Расчет защитного заземления
Источник: http://electricvdome.ru/zazemlenie/raschet-zazemlenia.html
Защитное заземление – устройство, принцип работы, виды, расчет и схемы
Вне зависимости от эксплуатационных характеристик, электрифицируемое здание должно иметь качественно организованную систему защитной электробезопасности. Защитное заземление позволяет создать такую систему.
Этот тип заземления характеризуется соединением определенных элементов электроустановки с ЗУ (заземляющим устройством) и ориентирован на уменьшение показателей напряжений прикосновения и шага, возникающих при замыкании циркулирующих токов на корпусах электрооборудования.
Назначение и устройство защитного заземления
Устанавливается такой тип заземляющего устройства для защиты человека от поражения электрическим током при замыкании электрической цепи вследствие различных причин. Самая распространенная причина поражения током — короткое замыкание фазы на нетоковедущие элементы электроустановки.
Согласно материалам нормативной документации ПУЭ (глава 1.7), в зависимости от выполняемой функции существует два вида устройства заземляющей системы: рабочее (функциональное) и защитное заземление.
Функциональный тип применяется чаще для защиты производственных объектов. Посредством рабочих заземляющих устройств реализуется надежная эксплуатация оборудования электроустановки. Эффективность как рабочего, так и защитного устройства напрямую зависит от правильного выбора конфигурации заземляющих элементов и четкого производства электромонтажа.
Основным элементом системы выступает контур заземления. Он состоит из металлических заземлителей (электродов). Функциональность всей системы зависит от возможности этих заземлителей рассеивать ток. Монтировать заземляющие элементы необходимо с учетом множества факторов, напрямую влияющих на основной показатель эффективности заземлителей, — значение их сопротивления.
Монтаж устройства защитного заземления востребован практически повсеместно.
Заземляющая система: область применения и принцип работы
При правильной организации заземляющей системы защиты должны быть реализованы такие эксплуатационные принципы:
- Образование электрической цепи, обладающей низким сопротивлением, при коротком замыкании. Электрический ток беспроблемно пойдет по этой магистрали. Реализуется обеспечение электрической безопасности пользователя. При случайном прикосновении человека к бытовому прибору во время пробития фазы на корпусе устройства не будет потенциально опасного напряжения.
- Обеспечение защиты от индукционных токов. Проявляться такие типы токов могут вследствие прямого удара молнии, при этом образуется электромагнитная и электростатическая индукция.
Учитывая значимость названных выше принципов действия системы, защитное заземление широко применяется в:
- Электрической сети напряжением менее 1 кВт:
- с переменным током трех трехфазных проводников с изоляцией нейтрали;
- с переменным током двух однофазных проводников, которые изолированы от земли;
- с постоянным током двух проводников при наличии изоляции обмотки источника тока.
- Электросети напряжением свыше 1 кВт. Возможен любой режим точек обмоток источника питания постоянного и переменного тока.
Заземление — это комплексная система. Все этапы в ней взаимосвязаны и влияют на надежность ее последующей эксплуатации. Важнейшая задача начального этапа производства — выбор конфигурации заземлителей.
Классификация заземляющих устройств
В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), защитное заземление может быть реализовано с использованием заземлителей двух типов — естественных или искусственных. Заземляющие элементы этих двух категорий имеют определенные структурные отличия и особенности монтажа:
- Естественные заземляющие устройства. Такие заземлители могут быть представлены посредством:
- объектов сторонних проводящих частей, которые имеют прямой контакт с грунтом;
- объектов, контактирующих с почвой через специальную промежуточную токопроводящую среду.
Самыми распространенными конструкциями такого типа заземлителей выступают:
- металлоконструкции зданий и фундаментов;
- металлические оболочки проводников;
- обсадные трубы.
Подключать элементы этой категории заземлителей необходимо минимум в двух местах.
- Искусственные заземлители. Подразумевается специальное производство таких конструкций. В качестве материалов для искусственного создания защиты применяют:
- определенного размера стальные трубы;
- сталь полосовую толщиной свыше 4 мм;
- сталь прутковую.
Специфические различия искусственных и естественных устройств заземления обязательно учитываются при производстве расчетов, определяющих их оптимальную конфигурацию.
Как производится расчет параметров основных заземляющих элементов
На основании результатов подобных расчетов проектируется чертеж заземляющего устройства объекта.
Основа вычислений — допустимые пределы напряжения шага и прикосновения. На их основании рассчитывается конфигурация (размер, количество) заземлителей и принцип их размещения.
Выполняются расчеты на основании таких данных:
- Описание характеристик конкретного электрического оборудования: тип установки; основные структурные элементы прибора; рабочее напряжение; возможные варианты, позволяющие осуществить заземление нейтралей как трансформирующих, так и генерирующих устройств.
- Конфигурация заземлителей. Такие данные необходимы для определения оптимальной глубины погружения электродов.
- Информация о проведенных исследованиях по измерению удельного сопротивления грунта на конкретной территории. Дополнительно учитываются климатические сведения зоны, на которой обустраивается система.
- Информация о пригодных естественных элементах заземления, которые можно использовать в работе. Необходимы данные о реальных значениях растекания токов у этих объектов. Получить их можно путем специальных измерений.
- Результат стандартного вычисления точных показателей расчетного замыкания тока на почве.
- Расчетные значения нормативной стандартизации допустимых характеристик напряжений по ПУЭ.
- Показатели сопротивления сезонного промерзания слоя грунта, в период высыхания и промерзания. Учет таких значений необходим для расчета заземляющих элементов, которые располагаются в однородной среде. Применяются специальные стандартизированные коэффициенты.
- При необходимости монтажа сложной группы заземлителей, состоящей из нескольких элементов, необходимы сведения всех потенциалов, которые будут наведены на монтируемые электроды. Для этого нужны данные о значениях сопротивления всех слоев грунта.
Принцип расчета сопротивления заземлителей
Способов расчета характеристик основных заземляющих элементов достаточно много, но основной параметр у таких вычислений один — показатель сопротивления. Оптимальное его значение определяется посредством данных нормативной регламентации ПУЭ. Реализовать надежное защитное заземление объекта невозможно без расчета сопротивления его основных элементов.
К примеру, необходимо определить сопротивление заземления для электрооборудования напряжением свыше 1 кВт, с изолированной нейтралью. В соответствии с профильными данными документации ПУЭ 1.7.96, необходимо воспользоваться формулой R≤250/I, где:
- I — показатель расчетного тока заземления;
- R — показатель сопротивления заземляющего устройства, который не должен превышать 10 Ом.
В соответствии с ПУЭ (1.7.104), при учете нормативных сведений показателей тока прикосновения (для примера подойдет — 50 В), формула видоизменяется: R≤U/I, где U — это ток прикосновения (50 В).
Помимо производства расчетов параметров, важный момент при производстве заземления — выбор схемы подключения устройства.
Схемы заземления дома
Одним из основных элементов, необходимых для обеспечения электрической и пожарной безопасности объекта, является защитное заземление, поэтому закономерно, что грамотное технологическое производство такой системы – первостепенная задача. Добиться необходимого результата решения этой задачи невозможно без правильного выбора схематического варианта соединения и подключения заземляющих элементов.
Помните! Каждый элемент, при помощи которого реализуется защитное заземление, имеет схематическое обозначение. Для того чтобы выбрать оптимальный вариант схематического обоснования подключения такой системы, человеку нужно разбираться как в буквенных, графических, так и в цветовых чертежных обозначениях.
Чаще на практике применяются два вида подключения — схемы TN-C-S и TT. Отличия в проектировании схем:
- Схема TN-C-S. При организации защитного заземления объекта по данной схеме, предусмотрена реализация следующих моментов:
- роль защитного и нулевого (рабочего) проводника выполняет один кабель (PEN);
- локализация — участок электросети от трансформатора и до ГЗШ (главной заземляющей шины). Уже на ГЗШ провод PEN разделяется на рабочий нулевой (N) и защитный (PE).Цифрой 1 на картинке обозначено заземление источника, а цифрой 2 – заземляемый объект (дом).
-
-
Схема TT. Прежде чем применить эту схему, необходимо аргументировать отказ от использования TN-C-S системы. Предусмотрена обязательная реализация нормативных требований, установленных к системе TT, а именно:
- производится независимое подключение элементов, исключается соединение с нейтралью трансформатора;
- заземлитель всех корпусов электрооборудования дома не зависит от аналогичного элемента источника питания;
- в электрической проводке дома обязательно применяется УЗО (устройство защитного отключения).
Цифрой 1 на картинке обозначено заземление источника; цифрой 2 — дом, а 3 — это само устройство заземления дома.
В связи со значительным затруднением производства заземляющих работ по схеме TT, большинство объектов заземляются посредством TN-C-S системы.
Заземление — важный элемент обеспечения пожарной безопасности здания и электробезопасности его жильцов. Начинать работы по его созданию, руководствуясь лишь общими понятиями определения, что такое защитное заземление, не стоит.
Нужно изучить теоретические и практические особенности устройства электрозащитной системы, разбираться в производстве расчетов ее параметров и уметь произвести измерение величины ее сопротивления после монтажа.
При отсутствии навыков и необходимого оборудования следует доверить выполнение такой работы профильным специалистам.
Защитное заземление – устройство, принцип работы, виды, расчет и схемы
Источник: https://220.guru/electroprovodka/zazemlenie-molniezashhita/sistema-zashhitnogo-zazemleniya.html
Защитное заземление — расчет, схема и устройство системы, исключающей угрозу поражения
Организация надежной системы защитной электробезопасности – одно из основных условий, предотвращающих нанесение вреда пользователям электроустановок. Она обеспечит защиту не только человеку, но и приборам.
Грамотно рассчитанное и смонтированное защитное заземление предотвратит негативное воздействие обширного спектра непредсказуемо возникающих циркулирующих токов, устранит их замыкание на корпусах.
В результате будет исключена вероятность травмирующих поражений, а также выход из строя сложных технических устройств.
Цель защитного заземления заключается в создании электрического соединения с землей нетоковедущих металлических элементов, находящихся под угрозой возникновения напряжения.
Причиной нежелательного возникновения напряжения могут быть разряды молнии, замыкание на корпус, вынос потенциала, индукция, появляющаяся под влиянием расположенных рядом токоведущих устройств или их частей и ряд иных ситуаций.
Соединение может производиться с грунтом или его эквивалентом, таким как морская или речная вода, залегающий в карьере каменный уголь, другие природные или искусственно созданные объекты с аналогичными свойствами.
Действие системы защитного заземления ↑
Работа системы защитного заземления заключается в снижении параметров напряжений шага и прикосновения, в приведении их к безопасным значениям. В результате грамотного устройства заземляющей системы:
- уменьшается потенциал заземленного электрического оборудования;
- выравниваются параметры потенциала основания, на котором стоят пользователи, и потенциала заземленной технической установки.
Схема защитного заземления:r — сопротивление заземляющих устройств
u — напряжение прикосновения
Базирующийся на сокращении значений или на выравнивании потенциалов заземляемой электрической техники принцип действия защитного заземления способствует уменьшению напряжения корпуса относительно используемого для заземления объекта, в качестве которого зачастую используется грунт. Благодаря чему ток, проходящий через тело пользователя, и напряжение прикосновения (шага) достигнет абсолютно безопасных для человека и техники значений.
[include id=»1″ title=»Реклама в тексте»]
Функция заземления будет выполняться полноценно, если показатели тока замыкания на землю не станут увеличиваться за счет уменьшения сопротивления заземлителя.
Данному условию полностью соответствуют сети с изолированной нейтралью – с устройством генератора или трансформатора, не присоединенным к заземляющей системе или соединенным с ней через большое сопротивление различных измеряющих, сигнализирующих, защищающих приборов.
Как производятся расчеты ↑
Принципиально расчет защитного заземления состоит в точном определении основных параметров.
Они требуются для создания схемы, формирующей максимально безопасные напряжения шага и прикосновения, которые появляются в момент замыкания фазы на корпус.
На основании расчетных значений, входящих в допустимые пределы, вычисляется количество и размеры заземлителей, планируется порядок размещения одиночных элементов.
Классификация заземляющих устройств ↑
По происхождению заземлители делятся на две категории, при производстве расчетов необходимо учитывать их специфические различия и особенности:
- Естественные объекты, представленные сторонними проводящими частями, непосредственно контактирующими с землей. К категории естественных заземлителей также отнесены объекты, электрический контакт которых с землей производится через промежуточную токопроводящую среду.
В естественный заземлитель грунт устанавливаются (забиваются, опускаются в выбуренные скважины) вертикальные элементы, соединенные между собой горизонтальными
Кроме грунта и воды к категории естественных заземлителей относят металлические трубы водопроводных и иных коммуникаций, проложенных траншейным способом.
В качестве заземлителей естественного происхождения не могут быть применены трубопроводы с горючими и взрывоопасными веществами, магистрали, сооруженные с частичным использованием ПВХ труб и деталей.
Призванное обеспечить безотказный функционал электрооборудования в аварийных и нормальных условиях рабочее и защитное заземление, устраняющее вероятность поражений, в основном устанавливают в землю.
- Искусственные заземлители, представленные чаще всего вертикальными или горизонтальными электродами.
Метод расчета параметров ↑
Для выполнения расчетов требуются следующие данные:
- характеристики конкретного электрооборудования, такие как тип установки и ее основных устройств, рабочие напряжения, возможные способы для осуществления заземления нейтралей трансформирующих и генерирующих приборов;
- размеры и конфигурация электродов, дающих возможность учесть предполагаемую глубину их погружения в грунт;
- сведения об измерениях удельного сопротивления грунтового слоя на территории, обустраиваемой системой заземления, характеристики конкретной климатической зоны (получить их можно в местной метеослужбе);
Представленная в разрезе схема защитного заземления
- сведения о наличии пригодных естественных заземлителей, о том, какие объекты могут быть использованы для заземления, потребуются также реальные показатели сопротивления растеканию тока этих объектов, полученные посредством измерения;
- точные показатели расчетного тока замыкания на землю, вычисленные стандартным способом;
- расчетные характеристики допустимых нормами и правилами ПЭУ напряжений, период действия заземляющей защиты, что необходимо, если расчеты производились по значениям напряжения прикосновения и по значениям напряжения шага.
Преимущественно защитное заземление и зануление электроустановок рассчитывают для случаев установки элементов системы заземления в однородном грунте. Однако сейчас разработаны и применяются методы расчетов с расположением заземлителей в неоднородной по составу земле.
- Расчет заземлителей, располагаемых в однородной среде, требует учета значений сопротивления сезонно промерзающего слоя в периоды промерзания и высыхания земли. Для получения точных значений используются специальные коэффициенты, применяемые в расчетах для систем заземления любой сложности.
- Расчет заземлителей, устанавливаемых в двух или более слоях грунта, требует учета значений сопротивления всех слоев. Расчет базируется на учете всех потенциалов, наведенных на устанавливаемые электроды, входящие в сложную конструкцию из группы заземлителей.
Независимый от способа расчетов общий для всех схем параметр – требуемое сопротивление, определяемое в соответствии с нормативными регламентами ПЭУ.
Для электрооборудования с напряжением до 1 кВ расчет сопротивления заземляющего элемента, входящего в систему защитного заземления с изолированной нейтралью (типа IT), выполняют в соответствии с условием:
В данном неравенстве переменная Rз является значением сопротивления заземляющего устройства (выражается в Ом), постоянная величина Uпр.доп. – параметром напряжения соприкосновения (50 в), Iз – суммарная величина замыкания на землю, выраженная в А.
По нормативным требованиям значение Rз варьирует в пределах от 4 Ом до 10 Ом (к значению нижнего предела не предъявляют особых требований, верхний – предельно допустимый параметр) при условии, что мощность питающих сеть и подключенных параллельно трансформаторов и генераторов не выше 100 кВА.
Для организации защитного заземления установок с более высоким напряжением в расчетах применяют иные величины:
- 0,5 Ом в электросетях с эффективно заземленной нейтралью со свойственными им большими токами на землю;
- не выше 10 Ом при 250в напряжения соприкосновения в системах с изолированной нейтралью (условие действительно при малых токах на заземляющий объект для оборудования с напряжением больше 1000 В).
Рассчитываемое для монтажа системы заземления сопротивление растеканию тока, вычисляемое для заземлителя, в процессе эксплуатации может увеличиться. Значение его необходимо постоянно контролировать.
Схема и монтаж контура ↑
В многоквартирных домах для защиты жильцов от поражения устанавливаются автоматические выключатели, производящие зануление (обесточивание) электрической сети в случае пробоя изоляции или замыкания.
[include id=»2″ title=»Реклама в тексте»]
В автономном жилье и на дачах из-за отсутствия технической возможности установки отключающей автоматики требуется устройство защитного заземления, что можно осуществить, обратившись к электрикам, или сделать собственными руками.
Линейная схема расположения заземлителей, заглубленных до скального грунта
Система заземления без глубинного заземлителя ↑
Элементы контура, в состав которого не входит глубинный заземлитель, могут устанавливаться в ряд или располагаться в виде какой-либо геометрической фигуры. Форма контура зависит от особенностей участка. Данный способ применим при протяженности линий заземления до 3х метров.
- Заглубляются вертикальные заземлители. Расстояние между устанавливаемыми вертикально в грунт заземлителями рассчитывают, исходя из длины данных частей заземляющей системы. Это нужно для минимизации экранирования, так как, чем ближе расположены элементы, тем больше экранирующий эффект.
- Выполняется поэтапный замер реальных значений сопротивления единичных заземлителей. Они должны быть установлены в количестве, обеспечивающем формирование минимального сопротивления.
- Выполняется соединение единичных заземлителей. Заземлители, имеющие антикоррозионное покрытие соединяются с использованием специальных соединителей. Устройства заземления из черного металла соединяются исключительно с помощью сварки, швы покрываются битумной мастикой.
Соединение с помощью болтов допустимо только в случае установки элементов с антикоррозионным покрытием;
Присоединение заземляющего провода к контуру из черного метала выполняется посредством сварки с последующим креплением с помощью болта
Групповая система с искусственными заземлителями ↑
Это несложная, доступная для самостоятельного выполнения схема защитного заземления с контуром в форме равнобедренного треугольника. Данную электрозащитную систему располагают в метре от нижней границы цоколя или стены.
- В соответствии с выбранной конфигурацией выкапывается траншея глубиной 0,8 метров. Длина каждой из сторон треугольника 3 м.
- В вершинах треугольника желательно выбурить скважины трехметровой глубины. Если решено было забивать вертикальные заземлители кувалдой, достаточно будет скважин по 1,5 м.
Схема группового контура защитного заземления
В качестве материала для вертикальных заземлителей подойдет металлическая труба с диаметром 50 мм, стальной пруток 10 мм, уголок со стороной 50 мм. Потребуется три отрезка длиной по три метра. Горизонтальный заземляющий элемент можно сделать из девяти метров стальной полосы толщиной 4мм, шириной 40 мм.
- Затем смонтированный контур заземления соединяется посредством сварки с проводником. Его делают из круглого прутка или полосовой стали. Он соединяется с естественным заземлителем.
План расположения элементов треугольного контура защитного заземления
Смонтированный контур успешно выполнит назначение защитного сопротивления, если будет подключен к проложенному в земле стальному водопроводу, к металлическим обсадным трубам водозаборных скважин, к иным ж/б и металлическим конструкциям. После установки защитного заземления все траншеи и выработки необходимо заполнить однородным грунтом без включений щебня и строительного мусора.
Просмотр видео-ролика поможет наглядно представить принцип действия и способ устройства простейшего заземления для загородного дома:
Получив представление о том, что называется защитным заземлением, узнав о способах устройства электрозащитной системы можно без опасений приступать к самостоятельному монтажу. Не нужно забывать об измерении величины сопротивления после установки. Если нет соответствующих приборов и навыков, требуется вызвать электриков.
Источник: http://strmnt.com/dom/comm/electric/zashhitnoe-zazemlenie-raschet-sxema-i-ustrojstvo.html
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.
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|
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.
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 заземления1. 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 заземленияОсновной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет. Пример расчета заземленияСопротивление 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. Удельное сопротивление грунта Таблица 1
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
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
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.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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
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
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
Расчет заземления: одиночный заземлитель, система заземлителей
Заземление — одна из основных мер безопасности при использовании электрических приборов.
В случае износа внутренней изоляции под напряжением может оказаться внешний корпус техники, при касании к которому может случится поражение электрическим током. Именно для предотвращения таких происшествий и организуется монтаж заземления.
А чтобы защитная конструкция была максимально эффективной, необходимо провести её расчёт заземления, который может отличаться в зависимости от множества исходных факторов.
Виды заземляющих конструкций
Для организации заземления используются проводники из металлоконструкций различной формы (балка, труба, уголок и так далее). Эти базисные элементы могут быть использованы в одной из трёх основных систем:
- С использование одиночного глубинного заземлителя;
- Монтаж комплексной модульной конструкции;
- Организация электролитического заземления.
Вне зависимости от типа выбранной конструкции, её сопротивление должно укладываться в определённые рамки. Для трёхфазной сети на 380 Вольт сопротивление заземления должно составлять не более 4 Ом.
Более распространённая однофазная сеть на 220 Вольт потребует не более 8 Ом.
Также предварительные расчёты позволяют заранее определиться с количеством необходимых материалов, что даёт возможность существенно сэкономить.
Формула расчёта одиночного заземлителя
Существует ряд факторов, влияющих на окончательный результат расчёта заземляющей конструкции, а именно:
- Используемые материалы (решающие значение имеет вид металла, но немаловажным могут быть и показатели электролита);
- Форма элементов-электродов (влияет незначительно);
- Расстояние между элементами электродами;
- Глубина, на которую погружается монтируемый контур.
Необходимо отметить, что для получения системы, имеющий сопротивление в 4–8 Ом, применяемые металлические элементы должны обладать определёнными минимальными параметрами:
- Плоская балка — 12 мм в ширину, 4 мм в высоту;
- Уголок — 4 мм в высоту
- Шест — диаметр не менее 10 мм;
- Труба — толщина не менее 3.5 мм.
Расчёт защитного заземления можно провести при помощи специализированного программного обеспечения или онлайн-калькуляторов. Но для их правильного использования необходимо знать общую формулу, по которой проводятся вычисления и значение всех переменных. Традиционно в рассматриваемой формуле используются следующие обозначения:
- R — расчётное заземление (Ом);
- L — протяжённость заземляющего элемента-заземлителя (м);
- d — диаметр элемента (м);
- T — заглубление: расстояние между от середины каждого заземляющего элемента до поверхности грунта (м);
- ρ — сопротивление грунта (Ом×м). Смотрите таблицу.
- π — число Пи (3.14)
Расчёт такого типа контура заземления производится по такой формуле:
Измерить все перечисленные значения не составить большой трудности, за исключением разве что параметра ρ.
Произвести эту процедуру можно самостоятельно при помощи Омметра, но нужно понимать, что полученные данные могут существенно изменяться при изменении температуры, влажности и других параметров окружающей среды. Поэтому гораздо удобнее будет воспользоваться усреднёнными табличными данными:
| Тип грунта | Параметр сопротивление грунта в диапазоне от –5 до –20°С |
| Песок | 5000–11000 |
| Супесь | 1100–1500 |
| Влажная глина | 550–3000 |
| Каменистая глина | 1000–12000 |
| Известняк | 3000–12500 |
| Торф | 500–1000 |
| Суглинок | 1200–3500 |
Формула расчёта системы заземлителей
С целью достижения оптимального значения сопротивления создаваемой конструкции одиночные заземлители можно расположить в ряд или сформировать из них замкнутый контур (круг, прямоугольник или любую другую фигуру). Для расчёта такого заземления в указанную выше формула войдут дополнительные параметры:
- R1 — искомое сопротивление (Ом);
- R — сопротивление, вычисленное по базовой формуле (Ом);
- N — число элементов в системе заземлителей;
- Ки — коэффициент использования.
О последнем параметре необходимо рассказать подробнее. Вокруг каждого электрода, используемого для заземления электрического тока, можно представить воображаемую зону, в которой его эффективность достигает 90 %.
Она формируется из всех точек, удалённых от поверхности электрода на расстояние, равное его длине.
При расчёте заземление необходимо избегать пересечения этих зон, что позволяет достичь максимального коэффициента полезного действия формируемой системы.
Для подсчётов удобнее всего пользоваться табличными значениями, полученных в результате практического применения формулы.
| Система заземления при расположении электродов последовательно | ||
| Расстояние между электродами (где L это длинна используемого электрода) | Количество заземляющих элементов в системе | Коэффициент использования |
| L | 5 | 0.7 |
| L | 10 | 0.6 |
| L | 15 | 0.53 |
| L | 20 | 0.5 |
| 2L | 5 | 0.81 |
| 2L | 10 | 0.75 |
| 2L | 15 | 0.7 |
| 2L | 20 | 0.67 |
| Система заземления при размещении электродов в замкнутый контур | ||
| Расстояние между электродами (где L это длинна используемого электрода) | Количество заземляющих элементов в системе | Коэффициент использования |
| L | 5 | 0.65 |
| L | 10 | 0.55 |
| L | 15 | 0.51 |
| L | 20 | 0.45 |
| 2L | 5 | 0.75 |
| 2L | 10 | 0.69 |
| 2L | 15 | 0.66 |
| 2L | 20 | 0.63 |
Сама же формула выглядит следующим образом:
Таким образом, если предварительно вычислить переменную и взять её за константу, то по данной формуле можно вычислить оптимальный набор электродов, необходимый для создания заземляющей конструкции:
При это стоит учитывать, что скорее всего полученное значение будет дробным, поэтому его необходимо будет округлить в большую сторону.
Формула расчёта электролитического заземления
В упрощённой модели электролитическую систему заземления можно описать как металлическую трубу, заполненную веществом-электролитом. Это вещество повышает сопротивление всей конструкции и, что более важно, способствует сохранению её параметров с течением времени. Это достигается за счёт того, что со временем электролит проникает в почву и накапливается в ней.
Помимо описанных выше параметров в формуле расчёта электролитического заземления используется параметр C, который описывает концентрацию электролита в почве. Его допустимые значения могут колебаться в промежутке между 0.5 и 0.05.
Чем дольше рассматриваемая система находится в грунте, тем меньше становится значение этого параметра: если при начале установки он равнялся 0.5, то через полгода он составить всего 0.125 (но дальнейшее его падение прекратиться).
В этом случае требуемая формула будет такой:
Если в монтируемой системе присутствует несколько электродов электролитического типа, тогда её сопротивление может быть рассчитано по формуле из предыдущего раздела. С той лишь разницей, что коэффициент использования тут будет несколько иной:
| Система заземления при использовании электролитических электродов | |
| Количество электродов | Коэффициент использования |
| 2 | 1 |
| 5 | 0.99 |
| 10 | 0.93 |
| 20 | 0.8 |
В данной статье мы рассмотрели основные типы электрического заземления и все необходимые формулы для их расчёта.
Очевидно, что в основе всех вычислений лежит расчёт контура одиночного заземления, в то время как два основных вида получаются при помощи его расширения и доработки.
Стоит ещё раз указать на то, что большую одну из ключевых ролей в организации эффективного заземления играет расстояние между электродами, которое не должно быть меньше их отдельной длинны.
Все приведённые выше вычисления можно существенно упростить, если воспользоваться специализированным программным обеспечением или онлайн-инструментами. Обладая минимум знаний о том, какие параметры участвуют в расчёте заземления, эти утилиты позволят существенно сократить время проведения работ, при этом обеспечивая довольно высокую точность.
Видео по теме
Источник: https://ProFazu.ru/provodka/bezopasnost-provodka/raschet-zazemleniya.html
Загрузка...