Расчет заземления | Пример расчета заземляющего устройства

Без грамотно рассчитанного контура заземления (ЗК) надеяться на эффективность работы защитной конструкции было бы большой ошибкой. Только убедившись в том, что для токов стекания подготовлена цепочка с минимальным сопротивлением можно быть уверенным в безопасности людей, работающих на линии. Поэтому так важно сразу же разобраться со всеми тонкостями и особенностями расчета контуров заземления.

Цель расчета защитного заземления

Обустраиваемое на стороне потребителя заземляющее устройство предназначено для защиты не только персонала, обслуживающего электроустановки, но и рядовых пользователей.

Важно! Опасный потенциал может попасть на металлические части оборудования во время работы с ним совершенно случайно (из-за повреждения изоляции проводов, например).

Полноценный расчет заземления гарантирует образование надежного контакта защитного устройства с землей, приводящего к растеканию тока и снижению уровня опасного напряжения.

Таким образом, назначение расчета заземляющих устройств – создание условий, исключающих риск поражения живых организмов высоким потенциалом путем его снижения в точке замыкания. В отсутствие хорошо просчитанного и функционального заземлителя любое прикосновение к корпусу поврежденного оборудования равнозначно прямому контакту с фазной жилой.

Выбор контура

Перед расчетом контура Вам предоставляется возможность выбрать один из следующих вариантов заземляющих устройств:

• Треугольная конструкция, параметры которой определяются еще на этапе проектирования.
• Линейное сооружение протяженного типа, монтируемое по периметру защищаемого объекта.
• Модульно-штыревая заземляющая конструкция.

Каждый из перечисленных выше способов сборки и последующего монтажа заземляющих устройств нуждается в подробном рассмотрении.

Треугольная конструкция

Этот вариант изготовления ЗК – самый известный и распространенный среди профессионалов и любителей. Для обустройства такой конструкции потребуется приготовить следующие элементы:

• Двухметровые металлические стержни (арматурные прутья) в количестве 3-х штук.
• Столько же стальных перемычек, предназначенных для объединения прутьев в единую конструкцию.
• Медная шина, необходимая для соединения ЗК с точкой сбора жил от заземляемого оборудования в распределительном шкафу (ГЗШ – главная заземляющая шина).

Плоскость сварного контура с уже вбитыми в землю штырями при обустройстве ЗУ должна располагаться на глубине примерно 30-60 см.

Линейный контур

Линейное заземление выбирается в случае, когда к защитному сооружению требуется подключить несколько единиц оборудования, размещенных на удалении один от другого. Оно состоит из нескольких вбитых в землю штырей (3), расположение которых относительно друг друга выбирается из расчетных данных.

Линейная схема контура заземления для частного дома

От собранной по этой схеме конструкции, как и в случае с треугольником в сторону распределительного щитка с ГЗШ делается отвод (2). Перед тем как рассчитать такой ЗК – следует учесть, что общее число штырей ограничено взаимным влиянием аварийных токов, протекающих в каждом одиночном заземлителе.

Модульно-штыревое заземление

Модульный тип ЗУ применяется в ситуациях, когда площадь на участке перед домом ограничена небольшими размерами и допускается обустройство одной штыревой конструкции.

Схема монтажа одиночного заземляющего электрода

Она содержит в своем комплекте следующие элементы:

• Стальной стержень полутораметровой длины с медным покрытием и имеющейся на
• рабочей части резьбой.
• Специальную муфту из латуни, обеспечивающую получение резьбового соединения вертикально вбиваемого штыря с заземляющим отводом.
• Латунные зажимы особой конструкции, гарантирующие надежное сочленение металлических штырей с соединительной полосой.
• Наконечники для самих заземляющих стержней.
• Насадку с ударной площадкой, позволяющую передавать импульс от забивающего инструмента (вибромолота).

Комплект модульно-штыревого заземления

Обратите внимание: Для надежной защиты от коррозии все резьбовые элементы стержней покрываются графитной пастой, входящей в комплект фирменной поставки.

Защитная смазка сохраняется долгое время и не растекается при нагревании штырей и других элементов такого ЗУ. Входящая в состав антикоррозийная лента устойчива к воздействию агрессивных сред и защищает от разрушения всю конструкцию в целом.

Подробно о монтаже модульно-штыревого заземления читайте на этой странице.

Исходные данные для расчета заземления

Перед началом обустройства заземления расчет которого нужно провести, необходимо заранее определиться с такими исходными данными, как:

• Линейные размеры забиваемых в грунт стальных штырей.
• Расстояние между ними (шаг монтажа).
• Допустимая глубина погружения.
• Характеристики почвы в месте обустройства заземления.

Дополнительное замечание: Перед проведением расчета также потребуется знать величину сопротивления грунта Ом на участке проведения монтажных работ.

При его определении важно помнить о том, что он сильно отличается от места к месту и в значительной степени зависит от климатической зоны, к которой относится регион. Помимо этих данный придется учесть конфигурацию и материал заготовок, из которых сваривается готовое сооружение (либо обычный стальной уголок, либо медная широкая полоска).

Согласно ПУЭ минимальные размеры элементов для треугольной или линейной контурной конструкции должны быть:

• полоса – сечение 48 мм2;
• уголок 4х4 мм;
• круглый брусок – сечение 10 мм2;
• стальная труба диаметром 2,5 см со стенками толщиной не менее 3,5 мм.

Полезное замечание: Минимальную длину штырей вычисляют с учетом технических требований (необходимостью получения требуемого сопротивления стеканию в землю).

В соответствие с этими требованиями ее выбирают не менее 2-2,5 метра. Расстояние между соседними точками погружения стержней должно быть кратным их длине. В зависимости от размеров и конфигурации площадки для обустройства ЗУ элементы конструкции устанавливаются либо в ряд, либо в виде правильного треугольника (иногда для этого выбирается квадратная форма). Используемые в этом случае методики расчета различных вариантов ЗУ ставят своей задачей получение данных по числу стержней и параметрам соединительной полосы (ее длины и сечения).

Расчет элементов заземляющего устройства

Определение параметров проводников, используемых в конструкции любого заземлителя, проводится с учетом следующих соображений:

• Длина металлических стержней или штырей в значительной мере определяет эффективность всей системы защитного заземления.
• Большое значение имеет и протяженность элементов металлических связей.
• От линейных размеров этих конструктивных составляющих зависят расход материала, а также суммарные затраты на обустройство ЗУ.
• Сопротивление вертикально забиваемых электродов в первую очередь определяется длиной.
• Их поперечные размеры не оказывают существенного влияния на качество и эффективность обустраиваемой защиты.

Обратите внимание: Порядок выбора сечения проводников определяется в ПУЭ, поскольку этот показатель характеризует устойчивость к коррозии (электроды должны служить 5-10 лет).

Помимо этого всегда нужно помнить о «золотом» правиле, согласно которому чем больше металлических заготовок предусмотрено в схеме – тем лучше характеристики безопасности контура.

Схема установки одиночного вертикального заземлителя

Также следует учесть, что мероприятия по организации заземления нельзя назвать легким занятием. При большом количестве составляющих системы увеличиваются объемы земляных работ. А решение вопроса о том, каким конкретно способом улучшать качество заземления (за счет длины или количества электродов) остается за самим исполнителем.

В любом случае при обустройстве ЗУ произвольного типа рекомендуется придерживаться следующих правил:

1. стержни необходимо вбивать до отметки, находящейся ниже уровня промерзания почвы минимум на 50 сантиметров;
2. такое их расположение позволит учесть сезонные факторы и исключить их влияние на работоспособность защитной системы;
3. расстояние между вертикально вбитыми элементами зависит от формы выбранной конструкции и длины самих стержней.

Для корректного выбора этого показателя рекомендуется воспользоваться справочными таблицами.

Таблица определения параметров заземлителей

С целью сокращения объема предстоящих расчетов (их упрощения) сначала желательно определить величину сопротивления
стеканию токов КЗ для одиночного стержня.

С учетом влияния, оказываемого на искомую величину горизонтальными элементами конструкции, сопротивление для вертикальных штырей вычисляется по следующей формуле:

Если монтируемое ЗУ обустраивается в разнородном грунте (другое его название – двухслойный), удельное сопротивление можно определить так:

где Ψ – это так называемый «сезонный» коэффициент;

ρ1 и ρ2– удельные сопротивления слоев почвы (верхней и нижней прослойки соответственно), учитываемые при расчетах в Омах на•метр;

Н – толщина слоя грунта в метрах, расположенного в верхней части земляного покрова;

t – заглубление вертикальных штырей или стержней (оно соответствует глубине подготовленной траншеи), равное 0,7 метрам.

Достаточное для получения эффективного заземления число стержней (горизонтальные составляющие пока не учитываются) определяется так:

где Rн – это нормируемое ПТЭЭП сопротивление растеканию.

С учетом горизонтальных элементов ЗУ формула для определения количества вертикальных штырей принимает такой вид:

где под ηв понимается коэффициент использования конструкции, указывающий на взаимное влияние токов стекания различных единичных элементов друг на друга.

Дополнительная информация: При обустройстве системы из линейно расположенных штырей следует помнить о том, что в этом случае их взаимное влияние проявляется особенно сильно.

При уменьшении шага монтажа этих элементов защитного контура его общее сопротивление растеканию тока заметно увеличивается. Число элементов заземляющего сооружения, полученное по результатам описанных выкладок, следует округлить до большего значения.

Расчеты заземления онлайн удается автоматизировать, если воспользоваться разработанным для этого специальным онлайн калькулятором на нашем ресурсе.

Пример расчета заземления

В качестве «классического» примера расчета заземления рассмотрим вариант ЗУ с учетом заданных исходных данных, то есть проведем вычисления для одиночного металлического штыря. Сразу оговоримся, что такие простейшие конструкции применяются при организации повторного заземления высоковольтных опор. В рассматриваемой ситуации согласно положениям ПУЭ (смотрите п.1.7.103.) сопротивление растеканию тока не может быть более 15, 30 и 60 Ом для напряжений 660, 380 и 220 Вольт соответственно.

Расчет одиночного заземляющего элемента для опоры ВЛ 380 Вольт

Согласно оговоренной ранее методике сначала по таблице выбирается тип вертикального штыря со следующими характеристиками:

• Материал – сталь.
• Форма – округлый стержень диаметром 16 мм.
• Длина L — 2,5 метра.

Обратите внимание: В качестве грунта в соответствие с таблицей выбирается полутвердая глина с удельным сопротивлением ρ, равным 60 Ом на•метр.

Глубина траншеи берется равной полметра. Затем из той же таблицы находится поправочный коэффициент, вводимый для средней климатической зоны. Его значение при фактической длине стержней до 2,5 метров с учетом промерзания грунта в данной местности составляет ψ=1,45. Показатель нормированного сопротивления для этого типа ЗУ равен 30 Омам. Следующий показатель – удельное сопротивление грунта находится по формуле:

ρ (по факту) = ψ•ρ = 1.45х60 = 87 Ом•метр

Полученные расчетные данные выглядят так:

1. заглубление одиночного штыря в грунт составляет h = 0,5l + t = 0,5х2,5 + 0,5 = 1,75 метра;
2. его сопротивление для нашего примера (смотрите формулы выше) составляет не более 30 Ом, что соответствует требования ПУЭ для данного напряжения.

Когда одного заземляющего штыря для опоры ВЛ недостаточно – допускается добавлять еще один или даже несколько прутьев. В этом случае потребуется другая методика, используемая для линейного контура или треугольной конструкции.

Расчет переносного заземления

Перед расчетом переносного заземления (ПЗ) следует учесть, что для этого типа защитных приборов требования к сопротивлению стеканию тока еще более высокие, чем у стационарных ЗУ (фото ниже).

Обратите внимание: Самое главное в этой ситуации – правильно рассчитать сечение заземляющих проводов переносного устройства, определяющих эффективность его действия.

Устройство переносного заземления из четырех заземлителей

При решении этой проблемы, прежде всего, следует научиться различать сети и установки с различными действующими напряжениями. Провода ПЗ (согласно требованиям действующих стандартов) должны выдерживать продолжительный нагрев при замыкании в питающих линиях трехфазного и однофазного напряжения. Для электроустановок с этим показателем до 1000 Вольт выбирается шина сечением не менее 16 кв. мм.

В сетях, где напряжение превышает 1000 Вольт, предельная величина сечения проводов ПЗ не должна быть менее 25 мм2. Точный расчет этого значения производится обычно по следующей формуле:

S = ( Iуст √tф ) / 272

где Iуст – это ток короткого замыкания;

tф – время его действия в секундах;

272– коэффициент, указывающий на тип металла проводника и отличающийся для разных токов КЗ (для меди, в частности он равен 250, а в расчетах взят с небольшим запасом).

В случаях, когда действующее напряжение не превышает 6-10 кВ – требуемое для надежной защиты сечение провода колеблется в пределах от 120 до 185 мм2. Поскольку комплект переносных заземлений с такими шинами будет очень тяжелым и неудобным в работе – согласно ПУЭ допускается использовать несколько ПЗ с меньшим сечением. При подготовке рабочего места такие заземления включаются в защищаемую цепь параллельно.

В последнем случае в формулу подставляются максимальные значения по времени воздействия тока короткого замыкания, а в трехфазных цепях искомая величина определяется для каждой их фаз. Во втором случае особое внимание уделяется аккуратности обустройства ПЗ, чтобы избежать недопустимого в условиях наложения защитного заземления межфазного замыкания.

Дополнительная информация: При обустройстве переносной конструкции не допускается применять кабель в изоляции, не позволяющей визуально контролировать состояние рабочих жил.

Помимо этого комплект такого заземления обязательно оснащается достаточно «мощными» зажимами, посредством которых элементы переносной конструкции надежно закрепляются на токопроводящих частях. Для их фиксации на заземляющих проводах должны применяться крепления, позволяющие обходиться без переходных элементов. Такая предусмотрительность позволит увеличить площадь контакта и повысить надежность имеющегося соединения. В этом случае конструкция способна выдержать значительные по величине токи и сохранить свою работоспособность в течение длительного времени.

При наложении такого заземления в трехфазных силовых цепях с напряжениями выше 1000 Вольт для получения более надежного контакта допускается использовать сварку. В исключительных случаях согласно ПУЭ разрешено болтовое сочленение, но только при условии предварительной пайки контактной зоны. В заключение отметим, что в рассмотренной ситуации для образования надежного соединения потребуется комплексный подход (ограничиваться только одной пайкой, например, не допускается).

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: ρ_факт = 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, (ρ_экв =  ρ_факт):

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 R_н = 10 Ом, на вводе в здания, при напряжении 380 В  и каждого повторного заземлителя не более R_н = 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;   L_г = 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.

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

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

где R_об — общее сопротивление заземлителей; R_В — вертикального; R_Г — горизонтального, η_В и η_Г — коэффициенты использования вертикального и горизонтального заземлителя, n —  шт количество вертикальных заземлителей.

R_об = 7,42  Ом·м соответствует норме при напряжении U — 380 В  для ввода в здание, где нормированное  сопротивление не более R_н = 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 R_н = 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:

R_О  = 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 R_О = R_В = 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  η_В = 0,55 ;  

в) находим длину горизонтального заземлителя исходя из количества заземлителей  расположенных по контуру:  L_Г = а · n , L_Г = 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 — η_Г = 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:

R_Г = 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 — R_Г = 77,73 Ом·м;

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

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

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 грунта	Удельное 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 длине	Количество электродов	Коэффициент
1	4 6 10	0,66-0,72 0,58-0,65 0,52-0,58
2	4 6 10	0,76-0,8 0,71-0,75 0,66-0,71
3	4 6 10	0,84-0,86 0,78-0,82 0,74-0,78

Контурное размещение электродов

Отношение расстояния между электродами к их длине	Количество электродов	Коэффициент
1	4 6 10	0,84-0,87 0,76-0,80 0,67-0,72
2	4 6 10	0,90-0,92 0,85-0,88 0,79-0,83
3	4 6 10	0,93-0,95 0,90-0,92 0,85-0,88

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

Расчет заземления. Как выполнить расчет для контура частного дома

   Существует много полезных фактов о заземлении и операций, которые проводятся по отношении к нему. Одной из важных процедур, является расчет заземления. Это мероприятие необходимо для того, чтобы полностью вычислить сопротивление, которым будет обладать сооруженный контур заземляющего устройства.

   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:

• проводимости грунта
• применяемого в конструкции металла
• формы и количества электродов
• расстояния между заземлителями
• 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

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 K1 или Ки
6. коэффициент содержания электролитов в грунте C

Расчет 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 ниже.

 

где:
ρ – удельное сопротивление грунта (Ом*м)
L – длина заземлителя (м)
d – диаметр заземлителя (м)
T — заглубление заземлителя (расстояние от поверхности земли до середины заземлителя) (м)
π — математическая константа Пи (3,141592)
ln — натуральный логарифм

   R1 составит 27,8 Ом  (при p = 100 Ом*м, L = 3 м, d = 0.05 м (50 мм; для плоских электродов под диаметром понимается их ширина), T = 2 м (T — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода).

Расчет заземления из нескольких заглубленных электродов

   Расчет заземления (расчет сопротивления заземления) для нескольких электродов модульного заземления производится как расчет параллельно-соединенных одиночных заземлителей.

   Формула расчета с учетом взаимного влияния электродов — коэффициента использования:

где:

R — рассчитываемое сопротивление заземлителя состоящего из нескольких стержней

R₁ — сопротивление одиночного стержня (Ом)

K₁ — коэффициент взаимного влияния электродов

N — количество стержней в заземлителе

   Электроды могут располагаться в линию или образовывать треугольник либо другую симметричную геометрическую фигуру.

Расчет заземления, расчет необходимого количества заземляющих электродов

   Проведя обратное вычисление получим формулу расчета количества электродов для необходимой величины итогового сопротивления сопротивления (R):

Расчет 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 ниже.

где:
ρ – удельное сопротивление грунта (Ом*м)
L – длина заземлителя (м)
d – диаметр заземлителя (м)
T — заглубление (расстояние от поверхности земли до заземлителя) (м)
π — математическая константа Пи (3,141592)
ln — натуральный логарифм
С – коэффициент содержания электролита в окружающем грунта

Электролитическое заземление, принцип работы

   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.

  Электролитическое заземление

1. Колодец для обслуживания
2. Специальная смесь минеральных солей
3. Заполнитель околоэлектродный
4. Электрод — заземлитель

   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.

Видео, монтаж электролитического заземления

 

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.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

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

Открытьполное содержание

[ 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.

Онлайн калькулятор — расчет сопротивления заземления

Грамотный расчет сопротивления заземления позволяет с высокой точностью определить основной показатель устройства, характеризующий величину стекающего тока и эффективность действия защитного приспособления. Значение этого параметра, в конечном счете, определяется габаритами рабочего контура, а также его составом и формой применяемых в конструкции элементов.

Из чего состоит устройство заземления

В общем случае устройство заземления представляет собой несложное сооружение, состоящее из следующих основных частей:

1. вертикально вбиваемых в землю металлических прутков диаметром не менее12-ти мм;
2. горизонтальных перемычек в виде пластин, объединяющих вбитые в землю прутья;
3. комплекта медных проводников, посредством которых контур соединяется с главной заземляющей шиной (ГЗШ), смонтированной в распределительном щитке в пределах объекта.

Важно! Поскольку рабочая цепочка элементов заземления имеет несколько контактных точек – их учет очень важен при расчете общей величины переходного сопротивления.

Расчет с помощью калькулятора

Чтобы рассчитать все эти показатели – удобнее всего воспользоваться онлайн-калькулятором, предназначенным для определения точных значений для двухслойного грунта. При вводе данных учитываются следующие рабочие параметры:

• Климатический коэффициент для верхнего слоя грунта.
• Количество вертикально вбитых прутьев (штуки).
• Толщина верхнего грунтового слоя, H (метры).
• Длина вертикальных заземлителей, L1 (метры).
• Глубина размещения горизонтальных заземлителей (соединительной полосы), h3 (метры).
• Длина соединительной полосы, L3 (метры).
• Диаметр прутьев, D (метры).
• Также учитывается ширина полки горизонтально монтируемой части, b (метры).

Внимание! Для разделения целой и дробной части числа ставьте точку.

Расчет с помощью формул

Со всеми этими параметрами можно ознакомиться на приведенном выше рисунке. Из него видно, что после ввода указанных выше данных удается получить результирующие значения. В общем случае они представлены сопротивлением для двух видов контуров: с одиночным и групповым заземлителем.

В результатах вычислений вы увидите следующие готовые значения:

1. Удельного сопротивления грунта
2. Сопротивление вертикального и горизонтального заземлителя
3. Общее сопротивление растеканию электрического тока.

Какое должно быть сопротивление растеканию тока заземляющего устройства?

Читаем правила ПУЭ п. 1.7.102:

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 источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.

После применения онлайн-калькулятора для расчета сопротивления заземления предлагаем Вам ознакомиться со следующими статьями:

Расчет заземления — Сайт по ремонту, подключению, установке электрики своими руками!

Сегодня речь пойдет о такой важной вещи, как заземление. В некоторых статьях уже рассмотрено, для чего оно нужно и почему стоит задуматься об этой важной вещи. А мы поговорим о том, как  сделать расчет заземления.

Вкратце, дело обстоит так. Для человека не опасно напряжение, как таковое, а опасен ток, который протекает через тело человека. Смертельной дозой является ток, величиной 0,06 ампера или 60 миллиампер. Именно по этой причине УЗО (устройства защиты от поражения электрическим током) выпускаются номиналом 30 мА (имеется ввиду те, что ставятся на определенного потребителя, а не на все электрохозяйство). Механизм поражения выглядит так: предположим, что происходит пробой изоляции на корпус (который, как правило металлический), и на корпусе появляется какое-то напряжение. Человек стоит на земле, имеет определенное сопротивление и, соответственно, имеет потенциал земли, а если говорить более широко, то он становится продолжением нейтрали подстанции, прикасается к металлическому корпусу и через него (по пути кратчайшего сопротивления) начинает протекать ток. Так вот, чтобы этого не происходило и выполняется заземление. То есть, в случае пробоя изоляции ток по заземляющему контуру уходит на глухозаземленную нейтраль. А поскольку сопротивление контура в разы (в десятки или сотни раз) меньше сопротивления человека, то ток протекает по контуру заземления, а не через человека (ну а если быть точным, то и через человека тоже, но, соответственно, в десятки и сотни раз меньший, чем идет по контуру заземления и уже не приносит вреда человеку).

В большей степени общие указания по заземляющим устройствам написаны в ПУЭ, глава 1.7. Так же можно найти информацию в СНиП-Ш-33-76, СН 297-64 и ВСН 19-74

ПУЭ настоятельно рекомендует использовать естественные заземлители, если те удовлетворяют требованиям (сопротивление заземления меньше 10 или 4 Ом, в зависимости от нагрузки). Ну, а у нас другой случай.

Расчет контура заземления. Заземление может быть выносным (находящимся за пределами заземляемого оборудования)

и контурным (находящимся по контуру заземляемого оборудования).

Расчет сопротивления заземления, формула расчета заземления

Для начала определяемся материалом, с которым будем работать согласно таблице ПУЭ 1.7.4 или других утвержденных документов. Теперь можно приступить к расчету. Нам требуется найти число штырей, которые мы будем вбивать в землю и длину соединительного проводника, которым мы эти штыри объединим. Так же наблюдается большая зависимость от удельного сопротивления грунта, которое меняется от влажности, температуры и других характеристик. На заземление влияет и количество штырей, которые электрически объединяются и глубина закладки этих штырей. Самым оптимальным способом будет проведение замера удельного сопротивления грунта, но, если нет такого желания или возможности, то можно воспользоваться таблицами:

Таблица 1

Таблица 2

 

Таблица 3

Далее, с учетом данных переходим к следующей таблице, где находим нужную нам формулу и получаем значение сопротивление отдельного штыря.

Таблица 4

Суммарное сопротивление шытрей рассчитывается по формуле:

Таблица 5

 

Остается совсем немного… Сопротивление растеканию соединяющего проводника можно взять из таблицы 4. Экранирования проводника шытрями учитывается коэффициентом, который можно взять из таблиц 6 и 7.

Таблица 6

Таблица 7

Сопротивление растеканию объединяющего проводника с учетом экранирования вычисляется по формуле

Ну и наконец, формула полного сопротивления заземляющего устройства будет выглядеть так: