В последнее время появилось множество полезных электроприборов, которые делают нашу жизнь максимально комфортной. Например, если в ваш загородный особняк не проведён газ, то отапливать помещения можно с помощью керамических обогревателей, еду готовить на электроплите, а для подогрева воды установить бойлер. Но чем больше вы используете приборов, тем выше вероятность поражения током при контакте с ними. Чтобы обезопасить свою жизнедеятельность, надо сделать заземление устройств, работающих от сети. В отличие от многоэтажных зданий выполнение этой меры электробезопасности в частном доме не составляет особых трудностей. Поэтому сегодня мы расскажем об устройстве заземления, приведём его расчёт и пошаговую инструкцию по установке.
Назначение защитного заземления
При пробое изоляции питающего провода на металлическом корпусе незаземлённого прибора появляется потенциал. Если дотронуться к такому устройству, то можно получить удар током. В лучшем случае вас немного «пощипает», а в худшем – получите серьёзные травмы, несовместимые с жизнью.
Почему же человек попадает под напряжение? Ток идёт по пути наименьшего сопротивления. А стремится он в землю, поскольку она имеет большую электроёмкость. Поэтому при контакте с неисправным прибором ваше тело (имеющее сопротивление порядка 1 кОм) становится единственным проводником. Но что, если «предложить» току более лёгкий путь, соединив корпус оборудования с землёй металлическим проводником меньшего сопротивления? В этом случае большая часть заряда пойдёт уже по нему.
Помимо обеспечения безопасности, заземление позволяет:
- стабилизировать работу электроустановок;
- защитить устройства от скачков напряжения;
- уменьшить сетевые помехи, а также интенсивность электромагнитных излучений повышенной частоты.
Важно: Заземлять нужно всех потребителей, работающих от сетей напряжением более 42 В переменного и 110 В постоянного тока.
Устройство
Контур заземления состоит из двух элементов: самого заземлителя и проводников. Последними называют любые части устройства, которые соединяют электрооборудование с контуром. Как правило, это кабеля с жёлто-зелёной изоляцией и шина, расположенная в распределительном щите (РЩ). К заземлителю относятся электроды и другие элементы цепи, непосредственно контактирующие с грунтом и обеспечивающие растекание электрического заряда.
Заземлители бывают естественными и искусственными. В первом случае роль заземляющего устройства выполняют заглублённые части строительных конструкций зданий, а во втором специально сделанный проводник. Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ), предпочтение нужно отдавать естественным заземлителям. Например, в частном доме это может быть:
- обсадная труба скважины;
- металлические трубопроводы;
- броня силовых кабелей;
- всевозможные металлические конструкции на улице, к примеру, забор;
- заглублённые железобетонные части постройки (колоны и фундаменты).
Если сопротивление естественных заземлителей меньше установленных норм, то разрешено применять искусственные. Именно о них сегодня и пойдёт речь.
Как правильно рассчитать
В первую очередь следует определить проводимость заземлителя. То есть надо выбрать электрод так, чтобы сопротивление контура было в пределах нормы. Согласно положениям ПУЭ, максимальные значения сопротивления растеканию заземлителей следующие:
- 2 Ом – для линейного напряжения 660/380 В источника трёхфазного/однофазного тока;
- 4 Ом – для 380/220 В;
- 8 Ом – для 220/127 В.
Проводимость защитной конструкции зависит от площади её контакта с землёй, а также удельного сопротивления грунта. Чем больше размеры штырей (электродов), тем больше площадь их поверхности и, следовательно, выше проводимость и эффективность контура. При этом для достижения хороших характеристик заземляющего устройства правильнее увеличивать длину электродов, а не поперечное сечение. Это очень актуально при создании контура в твёрдых почвах, таких как песчаник, скалистый грунт и прочих.
Так, для определения проводимости одного электрода круглого сечения используется следующая формула:
R1 = ρ(ln(2L/d) + 0,5ln(4T+L)/(4T-L))/2ПL,
где d и L – диаметр и длина электрода, T – половина глубины заложения штыря, ln – натуральный логарифм, П – постоянная (3,14), ρ – удельное сопротивление грунта (Ом×м).
Удельное сопротивление грунта также является важным параметром. Чем он больше, тем хуже будет проводимость контура заземления. Величину удельного сопротивления для определённого типа грунта можно узнать в общедоступных таблицах.
Это интересно: С наступлением холодов сопротивление земли резко увеличивается. Причиной тому становится замёрзшая вода, ведь лёд является диэлектриком. Поэтому в областях с вечномёрзлыми грунтами глубина заложения заземлителей должна быть больше, чем в широтах с более тёплым климатом.
При монтаже контура заземления, состоящего из нескольких электродов, расчёт немного меняется. Сначала определяется сопротивление каждого отдельного штыря по вышеуказанной формуле. Потом полученные показатели суммируются с учётом так называемого «коэффициента использования». Расчётная формула здесь такая:
R = R1/(KN), где R – общее сопротивление контура, N – количество электродов, К – коэффициент использования, R1 – сопротивление одного штыря.
Величина К зависит от расстояния между электродами. Причём чем дальше друг от друга расположены штыри, тем больше будет этот коэффициент. Электрики же рекомендуют располагать электроды на расстоянии в 2,2 от их длины. В этом случае К может принимать следующие значения:
- при использовании двух электродов – 0,9–0,92;
- трёх – 0,85–0,88;
- пяти – 0,79–0,83.
Для определения глубины заложения стержней нужно воспользоваться формулой:
N = R1/KR, где R – полученное ранее проектное сопротивление контура, R1 – сопротивление одного штыря, К – коэффициент использования.
Что касается горизонтальных частей, соединяющих штыри в один контур заземления, то их проводимость здесь не рассчитана
Выбор схемы контура для частного дома
Существует много схем контуров заземления и самая популярная из них – это расположение электродов треугольником (замкнутая схема). Штыри вбивают в землю в трёх вершинах равносторонней фигуры и поверху соединяют между собой горизонтальной полосой. Главное достоинство такой схемы заключается в том, что при неисправности одного из заземлителей контур будет продолжать функционировать.
Штыри можно вбить и в один ряд (линейная схема). Этот вариант используется в том случае, если для монтажа заземления выделена одна узкая полоса земли. Колы соединяются между собой одной или двумя металлическими шинами. С одной стороны, монтаж этой схемы выполнить гораздо проще, так как не нужно рыть три траншеи. Однако такая вариация контура является менее надёжной. Дело в том, что при выходе из строя хотя бы одной горизонтальной перемычки эффективность работы всей системы резко ухудшается.
Выбор остаётся за вами, но из двух вышеуказанных схем лучше отдать предпочтение замкнутой конфигурации контура заземления. Если же вы решите делать заземления по линейной схеме, то добавьте несколько электродов и горизонтальных полос. Это повысит надёжность контура.
Материалы и инструменты для самостоятельного изготовления
Выполнив расчёт и выбрав схему контура заземления, можно перейти к покупке материалов. Для создания констуркции своими руками понадобятся:
- пруты из чёрной стали диаметром 16 миллиметров или более – вертикальные электроды;
- стальная полоса (шина) сечением 5×40 миллиметров – горизонтальный заземлитель;
- медный провод с сечением минимум 10 квадратных миллиметров – соединение контура с распределительным щитом;
- болты диаметром 10 мм;
- чёрная краска для наружных работ или мастика.
Важно: Строительная арматура не подходит для использования в качестве стержней заземления. Дело в том, что наружный слой таких прутьев калёный, поэтому электрический ток распределяется по сечению неравномерно. А это, в свою очередь, приводит к разрушению металла. Кроме того, арматура подвержена коррозии.
Количество и размеры материалов выбираются в соответствии с расчётными данными.
Помимо этого, нам понадобятся следующие инструменты и оборудование:
- лопата (разработка грунта);
- сварочный аппарат (соединение элементов контура);
- болгарка (обрезка материалов);
- плоскогубцы (загиб горизонтальной полосы);
- кувалда и перфоратор желательно со специальной насадкой под прутья (забивка вертикальных электродов).
Ход работы (с фото)
Выбор места и разработка грунта
В первую очередь надо выбрать место, где будет располагаться контур заземления. Чтобы максимально сократить объём работ и расход материалов, монтаж заземляющего устройства следует выполнять рядом с домом здания.
После выбора места выполняются земляные работы. Берём лопату и копаем траншеи. В нашем случае их будет три, то есть делаем контур по схеме «равносторонний треугольник». Глубина и ширина траншеи должны быть более полуметра, а длина – соответствовать расчёту. Также необходимо прокопать выемку от ближайшей вершины треугольника к силовому щиту.
Сборка контура заземления
- Сначала подготавливаем вертикальные заземлители. Нарезаем их при помощи болгарки в соответствии с расчётными данными. Затем концы штырей стачиваем под конус. Делается это для того, чтобы электрод легче входил в землю.
- Затем нарезаем стальную полосу. Длина каждого отрезка должна быть чуть больше стороны треугольника (примерно на 20–30 сантиметров). Концы полос желательно заранее обогнуть плоскогубцами для плотного контакта со штырями при проведении сварочных работ.
- Берём подготовленные штыри и забиваем их в вершинах треугольника. Если земля песчаная и электроды легко заходят, то можно обойтись кувалдой. Но если плотность грунта большая или часто попадаются камни, то придётся использовать мощный перфоратор или даже бурить скважины. Стержни забиваем так, чтобы они выступали над основанием траншеи примерно на 20-30 сантиметров.
- Далее берём металлическую полосу 40×5 миллиметров и прихватываем её сваркой к штырям. В итоге у вас получится контур в виде равностороннего треугольника.
- Теперь делаем подвод контура к зданию. Для этого также используем полосу. Её нужно вывести и зафиксировать у стены (по возможности вблизи распределительного щита).
Полезный совет: Защитите сварочные швы от коррозии. Покрасьте места соединений элементов контура и вывод шины у здания чёрной краской для наружных работ. Остальные части заземляющего устройства закрашивать нельзя!
После монтажа контура защитного заземления дома засыпаем траншеи однородным грунтом без строительного мусора и щебня. Рекомендуется для этих целей применять плотные однородные мелкозернистые составы.
Видео-инструкция по монтажу контура заземления
Соединение со щитом
Чтобы подключить контур к электрощиту, нужно использовать медный провод сечением 10 квадратных миллиметров. Один его конец прикрутите к выводу заземлителя, а другой заведите в здание и прикрутите к силовому щиту. Кстати, если РЩ расположен в доме, то для заведения заземления можно использовать ту же полосу, а болтовой переход выполнить уже внутри помещения.
Здесь также стоит обратить внимание на схему подключения контура к щитку. В частных домах электропитание зачастую осуществляется воздушными линиями (ВЛ) по системе заземления TN–C. В этой схеме нейтраль от источника и защитный проводник объединены. То есть к щитку подходит фазный провод (L) и совмещённый «ноль» и «земля» (PEN-проводник). Поэтому, при подключении контура к электроустановке систему TN–C нужно переделать на TN–C–S, в которой PEN проводник разделён на нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники. В этом случае к потребителю будут приходить уже три провода: «фаза», отдельно «ноль» и «земля».
Но как же подключить дом к заземляющему устройству по системе TN–C–S? Делается это довольно просто. Чтобы получить трёхжильную электропроводку с отдельным защитным проводником нужно в РЩ выполнить следующие действия:
- Установите в щитке металлическую шину (её можно приобрести в любом магазине электротоваров). Затем соедините её медным проводом с корпусом РЩ. Это будет заземляющая шина РЕ.
- Подключаем к шине РЕ совмещённый РЕN проводник, идущий от источника питания.
- Затем делаем перемычку между заземляющей шиной и нулевым рабочим проводником N, шина которого должна быть изолирована от распределительного щита.
- В конце подключаем фазный провод на отдельную шину, которая также не связана с корпусом РЩ.
Подключить здание к контуру можно и другим способом – по системе ТТ. В этом случае не нужно ничего разделять. Фазный провод подключается к изолированной шине, а совмещённый PEN проводник от источника питания садится на вторую отдельную шину и считается «нулём». Ну а корпус щита соединяется с заземляющим устройством. Таким образом, при подключении контура по схеме ТТ, он электрически не связывается с PEN проводником. Единственным недостатком такого подключения является необходимость установки дополнительных защитных устройств, например, УЗО.
Измерение сопротивления заземления
После монтажа и подключения контура нужно обязательно проверить, защитит ли он вас от поражения электрическим током. Для этого следует провести измерения сопротивления растекания тока и металлосвязи.
Как отмечалось ранее, в соответствии с ПУЭ 1.7.101 сопротивление заземляющего устройства в любое время года не должно превышать 2, 4, 8 Ом при линейных напряжениях 660, 380, и 220 В источника трёхфазного тока либо 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. Чтобы измерить сопротивление контура, нужен специальный прибор Ф4103-М1. Стоит он дорого, поэтому покупать его нет смысла. Гораздо проще пригласить сотрудников из энергоуправления или электролаборатории, которые снимут замеры и выдадут паспорт и протокол на заземляющее устройство. Если сопротивление контура будет превышать норму, то придётся забивать дополнительные штыри.
Измерение сопротивления металлосвязи позволяет определить наличие цепи между заземлительными и заземляющими элементами. Этот параметр измеряется микроомметром Ф4104-М1. В соответствии с ПТЭЭП п. 28.5, переходное сопротивление не должно быть более 0,05 Ом. Если сопротивление металлосвязи будет выше нормы, то придётся проверить все болтовые и сварочные соединения элементов контура.
Что касается периодичности проверки состояния заземляющих устройств, то она определяется графиком планово-профилактических работ. Его утверждает техничский руководитель потребителя. В соответствии с п. 2.7.9. ПТЭЭП, визуальный осмотр наружных частей заземлителей нужно проводить не реже чем раз в полгода. А осмотр с выборочным вскрытием земли – раз в 12 лет.
Важно: Сопротивление контура должно быть ниже нормы круглый год, поэтому заземлитель желательно проверять при засухе или заморозках (когда удельное сопротивление грунта увеличивается).
Самые распространённые ошибки при выполнении работ
Ошибки, которые нельзя допускать при обустройстве контура защитного заземления в частном доме:
- Если вы решили обратиться за помощью к монтажникам, то нужно убедиться в том, что они используют только подходящие материалы. Дело в том, что многие организации стараются сэкономить на электродах и вкапывают в землю штыри с малой проводимостью, например, ржавую арматуру. А это, как вы уже знаете, сильно ухудшает защитные свойства контура либо вовсе делает его бесполезным.
- Устройство заземления на большом расстоянии от постройки. Контур не представляет опасности для человека, поэтому его следует устанавливать поближе к дому. И желательно, чтобы заземлитель располагался в самом влажном месте. Ведь вода улучшает проводимость, что приводит к более быстрому замыканию цепи и мгновенному срабатыванию защитной аппаратуры.
- Соединение контура заземления с молниезащитой. Если в вашем распределительном щите не установлено устройство УЗИП, которое размыкает цепь в случае прихода сверхзаряда, то большой ток от молниеприёмника может вывести из строя электрооборудование или сам РЩ.
Контур защитного заземления – обязательная мера безопасности при использовании электрических приборов в частном доме. Если вы решили делать заземление самостоятельно, то выполняйте все работы в соответствии с вышеуказанными правилами и рекомендациями. При этом не забывайте о технике безопасности при работе со сваркой и энергоустановками.
postroika.biz
Вкратце о том, зачем нужно заземление
Вообще-то все проводники изолированы, но материал может повредиться. Поэтому бытовая техника может внезапно оказаться под напряжением. Иногда происходит утечка тока. Люди ощущают это пощипыванием. Поэтому для электрооборудования нужен еще один проводник, третий, который соединяет поверхность с заземлением. Тогда ток уйдет в землю.
Если в доме нет заземления, то оборудование может стать угрозой.
Требования, предъявляемые к заземлению
Заземляющая цепь должна обеспечить такое сопротивление, которое в частных домах обычно не должно превышать 4 Ом. На всем расстоянии третьего провода плохих соединений, разных выключателей, а также их разъединителей не должно быть. Нельзя защищать материал, которым обустраивают контур заземления, от коррозии. То есть на нем не должно быть грунтовки, краски. Соединять контур нужно только при помощи сварного шва — кругового. Все жилы должны быть сделаны из меди.
Виды заземлителей
Прежде чем сделать расчет заземления частного дома, нужно знать, что оно бывает вертикальным, также горизонтальным. При этом первый вид используют только тогда, когда электроэнергия не превышает по своему объему 15 киловатт.
Заземление может быть естественным или искусственным. В первом случае используются металлические трубы. Иногда применяют арматуру бетонного фундамента.
Заземление и ГОСТ
Расчет заземления имеет некоторые особенности. Например, устройство для заземления должно иметь постоянное сопротивление не более чем 0, 5 ом. Расчет нужно сделать тогда, когда делают проект дома. Если в помещении будут пользоваться током, у которого постоянное напряжение будет больше, чем 120 Ватт, обязательно делать заземление. Если же напряжение будет ниже, то расчет заземления ГОСТ нужно делать только в тех комнатах, где будет повышенная опасность. Если же установка располагается незащищенная крышей, то ее нужно обязательно заземлить. Если используется машина, то заземляется она в том случае, если в помещении будет большая влажность.
Как сделать расчет системы заземления
Расчет заземления частного дома начинается с того, что нужно посчитать металлические стержни, которые нужны для определенных параметров. Сначала нужно рассчитать, какое сопротивление имеет 1 стержень. Это измеряется или рассчитывается. Но сначала нужно выбрать правильное место. При этом учитывают расстояние. Электрод должен углубляться на высоту полтора метра. Стержни должны отделяться на полтора метра.
Учитывая подобные расстояние, делают расчет. Тогда материалы можно будет сократить, а также другие виды хозяйственной деятельности можно будет спокойно делать. Важно понимать, что точного расчета не будет. Если вы хотите сделать все, как надо, приглашайте специалистов или обращайтесь к специальным программам. Формула достаточно сложная. Нужно учитывать, что щит и заземление должна соединять металлическая полоса.
Сначала надо выкопать траншею, потом приваривают контур полосе, полосу затягивают к заземлению, потом соединяют заземление и щит при помощи медной жилы.
Ни в коем случае не покрывайте никакими лаками и составами из них, любой элемент схемы. Категорически запрещено подключать к заземлению так называемый нулевой провод. Воспрещается присоединять металлические трубопроводы, которые идут от коммуникации, к проводникам. Лучше всего составить схему, хотя бы временную.
Чтобы определить сопротивление конкретного стержня, используют формулу: R = U / I
U — это напряжение, его измеряют при помощи вольтметра. I — это сила тока, его измеряют при помощи амперметра.
Если по каким-то причинам замеры нельзя воспроизвести, то можно использовать формулу. Но она очень сложная.
L- это длина стержня, она измеряется в метрах. d- это диаметр стержня, он тоже изменяется в метрах. T- это так называемая геометрическая середины стержня. Она представляет собой расстояние от середины стержня до поверхности грунта.
Рэкв- это удельное сопротивление грунта. Оно известно для разных видов грунтов.
| Грунт | Сопротивление минимум | Сопротивление максимум |
| Глина | 55 | 65 |
| Гумус | 45 | 55 |
| Лёсовое отложение | 15 | 25 |
| Песчаник, грунтовые воды более 5 м глубиной | 1000 | |
| Песчаник, грунтовые воды менее 5 м глубиной | 500 | |
| Песчано-глинистый | 140 | 160 |
| Суглинок | 55 | 65 |
| Торфяник | 15 | 25 |
| Чернозём | 45 | 55 |
Теперь рассчитываем сопротивление:
Rн- нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.
ψ — сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта. Для России в средней полосе равен 1,7.
Пример расчета
Теперь сделаем расчет заземления, пример такой: имеется частный дом, в нем электричество с одной фазой. Сопротивление растеканию равно 4 ОМ. Располагается дом на черноземье. Чтобы создать систему заземления, были взяты трубы из стали. У них длина 160 см, а диаметр 32. Подставляем все это в формулу.
Рассчитываем, сколько нужно заземлителей. При этом полученной число нужно округлить в большую сторону.
Как рассчитать заземление кабелей
Расчет заземления кабелей можно провести по следующей формуле:
Rтр – у каждой опоры ЛЭП есть трос. Здесь указано сопротивление одной из них, в Ом.
Rоп – это сопротивление, которое оказывает растекающийся ток опоры, тоже в Ом.
kapremont24.ru
Расчёт заземляющего устройства
Расчёт заключается в определении Rз. Для этого необходимо знать удельное сопротивление грунта ρ, измеряемое в Ом*м. За основу принимают его средние значения, которые сводят в таблицу.
Определение удельного сопротивления грунта
| Грунт | Удельное сопротивление р, Ом*м | Грунт | Удельное сопротивление р, Ом*м |
|---|---|---|---|
| Песок при глубине залегания вод менее 5 м | 500 | Садовая земля | 40 |
| Песок при глубине залегания вод менее 6 и 10 м | 1000 | Чернозем | 50 |
| Супесь водонасыщенная (текучая) | 40 | Кокс | 3 |
| Супесь водонасыщенная влажная (пластинчатая) | 150 | Гранит | 1100 |
| Супесь водонасыщенная слабовлажная (твердая) | 300 | Каменный уголь | 130 |
| Глина пластичная | 20 | Мел | 60 |
| Глина полутвердая | 60 | Суглинок влажный | 30 |
| Суглинок | 100 | Мергель глинистый | 50 |
| Торф | 20 | Известняк пористый | 180 |
Из приведённых в таблице значений видно, что значение ρ зависит не только от состава грунта, но и от влажности.
Кроме того, табличные величины удельных сопротивлений умножают на коэффициент сезонности Kм, учитывающий промерзание грунта. В зависимости от низшей температуры (0С) его значения могут быть следующими:
- от 0 до +5 — Kм =1,3/1,8;
- от -10 до 0 — Kм =1,5/2,3;
- от -15 до -10 — Kм =1,7/4,0;
- от -20 до -15 — Kм =1,9/5,8.
Значения коэффициента Kм зависят от способа заложения заземлителей. В числителе приведены его значения при вертикальном погружении заземлителей (с заложением вершин на глубине 0,5-0,7 м), а в знаменателе – при горизонтальном расположении (на глубине 0,3-0,8 м).
Когда проводятся ориентировочные расчёты, для одиночного вертикально заземлителя Rз ≈ 0,3∙ρ∙ Kм.
Точный расчёт защитного заземления производят по формуле:
Rз = ρ/2πl∙ (ln(2l/d)+0.5ln((4h+l)/(4h-l)), где:
- l – длина электрода;
- d – диаметр прута;
- h – глубина залегания средней точки заземлителей.
Для n вертикальных электродов, соединённых сверху сваркой Rn = Rз/(n∙ Kисп), где Kисп – коэффициент использования электрода, учитывающий экранирующее влияние соседних (определяется по таблице).
Расположение заземляющих электродов
Формул расчёта заземления существует много. Целесообразно применять метод для искусственных заземлителей с геометрическими характеристиками в соответствии с ПУЭ. Напряжение питания составляет 380 В для трёхфазного источника тока или 220 В однофазного.
Нормированное сопротивление заземлителя, на которое следует ориентироваться, составляет не более 30 Ом для частных домов, 4 Ом – для источника тока при напряжении 380 В, а для подстанции 110 кВ – 0,5 Ом.
Для группового ЗУ выбирается горячекатаный уголок с полкой не менее 50 мм. В качестве горизонтальных соединительных перемычек используется полоса сечением 40х4 мм.
Определившись с составом грунта, по таблице выбирается его удельное сопротивление. В соответствии с регионом, подбирается повышающий коэффициент сезонности Kм.
Выбирается количество и способ расположения электродов ЗУ. Они могут быть установлены в ряд или в виде замкнутого контура.
При этом возникает их экранирующее влияние друг на друга. Оно тем больше, чем ближе расположены заземлители. Значения коэффициентов использования заземлителей Kисп для контура или расположенных в ряд, отличаются.
Значения коэффициента Kисп при разных расположениях электродов
| Расположение электродов в ряд | |||
|---|---|---|---|
| Количество заземлит. n (шт.) | Отношение расстояния между заземлителями к их длине | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| 2 | 0.85 | 0.91 | 0.94 |
| 4 | 0.73 | 0.83 | 0.89 |
| 6 | 0.65 | 0.77 | 0.85 |
| 10 | 0.59 | 0.74 | 0.81 |
| 20 | 0.48 | 0.67 | 0.76 |
| Расположение электродов в ряд | |||
| Количество заземлит. n (шт.) | Отношение расстояния между заземлителями к их длине | ||
| 4 | 0.69 | 0.78 | 0.85 |
| 6 | 0.61 | 0.73 | 0.8 |
| 10 | 0.56 | 0.68 | 0.76 |
| 20 | 0.47 | 0.63 | 0.71 |
Примеры расчёта контура заземления
Для лучшего освоения методов расчёта заземления лучше рассмотреть пример, а лучше – несколько.
Пример 1
Заземлители часто делают своими руками из стального уголка 50х50 мм длиной 2,5 м. Расстояние между ними выбирается равным длине – h=2.5м. Для глинистого грунта ρ = 60 Ом∙м. Коэффициент сезонности для средней полосы, выбранный по таблицам, равен 1,45. С его учётом ρ = 60∙1,45 = 87 Ом∙м.
Для заземления по контуру роется траншея глубиной 0,5 м и в дно забивается уголок.
Размер полки уголка приводится к условному диаметру электрода:
d = 0.95∙p = 0.995∙0.05 = 87 Ом∙м.
Глубина залегания средней точки уголка составит:
h = 0,5l+t = 0.5∙2.5+0.5 = 1.75 м.
Подставив значения в ранее приведённую формулу, можно определить сопротивление одного заземлителя: R = 27.58 Ом.
По приближенной формуле R = 0.3∙87 = 26.1 Ом. Из расчёта следует, что одного стержня будет явно недостаточно, поскольку по требованиям ПУЭ величина нормированного сопротивления составляет Rнорм = 4 Ом (для напряжения сети 220 В).
Количество электродов определяется методом приближения по формуле:
n = R1/(kиспRнорм) = 27,58/(1∙4) = 7 шт.
Здесь вначале принимается kисп = 1. По таблицам находим для 7 заземлителей kисп = 0,59. Если подставить это значение в предыдущую формулу и снова пересчитать, получится количество электродов n = 12 шт. Затем производится новый перерасчёт для 12 электродов, где опять по таблице находится kисп = 0,54. Подставив это значение в ту же формулу, получим n = 13.
Таким образом, для 13 уголков Rn = Rз/(n*η) = 27,58/(13∙0,53) = 4 Ом.
Пример 2
Нужно изготовить искусственное заземление с сопротивлением Rнорм = 4 Ом, если ρ = 110 Ом∙м.
Заземлитель изготавливается из стержней диаметром 12 мм и длиной 5 м. Коэффициент сезонности по таблице равен 1,35. Ещё можно учесть состояние грунта kг. Измерения его сопротивления производились в засушливый период. Поэтому коэффициент составил kг =0,95.
На основе полученных данных за расчётное значение удельного сопротивления земли принимается следующая величина:
ρ = 1,35∙0,95∙110 = 141 Ом∙м.
Для одиночного стержня R = ρ/l = 141/5 = 28,2 Ом.
Электроды располагаются в ряд. Расстояние между ними должно быть не меньше длины. Тогда коэффициент использования составит по таблицам: kисп = 0,56.
Находим число стержней для получения Rнорм = 4 Ом:
n = R1/(kиспRнорм) = 28,2/(0,56∙4) = 12 шт.
После монтажа заземления производятся измерения электрических параметров на месте. Если фактическое значение R получается выше, ещё добавляются электроды.
Особенно часто это делается на подстанции, где требуется самая низкая величина R. Оборудование здесь используется максимально: подземные трубопроводы, опоры линий электропередач и др. Если этого недостаточно, добавляется искусственное заземление.
Устройство размещается внутри фундамента, где шина для подключения выводится наружу.
elquanta.ru
Для чего необходимо заземление
Заземление в электрической сети основано на элементарных физических законах и является универсальной системой защиты человека от поражения электрическим током, а текже системой защиты электрооборудования любого назначения от пробоя изоляции (зануление). Эксплуатация электрических сетей без заземления потенциально пожароопасна. Обустройство частного дома контуром заземления — обязательное условие для безопасного использования любых электрических приборов и аппаратов.
Согласно правил устройства электроустановок (далее ПУЭ), распространяющихся на все типы электроустановок, защитное заземление должно быть предусмотрено.
1.7.56. Для предотвращения поражения электрическим током при повреждении изоляции следует применять отдельно или в сочетании следующие меры защиты в случае косвенного прикосновения:
-защитное заземление (1.7.63, 1.7.65, 1.7.66);
— автоматическое отключение питания (1.7.61, 1.7.63);
— уравнивание потенциалов (1.7.78);
— оборудование класса II или с равноценной изоляцией (1.7.86, 1.7.87);
— защитное электрическое разделение цепей (1.7.86, 1.7.88);
— изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки (1.7.86, 1.7.89);
— системы сверхнизкого (малого) напряжения БСНН, ЗСНН, ФСНН (1.7.68–1.7.70);
— выравнивание потенциалов (1.7.65, 1.7.66).
Для объективного понимания, нужно разобраться в следующих терминах, согласно ПУЭ:
- Прямое прикосновение — электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением, либо приближение к ним на опасное расстояние.
- Косвенное прикосновение — электрический контакт людей или животных с открытой проводящей частью, оказавшейся под напряжением в результате повреждения изоляции.
- Защита от прямого прикосновения — защита, предотвращающая поражение электрическим током при отсутствии повреждения изоляции проводников.
- Защита при косвенном прикосновении — защита, предотвращающая поражение электрическим током в случае единичного повреждения.
- Заземлитель — проводящая часть (проводник) или совокупность соединенных между собой проводящих частей (проводников), которые находятся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, например бетон.
- Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземлитель с определенной точкой системы либо электроустановки или оборудования.
- Заземляющее устройство — совокупность электрически соединенных между собой заземлителя и заземляющих проводников, включая элементы их соединения.
-
Заземление — выполнение электрического соединения между определенной точкой системы либо установки или оборудования и локальной землей.
Примечание. Соединение с локальной землей может быть преднамеренным, непреднамеренным и случайным, а также постоянным либо временным.
Убедившись в необходимости заземления, можно приступить к рассмотрению вопроса самостоятельного оборудования частного дома заземляющим контуром.
Какие типы есть
Прежде всего, необходимо понимать, заземление какого назначения нужно смонтировать. Решающим фактором в принятии решения станет класс напряжения в частном доме (220 В или 380 В).
По своему назначению заземление существует двух типов: защитное и рабочее.
Рабочее — выполняется с целью предупреждения внезапного повышения величины напряжения в электроприборах бытового назначения. Такое может случится в следствии нарушения изоляции обмоток трансформатора. А также такой тип заземления защищает электроприборы от попадания молнии в конструкцию здания. В таком случае весь заряд уходит в землю .
Защитное заземление — осуществляется за счёт принудительного соединения корпуса электроприбором с землёй через проводник.
Для следующих бытовых приборов должно быть предусмотрено защитное заземление:
- стиральная машина — её корпус имеет относительно большую электрическую ёмкость из-за эксплуатации в условиях повышенной влажности.
- микроволновая печь — основной рабочий элемент печи — магнетрон. Он имеет большую мощность. Если контакт с заземлением в розетке плохой, то может возникнуть возрастание уровня магнитных излучений. Многие производители микроволновых печей оборудую клемму — заземлитель на тыльной стороне печи.
Для контакта заземляющего проводника в сети и электроприбора современные розетки оборудованы заземляющими контактами.
Для обеспечения заземления существует шесть систем заземления. В отдельных строительных сооружениях, в частности, жилых домах используют две основных системы заземления.
Система TN-S-C — рекомендована для внедрения в последние годы. Выполнена такая схема с глухозаземлённой нейтралью на подстанции. Оборудование в этом случае имеет непосредственный контакт с землёй. К самому же потребителю земля (РЕ) и нейтраль/ноль (N) ведётся одним проводником (PEN). На входе в электросеть частного дома такой проводник разделяется на два независимых проводника.
Такая система не предусматривает обязательной установки устройства защитного отключения (УЗО). Защита осуществляется автоматическими выключателями.
Недостаток такой системы — при повреждении или отгорании проводника PEN на протяжении участка подстанция/дом, появляется фазное напряжение на заземляющей шине дома. Такое напряжение ничем не отключается. Исходя из этого ПУЭ регламентирует жёсткие требования к такой линии: проводник PEN должен быть обеспечен механической защитой, а теже должно быть оборудовано периодическое местное заземление на опорах линии электропередач.
Многие линии электропередач, особенно в сельской месности, не удовлетворяют вышеуказанным условиям. Для такого случая рекомендована другая система заземления — система ТТ.
Такая система заземления реализована за счёт отдельно идущего провода от заземляющего контура к вводному щитку постройки, а не от трансформаторной подстанции. Эта система более устойчива к повреждениям защитного проводника, но требует установки УЗО. Без оборудования системы такими устройствами, защита от поражения электрическим током отсутствует. В связи с этим ПУЭ рекомендует такую систему только как дополнительную к системе TN-S-C. (Если линия не соответствует требованиям системы TN-S-C).
Различие заземления для сети на 220В и 380В
Различия в системах заземления частных домов при рабочем напряжении 220 В или 380 В несущественны. В обоих случаях сооружается заземляющий контур. Разница заключается в способе подключения контура к домашней электрической сети.
В сети 220В — напряжение однофазное. В этом случае используют трёхпроводной проводник и розетки с тремя контактами (фаза, ноль, заземлитель).
В сети 380 В — напряжение трехфазное. В этом случае используют пятипроводной проводник и розетки с пятью контактами (фаза — 3 шт, ноль, заземлитель).
Виды
Основным назначением заземлителя является непосредственный электрический контакт с землёй. Заземляющее устройство (заземляющий контур) включает в себя заземлитель и совокупность всех соединённых с ним проводников. Включая элементы их соединений.
Заземлители бывают двух видов:
- естественный — металлоконструкции, находящиеся на достаточной глубине в грунте либо железобетонный фундамент здания;
- искусственный — независимо установленная в грунт металлоконструкция прямого назначения;
Искусственные заземлители различают по их конструкционным особенностям.
- горизонтальный заземлитель. Изготавливается из полосовой (толщиной не менее 4 мм) или круглой стали и укладывается в грунт параллельно поверхности земли.
- вертикальный заземлитель — более преимущественный вариант. Такой контур занимает меньше места, но предусматривает более трудоёмкий процесс монтажа. Изготавливается из стальных штырей (уголок с полкой 50 — 70 мм и толщиной не менее 4 мм). Штыри связаны между собой металлической полосой (толщина полосы не менее 4 мм).
- комбинированны заземлитель — включает в себя конструктивные особенности двух предыдущих заземлителей.
Комбинированная схема монтажа заземляющего устройства (контура) является самой эффективной. При выполнении монтажа с соблюдением необходимых правил, такой контур будет надёжным и долговечным.
Как сделать контур заземления для частного дома своими руками
Наиболее популярной схемой устройства защитного контура на сегодняшний день является схема треугольника. Она выполнена путём соединения металлической полосой трёх зарытых в грунт штырей. Такая схема отличается повышенной надёжностью. При обрыве или повреждении стальной соединяющей полосы с одной стороны, контур продолжит функционирование благодаря контакту с другой стороны.
Для изготовления и монтажа контура заземления понадобятся следующие материалы и инструмент:
Материалы:
- стальной уголок 50–70мм, h=4мм, 3 шт. длина одного уголка не менее 2 метров;
- стальная полоса 50–70 мм, h=4мм, 4 м. для соединения штырей из уголка;
- стальная полоса 30 мм, h=4мм. для электрической связи заземляющего контура и вводного щитка здания. Длина зависит от местных условий;
- электроды 3мм.
Инструмент:
- лопата, лом, землеройный бур для обустройства ямок в грунте;
- болгарка для нарезания металлических заготовок;
- слесарный инструмент (молоток, кувалда, напильник, отвёртка, струбцина) для обработки и монтажа заготовок;
- сварочный аппарат;
- мерительный инструмент (рулетка, угольник) для разметки заготовок;
Места соединения заготовок заземляющего контура выполнять исключительно сварочным соединеним. Это регламентированно требованиями ПУЭ. Такой вид соединения обеспечивает максимально эффективный электрический контакт и наиболее устойчив к коррозии.
Работать электроинструментом следует с применением необходимых защитных средств: очки, спецодежда. Безопасность работы прежде всего.
При работе по заготовке уголка, один торец лучше срезать под острым углом. Такой уголок будет проще забивать в грунт.
Рассмотрим процесс монтажа контура заземления поэтапно.
- Заготвка металлических штырей и полосы, согласно необходимых размеров.
- Подготовка ямы для металлоконструкции контура заземления. Глубина не менее 0.5 метра.
- Забивание штырей в грунт. Забивать штыри следует на глубину не менее 3 метров. Для их соединения полосой достаточно оставить 200 — 250 мм.
- Соединение штырей заземлителя стальной полосой методом сварки.
- Завершающий этап. Вывод металлической полосы к зданию. Обустройство места электрического соединения с электрической сетью постройки.
На этом работа по монтажу контура заземления завершена. Далее следует процесс его подключения к питающей сети частного дома.
После подключения контура к РЕ проводнику электрической сети, следует выполнить испытание работоспособности контура. Для этого используют специальные электроизмерительные приборы. Такое оборудование достаточно дорогостоящее. Поэтому используют более упрощённый вариант проверки работоспособности контура.
Такой способ осуществляется за счёт подключения в сеть лампы накаливания (100 Вт) следующим образом: фазный провод помещается на фазный контакт розаетки, а нулевой провод — непосредственно на конструкцию контура. При этом нужно обратить внимание на интенсивность работы лампы. Яркий свет свидетельствует о правильной работе контура. Тусклый, о некачественном контакте в местах соединения металлических элементов контура. В этом случае соединения следует усилить дополнительным сварочным швом.
При определении величины сопротивления защитного заземления контура специальным прибором нужно помнить, что величина заземления не должна превышать 4 Ом. Если её значение больше, то это может свидетельствовать о плохом контакте контура с землёй. Для устранения этой проблемы можно залить землю водой в месте забивания штырей. Благодаря этому грунт уплотниться и площадь контакта увеличится.
Расчёт заземляющего устройства
Производят расчет заземляющего устройства также из условия максимальной величины сопротивления контура защитного заземления. Которая не должна превышать 4 Ом. Лучшим вариантом будет величина сопротивления искуственного заземлителя, не превышающая значение 1 Ом.
Выполнить основательный расчет заземлителя в домашних условиях, без наличия специальных знаний и технической литературы практически невозможно. Так как он предусматривает опытное определение удельного сопротивления грунта с учетом поправочных коэфициентов, учитывающих высыхание и промерзание грунта. Определение величины сопротивления растекания. Поэлементного расчета сопротивления контура исходя из его геометрических размеров, глубины залягания и влажности почвы. Коэффициент использования вертикальных заземлителей. Наличие естественных заземлителей. И другое.
Лучше, чтобы этим занимались специализированные организации, выдающие протокол о пригодности заземляющего контура и о соответствии его характеристик нормативным документам.
Существует упрощённый метод.
Упрощенный расчет заземлителя:
Для вертикального электрода заземлителя (одиночного) применяют такую формулу:
R1=0,84*p/L где:
R1 — сопротивление заземления, Ом;
р — удельное сопротивление грунта, Ом*м;
L — длина (глубина) заземлителя;
Для нескольких вертикальных заземляющих штырей (электродов):
R=R1/0,9*n где:
R — сопротивление одного электрода, Ом;
n — количество электродов в контуре заземления;
Таким образом, если известно удельное сопротивление грунта (p), то по первой формуле рсчитывают сопротивление одного электрода (R1). Полученное значение подставляют во вторую формулу и определяют количество электродов (n), при установленной длине (L).
В случае, когда удельное спротичление грунта не известно, можно воспользоваться справочной таблицой:
Если на практике не удалось найти или измерять значение значение удельного сопротивления грунта на участке для монтажа контура, используют метод пробного погружения электрода. Метод заключается в переодическом измерении сопротивления электрода по мере его погружения в грунт. Прекратить забивать электрод можно в том случае, когда показатели сопротивления прекратили снижаться. Это значит, что электрод достиг глубины, на которой удельное сопротивление грунта становиться постоянным. В дальнейшем этот электрод нужно связать металлической полосой с другими элементами контура.
Выбор места для монтажа
От правильно подобранного места обустройства контура во многом зависит его эффективная и безопасная работа. Существует несколько рекомендаций по этому поводу:
- Нельзя размещать контур заземления в месте постоянного или частого нахождения людей или животных. В момент пробоя изоляции и отвода напряжения в грунт, находящийся в непосредственной близости человек или животное могут пострадать. Лучше принять меры по ограждению такого участка.
- Некоторые специаоисты рекомендуют располагать контур с северной стороны здания. Это объясняется более влажной сырой на таком участке.
- Если почва через чур влажная и существует большая вероятность коррозии металла контура, то лучше изготовить его из стали большого сечения. А также конструкцию контура можно покрыть специальными токпроводящими материалами, которые защитят от коррозии, но не ухудшат электрический контакт с землёй.
- Не стоит располагать контур заземления вблизи с теплокоммуникациями. Пересушенный грунт негатино сказывается напоказателе сопротивления контура.
- Запрещено располагать контур в непосредстьвенной близости с газопроводом, проходящим в земле.
- Глубина размещения контура должна быть ниже уровня замерзания грунта, но не менее 0,5 м.
При соблюдении этих рекомендаций, можно быть уверенным в правильности подобранного места, и надежной работы заземлителя.
Земляные работы и сборка конструкции
Земляные работы нужно проводить аккуратно. За ранее следует обдумать периметр работ с учётом возможного залегания в грунте коммуникаций различного назначения: трубопроводов, телефонных линий, кабельных линий электропередач. Лучше расположить контур вдали от таких объектов.
Земельные работы выполняются с применением стандартных инструментов: лопаты, лома, бура.
При обустройстве траншей, их необходимо делать достаточно широкими. Это нужно для удобства выполнения сварочных работ. Ведь от качества сварочных соединений во многом зависит эффективность работы системы защитного заземления.
Болтовое соединение разрешается использовать лишь в месте вывода стальной полосы непосредственно к дому и соединения её с вводным щитом электросети.
В некоторых заземлителях заводского производства используют болтовые соединения, но качественный контакт в этих случаях достигается за счёт прижимных пластин и обмеднённых поверхностей электродов.
Сварочные соединения должны быть сплошными, длина сварочного шва не менее 100 мм.
Для наглядности приведен видеоролик, в котором представлен процесс обустройства контура защитного заземления в частном доме.
Видеоролик взят с интернет-ресурса Youtube, используется в ознакомительных целях и не является рекламой.
Видео: самостоятельный монтаж контура заземления
Определённо, система защитного заземления в частном доме — это необходимость. Как видно, выполнение такой задачи вполне посильно каждому. Главное, верно подобрать место установки контура, правильно рассчитать его параметры и подопрать соответствующие материалы. Качественно выполненое заземление обеспечит защиту вашего дома и живущих в нём.
aqua-rmnt.com
