контур заземления необходим для защиты людей от поражения электрическим током. Для молниезащиты создается собственное заземляющее устройство, не связанное с защитным контуром заземления. Для правильной их постройки требуется расчет.
Заземляющее устройство (ЗУ) имеет параметр, называемый сопротивлением растекания или просто – сопротивлением. Оно показывает, насколько хорошим проводником электрического тока является данное ЗУ. Для электроустановок с линейным напряжением 380 В сопротивление растекания ЗУ не должно быть более 30 Ом, на трансформаторных подстанциях – 4 Ом. Для контуров заземления медицинской техники и оборудования видеонаблюдения, серверных комнат, норма устанавливается индивидуально и составляет от 0,5 до 1 Ом.
Задача расчета заземляющего устройства – определение количества и расположения вертикальных и горизонтальных заземлителей, достаточного для получения требуемого сопротивления.
Определение удельного сопротивления грунта
На результаты расчетов ЗУ оказывает существенное влияние характеристика грунта в месте его постройки, называемая удельным сопротивлением (⍴). Для каждого из видов грунта существует расчетное значение, указанное в таблице.
На сопротивление грунта оказывают влияние влажность и температура. Зимой при максимальном промерзании и летом в засуху удельное сопротивление достигает максимальных значений. Для учета влияния погодных условий к величине ⍴ вводятся поправки для климатической зоны.
Если есть возможность, перед расчетами производят измерение удельного сопротивления.
Виды заземлителей и расчет их сопротивления
Заземлители бывают естественными и искусственными, и для создания заземляющего устройства используются и те, и другие. Рассчитать влияние естественных заземлителей (железобетонных фундаментов, свай) на величину сопротивления растекания сложно, это проще сделать методом измерений на месте. Сопротивление естественных заземлителей длиной более 100 м можно узнать из таблицы.
Если значение ⍴ отличается от 100 Ом∙м, значение R умножается на соотношение ⍴/100.
В качестве искусственных заземлителей используются арматура, трубы, угловая или полосовая сталь. Сопротивление каждого из них рассчитывается по собственной формуле, указанной в таблице.
Вид заземлителя | Расчетная формула |
| Вертикальный электрод из круглой арматурной стали или трубы. Верхний конец ниже уровня земли. | 
|
| Вертикальный электрод из угловой стали. Верхний конец ниже уровня земли | 
|
| Вертикальный электрод их круглой арматурной стали или трубы. Верхний конец над уровнем земли | 
|
| Горизонтальный электрод из полосовой стали | 
|
| Горизонтальный электрод из круглой арматурной стали или трубы | 
|
| Электрод из пластины (уложена вертикально) | 
|
| Вертикальный электрод из круглой арматурной или угловой стали | |
| Горизонтальный электрод из круглой арматурной или полосовой стали | 
|
Значения переменных в формулах:
Теперь рассчитывается суммарное сопротивление штырей искусственных заземлителей:
Вычисляем сопротивление проводника, соединяющего вертикальные заземлители по формуле:
И полное сопротивление заземляющего устройства.
Если рассчитанное сопротивление контура заземления оказалось недостаточным, увеличиваем количество вертикальных заземлителей или изменяем их вид. Повторяем расчет до получения требуемого значения сопротивления.
Для обеспечения безопасности эксплуатации электрооборудования производят расчет заземляющих устройств уже на стадии проектирования. Электроустановки напряжением до 1000 В при изолированной нейтрали и мощности трансформатора более 100 кВА должны иметь сопротивление защитного заземления не более 4 Ом. При мощности
Рис. 1. Схема контурного заземления электрооборудования:
1 – электрооборудование; 2 – здание; 3 – внутренний заземляющий контур; 4, 5 – заземляющие проводники; 6 – заземляющий магистральный проводник; 7 – заземлитель
Рис. 2. Схема выносного очагового заземления
электрооборудования:
Рис. 3. Схема выносного заземления электрооборудования при расположении электродов в ряд:
1 – электрооборудование; 2 – здание; 3 – внутренний заземляющий контур; 4, 5 – заземляющие проводники; 6 – заземлитель
трансформатора менее 100 кВА сопротивление заземления не должно превышать 10 Ом.
Сопротивление заземлителей растеканию тока зависит от их числа, размеров, удельного сопротивления грунта. Сопротивление одиночного стержневого заземлителя (электрода) определяется по формуле, Ом
(1)
где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м; d – диаметр стержневого заземлителя, м; l – длина стержневого заземлителя, м; h – глубина размещения заземлителя, м
h = 0,5l + h 0 , (2)
где h 0 – расстояние от поверхности грунта до начала одиночного заземлителя, от 0,5 до 0,8 м.
Для заземлителей из угловой стали предварительно определяют эквивалентный диаметр по формуле
где С – ширина полок уголка, м.
Необходимые для расчета значения удельных сопротивлений грунтов приведены в табл. 1.
Таблица 1
|
Вид грунта |
Пределы колебаний величины удельных сопротивлений грунтов, Ом·м |
расчетов удельные сопротивления грунтов, Ом·м |
|
Суглинок | ||
|
Садовая земля | ||
|
Чернозем | ||
|
Речная вода | ||
|
40000 – 45000 | ||
Количество стержневых заземлителей, необходимых для достижения нормативного сопротивления заземляющего устройства, определяется по формуле
где R D – допустимое (нормативное) сопротивление заземления, Ом; η C – коэффициент сезонности; η I – коэффициент использования (экранирования) в вертикальных заземлителях.
Забитые электроды соединяются металлической полосой сечением не менее 48 мм 2 . Длина полосы для контура равна
L n = 1,05a(N – 1), (5)
а при расположении электродов в ряд
где a – расстояние между электродами, м; N – число электродов, шт.
Численные значения коэффициента сезонности в основном определяются колебанием влажности почвы в течение года и заданы в табл. 2.
Таблица 2
|
Глубина размещения (заложения), м |
|||||
|
Сентябрь | |||||
Численные значения коэффициента использования (экранирования) для вертикальных заземлителей (электродов) при их размещении по контуру и в ряд (выносная схема) приведены в табл. 3.
Таблица 3
|
заземлителей |
Отношение расстояния между электродами к их длине |
|||||
|
размещение в ряд |
размещение по контуру |
|||||
Сопротивление растеканию электрического тока соединяющей полосы, уложенной в земле, определяется по формуле, Ом
где L – длина полосы, м; b – ширина полосы, м; h – глубина заложения полосы от поверхности земли, м.
Результирующее сопротивление растеканию электрического тока всего заземляющего устройства определяется по формуле
где η p – коэффициент использования (экранирования) горизонтальной соединительной полосы.
Численные значения коэффициента использования горизонтального полосового электрода в зависимости от числа вертикальных электродов, соединяемых им, приведены в табл. 4.
Таблица 4
|
Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине |
Число вертикальных электродов |
||||||
|
размещение в ряд |
|||||||
|
размещение по контуру |
|||||||
