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

Контурное размещение электродов

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

6.5 Расчет контура защитного заземления

На предприятии все оборудование мебельного цеха заземлено, так как оно находится под напряжением. Цель заземления состоит в том, чтобы снизить до безопасной величины напряжение относительно земли, которое может появиться на металлических, нетоковедущих частях оборудования при повреждении изоляции проводников электричества.

Для расчета контура заземления необходимо иметь следующие данные:

— длина трубы – 3 м;

— диаметр трубы – 0,06 м;

— ширина полосы – 0,025 м;

— глубина заложения – 0,80 м;

— грунт – суглинок;

— климатическая зона — ІІ.

В соответствии с ПУЭ, ПТБ и ПТЭ допускаемое сопротивление растеканию тока в заземляющем устройстве R_з для сети до 1000 В с изолированной нейтралью должно быть не более 4 Ом.

Определяем расчетное удельное сопротивление грунта Р_расч, Ом∙м, вертикальных и горизонтальных заземлителей согласно ГОСТ 12.1.030-81 ССТБ «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление» по формулам (6.15) и (6.16)

(6.15)

(6.16)

где ρ_расч.в. – расчетное удельное сопротивление грунта вертикальных заземлителей, Ом∙м;

ρ_расч.г. — расчетное удельное сопротивление грунта горизонтальных заземлителей, Ом∙м;

ρ_таб – табличное значение удельного сопротивления грунта, Ом∙м;

К_св – коэффициент сезонности для горизонтальных заземлителей.

К_сг – коэффициент сезонности для горизонтальных заземлителях.

;

.

Расстояние от поверхности земли до середины трубы t, м, определяем по формуле (6.17)

(6.17)

где h_з – глубина заложения труб, м;

l_в – длина вертикальных заземлителей, м.

.

Определяем сопротивление растеканию для одиночного заглубленного заземлителя, расположенного ниже поверхности земли R_в, Ом, по формуле (6.18)

(6.18)

.

Определяем потребное число вертикальных заземлителей n_т.в., шт., без учета коэффициента использования, по формуле (6.19)

(6.19)

где R_д – допустимое защитное устройство, так как напряжение установки меньше 1000 В, то R_д принимается равным 4 Ом.

.

Определяем ή_и.в – коэффициент использования вертикальных заземлителей при числе заземлителей n_т.в = 2 и при отношении L_в/l_в = 1, принимаем ή_и.в = 0,85.

Определяем потребное число вертикальных одинаковых заземлителей с учетом коэффициента использования n_п.в., шт., по формуле (6.20)

(6.20)

.

Определяем расчетное сопротивление растеканию тока в вертикальных заземлителях при n_п.в = 1 без учета влияния соединяющей полосы R_расч.в., Ом, по формуле (6.21)

(6.21)

.

Определяем L_в, м, – расстояние между вертикальными заземлителями по отношению L_в/l_в = 1, отсюда L_в = l_в = 3 м.

Определяем длину соединяющей полосы горизонтального заземлителя (электрода) l_с.п., м, по формуле (6.22)

(6.22)

.

Определяем сопротивление растеканию тока в горизонтальном заземлителе (соединяющей полосе) R_г.с.п., Ом, по формуле (6.23)

(6.23)

.

Определяем ή_и.г. – коэффициент использования горизонтального заземлителя при расположении вертикальных заземлителей согласно исходным данным в один ряд, при отношении L_в/l_в =1 и потребном числе вертикальных заземлителей n_п.в.=2, принимаем ή_и.г. = 0,85.

Определяем R_расч.г., Ом, – расчетное сопротивление растеканию тока в горизонтальном заземлителе при числе электродов n = 1, по формуле (6.24)

(6.24)

.

Определяем расчетное теоретическое сопротивление растеканию тока в вертикальных и горизонтальных заземлителях R_{расч.в.г.}, Ом, по формуле (6.25)

(6.25)

.

Контур защитного заземления удовлетворяет требованиям ПУЭ-87.

Выбираем материал и сечение соединительных проводников, принимаем голые медные S = 4 мм².

Выбираем материал и сечение магистральной шины по ПУЭ, принимаем стальную полосу толщиной 4 мм и более, сечением S = 100 мм².

5.7 Расчет сопротивления защитного заземления

(61)

Токи замыкания на землю в подобных установках меньше 500 А, поэтому для заданной мощности трансформатора нормированное сопротивление заземляющего устройства R_H меньше или равно 2 Ом. Удельное сопротивление грунта р_табл равно 100 Ом·м.

Значения удельных сопротивлений грунтов при влажности 10 — 12 % к массе грунта приведены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 –Значения удельных сопротивлений грунта

Значения климатических коэффициентов и признаки зон приведены в таблице 5.9.

Таблица 5.9 — Значения климатических коэффициентов и признаки зон

Расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента определяется по формуле 5.6.

(5.6)

где ρ_табл — удельное сопротивление грунта по таблице 5.8;

ψ — климатический коэффициент по таблице 5.9.

С учетом климатических коэффициентов ψ_сравно 1,4; ψ_правно 2; расчетные удельные сопротивления по формуле 5.6:

-ρ_с =200·1,4 = 280 Ом·м;

— ρ_п= 200·2 = 400 Ом·м.

Эквивалентный диаметр стержней: d = 0,95·0,04 = 0,038 м.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_с с учетом удельного сопротивления грунта определяют по формуле 5.7.

(5.7)

где d — диаметр стержня;

R_c — сопротивление одиночного вертикального заземлителя;

l_c — длина стержня;

Н — высота стержня.

Сопротивление одиночного заземлителя при Н₀ = 0,5 м и Н = 2 м, находится по формуле 5.7.

Число вертикальных заземлителей без учета взаимного экранирования определяют по формуле 5.8.

(5.8)

где R_H — норма сопротивления заземления;

Rc — сопротивление одиночного вертикального заземлителя.

Итак, число вертикальных заземлителей по формуле 5.8:

Заземляющий объект — небольшое, отдельно стоящее здание, поэтому заземляющее устройство выбираем контурное в виде прямоугольника с ориентировочным соотношением сторон 3×7.

Исходя из реальных условий, отношение берем S:l = 1, где S — расстояние между одиночными заземлителями, l — длина заземлителя.

Определяем окончательное число вертикальных стержней по формуле 5.9.

(5.9)

где ή_с— коэффициент использования вертикальных заземлителей;

n- расчетное число заземлителей, шт.

Коэффициент использования вертикальных заземлителей выбирается из таблицы 5.10.

Таблица 5.10 — Таблица коэффициентов использования вертикальных заземлителей

Итак, окончательное количество вертикальных стержней по формуле 5.9:

Сопротивление заземлителей без соединительной полосы определяется по формуле 5.10.

(5.10)

где R_cc — сопротивление заземлителей без соединительной полосы.

Итак, сопротивление заземлителей без соединительной полосы по формуле 5.10.

(67)

(5.11)

где l_n — длина соединительной полосы;

b — ширина заложения полосы;

H₁ — глубина заложения полосы.

Длина соединительной полосы: l_n = 1,05·(44 — 1)·3 = 135,45 м.

Сопротивление соединительной полосы находится по формуле 5.11:

Сопротивление соединительной полосы уточняют с учетом коэффициента использования полосы ή_п(таблица 5.11) по формуле 5.12.

(5.12)

где R^’_п – сопротивление соединительной полосы.

Итак, сопротивление соединительной полосы по формуле 5.12:

Таблица 5.11 – Таблица коэффициентов использования соединительной полосы

Общее сопротивление заземляющего устройства и соединявшей полосы рассчитывается по формуле 5.13.

(5.13)

где R – общее сопротивление заземляющего устройства.

Итак, общее сопротивление заземляющего устройства по формуле 5.13:

Полученное расчетное значение R удовлетворяет требованиям ПУЭ: R < R_H, т.е. 3,45 < 4 Ом. Стержневые заземлители по 3 метра в количестве 44 штук расположены в прямоугольном контуре размером 24×42 м.

Расположение заземлителей представлено на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Расположение стержневых заземлителей

Расчёт заземления

Методика расчета защитного заземления — Energy

Методика расчета защитного заземления

Заземление по праву считается одним из важнейших элементов электрических установок, оно не только обеспечивает безопасное функционирование всей системы, но еще и защищает жильцов дома от возможного удара током при контакте с различными элементами электроустановки.

В современных правилах устройства электроустановок можно найти следующие определения для заземления:

— заземлением считается намеренное соединение заземляющего устройства с точкой электрической сети, элементами электрустановки или электрическим оборудованием;

— защитным заземлением называют такое заземление, которое устанавливается в электрической сети из расчета безопасности;

— рабочим заземлением принято называть заземление, необходимое для правильного функционирования электрической сети, его могут устанавливать на отдельных точках или токоведущих элементах цепи;

— защитным занулением в электрической сети называют намеренное соединение открытых элементов проводки с заземленной нейтралью трансформатора или генератора.

Все зазмелители можно разделить на два вида: искусственные и естественные. Искусственные заземляющие элементы представляют собой стальные элементы, размещенные на требуемой глубине в грунте, их принято соединять сваркой со стальной арматурой на глубине от 50 см. Все соединения заземлителей осуществляются только посредством сварки, причем, каждый отдельный элемент заземления подключается к электрической сети через отдельную линию.

Пример проекта электроснабжения дома с расчетом заземления

Естественными заземлителями выступают расположенные в грунте различные стальные элементы конструкции сооружения, в том числе оболочки кабелей, трубопроводы и т.д.

При организации заземления, специалисты обычно стремятся максимально снизить шаг напряжения и прикосновения. Сделать это можно за счет использования контурных заземлителей с полосами уравнения, позволяющими распределять весь потенциал сети по большой площади. Для реализации такого типа заземления осуществляется расчет заземления на подстанциях.

Заземлители внутренние обязательно должны соединяться с наружным контуром через несколько линий. Чтобы снизить вероятность возникновения слишком большой разницы потенциалов, в частности, в местах выхода и входа на подстанцию, обычно дополнительно устанавливают несколько стальных полос, выполненных в форме козырька, размещение которых постепенно снижается до 2-х метров. Такое техническое решение позволяет достичь пологого спада потенциала.

Методика расчета заземляющих устройств

Методика расчета защитного заземления предполагает точное определение сопротивления растекания тока. Эта величина зависит от многих факторов, в частности, от грунта, от глубины залегания в земле заземлителя и его конструкции. Все эти параметры обязательно учитываются в расчетах, это важно для подключения электричества на любом объекте.

Электрическая проводимость грунта определяется через его удельное сопротивление «ρ». Данная величина будет зависеть от следующих параметров: строение грунта в данной местности, влажность грунта, глубина промерзания грунта в зимний период, а потому она может колебаться в некоторых пределах.

В таблице ниже представлены средние расчетные сопротивления для различных грунтов, которые обычно применяются в необходимых расчетах для организации заземления.

При проведении расчетов, мастерам следует учитывать множество особенностей, касающихся проводимости грунта, к примеру, в холодное время года, при промерзании, проводимость резко ухудшается и удельное сопротивление растет. Именно поэтому в расчеты вводят специальную поправку – коэффициент сезонности. Величина данного коэффициента (Км) зависит от региона. Принимаемые в расчетах значения коэффициента приведены на рисунке ниже.

Значения коэффициента в последнем столбце:

Числитель – для вертикальных заземлителей, проложенных на глубине от 50 до 70 см.

Знаменатель – для горизонтальных заземлителей, проложенных на глубине от 30 до 80 см.

Когда величина удельного сопротивления грунта превышает показатель в 20*10³, в систему следует добавить углубленные заземлители или доступными средствами снизить велечину «ρ».

По формуле, представленной ниже, обычно определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя, ее можно рассматривать как пример расчета заземления:

В этой формуле:

ρ – удельное сопротивление грунта;

d – диаметр заземлителя;

l – длина заземлителя;

Км – коэффициент сезонности;

t – глубина расположения заземлителя.

Для предварительных расчетов, чтобы получить только ориентировочные конечные данные, можно использовать более простую формулу:

Сопротивление для расположенного горизонтально заземления рассчитывается по формуле:

Здесь

lг – длина;

b – ширина;

t – глубина залегания заземления.

При организации заземления, состоящего из нескольких соединенных полосой электродов, их сопротивление принято высчитывать по формуле:

Суммарное сопротивление:

В последней формуле

n – количество использованных электродов,

ηв – коэффициент применения электрода.

Коэффициент применения электрода – параметр, который показывает уровень использования поверхности электрода в соответствии с экранированием от других электродов.

На таблице ниже представлены значения ηв.

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для рассчёта стоимости проектирования сетей электроснабжения:

Поделитесь ссылкой

Дата публикации: 28.10.2014

41. Защитное заземление электроустановок: устройство, принцип расчета.

При прикосновении человека к оказавшимся под напряжением (при коротком замыкании, пробое изоляции) металлическим нетоковедущим частям электрооборудования может произойти поражение его электрическим током.

Для предотвращения этого широко применяется защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Задача защитного заземления – снизить до безопасной величины потенциалов между корпусом оборудования, к которому прикоснулся человек, и землей, на которой он стоит. Эта разность потенциалов называется напряжением прикосновения. Чем меньше напряжение прикосновения, тем меньший ток будет протекать через человека. Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали. Величина максимально допустимого сопротивления заземления электроустановок R_допрегламентируется Правилами устройства электроустановок в зависимости от мощности источника электроснабжения и составляет 10 Ом для источников мощностью 100 кВА и менее 4 Ом во всех остальных случаях.

Эти значения выбраны с таким расчетом, чтобы при попадании напряжения на металлические нетоковедущие части электроустановки и прикосновения к ним человека ток через него не превышал 6 мА, т.е. был меньше неотпускаемого.

Конструктивно заземление выполняется в виде нескольких стержневых заземлителей, погруженных в грунт на определенную глубину и соединенных параллельно полосой связи. Такая система применяется потому, что одиночный заземлитель, как правило, имеет сопротивление значительно большее чем R_доп.

Сопротивление заземления в большей мере зависит от удельного сопротивления грунта ρ, ом*м.

Удельное сопротивление грунта – сопротивление 1 м³грунта, к противоположным граням которого приложены измерительные электроды. Удельное сопротивление грунта зависит от вида почвы (глина, песок, чернозем) и времени года. Наибольшую величину оно имеет зимой в северных районах при промерзании почвы и в июле в южных районах, когда почва наиболее сухая.

Сопротивление заземления необходимо периодически, не реже 1 раза в год, контролировать, так из-за коррозии заземлителей или их механических повреждений оно может превысить допустимую величину.

Рассчитывают заземляющее устройство в таком порядке:

1. Определяют допустимое сопротивление заземляющего устройства в зависимости от рода установки.

2. Находят расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления с учетом повышающего коэфф-та k, ρ_расч=k*ρ

3. подсчитывают сопротивление растеканию тока одного заземлителя (трубы или угловой стали) по формуле: ,

где l– длина заземлителя находящаяся в земле, м

d– внешний диаметр заземлителя (0,025-0,03 м)

t- глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя.

Если используется угловая сталь d_УГ=0,95*b_УГ,b_УГ— ширина уголка (0,04-0,06м).

Сопротивление растеканию тока одного заземлителя в виде круглого стержня, заглубленного вертикально вровень с землей, определяют по формуле

4. приняв схему расположения заземлитеолей (в ряд, по замкнутому контуру), находят приближенное число заземлителей . Коэф-том использования уточняют количество заземлителей

5. Определяют длину соединительной полосы между заземлителями.

l_П=a(n_з-1) — в ряд

l_П=a*n_з — по контуру

6. Рассчитывают сопротивление растеканию тока соединительных полос

Расчет защитного заземления | Электрика в доме

Параметры для расчета заземления

Сопротивление заземлителя ввиду его небольшого значения, при расчетах защитных заземлений учитывать не следует.Мы будем рассматривать сопротивление заземлителя растеканию тока, которое измеряется между землей и заземлителем.

Точка измерения сопротивления берется на поверхности земли. Некоторые значения нормативных величин сопротивления заземления для разных напряжений:
— для трехфазной сети 660 В и сети однофазного напряжения 380 В — 2 Ома;
— для трехфазной сети 380 В и однофазного напряжения 220 В – 4Ома;
— для трехфазной сети 220 В и однофазного напряжения 127 В — 8 Ом.

Какие естественные заземлители можно использовать?

Для частных домов не запрещается в качестве защитного заземления использовать естественные заземлители.  Хорошим заземлителем являются коммуникации из металлических труб, проложенных в дома. Такие металлические трубы водопровода, канализации имеют неплохое сопротивления растеканию.

Эти коммуникации закапывают ниже глубины промерзания почвы, поэтому они не пересыхают и имеют постоянную важность. Арматура бетонного фундамента также может служить отличным заземлителем, но при условии что арматура связана между собой сваркой, и не в коем случае не скреплена проволокой.

Сейчас мало кто использует для коммуникации металлические трубы, все больше применяют пластиковые трубы. Поэтому для защитного заземления ставят защитные устройства заземления. Такими конструкциями могут быть забитые в землю стержни через полтора метра и соединенные между собой сваркой.

Вид устройства защитного заземления

Эти конструкции заземлителя просты и удобны в монтаже. При недостаточном сопротивлении заземления забивают дополнительные стержни, добиваясь нормального сопротивления растеканию. Устройство заземления устанавливается в 2 метрах от постройки, стержни могут забиваться по прямой линии или в виде замкнутого контура.

На сухом грунте нужно использовать длинные заземлители.

Для влажных грунтов заземляющее устройство делают из толстого металла, чтобы коррозия не разрушила конструкцию.

Все концы стержней свариваются проволокой 6 мм². Самый близкий к зданию стержень частично остается на поверхности и медным многожильным проводом заводится в дом.  Вся конструкция из стержней забивается в заранее выкопанную канаву и после их соединения сваркой засыпается землей.

Измерение и расчет контура заземления

Весь расчет заземления сводится к определению числа стержней для получения нужного сопротивления растеканию. Для расчета узнаем сопротивление одного заземлителя. Это сопротивление заземлителя не трудно измерить согласно методу на рисунке ниже.

Метод измерения сопротивления растекания

Сопротивление находим по формуле:

R = U / I,

U — напряжение в вольтах, между заземлителем и вспомогательным стержнем,

I — в амперах, между заземлителем и вспомогательным стержнем.

Расчет защитного заземления сводится к формуле для различных вертикальных заземлителей:

Для указанной выше формулы нужны такие исходные величины:

ρэкв – эквивалентное удельное сопротивлении земли, Ом∙м;

L – длина заземлителя, м; d – диаметр заземлителя, м;

Т – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м.

Эквивалентное удельное сопротивление земли – величина нормированная для разных типов грунтов:

Расчет заземления пример

Для расчета берем заземление частного дома с однофазной сетью 220В, где сопротивление заземления растеканию не больше 4 Ом. Регион нахождение дома — черноземье с удельным сопротивлением грунта в пределах 50 Ом по таблице №1
В качестве заземлителя применяется труба  длиной 160 сантиметров и 32 миллиметров диаметром.

Узнав сопротивление одного заземлителя находим их необходимое количество.

Rн – нормированное сопротивление заземления растеканию тока, Ом;

ψ – сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта, в среднем регионе РФ по таблице № 2 выбираем 1,7

Расчет сопротивления одного заземлителя

А теперь определяем число заземлителей:

Округляем и получаем 11 заземлителей нам необходимо для сопротивления заземления растеканию тока равном 4 Ома.

Тоже интересные статьи