Расчёт заземления
Пример расчета защитного заземления для дома или квартиры
В системе заземления TN-С-S, защитные функции выполняет заземляющий провод PE, поэтому расчёт повторного заземления в точке разделения PEN затруднён из-за сложности получения параметров воздушных линий и повторных заземлителей.
Без данных, которые находятся у энергоснабжающих служб, подобные расчеты не будут иметь обоснованной точности, строясь лишь на догадках. Тем более, часто бывает, что представители компании, обеспечивающей энергоснабжение, заверяют в ненужности повторного заземления в месте разделения PEN провода, иногда даже препятствуют этому.
Поэтому в отношении частного дома, для расчёта максимальной эффективности заземления нужно брать за основу систему TT, где заземляющий контур не связан с сетевым нулевым проводом.
Система заземления ТТ
Предназначение расчёта заземления
Содержание статьи:
Приступая к расчётам, нужно учесть, что из-за неоднородности почвы и других неучтённых факторов, реальное сопротивление заземления может не совпасть с расчётным. Данные несовпадения случаются даже с лабораториями, имеющими специальное оборудование для анализа грунтов.
Поэтому после проведения работ всегда проверяют сопротивление заземления, и если нужно, добавляют электроды. Целью расчёта сопротивления контура заземления является электробезопасность, условие которой состоит в снижении напряжения прикосновения до безопасного уровня при пробое изоляции и контакте фазного провода с корпусом заземляемого электроприбора.
Безопасным считается максимально допустимое напряжение прикосновения Uп.д.= 40В. Первым этапом расчета будет определение значения тока однофазного замыкания на землю Iкзф.
Поскольку речь идёт о заземлении для частного дома, которое ПУЭ не регламентируется, то Iкзф нужно принять таким, при котором вводный защитный автомат гарантированно отключится за очень быстрое время.
Обозначение вертикального заземлителя
Максимально эффективные значения сопротивления контура заземления
Будет большой ошибкой считать Iкзф равным номинальному току автомата, при котором, согласно время-токовой характеристике, он никогда не сработает, так как реальный порог срабатывания автомата начинается, когда протекающий ток в 1,13 раза больший, чем номинальный, и при этом могут пройти десятки минут до отключения нагрузки.
Время-токовая характеристика срабатывания автоматического выключателя
Значение Iкзф выбирают из графика время-токовой характеристики, чтобы время было не больше нескольких долей секунд. Для автоматов типа С, срабатывание автомата в пределах секунды определяется условием превышения номинального тока раз в пять – десять, в зависимости от температурных условий.
То есть, если на вводе стоит автомат 16А, то заземление должно обеспечивать ток замыкания фазы на землю Iкзф=160А, чтобы защита сработала практически моментально. Исходя из данных условий определяется значение допустимого сопротивления заземления:
где U – напряжение сети. Rзд≤220/160=1,375 Ом. Чтобы при этом выполнялось требование по обеспечению напряжения прикосновения, то Rзд≤ Uп.д./ Iкзф¬. То есть Rзд≤40/160=0,25 Ом.
Допускаемые значения сопротивления заземления, согласно нормативам
Вышеприведённое расчётное значение сопротивления рассчитано, исходя из максимальных параметров, и как будет рассчитано ниже, достижение данного параметра контура заземления будет весьма трудным и затратным делом, особенно, если удельное сопротивление почвы неблагоприятное.
Ещё более труднодостижимым будет данный параметр, если номинал автомата будет большим. Поэтому, в системе TT, согласно ГОСТ30339-95 / ГОСТ Р50669-94 обязательным является использование УЗО с током утечки IΔn≤30мА, при котором Rзд≤ 47 Ом. При IΔn=100мА Rзд≤14 Ом, а при IΔn=300мА Rзд≤4 Ом.
Данное требование ГОСТ касается мобильных зданий, где энергопитание может быть осуществлено только по системе TT, оно является намного более требовательным, чем норматив ПУЭ 1.7.59, где Rзд*IΔn<50В, при котором Rзд получается 1666 Ом.
Устройство треугольного заземлителя
В быту сопротивление заземления, равное 4 Ом считается хорошим, ввиду того, что оно гарантированно обеспечит срабатывание достаточно мощных автоматов защиты в течении нескольких десятков секунд, что удовлетворяет требованиям противопожарной безопасности.
Среднее удельное сопротивление некоторых грунтов
Удельное сопротивление почв
Расчет защитного заземления состоит в определении материала и параметров заземлителей, их количества, взаимного расположения и способа укладки, при котором сопротивление заземляющего контура не должно превышать нормируемое сопротивление Rзд. Материалом служит металлопрокат из оцинкованной или омеднённой стали или чистой меди.
Для круглого профиля одиночного заземлителя его сопротивление рассчитывают по формуле:
Где — ρ – удельное сопротивление почвы Oм*м; L – длина, d – диаметр заземлителя, м; T – заглубление заземлителя, равное расстоянию от его середины до поверхности грунта, м; ln – логарифм, данная функция присутствует в инженерном калькуляторе Windows.
Удельное сопротивление грунтов измеряют при помощи лабораторного оборудования на месте, или выбирают исходя из таблицы, умножая на расчётный коэффициент 1,75.
Влияние сезонных колебаний климата
На практике также приходится учитывать неоднородность грунта, разброс его характеристик относительно сезонных изменений климата и влажности.
Таблица — климатические зоны промерзания грунта
Удельное сопротивление выбирают, учитывая поправочный сезонный коэффициент ψ, который выбирают, исходя из таблицы, равным Kl для вертикального заземлителя, или ψ= Kг для горизонтального.
При этом эквивалентное, реальное значение удельного сопротивления ρэкв для вертикальных электродов вычисляют, используя коэффициент Kl ρэкв=ρ* Kl, а для горизонтальных заземлителей Kгρэкв=ρ* Kг, которые прокладывают на глубине 0,5 — 0,8м.
Двухслойный грунт
Вертикальные заземлители также принято вбивать в дно траншеи, чтобы их верхушки были ниже точки промерзания грунта. При этом, по мере углубления электрода, слой почвы меняется, поэтому ρэкв вычисляют как среднее значение удельного сопротивления для двух слоев грунта, исходя из глубины заглубления заземлителей:
Где ρ1, ρ2 – удельное сопротивление нижнего и верхнего слоя соответственно; t – глубина траншеи; H – высота верхнего слоя почвы, сезонный коэффициент ψ (из таблицы).
Для расчёта сопротивления заземления глубинного заземлителя пользуются упрощённой формулой:
Сопротивление растекания для горизонтального заземлителя (полосы, соединяющей вертикальные электроды):
Где Lг – длина полосы, b – ширина, ηг – коэффициент взаимного экранирования горизонтальных заземлителей. Как правило, заземление делают по контуру вокруг дома, поэтому сопротивление горизонтального заземлителя Rг будет предопределено, и общее сопротивление вертикальных электродов будет равно:
Количество вертикальных заземлителей:
Где ηг коэффициент экранирования (использования) для вертикальных электродов.
Эффект экранирования вертикальных заземлителей
В таблице приведены зависимости коэффициентов использования заземлителей относительно расстояния между ними, расположенными в ряд или по контуру.
Коэффициент использования заземлителей
Пример расчёта
Допустим, требуется Rзд=4 Ом в доме, располагающемся в тёплой четвёртой климатической зоне. Грунт — сверху чернозем H=0,9м, снизу глина. Длина траншеи вокруг дома (квадрат) Lг =40м, глубина t=0,5м. Используется полоса 4*40мм, круглый стержень L=2м, d=0,02м. Требуется рассчитать количество вертикальных электродов заземления и расстояние между ними.
Вычисляем сопротивление горизонтальной полосы, которая залегает в чёрноземе:
Данное значение слишком велико и не удовлетворяет требуемое значение Rзд=4 Ом, поэтому нужно продолжить вычисления и рассчитать общее сопротивление вертикальных заземлителей:
Далее рассчитываем эквивалентное удельное сопротивление грунтов. Нужно помнить о поправочном расчётном коэффициенте 1,75 – для наглядности вычисления с ним заключены в дополнительные скобки:
Середина заглублённого электрода:
Рассчитываем одиночный вертикальный заземлитель:
Находим количество вертикальных заземлителей:
Данное значение округляем до двенадцати электродов, и равномерно их распределяем по контуру на расстоянии 40/12=3,33 м друг от друга.
В данном примере показан расчёт сопротивления заземления, устанавливаемого в благоприятных грунтах. Для других типов грунтов процесс вычислений не отличается, но воплощение рассчитанного контура становится дороже в разы.
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:
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.
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.
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.
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).
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 производится перед монтажом заземляющего контура. Минимальные размеры заземлителей для расчета заземление. Основной расчет заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Целью расчета заземления является определение количества заземлителей и их размеры.
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:
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 мм 2 , а изолированного – 1,5 мм 2 .
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
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 ( 0 С) его значения могут быть следующими:
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:
Для n вертикальных электродов, соединённых сверху сваркой Rn = Rз/(n∙ Kисп), где Kисп – коэффициент использования электрода, учитывающий экранирующее влияние соседних (определяется по таблице).
Расположение заземляющих электродов
Формул расчёта заземления существует много. Целесообразно применять метод для искусственных заземлителей с геометрическими характеристиками в соответствии с ПУЭ. Напряжение питания составляет 380 В для трёхфазного источника тока или 220 В однофазного.
Нормированное сопротивление заземлителя, на которое следует ориентироваться, составляет не более 30 Ом для частных домов, 4 Ом – для источника тока при напряжении 380 В, а для подстанции 110 кВ – 0,5 Ом.
Для группового ЗУ выбирается горячекатаный уголок с полкой не менее 50 мм. В качестве горизонтальных соединительных перемычек используется полоса сечением 40х4 мм.
Определившись с составом грунта, по таблице выбирается его удельное сопротивление. В соответствии с регионом, подбирается повышающий коэффициент сезонности Kм.
Выбирается количество и способ расположения электродов ЗУ. Они могут быть установлены в ряд или в виде замкнутого контура.
Замкнутый контур заземления в частном доме
При этом возникает их экранирующее влияние друг на друга. Оно тем больше, чем ближе расположены заземлители. Значения коэффициентов использования заземлителей Kисп для контура или расположенных в ряд, отличаются.
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.
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:
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.
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.
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
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.
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
Как рассчитать контур заземления для частного дома?
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:
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:
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!
Формулы для расчета заземления частного дома. Как рассчитать сопротивление вертикального и горизонтального заземлителя. Пример расчетных работ в программе.
Расчёт заземления
Пошаговая инструкция по проектированию заземления
Шаг 1. Определение значения требуемого нормируемого сопротивления группового заземлителя. Для этого обратимся к ПУЭ, Глава 1.7 “Заземление и защитные меры электробезопасности” [2]. Если заземляющее устройство является общим для установок на различное напряжение, то за расчетное сопротивление заземляющего устройства принимают наименьшее из допустимых. Нас интересуют следующие пункты:
1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений PEN или PE проводника ВЛ напряжением до 1 кВ при количестве отходящих линий не менее двух. Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При удельном сопротивлении земли ρ > 100 Ом • м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01ρ раз, но не более десятикратного.
Заземляющие устройства электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью
1.7.104. Сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей, в системе IT должно соответствовать условию:
где R — сопротивление заземляющего устройства, Ом;
Uпр — напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В (см. также 1.7.53);
I — полный ток замыкания на землю, А.
Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВ• А, в том числе суммарная мощность генераторов или трансформаторов, работающих параллельно.
Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью
1.7.96. В электроустановках напряжением выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей должно быть
но не более 10 Ом, где I — расчетный ток замыкания на землю, А.
В качестве расчетного тока принимается:
1) в сетях без компенсации емкостных токов — ток замыкания на землю;
2) в сетях с компенсацией емкостных токов: для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты, — ток, равный 125% номинального тока наиболее мощного из этих аппаратов;
для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, — ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов.
Расчетный ток замыкания на землю должен быть определен для той из возможных в эксплуатации схем сети, при которой этот ток имеет наибольшее значение.
Шаг 2. Удельное сопротивление грунта в месте строительства заземляющего устройства. В лучшем варианте у Вас в наличии могут быть результаты геологических изысканий, выполненные спец. организацией. В ином случае, обратитесь к карте грунтов местности, в соответствии с ней выберите значение по таблице 1 [1] с.148:
Таблица 1 – Приближенные значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов и воды:
Шаг 3. Местонахождение выполненяемых работ определяет климатическую зону, характерную для данной местности [1] с.151:
Таблица 2 – Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности ψ:
температура (январь), °С
температура (июль), °С
Шаг 4. В зависимости от габаритов горизонтального и вертикального заземлителей находим коэффициент сезонности, который показывает на сколько промерзание грунта снижает эффективность заземления [1] с.151:
Таблица 3 – Коэффициенты сезонности ψ для однородной земли:
измерения ее сопротивления
Шаг 5. Количество применяемых горизонтальных и вертикальных электродов создает понятие коэффициента использования этих устройств. Ведь электрод, удаленный от точки подключения заземления имеет ниже эффективность, чем первый. Таким образом, исходя из таблиц 4, 5, мы видим, что не рационально использование более 20 шт. заземлителей размещенных в ряд. А при размещении по контуру – невозможно применение 2-х штырей.
Таблица 4 – Коэффициенты использования ηв вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков и т.п.) без учета влияния полосы связи:
вертикальными электродами к их длине
Таблица 5 – Коэффициенты использования ηг горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т.п.) группового заземлителя:
вертикальными электродами к их длине
Шаг 6. Расчет сопротивлений выполняется по формулам [1] с.90-91:
Таблица 6 – Формулы для вычисления сопротивлений одиночных заземлителей растеканию тока в однородном грунте:
Для уголка с шириной полки b
Для уголка с шириной полки b
Для полосы шириной b
Для полосы шириной b
Для полосы шириной b
Для полосы шириной b
В онлайн калькуляторе выбран самый распространенный тип прокладки заземлителей:
– вертикальный: 4. Стержневой круглого сечения в земле;
– горизонтальный: 5. Протяженная полоса в земле.
Обратите внимание, что t – глубина залегания, для горизонтального – глубина прокладки (0,5÷0,7 м), для вертикального – погружение в землю центральной точки (например, 3-х метровый штырь забивается в траншею глубиной 0,7 м, тогда t=(0,7+3)/2=1,85 м)
Шаг 7. Сопротивление группового заземлителя рассчитывается по формуле [1] с.108:
Инструкция по проектированию контура заземления с калькулятором для быстрой проверки.