Расчет контура заземления

Расчет защитного заземления

Расчет заземления производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника. Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину.

Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.

Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления.

К чему сводится расчет заземления?

Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю тем самым, защищая человека от поражения электрическим током.

Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше.

Заземляющие устройства должны удовлетворять возложенным на них определенным требованиям, а именно величины сопротивление растекания токов и распределения опасного потенциала.

Поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.

Исходные данные для расчета заземления

1. Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.

1.1. В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:

  • а) полоса 12х4 – 48 мм2;
  • б) уголок 4х4;
  • в) круглая сталь – 10 мм2;
  • г) стальная труба (толщина стенки) – 3.5 мм.

Минимальные размеры арматуры применяемые для монтажа заземляющих устройств

1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.

1.3. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).

Цель расчета защитного заземления

Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

где – ρэкв – эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.

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.

Удельное сопротивление грунта Таблица 1

Грунт Удельное сопротивление грунта, Ом·м
Торф 20
Почва (чернозем и др.) 50
Глина 60
Супесь 150
Песок при грунтовых водах до 5 м 500
Песок при грунтовых водах глубже 5 м 1000

Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:

Монтаж и установку заземления необходимо производить таким образом, чтобы заземляющий стержень пронизывал верхний слой грунта полностью и частично нижний.

Значение сезонного климатического коэффициента сопротивления грунта Таблица 2

Тип заземляющих электродов Климатическая зона
I II III IV
Стержневой (вертикальный) 1.8 ÷ 2 1.5 ÷ 1.8 1.4 ÷ 1.6 1.2 ÷ 1.4
Полосовой (горизонтальный) 4.5 ÷ 7 3.5 ÷ 4.5 2 ÷ 2.5 1.5
Климатические признаки зон
Средняя многолетняя низшая температура (январь) от -20+15 от -14+10 от -10 до 0 от 0 до +5
Средняя многолетняя высшая температура (июль) от +16 до +18 от +18 до +22 от +22 до +24 от +24 до +26

Количество стержней заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:

Rн – нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется исходя из правил ПТЭЭП (Таблица 3).

Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (ПТЭЭП) Таблица 3

Характеристика электроустановки Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м Сопротивление Заземляющего устройства, Ом
Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В:
660/380 до 100 15
свыше 100 0.5·ρ
380/220 до 100 30
свыше 100 0.3·ρ
220/127 до 100 60
свыше 100 0.6·ρ

Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше 30 Ом. Поэтому Rн принимается равным Rн = 30 Ом.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

Lг, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηг – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 4).

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

 – в ряд; – по контуру.

а – расстояние между заземляющими стержнями.

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего.

Расчет заземления по указанным выше формулам можно автоматизировать воспользовавшись для расчета специальной программой «Электрик v.6.6», скачать ее можно в интернете бесплатно.

Источник: http://electricvdome.ru/zazemlenie/raschet-zazemlenia.html

Как рассчитать контур заземления. Расчет контура заземления во всех подробностях

Прошли те времена, когда застройщики и не слыхали о контуре заземления.

Сейчас они прекрасно знают, что нужно думать о своей безопасности, о защите многочисленного оборудования, в приобретение которого были вложены немалые деньги.

Чтобы заземляющий контур максимально эффективно выполнял свои функции, его нужно грамотно рассчитать. Все, о чем пойдет речь ниже, как раз и посвящено решению этого вопроса.

Исходные для расчета контура заземления

Заземление призвано осуществлять главнейшее назначение: снизить напряжение до такой степени, чтобы при контактировании с корпусом электроприборов, оно не составляло угрозы для обитающих в жилище. Конфигурацию и сопротивление контура заземления дома определяют:

  • длиной и числом электродов;
  • длиной диапазона, на котором они располагаются по отношению друг к другу. Замерив электрод по длине и взяв от результата 2,2 части, получим расстояние, меньше которого не допускается;
  • глубиной установки электродов, а регламентируется она 70 см и не меньше;
  • электропроводящими свойствами земли на этом конкретном участке.

Поэтому в расчете будут участвовать эти исходные.

Материал, требуемый для устройства контура заземления

Прежде чем начинать расчет контура заземления, необходимо продумать из чего он будет создаваться и затем выполнять расчет для выбранного материала. Контур заземления устраивают из:

  • труб со стенками минимум 0,35 см;
  • арматуры или круга. Подходит прокат диаметром не менее 1,6 см;
  • металлического уголка с полками не тоньше 0,4 см.

Связующим звеном между электродами служит полоса стальная с размерами 0,4х1,2 см. Заземляющие электроды размещают:

  • в ряд;
  • треугольником;
  • наподобие квадрата или иной геометрической фигуры.

Что мы должны иметь по окончании расчета сопротивления контура заземления

Выполнение расчета контура заземления — это не вопрос теории, плодом наших усилий будет ответ на вполне практические вопросы:

  • сколько же заземляющих стержней будет размещено в монтируемом нами контуре;
  • для полосы, соединяющей их, мы найдем длину.

Главнейший параметр при расчете контура заземления — это его сопротивление. В ПУЭ на этот счет есть такие указания:

  • для электросети с напряжением 220 В — 8 Ом;
  • с напряжением 380 В — 4 Ом.

Формула, по которой будем рассчитывать, имеет вид: R= R0/ ηв*N:

  • R0 здесь обозначает сопротивление отдельно взятого электрода;
  • R — сопротивление в целом;
  •  ηв — коэффициент, характеризующий востребованность электрической цепи, другими словами — коэффициент использования заземлителей;
  •  N — количество электродов в контуре заземления.

А вот формула, по которой мы определим сопротивление одного составляющего электрической цепи:

где:

  • ρэкв — обозначает удельное сопротивление грунта эквивалентное. Измеряется в Ом*м. Определить его можно из таблицы. Подходит она в том случае, если грунт однородный;
  • L — длина заземляющего стержня. Чем больше  ρэкв, тем больше  L . Если грунт такой, что электроды, длину которых мы рассчитали,в него не войдут, то выход в увеличении их количества;
  • d — диаметр электрода;
  • Т — длина промежутка земля-середина электрода.

При этом последние 3 значения берем в м. Если грунт имеет неоднородное строение и состоит из 2 слоев, то придется делать расчет по формуле:

В этой формуле: Ψ — коэффициент сезонный климатический; удельное сопротивление 1 и 2 слоя земли обозначается соответственно ρ1 и ρ2; символом Η обозначено толщину 1 слоя; t — глубина траншеи, которую необходимо вырыть под электрод.   Значение Ψ найдем, воспользовавшись таблицей:

Устройство контура заземления при данных обстоятельствах выполняется при опускании стержней на всю толщу 1 слоя и частичном задействовании второго.

Рассчитываем нужное количество стержней

Для того чтобы узнать, сколько же стержней нам потребуется, определим из ниже приведенной таблицы Rн, т.е. сопротивление нормируемое:

Если параллельно расположенный элемент не брать во внимание, то количество стержней определяется так:

  • берем сопротивление R0;
  • умножаем его на коэффициент климатический сезонный Ψ;
  • делим произведение на нормируемое сопротивление Rн.

n0 = R0/ Ψ х Rн. Теперь уделим внимание параллельному заземлителю. Вот так выглядит формула для определения его сопротивления:

Для вычислений потребуются данные о длине стержня. Для заземлителей, расположенных в ряд и по контуру, формулы разные. В 1 случае Lг определим так:

  • от найденного ранее n0, отнимаем 1;
  • умножаем полученное на a — промежуток между стержнями.
Читайте также:  Что такое цветовая температура источника света

Во 2 случае Lг = a .   Теперь у нас есть все данные для определения сопротивления стержней, расположенных перпендикулярно к земле — Rв, учитывая горизонтальные  заземлители. Для этого:

  • умножаем сопротивление горизонтального заземлителя  Rг на нормируемое сопротивление  Rн;
  • затем находим разницу между Rг и Rн;
  • умножаем первый результат на второй.

Осталось подставить полученное в формулу и найти общее количество заземлителей:<\p>

здесь:

  • ɳв — коэффициент использования. На его значение влияет пролет между электродами. В случае, если в качестве заземляющих электродов выбраны трубы выстроенные в одну линию и объединенные полосой, то значение коэффициента можно выбрать из таблицы;
  • n — количество заземляющих электродов;
  • если в результате получится число дробное, то результат округлим в сторону большую.

 Измерение контура заземления

Чтобы полностью удостовериться в безупречной работе заземления, необходимо произвести измерения контура заземления, для чего существуют специально предназначенные для этого приборы. Своевременно проведенные измерения помогут:

  • эксплуатировать электроприборы, не опасаясь поражения электрическим током;
  • своевременно выявить слабые параметры и характеристики, ведь могут измениться характеристики грунта или вдруг заржавеет какой-то элемент.

Контур заземления, схема которого приведена ниже, подходит идеально для частного дома.

Опыт показывает, что для среднестатистического особняка достаточно 3 электродов, которые в плане создают равнобедренный треугольник со сторонами 120 см.<\p>

О заземлении и его составляющих доступным языком, вы узнаете из этого видео:

Источник: http://gid-str.ru/kak-rasschitat-kontur-zazemleniya

Как рассчитать контур заземления самостоятельно – пошаговая инструкция

Главная страница » Электробезопасность » Как рассчитать контур заземления самостоятельно – пошаговая инструкция

Перед рассчетом параметров заземления электрических проводников, а также их размеров, надо определить тип грунта. Рекомендуется использовать собранную установщиком информацию и постоянные значения, указанные в таблицах. При выполнении подсчетов нужно руководствоваться требованиями ГОСТа и Правилами устройства электроустановок (ПУЭ).

Порядок расчета и исходные данные

Для определения допустимого вертикального или горизонтального заземления следует:

  1. Рассчитать контур.
  2. Подготовить заземляющие электроды и проводники.
  3. Воспользоваться формулами для расчета.

Определение оптимального контура защитного заземления

Для получения оптимального растекания напряжения подбирается форма контура. Устройство представляет собой прямую линию либо геометрическую фигуру.

Менее затратным вариантом при определении необходимого контура заземления будет использование линейной схемы, в соответствии с которой нужно только выкопать одну траншею.

В процессе эксплуатации показатели напряжения и формы растекания могут измениться, потому при расчетах используется поправочный коэффициент. Подходящим вариантом будет применение треугольной формы контура: монтаж электродных элементов выполняется по вершинам геометрической фигуры. Для частного домовладения достаточно будет использовать три электрода.

Алекс Жук подробно рассказал о вычислении параметров заземления, а также количества проводников и электродов.

Электроды и проводники — выбор и расчет

Вертикальные электродные элементы являются основными составляющими, которые учитываются при расчете контура заземления. Длина приспособлений определяется расстоянием между ними. Непосредственно от размера электродов зависит и величина сопротивления. Значение сечения определяется в соответствии с ПУЭ, в связи с этим необходимо создать максимально износостойкую систему.

При выборе нужных размеров нужно иметь ввиду, что чем бо́льшая часть электрода погружается в землю, тем более эффективным получится контур.

Для увеличения метража повышается количество самих стержней или берутся элементы с более высокими показателями длины.

Здесь потребитель выбирает самостоятельно, что ему сделать проще: установить много электродов в землю или забивать каждый из них максимально глубоко.

Правила выбора и расчета:

  1. Длина электродных элементов выбирается с учетом того, что заземляться они должны не менее, чем на 0,5 м (среднее значение сезонного промерзания грунта). Установка стержня ниже этого показателя обеспечит корректную работу всех электрических приборов независимо от погодных условий.
  2. Расстояние между вертикальными элементами. Показатель определяется конфигурацией контура, а также длиной составляющих.

Трехметровые электроды устанавливать сложнее. Оптимальным считается использование двухметровых элементов с небольшим отклонением в большую либо меньшую сторону.

Канал «Дни Решений» рассказал о теоретических особенностях определения параметров необходимого защитного заземления и нюансах создания контура.

Размеры материала для заземления

Подбор материалов начинается с расчета минимальной длины.

Материал Профиль сечения Диаметр, мм Площадь поперечного сечения, мм Толщина стенки, мм
Черная сталь Круглый
Для заземлителей вертикального типа 16
Для горизонтальных устройств 10
В форме прямоугольника 100 4
В виде угла 100 4
Трубный 32 3,5
Оцинкованная сталь Круглый
Для заземлителей вертикального класса 12
Для горизонтальных элементов 10
Для устройств с прямоугольным профилем 75 3
Трубный 25 2

Формулы расчета

Для вычислений применяются формулы, исходя из характеристик заземлителя. Необходимо будет посчитать величину сопротивлений растекания тока, а также вертикального стержня.

Как определить сопротивление растеканию тока

Пример расчета приведен на изображении. Выбор формул зависит от расположения стержня электрода. Роль играет и вид логарифма.

Универсальная формула расчета сопротивления вертикального стержня

Обозначение символов:

  • Рэкв — параметр эквивалентного сопротивления почвы, измеряющийся в Ом/м;
  • d — диаметр изделия, мм;
  • L — размер непосредственно стержня, измеряется в метрах;
  • Т — значение расстояния от середины изделия до поверхности земли.

Таблицы вспомогательной информации для расчета заземления

Значение удельного сопротивления почвы зависит от степени влажности грунта. Для обеспечения максимальной стабильности заземлителя, а также предотвращения негативного воздействия погодных условий, его нужно установить на глубине 0,7 м.

Показатели для различных видов почвы.

Тип грунта Значение удельного сопротивления, Ом
Торф 20
Земля, чернозем 50
Глинистый грунт 60
Супесь 150
Песок, если грунтовые воды находятся на расстоянии 5 метров 500
Песчаный, когда подземное течение расположено на глубине более 5 м 1000

Установку системы заземления необходимо производить так, чтобы стержень полностью проходил верхний слой почвы, а также часть нижнего. При этом надо учитывать сезонный климатический коэффициент.

Величина сопротивления грунта.

Разновидность электрода Климатическая зона местности
1 2 3 4
Вертикальный 1,8/2 1,5/1,8 1,4/1,6 1,2/1,4
Горизонтальный 4,5/7 3,5/4,5 2/2,5 1,5
Климатические признаки зон, в градусах
Среднее значение самой низкой температуры в январе В диапазоне от -20 до +15 От -14 до +10 От -10 до 0 От 0 до +5
Величина самой высокой точки температуры, измеряется в июле В диапазоне от +16 до +18 18-22 22-24 24-26

Расчет вертикальных заземлителей – таблица и формула

Расчет производится по формуле N=(R1*X)/R2. R2 представляет собой нормируемую величину сопротивления растекания тока электрода, который определяется стандартом ПТЭЭП (Правила технической эксплуатации установок потребителя).

Нормы, которых следует придерживаться.

Свойства электрооборудования Величина удельного сопротивления почвы, Ом Значение сопротивления заземляющего электрода, Ом
Искусственное заземляющее устройство, к которому подключаются генераторные и трансформаторные установки
660/380 максимум 100 15
больше 100 0,5*р
380/220 не более 100 30
больше 100 0,3*р
220/127 максимум 100 60
больше 100 0,6*р

Формула расчета горизонтального проводника

Коэффициенты использования заземлителей.

Горизонтальные Вертикальные
Расположение по контуру
Количество Сотношение расстояний между электродами и их длиной, м Число элементов Численность стержней и длина, м
4 0,45 0,55 0,65 4 0,69 0,78 0,85
5 0,4 0,48 0,64 6 0,62 0,73 0,8
8 0,36 0,43 0,6 10 0,55 0,69 0,76
10 0,34 0,4 0,56 20 0,47 0,64 0,71
20 0,27 0,32 0,45 40 0,41 0,58 0,67
30 0,24 0,3 0,41 60 0,39 0,55 0,65
50 0,21 0,28 0,37 100 0,36 0,52 0,62
70 0,2 0,26 0,35
100 0,19 0,24 0,33
Размещение в один ряд
Количество Соотношение расстояния и длины, м Количество Параметры соотношения расстояний между устройствами и их длиной, м
4 0,77 0,89 0,92 2 0,86 0,91 0,94
5 0,74 0,86 0,9 3 0,78 0,87 0,91
8 0,67 0,79 0,85 5 0,7 0,81 0,87
10 0,62 0,75 0,82 10 0,59 0,75 0,81
20 0,42 0,56 0,68 15 0,54 0,71 0,78
30 0,31 0,46 0,58 20 0,49 0,68 0,77
50 0,21 0,36 0,49
65 0,2 0,34 0,47

Канал «Не только СТРОЙКА» рассказал о методике ведения расчетов параметров заземления с помощью специальной программы индивидуально для каждого жилого дома.

Пример расчета контура заземления

Для изготовления заземлителя обычно используется металлический уголок длиной 2,5-3 метра и размером 50х50 мм.

При установке расстояние между элементами должно соответствовать их длине, или 2,5-3 метра. Показатель сопротивления для глиняного грунта будет 60 Ом*м.

Согласно таблице климатических зон, значение сезонности для средней полосы составит около 1,45. Сопротивление будет равно: 60*1,45=87 Ом*м.

Пошаговый алгоритм монтажа заземления:

  1. Выкопать возле дома траншею по контуру глубиной 0,5 м.
  2. Забить в ее дно металлический уголок. Габариты его полки подобрать с учетом условного диаметра электродного элемента, который вычисляется по формуле d=0.95*p=0.995*0.05=87 Ом*м.
  3. Определить глубину залегания средней точки уголка: h=0.5*l+t=0,5*2,5*0,5=1,75 м.
  4. Подставить данное значение в ранее описанную формулу для расчета величины сопротивления одного заземлителя. Полученный параметр в итоге составит 27,58 Ом.

Необходимое число электродов можно определить по формуле N=R1/(Kисп*Rнорм). В результате получится 7. Изначально в качестве Кисп применяется цифра 1. В соответствии с табличными данными, для семи заземлительных устройств значение составит 0,59. Подставив полученную величину в формулу расчета, получаем результат: для дачного участка необходимо использовать 12 электродных элементов.

Соответственно, производится новый перерасчет с учетом этого параметра. Кисп по таблице теперь составит 0,54. Если использовать это значение в формуле, то в результате получится 13 штук. Тогда величина сопротивления электродов будет равна 4 Ома.

Расчет заземляющего устройства в режиме онлайн

Ускорить расчетный процесс помогает применение онлайн-калькулятора.

Алгоритм работы:

  1. Вычислить удельное сопротивление грунта ρ (1), учитывая его неоднородность. Для этого выбирать состав верхнего и нижнего слоя земли. Калькулятор сам подбирает необходимые значения для ρ1 и ρ2.
  2. Указать климатическую зону (коэффициент k1) и ввести остальные параметры. R1 (2) и R2 (3) определяют сопротивление заземлителей — горизонтального и вертикального.
  3. Провести расчет R (4) на основании полученных результатов.
  4. Ознакомиться с итогом.
Читайте также:  Какими способами соединяют алюминиевый и медный провода

Рекомендуется проверить, соответствует ли нормам (ПУЭ 1.7.101) сопротивление заземляющих устройств. Если оно превышает допустимое значение, надо изменить исходные параметры. В частности, уменьшить или увеличить количество вертикальных заземлителей.

Видео

Канал «Pro Дом» рассказал об алгоритме проведения расчетов для установки заземлительных электродов в бумажном формате и выборе резисторов.

Источник: https://razvodka.com/safety/raschet-kontura-zazemleniya-online-28369/

Примеры расчёта заземляющего устройства

   Любой предварительный расчёт заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя в соответствие с требованием ПУЭ, как уже отмечалось ранее, а также на количество требуемых материалов и затрат на изготовления заземляющего устройства (бурение, ручная забивка заземлителей, сварочные работы, электромонтажные работы).

  Так же отметим, что любой расчёт начинается с расчёта одиночного заземлителя, одиночный заземлитель применяется в  основном  для повторного заземления ВЛ опор, где требования ПУЭ (п. 1.7.103.

) общее сопротивление растеканию заземлителей должно быть  не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях: 660, 380 и 220 В.
1.

 Пример расчёта одиночного заземлителя для опоры ВЛ 380 В:

      Выбираем арматуру из таблицы 1 для вертикальных заземлителей — круглую сталь ø 16 мм., длиной L — 2,5 м.В качестве грунта примем глину полутвердую (см.  таблицу 5) с удельным сопротивлением ρ — 60 Ом·м. Глубина траншеи равна 0,5 м. Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для третей климатической зоны и длине заземлителей до 2,5 м.

с коэффициентом промерзания грунта для вертикальных электродов  ψ — 1,45. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно 30 Ом. Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρфакт = ψ·ρ = 1.45 · 60 = 87 Ом·м.

Примечание: расчёт одиночного заземлителя проводим без учёта горизонтального сопротивления заземления.

Расчет:

а)  заглубление равно (рис. 2):  h = 0,5l + t = 0,5 · 2,5 + 0,5 = 1,75 м.;

б) сопротивление одного заземлителя вычислим по формуле, (ρэкв =  ρфакт):

прим. автора, где ln — логарифм, смотри  ⇒  формулы    на Рис. 4

  Нормируемое сопротивления для нашего примера должно быть не больше 30 Ом., поэтому принимается равным R1 ≈ 28 Ом., что соответствует ПУЭ для одиночного вертикального заземлителя (электрода)  заземления опоры ВЛ  — U ∼ 380 В.

Если недостаточно одного заземлителя для опоры, то можно добавить второй или третий, в этом случае для двух заземлителей расчёт выполняется как для заземлителей в ряд, для трёх заземлителей (треугольником) по контуру, при этом надо иметь в виду, что расчёт треугольником малоэффективный, из-за взаимного влияния электродов друг к другу. 

2.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей в ряд:

 Воспользуемся данными из примера 1 , где R = 27,58 Ом·м для расчёт вторичного заземления электроустановок (ЭУ), где нормативное сопротивление требуется не более Rн = 10 Ом, на вводе в здания, при напряжении 380 В  и каждого повторного заземлителя не более Rн = 30 (см. ПУЭ п.1.7.103 см.  Заземлители) . 

Расчет:

а) для расчёта заземления с расположением в ряд заземлителей, как уже отмечалось выше, возьмем данные из примера 1, где  R1 = 27,58 Ом·м  одиночного заземлителя и Ψ — 1,45 для третей климатической зоне;

б)   предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле 4.3 (см. Расчёт заземления):

n0 = 27,58 / 10 = 3,54 шт, где коэффициент спроса (использования) примем η = 1; далее по таблице 3 выберем число электродов n = 3 в ряд при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL и коэффициент спроса η = 0,78, далее уточняем число электродов:

n = 27,58 / (10 · 0,78) = 3,26 шт; где потребуется увеличить число электродов или изменить расстояние к их длине a = 3хL, для экономии материалов примем отношение a = 3хL  и количество вертикальных электродов равным — n =  3 шт. с коэффициентом спроса η = 0,91: n = 27,58 / (10 · 0,91) = 3,03 шт; т.к. общее сопротивление заземлителя уменьшиться за счёт горизонтального заземлителя;

в) длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей  расположенных в ряд, где а = 3· L = 3 · 2 = 6 м;   Lг = 6 · (3 — 1) = 12 м;

г) сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя находим по формуле 5 (см. Расчёт заземления), где в качестве верхнего грунта принято глина полутвердая с удельным сопротивлением 60 Ом·м., до глубины верхнего слоя нашей траншеи t = 0,5 м. см. пример 1; выберем  полосу заземлителя 40 х 4 мм.

где коэффициент III климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 2,2  и коэффициент спроса примем η = 1, т.к. расстояние  между электродами более 5 м., что исключает влияние около электродной зоны, по количеству принятых электродов, их длине и отношению расстояния между ними (см.

таблицу 3  Расчёт заземления) :

ширина полки для полосы b = 0,04 м.

Rг = 0,366 · (100 · 2,2 / 12 · 1) · lg (2 · 122 /0,04 · 0,5) = 27,90 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — Rг = 27,9 Ом·м;

где,  lg- десятичный логарифм (смотри   формулы   формулы для расчёта рис. 4), b — 0,04 м. ширина полосы, t — 0,5 м. глубина траншеи.

д) Определим общее сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

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

где Rоб — общее сопротивление заземлителей; RВ — вертикального;  — горизонтального, ηВ и ηГ — коэффициенты использования вертикального и горизонтального заземлителя, n —  шт количество вертикальных заземлителей.

Rоб = 7,42  Ом·м соответствует норме при напряжении U — 380 В  для ввода в здание, где нормированное  сопротивление не более Rн = 10 Ом (Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В., ПУЭ п.1.7.103.) 

3.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей по контуру:

     В качестве грунта примем сугли́нок — почва с преимущественным содержанием глины и значительным количеством песка с удельным сопротивлением ρ — 100 Ом·м. Вертикальный заземлитель из стальной трубы с наружным диаметром d — 32 мм., толщена стенки  S — 4 мм.

,  длиной электрода L — 2,2 м и расстоянием между ними 2,2 м (a = 1хL). Заземлители расположены по контуру. Глубина траншеи равна t = 0,7 м.

Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для второй климатической зоны и длине заземлителей до 5 м, его сезонное климатическое значение сопротивление составит Ψ — 1,5. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно Rн = 10 Ом·м.

 Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρэкв = Ψρ = 1.5 · 100 = 150 Ом·м.

а) вычислим сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня) по формуле 2 см.  Расчёт заземления:

RО  = 150 / (2π · 2,2) · (ln (2 · 2,2 / 0,032) + 0,5 · ln (4 · 1,8 + 2,2) / (4 · 1,8 — 2,2)) = 10,85 · (ln 137,5 + 0,5 · ln 1,88) = 56,845 Ом·м., где T = 0,5 · L + t = 0,5 · 2,2 + 0,7 = 1,8 м.  Примем RО = RВ = 56,85 Ом·м.,

б) предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находим по формуле  (см. Расчёт заземления):

n = 56,85 /10 = 5,685 шт., округляем по таблице 3 до ближайшего значения, где n = 4 шт.

, далее по таблице 3 выберем число электродов n = 6 шт по контуру при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL, где коэффициент спроса η = 0,62 и уточним количество
стержней с коэффициентом использования вертикальных заземлителей:   n = 56,85 /10 · 0,62  = 9,17 шт., т.е требуется увеличить количество электродов до  n = 10 шт.,где коэффициент спроса ηВ = 0,55 ;  

в) находим длину горизонтального заземлителя исходя из количества заземлителей  расположенных по контуру:  LГ = а · n , LГ = 2,2 · 10 = 22 м., где а = 1 · L = 1 · 2,2 = 2,2 м;

г)  находим сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя  по формуле 5 (см.

Расчёт заземления), где коэффициент для II климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 3,5, коэффициент спроса примем по таблице 3 — ηГ = 0,34, ширина полосы горизонтального заземлителя b — 40 мм, (если из той же трубы d = 32 мм, то тогда ширина b полосы   будет равна — b = 2 · d = 2 · 32 = 64 мм, b = 0,064 м.) иудельное сопротивление грунта — ρ = 100 Ом.м, по формуле 6:

RГ = 0,366 · (100 · 3,5 / 22 · 0,34) · lg (2 · 222 /0,040 · 0,7) = 17,126 · lg 34571,428 = 77,73 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — RГ = 77,73 Ом·м;

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

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

         Перейти далее:    ⇒           Продолжение примеров расчёта заземления

Данный расчет следует применять как оценочный. После окончания монтажа заземляющего устройства необходимо пригласить специалистов электролаборатории для проведения электроизмерений (для ООО и ИП обязательно).

Вернутся:

на страницу     Заземляющие устройства

на страницу     Заземлители заземляющего устройства 

на страницу     Расчет заземляющего устройства

Перейти в раздел:  Паспорт ЗУ, Акт освидетельствования скрытых работ, Протокол испытания ЗУ

Примечание: данный раздел пока находится в разработке, могут быть опечатки. 

Источник: https://energetik.com.ru/zazemlenie-elektroustanovok/primery-raschyota-zazemlyayushhego-ustrojstva

Расчёт заземления и его особенности

Главная > Советы электрика > Расчёт заземления и его особенности

Важнейшей функцией заземления является электробезопасность. Перед его установкой в частном доме, на подстанции и в других местах необходимо произвести расчёт заземления.

Как выглядит заземление частного дома

Электрический контакт с землёй создаёт погруженная в грунт металлическая конструкция из электродов вместе с подключёнными проводами – всё это представляет собой заземляющее устройство (ЗУ).

Места соединения с ЗУ проводника, защитного провода или экрана кабеля называются точками заземления. На рисунке ниже изображено заземление из одного вертикального металлического проводника длиной 2500 мм, вкопанного в землю.

Его верхняя часть размещается на глубине 750 мм в траншее, ширина которой в нижней части составляет 500 мм и в верхней – 800 мм.

Проводник может быть связан сваркой с другими такими же заземлителями в контур горизонтальными пластинами.

Читайте также:  Особенности организации защитного зануления

Вид простейшего заземления помещения

После монтажа заземлителя траншея засыпается грунтом, а один из электродов должен выходить наружу. К нему подключается провод над поверхностью земли, который идет к шине заземления в электрощите управления.

При нахождении оборудования в нормальных условиях на точках заземления напряжение будет нулевым. В идеальном случае при коротком замыкании сопротивление ЗУ будет равно нулю.

При возникновении в заземлённой точке потенциала, должно произойти его зануление. Если рассмотреть любой пример расчёта, можно увидеть, что ток короткого замыкания Iз имеет определенную величину и не может быть бесконечно большим. Грунт обладает сопротивлением растекания тока Rз от точек с нулевым потенциалом до заземлителя:

Rз = Uз/ Iз, где Uз – напряжение на заземлителе.

Решение задачи правильного расчёта заземления особенно важно для электростанции или подстанции, где сосредоточено много оборудования, работающего под высоким напряжением. 

Величина Rз определяется характеристиками окружающего грунта: влажностью, плотностью, содержанием солей.

Здесь также важными параметрами являются конструкции заземлителей, глубина погружения и диаметр подключённого провода, который должен быть таким же, как у жил электропроводки.

Минимальное поперечное сечение голого медного провода составляет 4 мм2, а изолированного – 1,5 мм2.

Если фазный провод коснётся корпуса электроприбора, падение напряжения на нём определяется величинами Rз и максимально возможного тока. Напряжение прикосновения Uпр всегда будет меньше, чем Uз, поскольку его снижают обувь и одежда человека, а также расстояние до заземлителей.

На поверхности земли, где растекается ток, также существует разность потенциалов. Если она высокая, человек может попасть под шаговое напряжение Uш опасное для жизни. Чем дальше от заземлителей, тем оно меньше.

Величина Uз должна иметь допустимое значение, чтобы обеспечить безопасность человека.

Снизить величины Uпр и Uш можно, если уменьшить Rз, за счёт чего также уменьшится ток, протекающий через тело человека.

Если напряжение электроустановки превышает 1 кВ (пример – подстанции на промышленных предприятиях), создаётся подземное сооружение из замкнутого контура в виде рядов металлических стержней, забитых в землю и соединённых сваркой между собой при помощи стальных полос. За счёт этого производится выравнивание потенциалов между смежными точками поверхности.

Безопасная работа с электросетями обеспечивается не только за счёт наличия заземления электроприборов. Для этого ещё необходимы предохранители, автоматические выключатели и УЗО.

Заземление не только обеспечивает разность потенциалов до безопасного уровня, но и создаёт ток утечки, которого должно хватать для срабатывания защитных средств.

Соединять с заземлителем каждый электроприбор нецелесообразно. Подключения производят через шину, расположенную в квартирном щитке. Вводом для неё служит провод заземления или провод РЕ, проложенный от подстанции к потребителю, например, через систему TN-S.

Расчёт заземляющего устройства

Расчёт заключается в определении Rз. Для этого необходимо знать удельное сопротивление грунта ρ, измеряемое в Ом*м. За основу принимают его средние значения, которые сводят в таблицу.

Определение удельного сопротивления грунта

ГрунтУдельное сопротивление р, Ом*мГрунтУдельное сопротивление р, Ом*м
Песок при глубине залегания вод менее 5 м 500 Садовая земля 40
Песок при глубине залегания вод менее 6 и 10 м 1000 Чернозем 50
Супесь водонасыщенная (текучая) 40 Кокс 3
Супесь водонасыщенная влажная (пластинчатая) 150 Гранит 1100
Супесь водонасыщенная слабовлажная (твердая) 300 Каменный уголь 130
Глина пластичная 20 Мел 60
Глина полутвердая 60 Суглинок влажный 30
Суглинок 100 Мергель глинистый 50
Торф 20 Известняк пористый 180

Из приведённых в таблице значений видно, что значение ρ зависит не только от состава грунта, но и от влажности.

Кроме того, табличные величины удельных сопротивлений умножают на коэффициент сезонности Kм, учитывающий промерзание грунта. В зависимости от низшей температуры (0С) его значения могут быть следующими:

  • от 0 до +5 — Kм =1,3/1,8;
  • от -10 до 0 — Kм =1,5/2,3;
  • от -15 до -10 — Kм =1,7/4,0;
  • от -20 до -15 — Kм =1,9/5,8.

Значения коэффициента Kм зависят от способа заложения заземлителей. В числителе приведены его значения при вертикальном погружении заземлителей (с заложением вершин на глубине 0,5-0,7 м), а в знаменателе – при горизонтальном расположении (на глубине 0,3-0,8 м).

На выбранном участке ρ грунта может существенно отличаться от средних табличных значений из-за техногенных или природных факторов.

Когда проводятся ориентировочные расчёты, для одиночного вертикально заземлителя Rз ≈ 0,3∙ρ∙ Kм.

Точный расчёт защитного заземления производят по формуле:

Rз = ρ/2πl∙ (ln(2l/d)+0.5ln((4h+l)/(4h-l)), где:

  • l – длина электрода;
  • d – диаметр прута;
  • h – глубина залегания средней точки заземлителей.

Для n вертикальных электродов, соединённых сверху сваркой Rn = Rз/(n∙ Kисп), где Kисп – коэффициент использования электрода, учитывающий экранирующее влияние соседних (определяется по таблице).

Расположение заземляющих электродов

Современные системы заземления

Формул расчёта заземления существует много. Целесообразно применять метод для искусственных заземлителей с геометрическими характеристиками в соответствии с ПУЭ. Напряжение питания составляет 380 В для трёхфазного источника тока или 220 В однофазного.

Нормированное сопротивление заземлителя, на которое следует ориентироваться, составляет не более 30 Ом для частных домов, 4 Ом – для источника тока при напряжении 380 В, а для подстанции 110 кВ – 0,5 Ом.

Для группового ЗУ выбирается горячекатаный уголок с полкой не менее 50 мм. В качестве горизонтальных соединительных перемычек используется полоса сечением 40х4 мм.

Определившись с составом грунта, по таблице выбирается его удельное сопротивление. В соответствии с регионом, подбирается повышающий коэффициент сезонности Kм.

Выбирается количество и способ расположения электродов ЗУ. Они могут быть установлены в ряд или в виде замкнутого контура.

Замкнутый контур заземления в частном доме

При этом возникает их экранирующее влияние друг на друга. Оно тем больше, чем ближе расположены заземлители. Значения коэффициентов использования заземлителей Kисп для контура или расположенных в ряд, отличаются.

Значения коэффициента Kисп при разных расположениях электродов

Расположение электродов в ряд
Количество заземлит. n (шт.) Отношение расстояния между заземлителями к их длине
1 2 3
2 0.85 0.91 0.94
4 0.73 0.83 0.89
6 0.65 0.77 0.85
10 0.59 0.74 0.81
20 0.48 0.67 0.76
Расположение электродов в ряд
Количество заземлит. n (шт.) Отношение расстояния между заземлителями к их длине
4 0.69 0.78 0.85
6 0.61 0.73 0.8
10 0.56 0.68 0.76
20 0.47 0.63 0.71

Влияние горизонтальных перемычек незначительно и в оценочных расчётах может не учитываться.

Примеры расчёта контура заземления

Для лучшего освоения методов расчёта заземления лучше рассмотреть пример, а лучше – несколько.

Пример 1

Заземлители часто делают своими руками из стального уголка 50х50 мм длиной 2,5 м. Расстояние между ними выбирается равным длине – h=2.5м. Для глинистого грунта ρ = 60 Ом∙м. Коэффициент сезонности для средней полосы, выбранный по таблицам, равен 1,45. С его учётом ρ = 60∙1,45 = 87 Ом∙м.

Для заземления по контуру роется траншея глубиной 0,5 м и в дно забивается уголок.

Размер полки уголка приводится к условному диаметру электрода:

d = 0.95∙p = 0.995∙0.05 = 87 Ом∙м.

Глубина залегания средней точки уголка составит:

h = 0,5l+t = 0.5∙2.5+0.5 = 1.75 м.

Подставив значения в ранее приведённую формулу, можно определить сопротивление одного заземлителя: R = 27.58 Ом.

По приближенной формуле R = 0.3∙87 = 26.1 Ом. Из расчёта следует, что одного стержня будет явно недостаточно, поскольку по требованиям ПУЭ величина нормированного сопротивления составляет Rнорм = 4 Ом (для напряжения сети 220 В).

Количество электродов определяется методом приближения по формуле:

n = R1/(kиспRнорм) = 27,58/(1∙4) = 7 шт.

Здесь вначале принимается kисп = 1. По таблицам находим для 7 заземлителей kисп = 0,59. Если подставить это значение в предыдущую формулу и снова пересчитать, получится количество электродов n = 12 шт. Затем производится новый перерасчёт для 12 электродов, где опять по таблице находится kисп = 0,54. Подставив это значение в ту же формулу, получим n = 13.

Таким образом, для 13 уголков Rn = Rз/(n*η) = 27,58/(13∙0,53) = 4 Ом.

Пример 2

Нужно изготовить искусственное заземление с сопротивлением Rнорм = 4 Ом, если ρ = 110 Ом∙м.

Заземлитель изготавливается из стержней диаметром 12 мм и длиной 5 м. Коэффициент сезонности по таблице равен 1,35. Ещё можно учесть состояние грунта kг. Измерения его сопротивления производились в засушливый период. Поэтому коэффициент составил kг =0,95.

На основе полученных данных за расчётное значение удельного сопротивления земли принимается следующая величина:

ρ = 1,35∙0,95∙110 = 141 Ом∙м.

Для одиночного стержня R = ρ/l = 141/5 = 28,2 Ом.

Электроды располагаются в ряд. Расстояние между ними должно быть не меньше длины. Тогда коэффициент использования составит по таблицам: kисп = 0,56.

Находим число стержней для получения Rнорм = 4 Ом:

n = R1/(kиспRнорм) = 28,2/(0,56∙4) = 12 шт.

После монтажа заземления производятся измерения электрических параметров на месте. Если фактическое значение R получается выше, ещё добавляются электроды.

Если рядом находятся естественные заземлители, их можно использовать.

Особенно часто это делается на подстанции, где требуется самая низкая величина R. Оборудование здесь используется максимально: подземные трубопроводы, опоры линий электропередач и др. Если этого недостаточно, добавляется искусственное заземление.

Естественное заземление на даче через арматуру фундамента

Устройство размещается внутри фундамента, где шина для подключения выводится наружу.

Любой приведённый пример можно использовать как алгоритм расчёта. При этом для оценки правильности может быть применена онлайн-программа.

Как выглядит онлайн-программа, с помощью которой можно рассчитать заземление

Ошибки монтажа. Видео

Как должен выглядеть знак заземления?

Избежать ошибок в монтаже заземляющего устройства поможет это видео.

Самостоятельные расчёты заземления являются оценочными. После его монтажа следует произвести дополнительные электрические измерения, для чего приглашаются специалисты. Если грунт сухой, нужно использовать длинные электроды из-за плохой проводимости. Во влажном грунте поперечное сечение электродов следует брать как можно больше по причине повышенной коррозии.

Источник: https://elquanta.ru/sovety/raschjot-zazemleniya-osobennosti.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector