Как рассчитать заземление

Заземление — ценное сооружение, защищающее владельцев домашней техники от непосредственного контакта с весьма полезным, но крайне ретивым потоком электроэнергии. Заземляющее устройство обеспечит безопасность при «отгорании» нуля, что нередко случается на загородных ЛЭП при шквальном ветре. Оно исключит риски поражений при утечках на нетоковедущие металлические детали и корпус из-за прохудившейся изоляции. Сооружение защитной системы – мероприятие, не требующее сверх усилий и супер вложений, если грамотно сделан расчет заземления. Благодаря предварительным вычислениям будущий исполнитель сможет определиться с предстоящими расходами и с целесообразностью предстоящего дела.

Строить или не строить?

В уже изрядно забытую пору скудного количества бытовых электроприборов владельцы частных домов редко «баловались» устройством заземления. Считалось, что с задачей отведения утечки электричества превосходно справятся естественные заземлители, такие как:

• стальные или чугунные трубопроводы, если вокруг них не уложена изоляция, т.е. имеется непосредственный плотный контакт с почвой;
• стальная обсадка водяной скважины;
• металлические опоры оград, фонарей;
• свинцовая оплетка подземных кабельных сетей;
• арматура фундаментов, колонн, ферм, заглубленных ниже горизонта сезонного промерзания.

Обратите внимание, что алюминиевая оболочка подземных кабельных коммуникаций не может использоваться в качестве элемента заземления, т.к. покрыта антикоррозионным слоем. Защитное покрытие препятствует рассеиванию тока в грунте.

Оптимальным естественным заземлителем признан стальной водопровод, проложенный без изоляции. Благодаря значительной протяженности минимизируется сопротивление току растекания. К тому же наружный водопровод укладывают ниже отметки уровня сезонного промерзания. Значит, на параметры сопротивления не будут влиять морозы и засушливая летняя погода. В эти периоды уменьшается влажность грунта, и, как следствие, увеличивается сопротивление.

Стальной каркас подземных железобетонных конструкций может служить элементом системы заземления, если:

• с глинистым, суглинистым, супесчаным и влажным песчаным грунтом контактирует достаточная по нормам ПУЭ площадь;
• в период сооружения фундамента арматура в двух или более местах была выведена на дневную поверхность;
• стальные элементы данного естественного заземления были соединены между собой сваркой, а не проволочной связкой;
• сопротивление арматуры, играющей роль электродов, рассчитано согласно требованиям ПУЭ;
• установлена электрическая связь с заземляющей шиной.

Без соблюдения перечисленных условий подземные ж/б сооружения не смогут выполнить функцию надежного заземления.

Из всего набора вышеперечисленных естественных заземлителей расчетам подлежат только подземные ж/б конструкции. Точно вычислить сопротивление растеканию тока трубопроводов, металлической брони и каналов подземных силовых сетей не представляется возможным. Особенно если их прокладка осуществлялась пару десятилетий назад, и поверхность существенно изъедена коррозией.

Эффективность естественных заземлителей определяется путем банальных измерений, для производства чего нужно вызвать сотрудника местной энергослужбы. Показания его прибора подскажут, нужен или нет владельцу загородной собственности повторный заземляющий контур в качестве дополнения к существующим мерам заземления, выполненным компанией-поставщиком электроэнергии.

При наличии на участке естественных заземлителей с соответствующими нормам ПУЭ значениями сопротивления, устраивать защитное заземление нецелесообразно. Т.е. если прибор «агента» энергоуправления показал меньше 4 Ом, организацию контура заземления можно отложить «на потом». Однако лучше перестраховаться и предупредить вероятные риски, для чего и сооружается искусственное заземляющее устройство.

Расчеты для устройства искусственного заземления

Нужно признаться, что досконально рассчитать устройство заземления сложно, практически невозможно. Даже в среде профессиональных электриков практикуется метод приблизительного подбора количества электродов и расстояний между ними. Слишком много природных факторов влияет на результат работы. Уровень влажности нестабилен, зачастую доподлинно не исследована фактическая плотность и удельное сопротивление грунта и т.д. Из-за чего в конечном итоге сопротивление устроенного контура или единичного заземлителя отличается от расчетного значения.

Эту разницу выявляют посредством тех же измерений и корректируют путем установки дополнительных электродов или путем наращивания длины единичного стержня. Однако от предварительных расчетов отказываться не стоит, потому что они помогут:

• исключить или сократить дополнительные затраты на приобретение материала и рытье ответвлений траншей;
• выбрать оптимальную конфигурацию системы заземления;
• составить план действий.

Для облегчения непростых и довольно запутанных расчетов разработано несколько программ, но для того чтобы грамотно ими воспользоваться пригодятся знания о принципе и порядке вычислений.

Составляющие защитной системы

Система защитного заземления представляет собой комплекс заглубленных в грунт электродов, соединенных электрической связью с заземляющей шиной. Основными ее составляющими являются:

• один или несколько металлических стержней, передающих ток растекания земле. Чаще всего в качестве их применяются вертикально забитые в грунт отрезки длинномерного металлопроката: трубы, равнополочного уголка, круглой стали. Реже функцию электродов выполняют горизонтально зарытые в траншею трубы или листовая сталь;
• металлическая связь, соединяющая группу заземлителей в функциональную систему. Зачастую это горизонтально расположенный заземляющий проводник из полосы, уголка или прутка. Его приваривают к верхушкам заглубленных в грунт электродов;
• проводник, соединяющий расположенное в земле заземляющее устройство с шиной, а через нее с защищаемой техникой.

Две последних составляющих носят общее название – «заземляющий проводник» и, по сути, выполняют одну и ту же функцию. Разница заключается в том, что металлическая связь между электродами расположена в земле, а проводник, подключающий заземление к шине, находится на дневной поверхности. Отсюда разные требования к материалам и коррозионной устойчивости, а также разброс в их стоимости.

Принципы и правила вычислений

Совокупность электродов и проводников, именуемая заземлением, устанавливается в грунт, который является непосредственным компонентом системы. Потому в расчетах его характеристики принимают непосредственное участие наравне с подбором длины элементов искусственного заземления.

Алгоритм расчетов прост. Производятся они согласно имеющимся в ПУЭ формулам, в которых есть переменные единицы, зависящие от решения самостоятельного мастера, и постоянные табличные значения. Например, приблизительная величина сопротивления грунта.

Определение оптимального контура

Грамотный расчет защитного заземления начинается с выбора контура, который может повторять любую из геометрических фигур или обычную линию. Выбор этот зависит формы и размеров площадки, имеющейся в распоряжении мастера. Удобней и проще соорудить линейную систему, потому что для установки электродов потребуется вырыть только одну прямую траншею. Но расположенные в один ряд электроды будут экранировать, что неизбежно отразиться на токе растекания. Потому при расчетах линейного заземления в формулы вводится поправочный коэффициент.

Самой востребованной схемой для самостоятельного сооружения защитного заземления признают треугольник. Расположенные в вершинах его электроды при достаточном удалении друг от друга не мешают принятому каждым из них току свободно рассеиваться в земле. Трех металлических стержней для устройства защиты частного дома считают вполне достаточным количеством. Главное их правильно расположить: забить в грунт металлические стержни нужной длины на эффективном для работы расстоянии.

Расстояния между вертикальными электродами должны быть равными, независимо от конфигурации системы заземления. Расстояние между двумя соседними стержнями не должно быть равно их длине.

Выбор и расчет параметров электродов и проводников

Основными рабочими элементами защитного заземления являются вертикальные электроды, потому что рассеивать утечки тока придется именно им. Длина металлических стержней интересна, как с точки зрения эффективности защитной системы, так и с точки зрения металлоемкости и цены материала. Расстояние между ними определяет длину компонентов металлической связи: опять же расход материала для создания заземляющих проводников.

Обратите внимание, что сопротивление вертикальных заземлителей зависит преимущественно от их длины. Поперечные размеры несущественно влияют на эффективность. Однако величина сечения нормируется ПУЭ ввиду необходимости создать износостойкую защитную систему, элементы которой не менее 5-10 лет будут постепенно разрушаться коррозией.

Выбираем оптимальные параметры, учитывая, что лишние расходы нам вовсе не к чему. Не забываем, что чем больше метров металлопроката мы загоним в землю, тем больше пользы мы получим от контура. Метры «набрать» можно либо увеличивая длину стержней, либо увеличивая их количество. Дилемма: установка многократных заземлителей заставит изрядно потрудиться на поприще землекопа, а забивание длинных электродов кувалдой вручную превратит в крепкого молотобойца.

Что лучше: численность или длина, выберет непосредственный исполнитель, но существуют правила, согласно которым определяется:

• длина электродов, потому что заглубить их нужно ниже горизонта сезонного промерзания как минимум на полметра. Так нужно, чтобы работоспособность системы не слишком страдала сезонных факторов, а также от засух и дождей;
• расстояние между вертикальными заземлителями. Оно зависит от конфигурации контура и от длины электродов. Определить его можно по таблицам.

Отрезки металлопроката по 2,5-3 метра забивать кувалдой в землю трудно и неудобно даже с учетом того, что их 70 см будет погружено в заранее вырытую траншею. Рациональной длинной заземлителей считают 2,0м с вариациями вокруг этой цифры. Не забудьте, что длинные отрезки металлопроката нелегко и весьма накладно будет доставить на объект.

Грамотно экономим на материале

Уже упоминалось, что от сечения металлопроката мало что зависит, кроме цены материала. Разумней купить материал с наименьшей возможной площадью сечения. Без длительных рассуждений приведем наиболее экономичные и устойчивые к ударам кувалды варианты, это:

• трубы с внутренним диаметром 32 мм и толщиной стенки 3 и более мм;
• равнополочный уголок со стороной 50 или 60 мм и толщиной 4-5 мм;
• круглая сталь с диаметром 12-16 мм.

Для создания подземной металлической связи лучше всего подойдет стальная полоса толщиной 4 мм или 6миллиметровый пруток. Не забываем, что горизонтальные проводники нужно приварить к вершинам электродов, потому к выбранному нами расстоянию между стержнями прибавим еще по 20 см. Надземный участок заземляющего проводника можно сделать из 4миллиметровой стальной полосы шириной 12 мм. Вывести на щиток его можно от ближайшего электрода: так и копать меньше придется, и материал сэкономим.

stroy-banya.com

Исходные для расчета контура заземления

Заземление призвано осуществлять главнейшее назначение: снизить напряжение до такой степени, чтобы при контактировании с корпусом электроприборов, оно не составляло угрозы для обитающих в жилище. Конфигурацию и сопротивление контура заземления дома определяют:

• длиной и числом электродов;
• длиной диапазона, на котором они располагаются по отношению друг к другу. Замерив электрод по длине и взяв от результата 2,2 части, получим расстояние, меньше которого не допускается;
• глубиной установки электродов, а регламентируется она 70 см и не меньше;
• электропроводящими свойствами земли на этом конкретном участке.

Поэтому в расчете будут участвовать эти исходные.

Материал, требуемый для устройства контура заземления

Прежде чем начинать расчет контура заземления, необходимо продумать из чего он будет создаваться и затем выполнять расчет для выбранного материала. Контур заземления устраивают из:

• труб со стенками минимум 0,35 см;
• арматуры или круга. Подходит прокат диаметром не менее 1,6 см;
• металлического уголка с полками не тоньше 0,4 см.

Связующим звеном между электродами служит полоса стальная с размерами 0,4х1,2 см. Заземляющие электроды размещают:

• в ряд;
• треугольником;
• наподобие квадрата или иной геометрической фигуры.

Что мы должны иметь по окончании расчета сопротивления контура заземления

Выполнение расчета контура заземления — это не вопрос теории, плодом наших усилий будет ответ на вполне практические вопросы:

• сколько же заземляющих стержней будет размещено в монтируемом нами контуре;
• для полосы, соединяющей их, мы найдем длину.

Главнейший параметр при расчете контура заземления — это его сопротивление. В ПУЭ на этот счет есть такие указания:

• для электросети с напряжением 220 В — 8 Ом;
• с напряжением 380 В — 4 Ом.

Формула, по которой будем рассчитывать, имеет вид: R= R0/ ηв*N:

• R0 здесь обозначает сопротивление отдельно взятого электрода;
• R — сопротивление в целом;
•  ηв — коэффициент, характеризующий востребованность электрической цепи, другими словами — коэффициент использования заземлителей;
•  N — количество электродов в контуре заземления.

А вот формула, по которой мы определим сопротивление одного составляющего электрической цепи:

где:

• ρэкв — обозначает удельное сопротивление грунта эквивалентное. Измеряется в Ом*м. Определить его можно из таблицы. Подходит она в том случае, если грунт однородный;

• L — длина заземляющего стержня. Чем больше  ρэкв, тем больше  L . Если грунт такой, что электроды, длину которых мы рассчитали,в него не войдут, то выход в увеличении их количества;
• d — диаметр электрода;
• Т — длина промежутка земля-середина электрода.

При этом последние 3 значения берем в м. Если грунт имеет неоднородное строение и состоит из 2 слоев, то придется делать расчет по формуле:

В этой формуле: Ψ — коэффициент сезонный климатический; удельное сопротивление 1 и 2 слоя земли обозначается соответственно ρ1 и ρ2; символом Η обозначено толщину 1 слоя; t — глубина траншеи, которую необходимо вырыть под электрод.   Значение Ψ найдем, воспользовавшись таблицей:

Устройство контура заземления при данных обстоятельствах выполняется при опускании стержней на всю толщу 1 слоя и частичном задействовании второго.

Рассчитываем нужное количество стержней

Для того чтобы узнать, сколько же стержней нам потребуется, определим из ниже приведенной таблицы Rн, т.е. сопротивление нормируемое:

Если параллельно расположенный элемент не брать во внимание, то количество стержней определяется так:

• берем сопротивление R0;
• умножаем его на коэффициент климатический сезонный Ψ;
• делим произведение на нормируемое сопротивление Rн.

n0 = R0/ Ψ х Rн. Теперь уделим внимание параллельному заземлителю. Вот так выглядит формула для определения его сопротивления:

Для вычислений потребуются данные о длине стержня. Для заземлителей, расположенных в ряд и по контуру, формулы разные. В 1 случае Lг определим так:

• от найденного ранее n0, отнимаем 1;
• умножаем полученное на a — промежуток между стержнями.

Во 2 случае Lг = a .   Теперь у нас есть все данные для определения сопротивления стержней, расположенных перпендикулярно к земле — Rв, учитывая горизонтальные  заземлители. Для этого:

• умножаем сопротивление горизонтального заземлителя  Rг на нормируемое сопротивление  Rн;
• затем находим разницу между Rг и Rн;
• умножаем первый результат на второй.

Осталось подставить полученное в формулу и найти общее количество заземлителей:

здесь:

• ɳв — коэффициент использования. На его значение влияет пролет между электродами. В случае, если в качестве заземляющих электродов выбраны трубы выстроенные в одну линию и объединенные полосой, то значение коэффициента можно выбрать из таблицы;

• n — количество заземляющих электродов;
• если в результате получится число дробное, то результат округлим в сторону большую.

gid-str.ru

Расчёт заземляющего устройства

Расчёт заключается в определении R_з. 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 K_м, учитывающий промерзание грунта. В зависимости от низшей температуры (⁰С) его значения могут быть следующими:

• от 0 до +5 — K_м =1,3/1,8;
• от -10 до 0 — K_м =1,5/2,3;
• от -15 до -10 — K_м =1,7/4,0;
• от -20 до -15 — K_м =1,9/5,8.

Значения коэффициента K_м 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 R_з ≈ 0,3∙ρ∙ K_м.

Точный расчёт защитного заземления производят по формуле:

R_з = 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 R_n = R_з/(n∙ K_исп), где K_исп – 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 K_м.

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 K_исп для контура или расположенных в ряд, отличаются.

Значения коэффициента K_исп 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 R_норм = 4 Ом (для напряжения сети 220 В).

Количество электродов определяется методом приближения по формуле:

n = R₁/(k_испR_норм) = 27,58/(1∙4) = 7 шт.

Здесь вначале принимается k_исп = 1. По таблицам находим для 7 заземлителей k_исп = 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 k_исп = 0,54. Подставив это значение в ту же формулу, получим n = 13.

Таким образом, для 13 уголков R_n = R_з/(n*η) = 27,58/(13∙0,53) = 4 Ом.

Пример 2

Нужно изготовить искусственное заземление с сопротивлением R_норм = 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 k_г. Измерения его сопротивления производились в засушливый период. Поэтому коэффициент составил k_г =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: k_исп = 0,56.

Находим число стержней для получения R_норм = 4 Ом:

n = R₁/(k_испR_норм) = 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

Необходимые сведения для самостоятельного расчета заземления

Фундаментальные требования, которых необходимо придерживаться при изготовлении заземляющих конструкций — это размеры металлических элементов.
В зависимости от применяемого материала (уголка, полосы, арматуры/прутка) минимальные показатели элементов должны быть не меньше:

• Полоса 12х4 – 4,8 см2;
• Уголок 4х4;
• Арматура/пруток – диаметр от 1,0 см;
• Труба (толщина стенки) – 3,5 мм.

Наименьшие размеры металлических элементов, из которых монтируются заземляющие контуры

• Длина заземляющего элемента должна быть не менее 1,5 – 2 м.
• Интервал между металлическими элементами контура берется из соотношения их метража, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

В зависимости от имеющейся на участке площадки и возможности проведения монтажных работ, заземляющие элементы контура можно устанавливать любым способом: в ряд, или другим методом (треугольником, квадратом и т.п.).
Для точности вычислений необходимо знать удельные показатели сопротивляемости различных видов почвы и водной среды.
Таблица № 1
Показатели (приблизительные) удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом•м

Наименование почвы/водной среды	Удельное сопротивление, Ом•м
Песок	700
Супесок	300
Суглинок	100
Глина	40
Почва на приусадебных участках	40
Глина (слой 7-10 м) или гравий	70
Мергель, известняк, крупный песок с валунами	1000-2000
Скальная порода	2000-4000
Чернозём	20
Торф	20
Вода в реках, протекающих по равнинам	10-100
Морская вода	0,2-1

С какой целью необходимо произвести расчет защитного заземления

Расчет заземления производится для того, чтобы определить число металлических элементов, их рабочие характеристики, а также необходимый метраж полосы, которая их соединяет, для качественного производства заземляющего контура.

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального металлического элемента определяется по формуле:

где – ρэкв — эквивалентное удельное сопротивление почвы, Ом•м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – интервал от поверхности почвы до середины металлического элемента контура, м.
Когда необходимо установить заземляющий контур в неоднородный грунт (двухслойный), равнозначное удельное сопротивление почвы вычисляется по формуле:

где – Ψ — сезонный климатический коэффициент; ρ1, ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя почвы соответственно, Ом•м (таблица 1); Н – толщина верхнего слоя почвы, м; t — заглубление вертикального металлического элемента заземляющей конструкции (наименьшая глубина траншеи) t = 0.7 м.

Сведения о допустимых значениях сопротивления заземляющей конструкции в электрических узлах (агрегатов) до и выше 1000 Вольт

Наибольшие допустимые значения Rз, Ом	Характеристика электрических узлов (агрегатов)
Rз < 0,5	Для электрических агрегатов рабочими характеристиками выше 1000 Вольт и расчётным током замыкания на грунт Iз < 500А
Rз = 250 / Iз < 10	Для электрических устройств рабочими характеристиками выше 1000 Вольт и расчётным током замыкания на грунт Iз < 500А
Rз = 125 / Iз < 10	При условии, что заземляющая конструкция является общим для злектрических агрегатов рабочим напряжением до и выше 1000 Вольт и расчётном токе замыкания на грунт Iз < 500
Rз < 2	В электрических устройствах рабочими характеристиками 660/380 Вольт
Rз < 4	В электрических агрегатах рабочими характеристиками 380/220 Вольт
Rз < 8	В электрических агрегатах рабочими характеристиками 220/127 Вольт

Расчет зануления

Данные математические действия производятся для того, чтобы определить сечение нулевого провода, при котором 100% произойдет срабатывание максимальной токовой защиты. Предохранитель определяется рабочими характеристиками подключенной электроустановки (потребителя).

electry.ru

Исходные данные для расчета заземления

1. Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.

1.1. В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:

• а) полоса 12х4 – 48 мм2;
• б) уголок 4х4;
• в) круглая сталь – 10 мм2;
• г) стальная труба (толщина стенки) – 3.5 мм.

Минимальные размеры арматуры применяемые для монтажа заземляющих устройств

1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.

1.3. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).

Цель расчета защитного заземления.

Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.

electricvdome.ru

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.

Электрическая безопасность отдельного здания 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;

• омедненные методами гальванопластики 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.

Возьмем для примера рекомендуемый разработчиком метод №1 и выделим его точкой, а затем нажмем кнопку «Выбрать».

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.

Измерения сопротивления заземления 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.

Измерения сопротивления изоляции 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.

electrik.info