Расчет заземления с примерами

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

Оборудование электрозащиты

Оборудование заземления

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

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

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

Заземляющая система

Расчет защитного заземления

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

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

Задачи функциональной защиты

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

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

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

Предельное сопротивление защитных устройств

Предельная защита

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

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

Факторы надежности электродов

Расчет защитного заземления

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

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

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

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

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

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

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

Монтаж заземляющего устройства

Расчет сопротивления защитного заземления

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

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

Заземляющий контур

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

Заземляющий треугольник

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

Общий расчет полос

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

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

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

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

Подключенная полоса должна быть способна выдерживать не менее 70 А (нейтральный ток), это означает, что полоса 25x3 мм достаточна для переноса тока.

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

Расчет количества труб защиты

Сопротивление заземления одиночного стержня или трубы электрода рассчитывается в соответствии:

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

Где:

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

Расчет заземления (пример):

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

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

Сопротивление заземления одиночного стержневого или трубного электрода рассчитывается так:

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

Где:

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

Определение заземляющей конструкции

Заземляющая конструкция

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

Текущая плотность на поверхности земного электрода:

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

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

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

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

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

Количество требуемой заземляющей трубы = Ток повреждения / Макс.

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

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

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

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

Сопротивление полосы заземления

Сопротивление заземляющей полосы (R):

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

Пример расчета контурного заземления приведен ниже.

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

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

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

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

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

Ra = R (1 + λa / n),

где a = ρ / 2X3.14xRxS

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

λ = Фактор, приведенный в таблице ниже.

n = Количество электродов.

ρ = Сопротивление грунта (Омметр).

R = Сопротивление одиночного стержня в изоляции (Ω).

Факторы для параллельных электродов в линии

Количество электродов (n)

Фактор ( λ )

2

1,0

3

1,66

4

2,15

5

2,54

6

2,87

7

3.15

8

3,39

9

3,61

10

3,8

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

Факторы для электродов в полом квадрате

Количество электродов (n)

Фактор ( λ )

2

2,71

3

4,51

4

5,48

5

6,13

6

6,63

7

7,03

8

7,36

9

7,65

10

7,9

12

8,3

14

8,6

16

8,9

18

9,2

20

9,4

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

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

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

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

Пример расчета электрода

Строительство системы зазамления

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

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

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

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

Калькулятор заземления

заземление расчет

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

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

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

Расчет параметров системы:

  1. Верхний слой почвы — песок сильно увлажненный.
  2. Климатический коэффициент- 1.
  3. Нижний слой почвы — песок сильно увлажненный.
  4. Количество вертикальных заземлений- 1.
  5. Глубина верхнего слоя почвы H (м) - 1.
  6. Длина вертикального участка, L1 (м) - 5.
  7. Глубина горизонтального участка h2 (м) - 0.7.
  8. Длина соединительной полосы, L3 (м) - 1.
  9. Диаметр вертикального участка, D (м) - 0.025.
  10. Ширина полки горизонтального участка, b (м) - 0.04.
  11. Электрическое сопротивление почвы (Ом / м) - 61.755.
  12. Сопротивление одного вертикального участка (Ом) - 12.589.
  13. Длина горизонтального участка (м) - 1.0000.

Устойчивость к горизонтальному заземлению (Ом) - 202.07.

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

Проверка заземления

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

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

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментарии 0
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.