Расчет заземления сопротивления – Руководство «Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной связи и радиотрансляционных узлов»

Содержание

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 510 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 1530 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.

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

Расчёт заземления

 

В программе использована методика расчёта системы заземления в двухслойном грунте состоящей из вертикальных заземлителей, приведённая в «Инструкции по расчёту и проектированию электрохимической защиты от коррозии магистральных газопроводов» (СТО Газпром 2-3.5-047-2006).

 

Пояснения к расчёту

Расчёт параметров системы заземления

Расчёт параметров системы заземления

 

R — общее сопротивление растеканию электрического тока

R1 — сопротивление  вертикального заземлителя

R2 — сопротивление горизонтального заземлителя

ρ — удельное электрическое сопротивление грунта

ρ1 — удельное электрическое сопротивление верхнего слоя грунта

ρ2 — удельное электрическое сопротивление нижнего слоя грунта

n — количество вертикальных заземлителей

L1 — длина вертикального заземлителя

L2 — длина горизонтального заземлителя

L3

— длина соединительной  полосы до ввода в здание

D — диаметр вертикального заземлителя

b — ширина полки горизонтального заземлителя

H — глубина верхнего слоя грунта

h2 — расстояние до середины вертикального заземлителя

h3 — расстояние до середины горизонтального заземлителя

k1 — климатический коэффициент для вертикальных заземлителей

k2 — климатический коэффициент для горизонтальных заземлителей

η — коэффициент использования для вертикальных электродов

 

Пожелания, замечания, рекомендации по улучшению раздела расчётов на нашем сайте просьба присылать по электронной почте [email protected]

Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник.

 

ВСЕ РАСЧЁТЫВСЕ РАСЧЁТЫ

влияние коэффициента сезонности на сопротивление, методика для частного дома

Расчет сопротивления контура заземленияПри эксплуатации электроустановок в некоторых случаях возникает пробой изоляции. При этом происходит утечка тока на корпус двигателей, стальных труб, проводки и т. д. Результатом этой утечки является выход из строя оборудования или поражение электрическим током. Чтобы избежать этого, необходимо использовать заземление. Расчет его произвести несложно — для этого необходимо воспользоваться определенной методикой.

Общие сведения

Защитным заземлением (ЗЗ) называется заземление, необходимое для предотвращения поражения человека электрическим током на электроустановках с напряжением питания до 1000 В. ЗЗ необходимо в случае возможного пробоя изоляции различных электрических машин и утечки тока на токоведущие части, при касании к которым происходит поражение электрическим током.

Основы электробезопасности

Общие сведения о заземлении В отличие от других видов травм, электротравматизм происходит редко, но приводит к серьезным последствиям. Опасность поражения электрическим током заключается в том, что пострадавший практически во всех случаях не может оказать себе помощь, в результате чего вероятность смертельных исходов высока. Воздействие тока на организм человека происходит по нескольким направлениям.

Тепловое или термическое действие приводит к ожогам определенных участков кожи, перегреву органов, а также к разрыву нервных окончаний и кровеносных сосудов. При химическом воздействии происходит процесс электролиза крови, лимфы и других биологических растворов, которые содержатся в организме человека. Это приводит к нарушению ее физико-химического состава и нарушению функционирования организма.

При биологическом воздействии наблюдается возбуждение и гибель клеток организма, а также нарушение работы мышц, в результате чего может произойти остановка сердца, судорожные явления и остановка дыхания.

Уровень опасности поражения человека электричеством зависит от следующих факторов:

  • Параметров электричества.
  • Пути прохождения.
  • Времени воздействия на организм.
  • Внешней среды.
  • Сопротивления тела.

К параметрам электрического тока относятся его сила, величина напряжения, частота и вид тока, который классифицируется на постоянный и переменный.

Ток по закону Ома зависит от напряжения и сопротивления, однако эта зависимость является нелинейной при напряжениях свыше 100 В, поскольку происходит пробой верхнего слоя кожи и сопротивление тела резко уменьшается. При этом ток начинает расти. Опасным считается переменный ток при значениях напряжения меньше 300 В, а при значениях свыше 300 В постоянный ток становится опаснее переменного. Сопротивление тела человека уменьшается в интервале частот от 50 до 1 кГц. При росте частоты свыше 1 кГц опасность поражения уменьшается, при частотах 45-50 кГц эта вероятность поражения полностью исчезает.

Путь прохождения тока является его движением по организму человека. Наиболее опасным считается прохождение через сердце, поскольку ток способен нарушить его работу. Время воздействия на организм — это время, в течение которого организм подвергался вредному воздействию со стороны электричества.

Основы электробезопасностиВнешняя среда включает в себя влажность и температуру воздуха. Сопротивление тела (R) является переменной величиной, которая зависит от множества факторов: толщины кожи и ее влажности, состояния здоровья, температуры, возрастных характеристик и морально-психологического состояния.

Величина тока, протекающего через тело человека (I), зависит от напряжения, приложенного к нему, и значения его R. Верхний слой кожи обладает наибольшим R, в сухом состоянии равным значению до 400 кОм, а при повреждении этого слоя величина R может снизиться до 600 Ом. При расчетах R тела человека берется равной 1 кОм.

Электрические удары

Воздействие тока на организм человека характеризуется электрическими ударами, при которых судорожно сокращаются мышцы, и электротравмами, во время которых повреждаются ткани и органы. Среди электротравм самыми опасными являются ожоги при контакте с токоведущими частями оборудования и электрической дугой, при которой также возникает и металлизация кожи. Кроме того, возможны механические повреждения, возникающие при сокращении мышц, а также при падении.

При тяжелых травмах, полученных под воздействием тока, существует вероятность наступления клинической смерти, которая может перейти в биологическую при отсутствии медицинской квалифицированной помощи. Среди причин, приводящих к смертельному исходу, можно выделить остановку сердца и дыхания, а также электрический шок. При рефлекторной остановке сердца происходит влияние на нервную систему, что приводит к нарушению ритма из-за быстрых сокращений фибриллы. Кроме того, при прямом действии на сердце произойдет его остановка.

Воздействие тока на организм человека

Паралич дыхательной системы возникает при прохождении тока через мышцы грудной клетки, а также в результате поражения нервной системы.

Электрический шок — реакция нервной системы на действие электрического тока, которая выражается в нарушении дыхания, кровообращения и обмена веществ.

Защитное заземление

ЗЗ используется для снижения риска поражения человека электрическим током (ЭТ) на различных электроустановках переменного и постоянного токов. Однако этот вид защиты применяют в основном в комбинации с устройством защитного отключения. Для увеличения уровня электробезопасности жилища необходимо правильно рассчитать контур заземления.

Основные виды

Основной характеристикой заземляющего контура является номинал сопротивления, величина которого изменяется в конкретной ситуации. Номиналы R ЗЗ следующие:

  • До 1000 В при условии, что нейтраль изолированная, R ЗЗ составляет не более 4 Ом.
  • Для трансформаторов, мощность которых меньше 100 кВ*А, R должно быть не более 10 Ом.
  • С изолированной нейтралью и напряжением номиналами 220 В, 380 В и 660 В R ЗЗ должно быть 2, 4 и 8 Ом соответственно.

Защитное заземлениеСуществуют два типа ЗЗ: контурное и выносное. Контурное не используется в заземлении для частного дома, а применяется на установках с напряжением свыше 1000 В. Оно состоит из отдельных заземлителей, которые размещены по периметру оборудования. Выносной тип состоит из заземлителя и заземляющего провода или магистрали.

Заземлителем является металлическая конструкция (кол, труба или уголок), которая погружена в землю. Провода соединяют корпус электроустановки и заземлитель. Места, где происходит соединение токоведущих частей электрического оборудования с заземляющей жилой, называются точками заземления.

Порядок установки

Заземлитель из одного проводника вкапывается в землю. Он может быть соединен с другими заземлителями. После того как монтаж произведен, траншею необходимо засыпать. Кроме того, следует оставить над поверхностью земли часть электрода для подсоединения к нему заземляющего провода, идущего к основной шине заземления в электрощите.

Если оборудование работает в нормальном режиме, то величина напряжения (Uз) будет равна 0. При коротком замыкании сопротивление заземления (Rз) равно 0. Существует формула, позволяющая найти Rз. Она основана на следствии из закона Ома: Rз = Uз / Iз. Расчет защитного заземления сводится к правильному нахождению Rз и сопоставлению его с ГОСТ.

Величину Rз следует определять исходя из характеристик грунта, который окружает заземлитель, а именно: влажности, плотности, содержания солей и сезонности.

Кроме того, важными составляющими величинами Rз, которые влияют на его величину, являются следующие:

  • Конструктивные особенности заземлителя.
  • Глубина вкапывания.
  • Диаметр заземляющей жилы.

Основные виды заземленияДля эффективной защиты применяется группа заземлителей, которые объединяются в контур, причем между ними должно соблюдаться некоторое расстояние. Это связано с тем, что во время пробития изоляции ток уходит на корпус, а затем через заземлители — в землю. При этом на поверхности земли образуется разность потенциалов. И если человек находится в поле его действия, то существует вероятность поражения током при шаговом напряжении.

Глубина влияет на Rз, поскольку при глубоком погружении в грунт величина Rз уменьшается. Площадь поперечного сечения также играет важную роль. Для голого медного провода оно должно быть от 5 кв. мм., а для изолированного — 1,5 кв. мм. При прикосновении к токоведущей части электроустановки возникает напряжение прикосновения (Uпр), которое будет меньше Uз, поскольку его снижает одежда. Для расчета Rз следует знать еще одну величину, которая называется удельным сопротивление грунта (р определяется по таблице 1).

Таблица 1: Данные различных типов грунта, используемых для заземления

Тип грунта Удельное сопротивление, Ом*м
Графитовая крошка 0,1
Вода морская 0,2
Глина влажная 20
Ил 30
Глина сухая 60
Чернозем 60
Песок влажный 130-400
Песок сухой 800
Бетон 1000

Проанализировав табличные данные, можно сделать следующий вывод: значение р зависит от типа грунта, а на снижение его значения влияет влажность грунта. Расчет заземляющего устройства контура заземления зависит от коэффициента сезонности (Км), на который влияет температура окружающей среды. Его значения следующие:

  • От 0 до +5 Км = 1,3/1,8.
  • В интервале от -10 до 0 Км = 1,5/2,3.
  • При температурных интервалах -15..-10 Км = 1,7/4,0.
  • От -20 до -15 Км = 1,9/5,8.

Кроме того, значение Км зависит от типа погружения заземлителя или группы заземлителей. В числителе указано значение при вертикальном положении (0,6-0,7 м), а в знаменателе — при горизонтальном положении на глубине 0,4-0,8 м.

Формула расчета Rз для одиночного заземлителя в вертикальном положении принимает следующий вид: Rз = 0,3 * р * Км. Эта формула позволяет найти приблизительное значение, а для точных расчетов следует применять формулу, в которой учитываются следующие величины: длина электрода (l), диаметр прута (d) и глубина (h). Формула имеет следующий вид: Rз = (p/(2*3,1416 * l)) * (ln(2*l/d) + 0,5 * ln((4 * h + l)/(4 * h — l))).

При наличии нескольких электродов (n) следует воспользоваться еще одной формулой: Rn = Rз / (n * Кисп). Кисп является коэффициентом использования электрода, который учитывает влияние на него рядом вкопанных заземлителей. Он определяется по табличным значениям и подставляется в результирующую формулу.

Таблица 2: Определение Кисп

Таблица определения Кисп

Максимально допустимым Rз для частного дома является величина не более 4 Ом. В основном для изготовления ЗЗ применяются стальные трубы или уголки, поскольку этот материал является более дешевым по сравнению с медным электродом.

Расчет заземления в ExcelДля произведения расчетов величину R перемычек между электродами можно не учитывать. Способ расчета контура заземления, пример которого сводится к получению необходимого его значения в 4 Ом, достаточно прост. Он требует определенных знаний в области математики. Существует и другой метод — воспользоваться онлайн-сервисом или программой для расчета заземления. Примером программы для расчета является Excel.

Пример расчета

Очень часто при покупке дома необходимо рассчитать контур заземления. Если расчеты произведены неверно, то переделывание ЗЗ может занять огромное количество времени. Поэтому рекомендуется сначала научиться грамотно его рассчитывать, а затем приступать к практическим работам.

В большинстве случаях заземлители делаются из уголка 50х50 мм, длина которого составляет L = 2,5 м. Условие первого примера является следующим: глинистый грунт (р = 60 Ом * м), Км = 1,45, глубина траншеи составляет hтр = 0,5 м.

Алгоритм расчета имеет следующий вид:

  1. Найти p с учетом Км: р = 60 * 1,45 = 87 Ом *м.
  2. Выбрать расстояние между электродами: S = L = 2,5 м.
  3. Алгоритм расчета заземления Забить вниз уголок, размер полки (ребра уголка) которого составляет примерное значение диаметра электрода: d = 0,95 * 0,05 = 87 Ом * м.
  4. Найти глубину залегания средней точки уголка: h = 0,5 * L + hтр = 0,5 * 2,5 + 0,5 = 1,75 м.
  5. Подставить значения в формулу и определить для одного заземлителя: Rз = 27,58 Ом. Этого номинала недостаточно, поскольку по ГОСТ его значение должно быть не более 4 Ом (Rзгост) для 220 В.
  6. Определить количество электродов: n = Rз / (Кисп * Rзгост). Вычисление для Кисп = 27,58 / (1 * 4) = 7.
  7. По таблице найти Кисп для 7 электродов и подставить в формулу нахождения количества электродов c Кисп = 0,59: n = 12.
  8. Произвести перерасчет для n = 12 при Кисп = 0,54. Результат вычисления: n = 13.
  9. Подставить в формулу: Rз = Rзгост / (n * Кисп) = 4 Ом.

Для построения контура заземления с Rз = 4 Ом понадобятся 13 уголков. Все остальные задачи являются однотипными, а формулы и таблицы позволяют рассчитать заземление конкретного контура. Если не хочется тратить время на вычисления, то можно вычислить его значение в специальной программе или при помощи онлайн-сервисов.

Таким образом, ЗЗ необходимо для частного дома и выполняет основную функцию по защите человека от поражения электрическим током. Изготовить и рассчитать его можно по очень простой методике или воспользоваться специальными программами. Рекомендуется, кроме ЗЗ, использовать еще и устройства защитного отключения.

Расчет сопротивления заземления онлайн-Ampersite

Верхний слой грунта Песок сильно увлажненный (60)Песок умеренно увлажненный (130)Песок влажный (400)Песок слегка влажный (1500)Песок сухой (4200)Песчаник (1000)Супесок (300)Супесь влажная (150)Суглинок сильно увлажненный (60)Суглинок полутвердый, лессовидный (100)Суглинок промерзший слой (190)Глина (при t > 0°С) (60)Торф при t = 0°С (50)Торф при t > 0°С (40)Солончаковые почвы (при t > 0°С) (25)Щебень сухой (5000)Щебень мокрый (3000)Дресва (при t > 0°С) (5500)Садовая земля (40)Чернозем (50)Речная вода (1000)Гранитное основание (при t > 0°С) (22500)
Климатический коэффициент Климатическая зона I (Верт. – 1.9; Горизонт. – 5.75)Климатическая зона II (Верт. – 1.7; Горизонт. – 4.0)Климатическая зона III (Верт. – 1.45; Горизонт. – 2.25)Климатическая зона IV (Верт. – 1.3; Горизонт. – 1.75)
Нижний слой грунта Песок сильно увлажненный (60)Песок умеренно увлажненный (130)Песок влажный (400)Песок слегка влажный (1500)Песок сухой (4200)Песчаник (1000)Супесок (300)Супесь влажная (150)Суглинок сильно увлажненный (60)Суглинок полутвердый, лессовидный (100)Суглинок промерзший слой (190)Глина (при t > 0°С) (60)Торф при t = 0°С (50)Торф при t > 0°С (40)Солончаковые почвы (при t > 0°С) (25)Щебень сухой (5000)Щебень мокрый (3000)Дресва (при t > 0°С) (5500)Садовая земля (40)Чернозем (50)Речная вода (1000)Гранитное основание (при t > 0°С) (22500)
Количество верт. заземлителей 1 вертикальный заземлитель2 вертикальных заземлителя3 вертикальных заземлителя4 вертикальных заземлителя5 вертикальных заземлителей6 вертикальных заземлителей7 вертикальных заземлителей8 вертикальных заземлителей9 вертикальных заземлителей10 вертикальных заземлителей11 вертикальных заземлителей12 вертикальный заземлителей13 вертикальных заземлителей14 вертикальных заземлителей15 вертикальных заземлителей16 вертикальных заземлителей17 вертикальных заземлителей18 вертикальных заземлителей19 вертикальных заземлителей20 вертикальных заземлителей
Глубина верхнего слоя грунта, H (м)
Длина вертикального заземлителя, L1 (м)
Глубина горизонтального заземлителя, h3 (м)
Длина соединительной полосы, L3 (м)
Диаметр вертикального заземлителя, D (м)
Ширина полки горизонтального заземлителя, b (м)
Удельное электрическое сопротивление грунта
Сопротивление одиночного верт. заземлителя
Длина горизонтального заземлителя
Сопротивление горизонтального заземлителя:
Общее сопротивление растеканию электрического тока

Расчет заземляющих устройств — Онлайн-журнал «Толковый электрик»

Контур заземления необходим для защиты людей от поражения электрическим током. Для молниезащиты создается собственное заземляющее устройство, не связанное с защитным контуром заземления. Для правильной их постройки требуется расчет.

Заземляющее устройство (ЗУ) имеет параметр, называемый сопротивлением растекания или просто – сопротивлением. Оно показывает, насколько хорошим проводником электрического тока является данное ЗУ. Для электроустановок с линейным напряжением 380 В сопротивление растекания ЗУ не должно быть более 30 Ом, на трансформаторных подстанциях – 4 Ом. Для контуров заземления медицинской техники и оборудования видеонаблюдения, серверных комнат, норма устанавливается индивидуально и составляет от 0,5 до 1 Ом.

Задача расчета заземляющего устройства – определение количества и расположения вертикальных и горизонтальных заземлителей, достаточного для получения требуемого сопротивления.

Определение удельного сопротивления грунта

На результаты расчетов ЗУ оказывает существенное влияние характеристика грунта в месте его постройки, называемая удельным сопротивлением (⍴). Для каждого из видов грунта существует расчетное значение, указанное в таблице.

Удельные сопротивления грунтов и воды

На сопротивление грунта оказывают влияние влажность и температура. Зимой при максимальном промерзании и летом в засуху удельное сопротивление достигает максимальных значений. Для учета влияния погодных условий к величине ⍴ вводятся поправки для климатической зоны.

Поправочные коэффициенты удельного сопротивления

Если есть возможность, перед расчетами производят измерение удельного сопротивления.

Виды заземлителей и расчет их сопротивления

Заземлители бывают естественными и искусственными, и для создания заземляющего устройства используются и те, и другие. Рассчитать влияние естественных заземлителей (железобетонных фундаментов, свай) на величину сопротивления растекания сложно, это проще сделать методом измерений на месте. Сопротивление естественных заземлителей длиной более 100 м можно узнать из таблицы.

Сопротивление естественных заземлителей

Если значение ⍴ отличается от 100 Ом∙м, значение R умножается на соотношение ⍴/100.

В качестве искусственных заземлителей используются арматура, трубы, угловая или полосовая сталь. Сопротивление каждого из них рассчитывается по собственной формуле, указанной в таблице.

Значения переменных в формулах:

— удельное сопротивление грунта, определенное с учетом поправочных коэффициентов, Ом∙м
l— длина электрода, м
d— внешний диаметр электрода, м
t— расстояние до середины электрода от поверхности земли, м
b— ширина полосового электрода или ширина полки угловой стали, м

Теперь рассчитывается суммарное сопротивление штырей искусственных заземлителей:

n— число вертикальных электродов, принятое для расчета
ŋв— коэффициент, учитывающий экранирование электродов соседними, определяемый по следующей таблице
Коэффициент использования вертикальных электродов

Далее нужно учесть влияние полосы, соединяющей электроды. Для этого из следующих таблиц выбирается значение коэффициента использования ŋг.

Коэффициенты использования соединительной полосы

Вычисляем сопротивление проводника, соединяющего вертикальные заземлители по формуле:

И полное сопротивление заземляющего устройства.

Если рассчитанное сопротивление контура заземления оказалось недостаточным, увеличиваем количество вертикальных заземлителей или изменяем их вид. Повторяем расчет до получения требуемого значения сопротивления.

Оцените качество статьи:

Расчет заземления с примерами

Одной из наиболее важных причин расчета заземления и установки является то, что оно защищает людей, приборы в доме от повышенного напряжения. Если вдруг молния ударит в дом или по какой-то причине произойдет скачок мощности в сети, но при этом электрическая система заземлена, все это избыточное электричество уйдет в землю, а иначе случится взрыв, который может уничтожить все на своем пути.

Оборудование электрозащиты

Оборудование заземления

Рост потребления электроэнергии во всех сферах жизни, дома и на работе, требует четких правил безопасности для жизнедеятельности человека. Многочисленные национальные и международные стандарты регулируют требования к строительству электрических систем для обеспечения безопасности людей, домашних животных и имущества при использовании электроприборов.

Оборудование электрозащиты, устанавливаемое во время строительства жилых и общественных объектов, должно регулярно проверяться, чтобы обеспечить надежную работу на протяжении многих лет. Нарушения правил безопасности в электрических системах могут иметь негативные последствия: угроза жизни людей, разрушение имущества или уничтожение проводки.

Нормами безопасности установлены следующие верхние пределы для безопасного касания человеком токоведущих поверхностей: 36 В переменного тока в сухих зданиях и 12 В переменного тока во влажных помещениях.

Заземляющая система

Расчет защитного заземления

Заземляющая система — абсолютно необходимое техническое оборудование для каждого здания, поэтому это первый компонент электроустановки, который монтируется на новом объекте. Термин «заземление» используется в электротехнике для целенаправленного подключения электрических компонентов к земле.

Защитное заземление оберегает людей от удара электротоком при касании электрооборудования в случае его неисправности. Мачты, заборы, инженерные сети, такие как водопроводные трубы или газопроводы в обязательном порядке должны быть подключены защитным кабелем посредством присоединения к клемме или заземляющей планке.

Задачи функциональной защиты

Функциональное заземление не обеспечивает безопасность, как следует из названия, вместо этого оно создает бесперебойную работу электрических систем и оборудования. Функциональное заземление рассеивает токи и источники помех на земные тестовые адаптеры, антенны и другие устройства, которые принимают радиоволны.

Они определяют общие опорные потенциалы между электрооборудованием и устройствами и, таким образом, предотвращают различные сбои в частных домах, например, такие как мерцание телевизора или света. Функциональное заземление никогда не может выполнять задачи защитного.

Все требования по защите от поражения электрическим током можно найти в государственных стандартах. Создание защитного заземления является жизненно важным и поэтому всегда имеет приоритет над функциональным.

Предельное сопротивление защитных устройств

Предельная защита

В безопасной для людей системе защитные устройства должны срабатывать, как только напряжение неисправности в системе достигает значения, которое может быть опасным для них. Для расчета этого параметра можно использовать указанные выше данные предельного напряжения, выберем среднюю величину U = 25 В переменного тока.

Выключатели остаточного тока, установленные в жилых помещениях, обычно не сработают на землю, пока ток короткого замыкания не достигнет 500 мА. Поэтому согласно закону Ома, с U = R1 R = 25 В / 0,5 А = 50 Ом. В связи с чем для соответствующей защиты безопасности людей и имущества земля должна иметь сопротивление менее 50 Ом, или R earth<50.

Факторы надежности электродов

Расчет защитного заземления

Согласно государственным стандартам, в качестве электродов можно рассматривать следующие элементы:

  • вертикально вставленные стальные сваи или трубы;
  • горизонтально уложенные стальные полосы или провода;
  • углубленные металлические пластины;
  • металлические кольца, расположенные вокруг фундамента или встроенные в основания.

Водопроводные трубы и другие подземные стальные инженерные сети (если есть согласования с собственниками).

Надежное заземление с сопротивлением менее 50 Ом зависит от трех факторов:

  1. Вид земли.
  2. Тип и сопротивление почвы.
  3. Сопротивление заземляющей линии.

Расчет устройства заземления нужно начинать с определения удельного сопротивления почвы. Оно зависит от формы электродов. Удельное сопротивление земли r (греческая буква Rho) выражается в ом-метрах. Это соответствует теоретическому сопротивлению заземляющего цилиндра площадью 1 м2, у которого сечение и высота равны 1 м. Сопротивление Земли сильно варьируется в зависимости от природы почвы, влажности и температуры (в случае мороза или засухи оно становится выше). Примеры удельного сопротивление почвы в Ом-м:

  • болотистая почва от 1 до 30;
  • лессовая почва от 20 до 100;
  • гумус от 10 до 150;
  • кварцевый песок от 200 до 3000;
  • мягкий известняк от 1500 до 3000;
  • травянистый грунт от 100 до 300;
  • скалистая земля без растительности — 5.

Монтаж заземляющего устройства

Расчет сопротивления защитного заземления

Заземляющий контур монтируется из конструкции, состоящей из стальных электродов и соединяющих планок. Устройство после погружения в грунт подключается с домовому электрощитку проводом или аналогичной металлической полосой. Влажность грунта влияет на уровень размещения конструкции.

Существует обратно пропорциональная зависимость длины арматуры и уровня подземных вод. Предельное расстояние от объекта строительства колеблется от 1 м до 10 м. Электроды для расчета заземления должны входить в землю ниже линии промерзания грунта. Для коттеджей контур монтируется с использованием металлоизделий: труб, гладкой арматуры, стального уголка, двутавра.

Заземляющий контур

Форма их должна быть приспособленной для глубокого вхождения в грунт, площадь сечения арматуры более 1,5 см2. Арматура размещается в ряду или в форме разнообразных фигур, которые напрямую зависят от фактического местонахождения площадки и возможности монтажа защитного устройства. Часто применяется схема по периметру объекта, тем не менее треугольная модель заземления пока остается самой распространенной.

Заземляющий треугольник

Несмотря на то, что защитную систему можно изготовить самостоятельно, используя имеющейся материал, многие домостроители приобретают заводские комплекты. Хотя они недешевые, но простые в установке и долговечны в применении. Обычно такой комплект состоит из омедненных электродов длиной 1 м, оборудованных резьбовым соединением для монтажа.

Общий расчет полос

Нет общего правила для расчета точного количества ям и размеров заземляющей полосы, но разряд тока утечки определенно зависит от площади поперечного сечения материала, поэтому для любого оборудования размер заземляющей полосы рассчитывается на ток, который должен будет переноситься этой полосой.

Для расчета контура заземления сначала рассчитывается ток утечки, и определяется размер полосы.

Для большей части электрооборудования, такого как трансформатор, дизель-генератор и т. д, размер нейтральной заземляющей полосы должен быть таким, чтобы выдерживать нейтральный ток этого оборудования.

Например, для 100 кВА трансформатора, полный ток нагрузки составляет около 140 A.

Подключенная полоса должна быть способна выдерживать не менее 70 А (нейтральный ток), это означает, что полоса 25×3 мм достаточна для переноса тока.

Для заземления корпуса используют полосу меньшего размера, которая может нести ток 35 А, при условии использования 2-х земляных ям для каждого объекта в виде резервной защиты. Если одна полоса становится непригодной из-за коррозии, что нарушает целостность цепи, ток утечки протекает через другую систему, обеспечивая защиту.

Расчет количества труб защиты

Сопротивление заземления одиночного стержня или трубы электрода рассчитывается в соответствии:

R = ρ / 2 × 3,14 × L (log (8xL / d) -1)

Где:

ρ = Сопротивление грунта (Омметр), L = Длина электрода (метр), D = Диаметр электрода (метр).

Расчет заземления (пример):

Вычислить сопротивление изолирующего стержня заземления. Он имеет длину 4 метра и диаметр 12,2 мм, удельный вес 500 Ом.

R = 500 / (2 × 3,14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0,0125) -1) = 156,19 Ом.

Сопротивление заземления одиночного стержневого или трубного электрода рассчитывается так:

R = 100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))

Где:

ρ = Сопротивление грунта (Омметр), L = Длина электрода (см), D = Диаметр электрода (см).

Определение заземляющей конструкции

Заземляющая конструкция

Расчет заземления электроустановки начинают с определения количества заземляющей трубы диаметром 100 мм, длиной 3 метра. Система имеет ток повреждения 50 KA в течение 1 секунды, а удельное сопротивление грунта — 72,44 Ом.

Текущая плотность на поверхности земного электрода:

Мак. допустимая плотность тока I = 7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2

Мак. допустимая плотность тока = 7,57 × 1000 / (√72,44X1) = 889,419 A / м2

Площадь поверхности одного диаметра 100 мм. 3-метровая труба = 2 x 3,14 L = 2 x 3,14 x 0,05 x 3 = 0,942 м2

Мак. ток, рассеиваемый одной заземляющей трубой = Текущая плотность x Площадь поверхности электрода.

Максим. ток, рассеиваемый одной заземляющей трубой = 889,419x 0,942 = 838 А,

Количество требуемой заземляющей трубы = Ток повреждения / Макс.

Количество требуемой заземляющей трубы = 50000/838 = 60 штук.

Сопротивление заземляющей трубы (изолировано) R = 100xρ / 2 × 3,14xLx (log (4XL / d))

Сопротивление заземляющей трубы (изолировано) R = 100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10)) = 7,99 Ом / Труба

Общее сопротивление 60 штук заземления = 7.99 / 60 = 0.133 Ом.

Сопротивление полосы заземления

Сопротивление заземляющей полосы (R):

R = ρ / 2 × 3,14xLx (log (2xLxL / wt))

Пример расчета контурного заземления приведен ниже.

Рассчитать полосу шириной 12 мм, длиной 2200 метров, заглубленной в землю на глубине 200 мм, удельное сопротивление грунта составляет 72,44 Ом.

Сопротивление заземляющей полосы (Re) = 72,44 / 2 × 3,14x2200x (log (2x2200x2200 / .2x.012)) = 0,050 Ω

Из приведенного выше общего сопротивления 60 штук заземляющих труб (Rp) = 0,133 Ом. И это связано с грубой заземляющей полосой. Здесь чистое сопротивление заземления = (RpxRe) / (Rp + Re)

Чистое сопротивление = (0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05) = 0,036 Ом

Полное сопротивление заземления и количество электродов для группы (параллельное соединение). В случаях, когда одного электрода недостаточно для обеспечения требуемого сопротивления заземления, должно использоваться более одного электрода. Разделение электродов должно составлять около 4 м. Совокупное сопротивление параллельных электродов является сложной функцией нескольких факторов, таких как количество и конфигурация электрода. Общее сопротивление группы электродов в различных конфигурациях согласно:

Ra = R (1 + λa / n),

где a = ρ / 2X3.14xRxS

Где: S = Расстояние между регулировочным стержнем (метр).

λ = Фактор, приведенный в таблице ниже.

n = Количество электродов.

ρ = Сопротивление грунта (Омметр).

R = Сопротивление одиночного стержня в изоляции (Ω).

Факторы для параллельных электродов в линии

Количество электродов (n)

Фактор ( λ )

2

1,0

3

1,66

4

2,15

5

2,54

6

2,87

7

3.15

8

3,39

9

3,61

10

3,8

Для расчета заземления электродов, равномерно расположенных вокруг полого квадрата, например, по периметру здания, приведенные выше уравнения используются со значением λ, взятым из следующей таблицы. Для трех стержней, расположенных в равностороннем треугольнике или в L-образовании, может быть принято значение λ = 1,66

Факторы для электродов в полом квадрате

Количество электродов (n)

Фактор ( λ )

2

2,71

3

4,51

4

5,48

5

6,13

6

6,63

7

7,03

8

7,36

9

7,65

10

7,9

12

8,3

14

8,6

16

8,9

18

9,2

20

9,4

Расчет контурного защитного заземления для полых квадратов проводят по формуле общего количества электродов (N) = (4n-1). Эмпирическое правило состоит в том, что параллельные стержни должны располагаться, как минимум в два раза больше по длине, чтобы использовать все преимущества дополнительных электродов.

Если разделение электродов намного больше их длины, и только несколько электродов находятся параллельно, то результирующее сопротивление заземления может быть рассчитан с использованием обычного уравнения для сопротивления. На практике эффективное сопротивление заземления обычно будет выше, чем расчетное.

Как правило, массив с 4 электродами может обеспечить улучшение в 2,5-3 раза.

Массив 8 электродов обычно дает улучшение, возможно, в 5–6 раз. Сопротивление исходного заземляющего стержня будет снижено на 40% для второй линии, 60% для третьей линии, 66% для четвертой.

Пример расчета электрода

Строительство системы зазамления

Вычисление общего сопротивления заземляющего стержня 200 единиц, расположенных параллельно, с интервалом 4 м каждого, и если они соединяются в квадрат. Заземляющий стержень имеет длину 4 метра и диаметр 12,2 мм, сопротивление поверхности 500 Ом. Сначала вычисляется сопротивление одиночного заземляющего стержня: R = 500 / (2 × 3,14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0,0125) -1) = 136,23 Ом.

Далее общее сопротивление заземляющего стержня в количестве 200 единиц в параллельном состоянии: a = 500 / (2 × 3,14x136x4) = 0,146 Ra (параллельная линия) = 136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200) = 1,67 Ом.

Если стержень заземления подключен к пустотелой площади 200 = (4N-1),

Ra (по пустому квадрату) = 136,23x (1 + 9,4 × 0,146 / 200) = 1,61 Ом.

Калькулятор заземления

заземление расчет

Как видно, расчет заземления — очень сложный процесс, использует много факторов и сложные эмпирические формулы, доступные только подготовленным инженерам при наличии сложных программных комплексов.

Пользователю можно сделать только прикидочный расчет, используя онлайн-сервисы, например, Allcalc. Для более точных расчетов, все равно нужно обратится к проектной организации.

Онлайн-калькулятор Allcalc поможет быстро и точно выполнить расчет защитного заземления в двухслойной почве, состоящей из вертикального заземления.

Расчет параметров системы:

  1. Верхний слой почвы — песок сильно увлажненный.
  2. Климатический коэффициент- 1.
  3. Нижний слой почвы — песок сильно увлажненный.
  4. Количество вертикальных заземлений- 1.
  5. Глубина верхнего слоя почвы H (м) — 1.
  6. Длина вертикального участка, L1 (м) — 5.
  7. Глубина горизонтального участка h3 (м) — 0.7.
  8. Длина соединительной полосы, L3 (м) — 1.
  9. Диаметр вертикального участка, D (м) — 0.025.
  10. Ширина полки горизонтального участка, b (м) — 0.04.
  11. Электрическое сопротивление почвы (Ом / м) — 61.755.
  12. Сопротивление одного вертикального участка (Ом) — 12.589.
  13. Длина горизонтального участка (м) — 1.0000.

Устойчивость к горизонтальному заземлению (Ом) — 202.07.

Расчет сопротивления защитного заземления завершен. Общее сопротивление распространения электрического тока (Ом) — 11.850.

Проверка заземления

Земля обеспечивает общую опорную точку для многих источников напряжения в электрической системе. Одной из причин, почему заземление помогает сохранить человека в безопасности является то, что земля — самый большой проводник в мире, а избыточное электричество всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Заземляя электрическую систему дома, человек дает возможность току уйти в землю, чем спасает свою жизнь и жизнь окружающих.

Без правильно заземленной электрической системы дома пользователь рискует не только домашними бытовыми приборами, но и своей жизнью. Вот почему в каждом доме нужно не только создать заземляющую сеть, но и ежегодно контролировать ее работоспособность с помощью специальных приборов измерения.

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:

 

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *