Расчёт заземления и его особенности
> Советы электрика > 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
| 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
Современные системы заземления
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
| 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.
Как должен выглядеть знак заземления?
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.
Источник: https://elquanta.ru/sovety/raschjot-zazemleniya-osobennosti.html
Как рассчитать контур заземления. Расчет контура заземления во всех подробностях
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.
Исходные для расчета контура заземления
Заземление призвано осуществлять главнейшее назначение: снизить напряжение до такой степени, чтобы при контактировании с корпусом электроприборов, оно не составляло угрозы для обитающих в жилище. Конфигурацию и сопротивление контура заземления дома определяют:
- длиной и числом электродов;
- длиной диапазона, на котором они располагаются по отношению друг к другу. Замерив электрод по длине и взяв от результата 2,2 части, получим расстояние, меньше которого не допускается;
- глубиной установки электродов, а регламентируется она 70 см и не меньше;
- электропроводящими свойствами земли на этом конкретном участке.
Поэтому в расчете будут участвовать эти исходные.
Материал, требуемый для устройства контура заземления
Прежде чем начинать расчет контура заземления, необходимо продумать из чего он будет создаваться и затем выполнять расчет для выбранного материала. Контур заземления устраивают из:
- труб со стенками минимум 0,35 см;
- арматуры или круга. Подходит прокат диаметром не менее 1,6 см;
- металлического уголка с полками не тоньше 0,4 см.
Связующим звеном между электродами служит полоса стальная с размерами 0,4х1,2 см. Заземляющие электроды размещают:
- в ряд;
- треугольником;
- наподобие квадрата или иной геометрической фигуры.
Что мы должны иметь по окончании расчета сопротивления контура заземления
Выполнение расчета контура заземления — это не вопрос теории, плодом наших усилий будет ответ на вполне практические вопросы:
- сколько же заземляющих стержней будет размещено в монтируемом нами контуре;
- для полосы, соединяющей их, мы найдем длину.
Главнейший параметр при расчете контура заземления — это его сопротивление. В ПУЭ на этот счет есть такие указания:
- для электросети с напряжением 220 В — 8 Ом;
- с напряжением 380 В — 4 Ом.
Формула, по которой будем рассчитывать, имеет вид: R= R0/ ηв*N:
- R0 здесь обозначает сопротивление отдельно взятого электрода;
- R — сопротивление в целом;
- ηв — коэффициент, характеризующий востребованность электрической цепи, другими словами — коэффициент использования заземлителей;
- N — количество электродов в контуре заземления.
А вот формула, по которой мы определим сопротивление одного составляющего электрической цепи:
где:
- ρэкв — обозначает удельное сопротивление грунта эквивалентное. Измеряется в Ом*м. Определить его можно из таблицы. Подходит она в том случае, если грунт однородный;
- L — длина заземляющего стержня. Чем больше ρэкв, тем больше L . Если грунт такой, что электроды, длину которых мы рассчитали,в него не войдут, то выход в увеличении их количества;
- d — диаметр электрода;
- Т — длина промежутка земля-середина электрода.
При этом последние 3 значения берем в м. Если грунт имеет неоднородное строение и состоит из 2 слоев, то придется делать расчет по формуле:
В этой формуле: Ψ — коэффициент сезонный климатический; удельное сопротивление 1 и 2 слоя земли обозначается соответственно ρ1 и ρ2; символом Η обозначено толщину 1 слоя; t — глубина траншеи, которую необходимо вырыть под электрод. Значение Ψ найдем, воспользовавшись таблицей:
Устройство контура заземления при данных обстоятельствах выполняется при опускании стержней на всю толщу 1 слоя и частичном задействовании второго.
Рассчитываем нужное количество стержней
Для того чтобы узнать, сколько же стержней нам потребуется, определим из ниже приведенной таблицы Rн, т.е. сопротивление нормируемое:
Если параллельно расположенный элемент не брать во внимание, то количество стержней определяется так:
- берем сопротивление R0;
- умножаем его на коэффициент климатический сезонный Ψ;
- делим произведение на нормируемое сопротивление Rн.
n0 = R0/ Ψ х Rн. Теперь уделим внимание параллельному заземлителю. Вот так выглядит формула для определения его сопротивления:
Для вычислений потребуются данные о длине стержня. Для заземлителей, расположенных в ряд и по контуру, формулы разные. В 1 случае Lг определим так:
- от найденного ранее n0, отнимаем 1;
- умножаем полученное на a — промежуток между стержнями.
Во 2 случае Lг = a . Теперь у нас есть все данные для определения сопротивления стержней, расположенных перпендикулярно к земле — Rв, учитывая горизонтальные заземлители. Для этого:
- умножаем сопротивление горизонтального заземлителя Rг на нормируемое сопротивление Rн;
- затем находим разницу между Rг и Rн;
- умножаем первый результат на второй.
Осталось подставить полученное в формулу и найти общее количество заземлителей:
здесь:
- ɳв — коэффициент использования. На его значение влияет пролет между электродами. В случае, если в качестве заземляющих электродов выбраны трубы выстроенные в одну линию и объединенные полосой, то значение коэффициента можно выбрать из таблицы;
- n — количество заземляющих электродов;
- если в результате получится число дробное, то результат округлим в сторону большую.
Измерение контура заземления
Чтобы полностью удостовериться в безупречной работе заземления, необходимо произвести измерения контура заземления, для чего существуют специально предназначенные для этого приборы. Своевременно проведенные измерения помогут:
- эксплуатировать электроприборы, не опасаясь поражения электрическим током;
- своевременно выявить слабые параметры и характеристики, ведь могут измениться характеристики грунта или вдруг заржавеет какой-то элемент.
Контур заземления, схема которого приведена ниже, подходит идеально для частного дома.
Опыт показывает, что для среднестатистического особняка достаточно 3 электродов, которые в плане создают равнобедренный треугольник со сторонами 120 см.
О заземлении и его составляющих доступным языком, вы узнаете из этого видео:
Источник: http://gid-str.ru/kak-rasschitat-kontur-zazemleniya
Расчет заземления: правила, особенности и формулы
Система заземления обеспечивает безопасность жильцов и бесперебойное функционирование электробытовой техники. Заземление предотвращает поражение током в случае утечек электричества на нетоковедущие элементы из металла, возникающих при повреждении изоляции. Создание системы безопасности — ответственное мероприятие, поэтому перед его проведением необходимо произвести расчет заземления.
Во времена, когда перечень электробытовой техники в жилище ограничивался одним телевизором, холодильником и стиральной машиной, заземляющие устройства использовались редко. Защита от утечки тока возлагалась на естественные заземлители, такие как:
- неизолированные металлические трубы;
- обсадка водяных скважин;
- элементы металлических заборов, уличные фонари;
- оплетка кабельных сетей;
- стальные элементы фундаментов, колонн.
Лучший вариант естественного заземления — водопроводная магистраль из стали. За счет своей большой длины водопроводы сводят к минимуму сопротивление току растекания. Эффективность водопроводов достигается еще и благодаря их прокладке ниже уровня сезонного промерзания, а потому на их защитные качества не влияют ни жара, ни холод.
Металлические элементы подземных железобетонных изделий подходят для заземлительной системы, если соответствуют следующим требованиям:
- имеется достаточный (по нормам Правил устройства электроустановок) контакт с глинистой, супесчаной или влажной песчаной основой;
- при строительстве фундамента арматура на двух или более участках была выведена наружу;
- металлические элементы имеют сварные соединения;
- сопротивление арматуры соответствует регламенту ПУЭ;
- имеется электросвязь с шиной заземления.
Обратите внимание! Из всего перечня указанных выше естественных заземлений рассчитываются только подземные железобетонные конструкции.
Эффективность функционирования естественного заземления устанавливается на основе измерений, проведенных уполномоченным лицом (представителем Энергонадзора).
На основе проведенных замеров специалист даст рекомендации относительно необходимости установки дополнительного контура к естественному контуру заземления.
Если естественная защита отвечает требованиям нормативов, Правила устройства электроустановки указывают на нецелесообразность дополнительного заземления.
Расчеты для устройства искусственного заземления
Абсолютно точный расчет заземления произвести практически невозможно. Даже профессиональные проектировщики оперируют приблизительным количеством электродов и дистанциями между ними.
Причина сложности расчетов состоит в большом количестве внешних факторов, каждый из которых оказывает существенное влияние на систему.
К примеру, нельзя предсказать точный уровень влажности, не всегда известна фактическая плотность грунта, его удельное сопротивление и так далее.
В связи с неполной определенностью вводных данных итоговое сопротивление организованного контура заземления в конечном счете отличается от базового значения.
Разницу в проектируемых и реальных показателях нивелируют за счет монтажа дополнительных электродов или путем увеличения длины стержней. Тем не менее, предварительные расчеты важны, так как позволяют:
- отказаться от лишних трат (или хотя бы уменьшить их) на покупку материалов, на земляные работы;
- подобрать наиболее подходящую конфигурацию заземлительной системы;
- выбрать правильный план действий.
Для облегчения расчетов существует разнообразное программное обеспечение. Однако чтобы разобраться в их работе, необходимы определенные познания о принципах и характере вычислений.
Компоненты защиты
Защитное заземление включает электроды, установленные в землю и соединенные электросвязью с заземляющей шиной.
В системе имеются такие элементы:
- Металлические стержни. Один или несколько металлических стержней направляют ток растекания в грунт. Обычно в качестве электродов используют отрезки длинномерного металла (трубы, уголок, круглые металлические изделия). В некоторых случаях используется листовая сталь.
- Металлический проводник, объединяющий несколько заземлителей в единую систему. Обычно в этом качестве используют установленный по горизонтали проводник в виде уголка, прута или полосы. Металлическую связь приваривают к концам закопанных в землю электродов.
- Проводник, соединяющий находящийся в грунте заземлитель с шиной, которая имеет связь с защищаемым оборудованием.
Два последних элемента называются одинаково — заземляющий проводник. Оба элемента выполняют идентичную функцию. Различие кроется в том, что металлосвязь находится в грунте, а проводник подключения заземления к шине располагается на поверхности. В связи с этим к проводникам предъявляются неодинаковые требования по устойчивости к коррозии.
Принципы и правила вычислений
Грунт — один из составляющих элементов системы заземления. Его параметры имеют важное значение и участвуют в расчетах так же, как и длина металлических деталей.
При проведении расчетов используют формулы, указанные в Правилах устройства электроустановок. Применяются переменные данные, собираемые установщиком системы, и постоянные параметры (есть в таблицах). К постоянным данным относится, например, сопротивление грунта.
Определение подходящего контура
Прежде всего необходимо выбрать форму контура. Конструкция обычно выполняется в виде определенной геометрической фигуры или простой линии. Выбор конкретной конфигурации зависит от размеров и формы участка.
Проще всего реализовать линейную схему, так как для монтажа электродов понадобится выкопать лишь одну прямую траншею. Однако установленные в линию электроды станут экранировать, что ухудшит положение с током растекания. В связи с этим при расчетах линейного заземления применяется поправочный коэффициент.
Наиболее распространенной схемой для создания защитного заземления выступает треугольная форма контура. По вершинам геометрической фигуры устанавливают электроды.
Металлические штыри должны быть достаточно отдалены друг от друга, чтобы не препятствовать рассеиванию поступающих в них токов. Для обустройства защитной системы частного дома считается достаточным три электрода.
Для организации эффективной защиты необходимо еще и правильно подобрать длину стержней.
Расчет параметров проводников
Длина металлических стержней важна, поскольку влияет на эффективность системы защиты. Имеет значение и длина элементов металлосвязи. Кроме того, от длины металлических деталей зависят расход материала и общие затраты на обустройство заземления.
Сопротивление вертикальных электродов определяется их длиной. Другой параметр — поперечные размеры — не влияет существенным образом на качество защиты. И все же сечение проводников регулируется Правилами устройства электроустановок, так как данная характеристика важна с точки зрения устойчивости к коррозии (электроды должны служить 5 – 10 лет).
При соблюдении прочих условий существует правило: чем больше металлических изделий участвует в схеме, тем выше безопасность контура. Работы по организации заземления довольно трудоемкие: чем больше заземлителей, тем больше земляных работ, чем длиннее стержни, тем глубже их нужно забивать.
Что выбрать: количество электродов или их длину — решать организатору работ. Однако на этот счет есть определенные правила:
- Стержни необходимо устанавливать ниже горизонта сезонного промерзания по крайней мере на 50 сантиметров. Это позволит отстранить сезонные факторы от влияния на эффективность системы.
- Дистанция между вертикально установленными заземлителями. Расстояние определяется конфигурацией контура и длиной стержней. Для выбора правильной дистанции нужно воспользоваться соответствующей справочной таблицей.
Нарезанный металлопрокат вбивают в грунт на 2,5 – 3 метра при помощи кувалды. Это довольно трудоемкая задача, даже если учесть, что из указанной величины нужно вычесть примерно 70 сантиметров глубины траншеи.
Экономное расходование материала
Так как сечение металла — не самый важный параметр, рекомендуется приобретать материал с наименьшей площадью сечения. Однако при этом нужно оставаться в пределах минимально рекомендуемых значений. Наиболее экономичные (но способные выдержать удары кувалды) варианты металлоизделий:
- трубы диаметром 32 миллиметра и толщиной стенок от 3 миллиметров;
- уголок равнополочный (сторона — 50 или 60 миллиметров, толщина — 4 или 5 миллиметров);
- круглая сталь (диаметр от 12 до 16 миллиметров).
В качестве металлосвязи оптимальным выбором станет полоса из стали толщиной 4 миллиметра. В качестве альтернативы подойдет 6-миллиметровый стальной прут.
Обратите внимание! Горизонтальные стержни приваривают к вершинам электродов. Поэтому к расчетной дистанции между электродами следует добавить еще 18 – 23 сантиметра.
Наружный участок заземления можно изготовить из 4-миллиметровой полосы (ширина — 12 миллиметров).
Формулы для расчетов
Далее расскажем о том, как рассчитать заземление по формулам, и приведем пример расчетов. Выбираем формулу, исходя из типа заземлителей.
Подойдет универсальная формула, с помощью которой рассчитывают сопротивление вертикального электрода.
При проведении вычислений не обойтись без справочных таблиц, где указаны примерные значения. Данные параметры определяются составом грунта, его средней плотностью, способностью задерживать воду, климатическим поясом.
Устанавливаем нужное количество стержней, не принимая во внимание показатель сопротивления горизонтального проводника.
Вычисляем данные по горизонтальной части заземлительной системы.
Определяем уровень сопротивления вертикального стержня на основе показателя сопротивления заземлителя горизонтального типа.
На основании полученных результатов приобретаем нужное количество материала и планируем начало работ по созданию системы заземления.
Заключение
Поскольку самое высокое сопротивление грунта отмечается в сухое и морозное время, организацию заземлительной системы лучше всего запланировать именно на этот период. В среднем сооружение заземления занимает 1 – 3 рабочих дня.
До засыпки траншеи землей следует проверить работоспособность заземлительных устройств. Оптимальная среда для проверки должна быть как можно более сухой, в почве не должно быть много влаги. Поскольку зимы не всегда бывают бесснежными, проще всего заняться строительством системы заземления в летний период.
Расчет заземления: правила, особенности и формулы
Источник: https://220.guru/electroprovodka/zazemlenie-molniezashhita/raschet-zazemleniya.html
Как рассчитать контур заземления для частного дома?
Чтобы обезопасить частный дом в комплексе энеробезопасности используют такой важный элемент, как защитное заземление.
Оно необходимо для того чтобы отстранять электрический ток в грунт по специальным заземляющим стержням, а также по электродам (горизонтальным и вертикальным) или как их еще называют заземлителям. Число заземленных элементов, их габариты и дистанция между ними полностью зависят от сопротивления.
Чтобы его установить производятся специальные расчетные работы. В этой статье мы расскажем, как выполнить расчет заземления для частного дома, предоставив все необходимые формулы.
Что важно знать?
Заземление дома необходимо для того чтобы снизить напряжение соприкосновения до неопасного показателя. Благодаря ему потенциал направляется в землю и защищает человека от поражения электрическим током. В ПУЭ указывается, что частный дом должен иметь сопротивление растекания при трехфазном питании 4 и 8 Ом (первое значение при 380 В, второе – 220 В), а при однофазном – 2 и 4 Ом.
Электроды изготавливаются из меди, оцинкованной и черной стали. Профили сечения указаны на рисунке ниже:
Методика расчета
Расчет делается исходя от того, какое заземление используется. В формуле указывается количество используемых заземлителей, их длину и толщину. Также все зависит и от параметров грунта, который окружает частный дом.
Существует несколько вариантов установки заземлителей. Это такие методы, как:
- Вертикальный. Делиться на два подвида: тот, что устанавливают у поверхности и тот, что монтируют с заглублением (предпочтительно на 70 см).
- Горизонтальный. Делиться на два подвида: с установкой по поверхности грунта и в траншее (предпочтительно 50 – 70 см).
Заземление включает в себя горизонтальные и вертикальные стержни, расчет которых осуществляется отдельно. В зависимости от длинны стержня, берется дистанция между ними, т. е. размер а должен быть кратен размеру L. Пример: а = 1xL; а = 2xL.
Формула, по которой делается расчет одиночного вертикального стержня, который не закапывается в почву, выглядит следующим образом:
где:
- p – удельное сопротивление почвы;
- l – длина заземлителя;
- D – диаметр электрода.
Примечание: если заземление имеет угловой профиль с шириной b, то d = 0.95b.
Расчет заземлителя, который монтируют с углублением на 70 см (h = 0,7 м) в землю, производится по следующей формуле:
Горизонтальное заземление у поверхности рассчитывается по формуле:
Примечание: формула предоставлена для прямоугольного и трубного профиля с шириной полки b, для полосы считать d нужно с учетом d= 0.5b.
Расчет электрода, который располагается в траншее 70 см (h = 0,7 м), производится по следующей формуле:
Для полосы шириной b необходимо считать d =0,5 b.
Расчет суммарного сопротивления заземлителя осуществляется следующим образом:
где:
- n – численность вертикальных заземлителей;
- Rв и Rг – сопротивления заземленных элементов;
- nв – коэффициент употребления заземлителей.
Этот коэффициент берется из таблицы:
Методом коэффициента использования можно определить, какое воздействие проявляют друг на друга токи растекания с заземлителей при их разнообразном размещении. Например, если их объединить параллельно, то токи растекания электродов имеют взаимное действие на каждый элемент. Поэтому при минимальной дистанции между элементами, сопротивление заземленного контура будет значительно больше.
Заземление происходит по нескольким схемам расположения электродов. Самой распространенной считается схема в виде треугольника. Но это не обязательная конфигурация электродов. Также их можно разместить в одну линию или последовательно по контуру. Такой вариант удобен в том случае, когда для обустройства системы был выделен небольшой узкий участок на земле.
Дополнительно вы можете проверить результат, воспользовавшись онлайн-калькулятором для расчета заземления!
Заземляющий проводник соединяет с электрическим щитом сам контур конструкции. Ниже приведены схемы:
Частный дом требует серьезный расчетов для надежной электробезопасности. Поэтому чтобы не допустить ошибки в интернете существуют специальные программы для расчета заземления, с помощью которых можно точно и быстро рассчитать нужные значения!
На видео ниже наглядно демонстрируется пример расчетных работ в программе Электрик:
Вот по такой методике производится расчет заземления для частного дома. Надеемся, предоставленные формулы, таблицы и схемы помогли вам самостоятельно справиться с работой!
Наверняка вам будет интересно:
Источник: https://samelectrik.ru/kak-rasschitat-kontur-zazemleniya-dlya-chastnogo-doma.html
Расчет защитного заземления
Расчет заземления производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника. Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину.
Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.
Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления.
К чему сводится расчет заземления?
Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю тем самым, защищая человека от поражения электрическим током.
Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше.
Заземляющие устройства должны удовлетворять возложенным на них определенным требованиям, а именно величины сопротивление растекания токов и распределения опасного потенциала.
Поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.
Исходные данные для расчета заземления
1. Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.
1.1. В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:
- а) полоса 12х4 – 48 мм2;
- б) уголок 4х4;
- в) круглая сталь – 10 мм2;
- г) стальная труба (толщина стенки) – 3.5 мм.
Минимальные размеры арматуры применяемые для монтажа заземляющих устройств
1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.
1.3. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.
В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).
Цель расчета защитного заземления
Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.
Пример расчета заземления
Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):
где – ρэкв — эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.
https://www.youtube.com/watch?v=6MIOsXp7Tso
В случае установки заземляющего устройства в неоднородный грунт (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:
где – Ψ — сезонный климатический коэффициент (таблица 2); ρ1, ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (таблица 1); Н – толщина верхнего слоя грунта, м; t — заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t = 0.7 м.
Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.
| Грунт | Удельное сопротивление грунта, Ом·м |
| Торф | 20 |
| Почва (чернозем и др.) | 50 |
| Глина | 60 |
| Супесь | 150 |
| Песок при грунтовых водах до 5 м | 500 |
| Песок при грунтовых водах глубже 5 м | 1000 |
Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:
Монтаж и установку заземления необходимо производить таким образом, чтобы заземляющий стержень пронизывал верхний слой грунта полностью и частично нижний.
| Тип заземляющих электродов | Климатическая зона | |||
| I | II | III | IV | |
| Стержневой (вертикальный) | 1.8 ÷ 2 | 1.5 ÷ 1.8 | 1.4 ÷ 1.6 | 1.2 ÷ 1.4 |
| Полосовой (горизонтальный) | 4.5 ÷ 7 | 3.5 ÷ 4.5 | 2 ÷ 2.5 | 1.5 |
| Климатические признаки зон | ||||
| Средняя многолетняя низшая температура (январь) | от -20+15 | от -14+10 | от -10 до 0 | от 0 до +5 |
| Средняя многолетняя высшая температура (июль) | от +16 до +18 | от +18 до +22 | от +22 до +24 | от +24 до +26 |
Количество стержней заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:
Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется исходя из правил ПТЭЭП (Таблица 3).
| Характеристика электроустановки | Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м | Сопротивление Заземляющего устройства, Ом |
| Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В: | ||
| 660/380 | до 100 | 15 |
| свыше 100 | 0.5·ρ | |
| 380/220 | до 100 | 30 |
| свыше 100 | 0.3·ρ | |
| 220/127 | до 100 | 60 |
| свыше 100 | 0.6·ρ |
Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше 30 Ом. Поэтому Rн принимается равным Rн = 30 Ом.
Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:
Lг, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηг – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 4).
Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:
— в ряд; — по контуру.
а – расстояние между заземляющими стержнями.
Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:
Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:
ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).
Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.
Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего.
Расчет заземления по указанным выше формулам можно автоматизировать воспользовавшись для расчета специальной программой «Электрик v.6.6», скачать ее можно в интернете бесплатно.
Источник: http://electricvdome.ru/zazemlenie/raschet-zazemlenia.html
