Пример расчета защитного заземления для дома или квартиры. Расчет сопротивления контура заземления

инструкция, таблицы и формулы для просчитывания сопротивления заземляющего устройства, пример вычисления и онлайн-калькулятор

Защита от статического электричества устанавливается в случаях работы оборудования из материалов, проводящих ток. Расчет контура заземления выполняется с учетом принятых стандартов.

Содержание

[ Раскрыть]

[ 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:

1. Рассчитать контур.
2. Подготовить заземляющие электроды и проводники.
3. 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:

1. 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.
2. 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.

Тип грунта	Значение удельного сопротивления, Ом
Торф	20
Земля, чернозем	50
Глинистый грунт	60
Супесь	150
Песок, если грунтовые воды находятся на расстоянии 5 метров	500
Песчаный, когда подземное течение расположено на глубине более 5 м	1000

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.

Разновидность электрода	Климатическая зона местности
	1	2	3	4
Вертикальный	1,8/2	1,5/1,8	1,4/1,6	1,2/1,4
Горизонтальный	4,5/7	3,5/4,5	2/2,5	1,5
	Климатические признаки зон, в градусах
Среднее значение самой низкой температуры в январе	В диапазоне от -20 до +15	От -14 до +10	От -10 до 0	От 0 до +5
Величина самой высокой точки температуры, измеряется в июле	В диапазоне от +16 до +18	18-22	22-24	24-26

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.

Свойства электрооборудования	Величина удельного сопротивления почвы, Ом	Значение сопротивления заземляющего электрода, Ом
Искусственное заземляющее устройство, к которому подключаются генераторные и трансформаторные установки
660/380	максимум 100	15
	больше 100	0,5*р
380/220	не более 100	30
	больше 100	0,3*р
220/127	максимум 100	60
	больше 100	0,6*р

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:

1. Выкопать возле дома траншею по контуру глубиной 0,5 м.
2. 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.
3. Определить глубину залегания средней точки уголка: h=0.5*l+t=0,5*2,5*0,5=1,75 м.
4. 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:

1. 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.
2. Указать климатическую зону (коэффициент k1) и ввести остальные параметры. R1 (2) и R2 (3) определяют сопротивление заземлителей — горизонтального и вертикального.
3. Провести расчет R (4) на основании полученных результатов.
4. 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.

Видео

Канал «Pro Дом» рассказал об алгоритме проведения расчетов для установки заземлительных электродов в бумажном формате и выборе резисторов.

razvodka.com

программы расчета защитного контура, допустимого сопротивления

Заземление необходимо для обеспечения безопасности в случае повреждения электроустройств, изоляции силовой проводки, замыкания проводников. Суть заземления сводится к снижению потенциала в месте прикосновения к заземлённой электроустановке до максимально допустимых значений.

Заземление предприятия

Снижение потенциала выполняется двумя способами:

• Зануление – соединение корпуса устройства с нулевым проводником, идущим к подстанции;
• Заземление – подсоединение корпуса к заземляющему контуру, расположенному в грунте за пределами здания.

Первый вариант осуществляется проще, но в случае повреждения нулевого проводника перестает выполнять свои функции, а это опасно. Поэтому наличие контура заземления является обязательным условием обеспечения безопасности.

Расчет заземления предполагает определение сопротивления заземляющего устройства, которое не должно быть больше заданного техническими нормами.

Заземляющий контур

Конструкция контура заземления, виды используемых материалов, ограничены условиями, которые содержатся в документах, к примеру, в ПУЭ, правилах устройства электроустановок.

Заземляться должны все без исключения электроустановки, как на подстанции, так и на предприятии или в быту.

Наиболее распространенной конструкцией заземляющего контура является один или несколько металлических штырей (заземлителей), заглубленных в землю и соединенных между собой сварным соединением. При помощи металлического проводника контур заземления соединяется с заземляемыми устройствами.

Контур заземления

В качестве заземлителей используются неокрашенные стальные или стальные обмедненные материалы, размеры которых не должны быть меньше приведенных ниже:

• Прокат круглый – диаметр не менее 12 мм;
• Уголок – не менее 50х50х4 мм;
• Трубы – диаметром не менее 25 мм с толщиной стенок не менее 4 мм.

Чем лучше проводимость заземлителей, тем эффективнее работает заземление, поэтому самый предпочтительный вариант – использование медных электродов, но на практике это не встречается, ввиду высокой стоимости меди.

Ничем не покрытая сталь имеет высокую коррозионную способность, особенно на границе влажного грунта и воздуха, поэтому определена минимальная толщина стенок металла (4 мм).

Оцинкованный металл хорошо сопротивляется коррозии, но не в случае протекания токов. Даже самый минимальный ток вызовет электрохимический процесс, в результате чего тонкий слой цинка прослужит минимальное время.

Современные системы заземления выполняются на основе обмедненной стали. Поскольку количество меди для изготовления невысоко, то стоимость готовых материалов ненамного превышает стальные, а срок службы многократно возрастает.

Заземлитель из уголка

Наиболее распространенными конструкциями контуров заземления являются треугольное или рядное размещение электродов. Расстояние между соседними электродами должно составлять 1.2-2 м, а глубина закладки – 2-3 м. Глубина закладки (длина электродов) во многом зависит от характеристик грунта. Чем выше его электрическое сопротивление, тем глубже должны залегать электроды. В любом случае эта глубина должна превышать глубину промерзания грунта, поскольку замерзший грунт имеет высокое омическое сопротивление. То же самое относится и к участкам земли с низкой влажностью.

Там, где возможно протекание токов высокого значения, к примеру, на подстанции или предприятии с мощным оборудованием, подход к выбору конструкции контура заземления и его расчет имеют очень большое значение для безопасности.

Факторы сопротивления заземления

Расчет защитного заземляющего устройства зависит от многих условий, среди которых можно выделить основные, которые используются при дальнейших расчетах:

• Сопротивление грунта;
• Материал электродов;
• Глубина закладки электродов;
• Расположение заземлителей относительно друг друга;
• Погодные условия.

Сопротивление грунта

Сам по себе грунт, за несколькими исключениями, обладает низкой электропроводностью. Данная характеристика меняется, в зависимости от содержания влаги, поскольку вода с растворенными в ней солями является хорошим проводником. Таким образом, электрические свойства грунта зависят от количества содержащейся влаги, солевого состава и свойств грунта удерживать в себе влагу.

Структура грунта

Распространенные типы грунта и их характеристики

Тип грунтаУдельное сопротивление ρ, Ом•м

Скала	4000
Суглинок	100
Чернозем	30
Песок	500
Супесь	300
Известняк	2000
Садовая земля	50
Глина	70

Из таблицы видно, что удельное сопротивление может отличаться на несколько порядков. В реальных условиях ситуация осложняется тем, что на разных глубинах тип грунта может быть различным и без четко выраженных границ между слоями.

Материал электродов

Эта часть расчетов наиболее проста, поскольку при изготовлении заземления используется только несколько разновидностей материалов:

• Сталь;
• Медь;
• Обмедненная сталь;
• Оцинкованная сталь.

Медь в чистом виде не используется по причине высокой стоимости, наиболее часто применяемые материалы – это чистая и оцинкованная сталь. В последнее время все чаще стали встречаться системы заземления, в которых используется сталь, покрытая слоем меди. Такие электроды имеют наименьшее сопротивление, которое имеет хорошую стабильность во времени, поскольку медный слой хорошо сопротивляется коррозии.

Наихудшие характеристики имеет ничем не покрытая сталь, поскольку слой коррозии (ржавчина) увеличивает переходное сопротивление на границе электрод-грунт.

Обмедненные электроды

Глубина закладки

От глубины закладки электродов зависят линейная протяженность границы касания электрода и грунта и величина слоя земли, который участвует в цепи протекания тока. Чем больше этот слой, тем меньшее значение сопротивления он будет иметь.

На заметку. Кроме этого при установке электродов следует иметь в виду, что чем глубже они располагаются, тем ближе будут находиться к водоносному слою.

Расположение электродов

Данная характеристика наименее очевидна и трудна для понимания. Следует знать, что каждый электрод заземления имеет некоторое влияние на соседние, и чем ближе они будут расположены, тем меньше будет их эффективность. Точное обоснование эффекта довольно сложное, просто следует его учитывать при расчетах и строительстве.

Проще объяснить зависимость эффективности от количества электродов. Здесь можно привести аналогию с параллельно соединенными резисторами. Чем их больше, тем меньше суммарное сопротивление.

Расположение заземлителей в один ряд

Погодные условия

Наилучшие параметры заземляющее устройство имеет при повышенной влажности грунта. В сухую и морозную погоду сопротивление грунта резко возрастает и при достижении некоторых условий (полное высыхание или промерзание) принимает максимальное значение.

Обратите внимание! Для того чтобы минимизировать влияние погодных условий, глубина закладки электродов должна быть ниже максимальной глубины промерзания зимой или доходить до водоносного слоя для исключения пересыхания.

Важно! Последующие расчеты необходимо производить для наихудших условий эксплуатации, поскольку во всех иных случаях сопротивление заземления будет снижаться.

Методика расчета

Основным параметром расчета является необходимое значение сопротивления заземления, которое регламентируется нормативными документами, в зависимости от величины напряжения питания, типа электроустановок, условий их использования.

Строгий расчет защитного заземления, который дает значения количества и длины электродов, не существует, поэтому он выполняется на основе некоторых приближенных данных и допусков.

Для начала учитывается тип грунта, и определяется примерная длина электродов заземления, их материал и количество. Далее выполняется расчет, порядок которого следующий:

• Определяется сопротивление растекания тока для одного электрода;
• Рассчитывается количество вертикальных заземлителей с учетом их взаимного расположения.

Одиночный заземлитель

Сопротивление растекания тока рассчитаем, согласно формуле:

Формула 1

В данном выражении:

ρ – удельное эквивалентное сопротивление грунта;

l – длина электрода;

d – диаметр;

t – расстояние от поверхности земли до центра электрода.

При использовании уголка вместо трубы или проката принимают:

d = b·0.95, где b – ширина полки уголка.

Эквивалентное сопротивление многослойного грунта:

Формула 2

где:

• ρ1 и ρ2 – удельные сопротивления слоев грунта;
• Н – толщина верхнего слоя;
• Ψ – сезонный коэффициент.

Сезонный коэффициент зависит от климатической зоны. Также в него вносятся поправки, в зависимости от количества использованных электродов. Ориентировочные значения сезонного коэффициента составляют от 1.0 до 1.5.

Количество электродов

Необходимое количество электродов определяется из выражения:

n = Rз/(К·R), где:

• Rз – допустимое максимальное сопротивление заземляющего устройства;
• К – коэффициент использования.

Коэффициент использования выбирается. в соответствии с выбранным количеством заземлителей, их взаимного расположения и расстояния между ними.

Рядное расположение электродов

Отношение расстояния между электродами к их длинеКоличествоэлектродовКоэффициент

1	4610	0,66-0,720,58-0,650,52-0,58
2	4610	0,76-0,80,71-0,750,66-0,71
3	4610	0,84-0,860,78-0,820,74-0,78

Контурное размещение электродов

Отношение расстояния между электродами к их длинеКоличествоэлектродовКоэффициент

1	4610	0,84-0,870,76-0,800,67-0,72
2	4610	0,90-0,920,85-0,880,79-0,83
3	4610	0,93-0,950,90-0,920,85-0,88

Не всегда расчет контура заземления выдает необходимое значение, поэтому, возможно, его потребуется произвести несколько раз, изменяя количество и геометрические размеры заземляющих электродов.

Измерение заземления

Для измерения сопротивления заземления используются специальные измерительные приборы. Правом измерения заземления обладают организации с соответствующим разрешением. Обычно это энергетические организации и лаборатории. Измеренные параметры вносятся в протокол измерения и хранятся на предприятии (в цеху, на подстанции).

Прибор для измерения заземления

Расчет сопротивления заземления представляет сложную задачу, в которой необходимо учитывать множество условий, поэтому рациональнее воспользоваться помощью организаций, которые специализируются в данной области. Для решения задачи можно произвести расчеты на он-лайн калькуляторе, пример которых можно найти в интернете в свободном доступе. Программа калькулятора сама подскажет, какие данные необходимо учитывать при вычислениях.

Видео

amperof.ru

Примеры расчёта заземляющего устройства | энергетик

Привёдем несколько примеров для расчёта заземления:

   Любой предварительный расчёт заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя в соответствие с требованием ПУЭ, как уже отмечалось ранее, а также на количество требуемых материалов и затрат на изготовления заземляющего устройства (бурение, ручная забивка заземлителей, сварочные работы, электромонтажные работы).

  Так же отметим, что любой расчёт начинается с расчёта одиночного заземлителя, одиночный заземлитель применяется в  основном  для повторного заземления ВЛ опор, где требования ПУЭ (п. 1.7.103.) общее сопротивление растеканию заземлителей должно быть  не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях: 660, 380 и 220 В.1.  Пример расчёта одиночного заземлителя для опоры ВЛ 380 В:

      Выбираем арматуру из таблицы 1 для вертикальных заземлителей — круглую сталь ø 16 мм., длиной L — 2,5 м.В качестве грунта примем глину полутвердую (см.  таблицу 5) с удельным сопротивлением ρ — 60 Ом·м. Глубина траншеи равна 0,5 м. Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для третей климатической зоны и длине заземлителей до 2,5 м. с коэффициентом промерзания грунта для вертикальных электродов  ψ — 1,45. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно 30 Ом. Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρфакт = ψ·ρ = 1.45 · 60 = 87 Ом·м. Примечание: расчёт одиночного заземлителя проводим без учёта горизонтального сопротивления заземления.

Расчет:

а)  заглубление равно (рис. 2):  h = 0,5l + t = 0,5 · 2,5 + 0,5 = 1,75 м.;

б) сопротивление одного заземлителя вычислим по формуле, (ρэкв =  ρфакт):

прим. автора, где ln — логарифм, смотри  ⇒  формулы    на Рис. 4

  Нормируемое сопротивления для нашего примера должно быть не больше 30 Ом., поэтому принимается равным R1 ≈ 28 Ом., что соответствует ПУЭ для одиночного вертикального заземлителя (электрода)  заземления опоры ВЛ  — U ∼ 380 В.

Если недостаточно одного заземлителя для опоры, то можно добавить второй или третий, в этом случае для двух заземлителей расчёт выполняется как для заземлителей в ряд, для трёх заземлителей (треугольником) по контуру, при этом надо иметь в виду, что расчёт треугольником малоэффективный, из-за взаимного влияния электродов друг к другу. 

2.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей в ряд:

 Воспользуемся данными из примера 1 , где R = 27,58 Ом·м для расчёт вторичного заземления электроустановок (ЭУ), где нормативное сопротивление требуется не более Rн = 10 Ом, на вводе в здания, при напряжении 380 В  и каждого повторного заземлителя не более Rн = 30 (см. ПУЭ п.1.7.103 см.  Заземлители) . 

Расчет:

а) для расчёта заземления с расположением в ряд заземлителей, как уже отмечалось выше, возьмем данные из примера 1, где  R1 = 27,58 Ом·м  одиночного заземлителя и Ψ — 1,45 для третей климатической зоне;

б)   предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле 4.3 (см. Расчёт заземления):

n0 = 27,58 / 10 = 3,54 шт, где коэффициент спроса (использования) примем η = 1; далее по таблице 3 выберем число электродов n = 3 в ряд при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL и коэффициент спроса  η = 0,78, далее уточняем число электродов:

n = 27,58 / (10 · 0,78) = 3,26 шт; где потребуется увеличить число электродов или изменить расстояние к их длине a = 3хL, для экономии материалов примем отношение a = 3хL  и количество вертикальных электродов равным —  n =  3 шт. с коэффициентом спроса η = 0,91: n = 27,58 / (10 · 0,91) = 3,03 шт; т.к. общее сопротивление заземлителя уменьшиться за счёт горизонтального заземлителя;

в) длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей  расположенных в ряд, где а = 3· L = 3 · 2 = 6 м;   Lг = 6 · (3 — 1) = 12 м;

г) сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя находим по формуле 5 (см. Расчёт заземления), где в качестве верхнего грунта принято глина полутвердая с удельным сопротивлением 60 Ом·м., до глубины верхнего слоя нашей траншеи t = 0,5 м. см. пример 1; выберем  полосу заземлителя 40 х 4 мм., где коэффициент III климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 2,2  и коэффициент спроса примем η = 1, т.к. расстояние  между электродами более 5 м., что исключает влияние около электродной зоны, по количеству принятых электродов, их длине и отношению расстояния между ними (см. таблицу 3  Расчёт заземления) :

ширина полки для полосы b = 0,04 м.

Rг = 0,366 · (100 · 2,2 / 12 · 1) · lg (2 · 122 /0,04 · 0,5) = 27,90 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — Rг = 27,9 Ом·м;

где,  lg- десятичный логарифм (смотри   формулы   формулы для расчёта рис. 4), b — 0,04 м. ширина полосы, t — 0,5 м. глубина траншеи.

д) Определим общее сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Rоб =  (27,9 · 27,58) / (27,58 · 1) + (27,9 · 0,91 ·3) = 7,42 Ом·м 

где Rоб — общее сопротивление заземлителей; RВ — вертикального; RГ — горизонтального, ηВ и ηГ — коэффициенты использования вертикального и горизонтального заземлителя, n —  шт количество вертикальных заземлителей.

Rоб = 7,42  Ом·м соответствует норме при напряжении U — 380 В  для ввода в здание, где нормированное  сопротивление не более Rн = 10 Ом (Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В., ПУЭ п.1.7.103.) 

3.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей по контуру:

     В качестве грунта примем сугли́нок — почва с преимущественным содержанием глины и значительным количеством песка с удельным сопротивлением ρ — 100 Ом·м. Вертикальный заземлитель из стальной трубы с наружным диаметром d — 32 мм., толщена стенки  S — 4 мм.,  длиной электрода L — 2,2 м и расстоянием между ними 2,2 м (a = 1хL). Заземлители расположены по контуру. Глубина траншеи равна t = 0,7 м. Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для второй климатической зоны и длине заземлителей до 5 м, его сезонное климатическое значение сопротивление составит Ψ — 1,5. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно Rн = 10 Ом·м. Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρэкв = Ψρ = 1.5 · 100 = 150 Ом·м.

а) вычислим сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня) по формуле 2 см.  Расчёт заземления:

RО  = 150 / (2π · 2,2) · (ln (2 · 2,2 / 0,032) + 0,5 · ln (4 · 1,8 + 2,2) / (4 · 1,8 — 2,2)) = 10,85 · (ln 137,5 + 0,5 · ln 1,88) = 56,845 Ом·м., где T = 0,5 · L + t = 0,5 · 2,2 + 0,7 = 1,8 м.  Примем RО = RВ = 56,85 Ом·м.,

б) предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находим по формуле  (см. Расчёт заземления):

n = 56,85 /10 = 5,685 шт., округляем по таблице 3 до ближайшего значения, где n = 4 шт., далее по таблице 3 выберем число электродов n = 6 шт по контуру при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL, где коэффициент спроса  η = 0,62 и уточним количество стержней с коэффициентом использования вертикальных заземлителей:   n = 56,85 /10 · 0,62  = 9,17 шт., т.е требуется увеличить количество электродов до  n = 10 шт., где коэффициент спроса  ηВ = 0,55 ;  

в) находим длину горизонтального заземлителя исходя из количества заземлителей  расположенных по контуру:  LГ = а · n , LГ = 2,2 · 10 = 22 м., где а = 1 · L = 1 · 2,2 = 2,2 м;

г)  находим сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя  по формуле 5 (см. Расчёт заземления), где коэффициент для II климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 3,5, коэффициент спроса примем по таблице 3 — ηГ = 0,34, ширина полосы горизонтального заземлителя b — 40 мм, (если из той же трубы d = 32 мм, то тогда ширина b полосы   будет равна — b = 2 · d = 2 · 32 = 64 мм, b = 0,064 м.) и удельное сопротивление грунта — ρ = 100 Ом.м, по формуле 6:

RГ = 0,366 · (100 · 3,5 / 22 · 0,34) · lg (2 · 222 /0,040 · 0,7) = 17,126 · lg 34571,428 = 77,73 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — RГ = 77,73 Ом·м;

д) Определим полное сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растекания тока горизонтальных заземлителей по формуле 6:

Rоб =  (77,73 · 56,85) / (56,85 · 0,34) + (77,73 · 0,55 ·10) = 9,89 Ом·м , что соответствует заданной норме сопротивления не более Rн = 10 Ом·м.

         Перейти далее:    ⇒           Продолжение примеров расчёта заземления

Данный расчет следует применять как оценочный. После окончания монтажа заземляющего устройства необходимо пригласить специалистов электролаборатории для проведения электроизмерений (для ООО и ИП обязательно).

Вернутся:

на страницу     Заземляющие устройства

на страницу     Заземлители заземляющего устройства 

на страницу     Расчет заземляющего устройства

Перейти в раздел:  Паспорт ЗУ, Акт освидетельствования скрытых работ, Протокол испытания ЗУ

Примечание: данный раздел пока находится в разработке, могут быть опечатки. 

energetik.com.ru

Расчёт заземления и его особенности

Важнейшей функцией заземления является электробезопасность. Перед его установкой в частном доме, на подстанции и в других местах необходимо произвести расчёт заземления.

Как выглядит заземление частного дома

Электрический контакт с землёй создаёт погруженная в грунт металлическая конструкция из электродов вместе с подключёнными проводами – всё это представляет собой заземляющее устройство (ЗУ).

Места соединения с ЗУ проводника, защитного провода или экрана кабеля называются точками заземления. На рисунке ниже изображено заземление из одного вертикального металлического проводника длиной 2500 мм, вкопанного в землю. Его верхняя часть размещается на глубине 750 мм в траншее, ширина которой в нижней части составляет 500 мм и в верхней – 800 мм. Проводник может быть связан сваркой с другими такими же заземлителями в контур горизонтальными пластинами.

Вид простейшего заземления помещения

После монтажа заземлителя траншея засыпается грунтом, а один из электродов должен выходить наружу. К нему подключается провод над поверхностью земли, который идет к шине заземления в электрощите управления.

При нахождении оборудования в нормальных условиях на точках заземления напряжение будет нулевым. В идеальном случае при коротком замыкании сопротивление ЗУ будет равно нулю.

При возникновении в заземлённой точке потенциала, должно произойти его зануление. Если рассмотреть любой пример расчёта, можно увидеть, что ток короткого замыкания Iз имеет определенную величину и не может быть бесконечно большим. Грунт обладает сопротивлением растекания тока Rз от точек с нулевым потенциалом до заземлителя:

Rз = Uз/ Iз, где Uз – напряжение на заземлителе.

Решение задачи правильного расчёта заземления особенно важно для электростанции или подстанции, где сосредоточено много оборудования, работающего под высоким напряжением. 

Величина Rз определяется характеристиками окружающего грунта: влажностью, плотностью, содержанием солей. Здесь также важными параметрами являются конструкции заземлителей, глубина погружения и диаметр подключённого провода, который должен быть таким же, как у жил электропроводки. Минимальное поперечное сечение голого медного провода составляет 4 мм2, а изолированного – 1,5 мм2.

Если фазный провод коснётся корпуса электроприбора, падение напряжения на нём определяется величинами Rз и максимально возможного тока. Напряжение прикосновения Uпр всегда будет меньше, чем Uз, поскольку его снижают обувь и одежда человека, а также расстояние до заземлителей.

На поверхности земли, где растекается ток, также существует разность потенциалов. Если она высокая, человек может попасть под шаговое напряжение Uш опасное для жизни. Чем дальше от заземлителей, тем оно меньше.

Величина Uз должна иметь допустимое значение, чтобы обеспечить безопасность человека.

Снизить величины Uпр и Uш можно, если уменьшить Rз, за счёт чего также уменьшится ток, протекающий через тело человека.

Если напряжение электроустановки превышает 1 кВ (пример – подстанции на промышленных предприятиях), создаётся подземное сооружение из замкнутого контура в виде рядов металлических стержней, забитых в землю и соединённых сваркой между собой при помощи стальных полос. За счёт этого производится выравнивание потенциалов между смежными точками поверхности.

Безопасная работа с электросетями обеспечивается не только за счёт наличия заземления электроприборов. Для этого ещё необходимы предохранители, автоматические выключатели и УЗО.

Заземление не только обеспечивает разность потенциалов до безопасного уровня, но и создаёт ток утечки, которого должно хватать для срабатывания защитных средств.

Соединять с заземлителем каждый электроприбор нецелесообразно. Подключения производят через шину, расположенную в квартирном щитке. Вводом для неё служит провод заземления или провод РЕ, проложенный от подстанции к потребителю, например, через систему TN-S.

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

ГрунтУдельное сопротивление р, Ом*мГрунтУдельное 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).

На выбранном участке ρ грунта может существенно отличаться от средних табличных значений из-за техногенных или природных факторов.

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.

Замкнутый контур заземления в частном доме

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

Влияние горизонтальных перемычек незначительно и в оценочных расчётах может не учитываться.

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.

Если рядом находятся естественные заземлители, их можно использовать.

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.

Естественное заземление на даче через арматуру фундамента

Устройство размещается внутри фундамента, где шина для подключения выводится наружу.

Любой приведённый пример можно использовать как алгоритм расчёта. При этом для оценки правильности может быть применена онлайн-программа.

Как выглядит онлайн-программа, с помощью которой можно рассчитать заземление

Ошибки монтажа. Видео

Избежать ошибок в монтаже заземляющего устройства поможет это видео.

Самостоятельные расчёты заземления являются оценочными. После его монтажа следует произвести дополнительные электрические измерения, для чего приглашаются специалисты. Если грунт сухой, нужно использовать длинные электроды из-за плохой проводимости. Во влажном грунте поперечное сечение электродов следует брать как можно больше по причине повышенной коррозии.

Оцените статью:

elquanta.ru

Пример расчета защитного заземления с картинками

В системе заземления TN-С-S, защитные функции выполняет заземляющий провод PE, поэтому расчёт повторного заземления в точке разделения PEN затруднён из-за сложности получения параметров воздушных линий и повторных заземлителей.

Без данных, которые находятся у энергоснабжающих служб, подобные расчеты не будут иметь обоснованной точности, строясь лишь на догадках. Тем более, часто бывает, что представители компании, обеспечивающей энергоснабжение, заверяют в ненужности повторного заземления в месте разделения PEN провода, иногда даже препятствуют этому.

Поэтому в отношении частного дома, для расчёта максимальной эффективности заземления нужно брать за основу систему TT, где заземляющий контур не связан с сетевым нулевым проводом.

Система заземления ТТ

Предназначение расчёта заземления

Приступая к расчётам, нужно учесть, что из-за неоднородности почвы и других неучтённых факторов, реальное сопротивление заземления может не совпасть с расчётным. Данные несовпадения случаются даже с лабораториями, имеющими специальное оборудование для анализа грунтов.

Поэтому после проведения работ всегда проверяют сопротивление заземления, и если нужно, добавляют электроды. Целью расчёта сопротивления контура заземления является электробезопасность, условие которой состоит в снижении напряжения прикосновения до безопасного уровня при пробое изоляции и контакте фазного провода с корпусом заземляемого электроприбора.

Безопасным считается максимально допустимое напряжение прикосновения Uп.д.= 40В. Первым этапом расчета будет определение значения тока однофазного замыкания на землю Iкзф.

Поскольку речь идёт о заземлении для частного дома, которое ПУЭ не регламентируется, то Iкзф нужно принять таким, при котором вводный защитный автомат гарантированно отключится за очень быстрое время.

Обозначение вертикального заземлителя

Максимально эффективные значения сопротивления контура заземления

Будет большой ошибкой считать Iкзф равным номинальному току автомата, при котором, согласно время-токовой характеристике, он никогда не сработает, так как реальный порог срабатывания автомата начинается, когда протекающий ток в 1,13 раза больший, чем номинальный, и при этом могут пройти десятки минут до отключения нагрузки.

Время-токовая характеристика срабатывания автоматического выключателя

Значение Iкзф выбирают из графика время-токовой характеристики, чтобы время было не больше нескольких долей секунд. Для автоматов типа С, срабатывание автомата в пределах секунды определяется условием превышения номинального тока раз в пять – десять, в зависимости от температурных условий.

То есть, если на вводе стоит автомат 16А, то заземление должно обеспечивать ток замыкания фазы на землю Iкзф=160А, чтобы защита сработала практически моментально. Исходя из данных условий определяется значение допустимого сопротивления заземления:

Rзд≤ U/ Iкзф,

где U – напряжение сети. Rзд≤220/160=1,375 Ом. Чтобы при этом выполнялось требование по обеспечению напряжения прикосновения, то Rзд≤ Uп.д./ Iкзф¬. То есть Rзд≤40/160=0,25 Ом.

Допускаемые значения сопротивления заземления, согласно нормативам

Вышеприведённое расчётное значение сопротивления рассчитано, исходя из максимальных параметров, и как будет рассчитано ниже, достижение данного параметра контура заземления будет весьма трудным и затратным делом, особенно, если удельное сопротивление почвы неблагоприятное.

Ещё более труднодостижимым будет данный параметр, если номинал автомата будет большим. Поэтому, в системе TT, согласно ГОСТ30339-95 / ГОСТ Р50669-94 обязательным является использование УЗО с током утечки IΔn≤30мА, при котором Rзд≤ 47 Ом. При IΔn=100мА Rзд≤14 Ом, а при IΔn=300мА Rзд≤4 Ом.

Данное требование ГОСТ касается мобильных зданий, где энергопитание может быть осуществлено только по системе TT, оно является намного более требовательным, чем норматив ПУЭ 1.7.59, где Rзд*IΔn<50В, при котором Rзд получается 1666 Ом.

Устройство треугольного заземлителя

В быту сопротивление заземления, равное 4 Ом считается хорошим, ввиду того, что оно гарантированно обеспечит срабатывание достаточно мощных автоматов защиты в течении нескольких десятков секунд, что удовлетворяет требованиям противопожарной безопасности.

Среднее удельное сопротивление некоторых грунтов

Удельное сопротивление почв

Расчет защитного заземления состоит в определении материала и параметров заземлителей, их количества, взаимного расположения и способа укладки, при котором сопротивление заземляющего контура не должно превышать нормируемое сопротивление Rзд. Материалом служит металлопрокат из оцинкованной или омеднённой стали или чистой меди.

Для круглого профиля одиночного заземлителя его сопротивление рассчитывают по формуле:

Где — ρ – удельное сопротивление почвы Oм*м; L – длина, d – диаметр заземлителя, м; T – заглубление заземлителя, равное расстоянию от его середины до поверхности грунта, м; ln – логарифм, данная функция присутствует в инженерном калькуляторе Windows.

Удельное сопротивление грунтов измеряют при помощи лабораторного оборудования на месте, или выбирают исходя из таблицы, умножая на расчётный коэффициент 1,75.

Влияние сезонных колебаний климата

На практике также приходится учитывать неоднородность грунта, разброс его характеристик относительно сезонных изменений климата и влажности.

Таблица — климатические зоны промерзания грунта

Удельное сопротивление выбирают, учитывая поправочный сезонный коэффициент ψ, который выбирают, исходя из таблицы, равным Kl для вертикального заземлителя, или ψ= Kг для горизонтального.

При этом эквивалентное, реальное значение удельного сопротивления ρэкв для вертикальных электродов вычисляют, используя коэффициент Kl ρэкв=ρ* Kl, а для горизонтальных заземлителей Kгρэкв=ρ* Kг, которые прокладывают на глубине 0,5 — 0,8м.

Двухслойный грунт

Вертикальные заземлители также принято вбивать в дно траншеи, чтобы их верхушки были ниже точки промерзания грунта. При этом, по мере углубления электрода, слой почвы меняется, поэтому ρэкв вычисляют как среднее значение удельного сопротивления для двух слоев грунта, исходя из глубины заглубления заземлителей:

Где ρ1, ρ2 – удельное сопротивление нижнего и верхнего слоя соответственно; t – глубина траншеи; H – высота верхнего слоя почвы, сезонный коэффициент ψ (из таблицы).

Для расчёта сопротивления заземления глубинного заземлителя пользуются упрощённой формулой:

Сопротивление растекания для горизонтального заземлителя (полосы, соединяющей вертикальные электроды):

Где Lг – длина полосы, b – ширина, ηг – коэффициент взаимного экранирования горизонтальных заземлителей. Как правило, заземление делают по контуру вокруг дома, поэтому сопротивление горизонтального заземлителя Rг будет предопределено, и общее сопротивление вертикальных электродов будет равно:

Количество вертикальных заземлителей:

Где ηг коэффициент экранирования (использования) для вертикальных электродов.

Эффект экранирования вертикальных заземлителей

В таблице приведены зависимости коэффициентов использования заземлителей относительно расстояния между ними, расположенными в ряд или по контуру.

Коэффициент использования заземлителей

Пример расчёта

Допустим, требуется Rзд=4 Ом в доме, располагающемся в тёплой четвёртой климатической зоне. Грунт — сверху чернозем H=0,9м, снизу глина. Длина траншеи вокруг дома (квадрат) Lг =40м, глубина t=0,5м. Используется полоса 4*40мм, круглый стержень L=2м, d=0,02м. Требуется рассчитать количество вертикальных электродов заземления и расстояние между ними.

Вычисляем сопротивление горизонтальной полосы, которая залегает в чёрноземе:

Данное значение слишком велико и не удовлетворяет требуемое значение Rзд=4 Ом, поэтому нужно продолжить вычисления и рассчитать общее сопротивление вертикальных заземлителей:

Далее рассчитываем эквивалентное удельное сопротивление грунтов. Нужно помнить о поправочном расчётном коэффициенте 1,75 – для наглядности вычисления с ним заключены в дополнительные скобки:

Середина заглублённого электрода:

Рассчитываем одиночный вертикальный заземлитель:

Находим количество вертикальных заземлителей:

Данное значение округляем до двенадцати электродов, и равномерно их распределяем по контуру на расстоянии 40/12=3,33 м друг от друга.

В данном примере показан расчёт сопротивления заземления, устанавливаемого в благоприятных грунтах. Для других типов грунтов процесс вычислений не отличается, но воплощение рассчитанного контура становится дороже в разы.

Похожие статьи

infoelectrik.ru

Расчет сопротивления заземляющего устройства. Расчет заземляющих устройств

В современном мире очень часто используется электричество. Фактически оно есть везде. Где-то стоит стиральная машинка, даже на даче есть бойлер. Таким образом электричество — это надёжный друг. Но ведь оно может и убить, поэтому ученые изобрели специальное устройство. Это защитное заземление. Как верно произвести расчет заземления частного дома? Об этом мы и поговорим.

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.

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.

Установка стержней

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.

Формула сопротивления стержня

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.

Теперь рассчитываем сопротивление:

Формула расчета сопротивления

Rн- нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.

ψ — сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта. Для России в средней полосе равен 1,7.

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.

Формула расчета заземления

Рассчитываем, сколько нужно заземлителей. При этом полученной число нужно округлить в большую сторону.

Расчет заземлителей

Расчет заземления кабелей можно провести по следующей формуле:

Формула расчета заземления кабелей

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.

• В сухом грунте нужно использовать длинные стержни, потому что такой грунт очень плохо проводит ток.
• Тонкий металл во влажном грунте использовать не рекомендуется, потому что он быстро подвергается коррозии. Лучше всего применить водоносную скважину.
• Если вы сами не можете рассчитать заземление, то можете использовать программу «Заземление v 2.1».

Прошли те времена, когда застройщики и не слыхали о контуре заземления. Сейчас они прекрасно знают, что нужно думать о своей безопасности, о защите многочисленного оборудования, в приобретение которого были вложены немалые деньги. Чтобы заземляющий контур максимально эффективно выполнял свои функции, его нужно грамотно рассчитать. Все, о чем пойдет речь ниже, как раз и посвящено решению этого вопроса.

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 —

buildinge.ru

Защитное заземление — расчет контура и сопротивления

 

Для большинства обывателей вопрос следует ли заземлять бытовую электротехнику, кажется несущественным и необязательным. Разве что к разряду приборов, подлежащих обязательному заземлению, они относят сверхмощные изделия и устройства. Такое пренебрежительное отношение к одному из основных законов электротехники и, соответственно, пожарной безопасности заложены в сознание человека теми еще недалекими временами, когда в электропроводке для обустройства электрической осветительной системы в жилом доме даже не предусматривался монтаж заземляющего провода.

Однако сегодня в современной квартире значительно возросло количество бытовых электроприборов, в том числе большой мощности, и, соответственно, возросло их энергопотребление, а значит, увеличилась нагрузка на электрическую сеть.

Заземление электроприборов является одной из основных систем защиты вашей домовой электрической сети и подключаемых к ней приборов и устройств. Поэтому не следует игнорировать очевидное, это верх безответственности, тем более что современными нормами электробезопасности четко регламентируются требования, которые предписывают обязательное заземление всех бытовых электроприборов мощностью больше 1,3 ватт.

Это следует понимать так, что если даже заземление отсутствовало изначально, его необходимо обустроить своими силами (или с помощью соответствующих специалистов). Естественно, непосредственно работе предшествуют расчеты заземления. Всем, кто впервые сталкивается с необходимостью выполнения заземления, прежде всего, необходимо четко понять, зачем строят заземляющие спуски, какие факторы учитываются при расчетах и как это выполнить технически. Согласитесь, если получить исходные данные о заземлении посредством компьютерной программы, вам, как рядовому пользователю, не знакомому с основами электротехники, это практически не прибавит понимания.

Поэтому, если вы дорожите жизнью и здоровьем своих близких, советуем уделить внимание нижеизложенной информации. Она заставит вас пересмотреть свои взгляды на необходимость обустройства заземления. Уверены, время вы потратите не зря – благодаря приобретенным знаниям вы в дальнейшем избежите многих опасных моментов и рисковых ситуаций при эксплуатации электрических приборов в своей квартире. Рассмотрим требуемые формулы расчетов и постараемся разобраться в самой сути заземления более подробно.

Любому электротехническому устройству в процессе работы свойственно наличие напряжения на токопроводящем корпусе, что обусловлено прохождением тока по обмоткам трансформатора или электродвигателя. Даже если корпус не является частью общей электрической цепи, на нем в любом случае образуется напряжение, которое создает электромагнитное поле от токов, работающих внутри прибора. Для отвода напряжения с корпуса электрического прибора его надо соединить с землей, в прямом смысле этого слова, то есть, корпус прибора необходимо заземлить.На примере расчета заземлений с помощью компьютерной программы Elcut рассмотрим, какие данные необходимо заложить в программу, чтобы она выдала исходные данные применительно к вашему случаю и условиям.

Примеры, свидетельствующие о необходимости заземления

Впоследствии вы сможете убедиться, что программа работает виртуозно и сбои практически исключены. Для того чтобы вы в совершенстве могли осмыслить выданные программой расчеты, необходимо разобраться с некоторыми тонкостями работы программы.

Почему и когда технически целесообразно обустраивать заземление наглядно видно на примере работы современного телевизора и сетевого фильтра. Телевизоры последних поколений оборудованы специальным устройством, отключающим телевизор в случае перенапряжения. Для срабатывания этой функции телевизор должен быть заземлен, в случае его отсутствия устройство при возникновении указанных аварийных ситуаций будет “молчать”, что приведет к поломке дорогостоящего прибора. Теперь сетевой фильтр подключения компьютера – он также работает при наличии заземления, а без него это просто удлинитель, на который вы в таком случае зря выбросили деньги.

Как видите, техническая необходимость заземления электроприборов обоснована. Однако кроме этого существует и более важная необходимость обустройства заземления – безопасная эксплуатация электроприборов. О том, насколько это существенно, видно из такого примера: незаземленный холодильник расположен рядом с отопительной батареей, на его корпусе возникло относительно небольшое напряжение порядка 50—100 вольт. Для взрослого человека это напряжение при случайном прикосновении будет почти не ощутимым. А вот если к прибору прикоснется ребенок и одновременно (случайно или непредумышленно) в это же время дотронется до батареи центрального отопления, которая обязательно заземлена, он окажется между заземлением (батарея) и напряжением (холодильник), то есть, своим организмом создаст электрическую цепь: корпус холодильника, находящийся под напряжением – организм человека – заземленная батарея. Неокрепший детский организм очень восприимчив к току даже в небольших величинах, при его прохождении через организм последствия могут быть очень серьезными и даже фатальными. Поэтому риторического вопроса быть или не быть заземлению, ответ однозначный – Люди! С помощью защитного заземления обезопасьте себя и своих близких от рисковых ситуаций.

Обустройство заземления в современных многоэтажных домах не требует значительных работ. Электрическая проводка в этих домах кроме рабочих электрических жил включает в себя также и заземляющий провод. И чтобы работа электроприборов была безопасной, достаточно будет того, что вы установите электрическую розетку с тремя контактами, один из которых как раз и предусмотрен для подключения заземляющего провода.

Что касается домов и квартир, в которых обустройство электрической системы было выполнено без заземляющего провода, его необходимо проложить. Для варианта, когда распределительный щиток с электрическими счетчиками находится на лестничной площадке, при котором заземляющий или нулевой провод (зависит от того, какая у дома схема электропитания – четырех или пятипроводная) подсоединяют к металлическому корпусу электрического щитка, необходимо только найти свободную клемму для подсоединения на корпус.

Ни в коем случае не нарушайте непреложное правило – каждый провод заземления должен быть присоединен к отдельному винту.

 

 

А вот таким же образом выполнить эту работу в старенькой хрущевке быстрее всего не получится, потому что использовать рабочий нулевой провод для заземления запрещено – для этого должен быть отдельный заземлитель. Выход один – использовать в качестве заземляющих устройств естественные элементы токопроводящих конструкций, имеющих надежный контакт с землей или специальные искусственные заземлители.

В качестве естественных заземлителей можно использовать арматуру фундамента, водопроводные трубы, исключая систему отопления, наружную металлическую оболочку бронированных кабелей (кроме алюминиевых кабелей).

Заземляющие устройства искусственного типа разделяются на вертикальные и горизонтальные: в одном случае это вбитые в грунт металлические стержни, соединенные между собой токопроводящей полосой, присоединенной к стержням сварным способом. В другом случае — металлические электроды, проложенные по горизонтальной схеме в земле. И располагать их необходимо обязательно ниже глубины промерзания грунта.

Правильные расчеты сопротивления заземляющего устройства

Эффективное заземление возможно только благодаря обоснованным предварительным расчетам, в которых основным изначальным параметром считается сопротивление заземляющего контура. Современными правилами электроустановок его значение не допускается больше 8 Ом для сети с напряжением 220 вольт и 4 Ом – при напряжении 380 вольт. Это требование к заземляющему устройству действует круглый год. Конечно, с уменьшением напряжения сети допускается увеличение сопротивления заземления контура до приемлемого значения, способного обеспечить безопасность людей, особенно детей, при соприкосновении с металлической поверхностью электроустановки в случае попадания на нее фазного напряжения. С уменьшением сопротивления заземления на корпусе электрического изделия, соответственно, будет оставаться меньшее напряжение.

Измеряют сопротивление заземления специальными измерительными приборами с высокой степенью точности.

Расчет заземляющего контура

Расчету контура заземления предшествует обработка и анализ грунта, в котором будет заложен контур заземления, потому что у каждой категории почвы свои показатели электрической проводимости. Удельное сопротивление почвы определяют на основе таких показателей:

• плотность грунта;
• химический и механический состав почвы;
• температурный режим;
• влажность.

Уже навскидку видно, что этот показатель в зависимости от погодных условий и времени года будет существенно меняться, поэтому при расчетах берутся за основу наивысшие сезонные характеристики удельного сопротивления.

При расчете сопротивления заземлителя вертикального одиночного типа применяют формулу:где:

R₁ (Ом) — рассчитываемое сопротивление стержня одиночного заземлителя.

∏ (3,141592) — константа.

Ρ (Ом∙м) — удельное сопротивление почвы.

L (м) — длина стержня заземляющего устройства.

ln — натуральный логарифм.

T (м) — расстояние от центра стержня до уровня поверхности земли.

d (м) — диаметр стержня (м).

Расчет сопротивления заземлителя, который состоит из нескольких однотипных стержней, установленных на одной глубине, используют следующую формулу:где:

R (Ом) — рассчитываемое сопротивление заземляющего устройства состоящего из группы стержней.

R₁ (Ом) — сопротивление одного стержня.

K₁ — коэффициент воздействия электродов друг на друга.

N — количество стержней, из которых состоит заземляющее устройство.

Коэффициент воздействия электродов между собой зависит от расстояния между ними. Не допускайте, чтобы это расстояние было меньше их длины. Оптимальный вариант, когда оно равно 2,2 длины стержней. Соединяют стержни в заземлителе многоэлектродного типа металлической полосой с минимальным сечением 150 мм2.

Вышеперечисленные формулы показывают, что сопротивление заземляющего устройства зависит от того, какое сопротивление грунта и длина электродов, то есть с увеличением электрического сопротивления грунта необходимо увеличивать длину электродов в заземлителе. Если грунт тяжелый и не позволяет вбить электроды на нужную глубину, необходимо использовать большее количество электродов, а если устройство заземлителя выполняется в условиях скальных пород повышенной твердости, придется выполнять заземляющее устройство горизонтального типа или устраивать электролитические заземлители.

Видео: «Экранирование. Земляные контуры.»

 

Источник

openstroi.ru

---

• 
  Крепление проводов
• 
  Из крана течет теплая вода вместо горячей куда обращаться
• 
  Скорость света в км в секунду
• 
  Росквартал гис жкх
• 
  Желтое твердое вещество которое не проводит электрический ток
• 
  Сделать своими руками генератор
• 
  Генератор для сварочного аппарата инверторного типа
• 
  Контроллер для света с пультом
• 
  Изоляционные материалы для проводов
• 
  Ремонт светодиодная лампа на 220в своими руками
• 
  Батарейка 12 вольт