Каков порядок расчета защитного заземления

Таблица для устройства и расчётов заземляющих контуров

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.

Зависимости от условий

Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его влажности (данные из IEEE Std 142-1991):

Зависимость удельного сопротивления грунта (суглинок) от его температуры (данные из IEEE Std 142-1991):

На этом графике хорошо видно, что при температуре ниже нуля грунт резко повышает свое удельное сопротивление, что связано с переходом воды в другое агрегатное состояние (из жидкого в твердое) — почти прекращаются процессы переноса заряда ионами солей и кислотными/щелочными остатками.

С помощью этого онлайн-калькулятора Вы сможете рассчитать сопротивление системы защитного заземления, состоящей из горизонтально соединённых стальной полосой вертикальных электродов.

Для расчёта заземления заполните поля формы следующим образом:

*Расстояние между вертикальными электродами берется из расчёта 1,1 их длины.

**Результаты калькуляции носят ориентировочный характер и могут несколько отличаться от реальных значений ввиду сопутствующих электромонтажу факторов и условий.

Как проверить качество смонтированного контура заземления

Первый способ самый точный и действенный, но он не позволяет устранить неисправности и часто приводит к печальным последствиям при наличии ошибок. На практике применяют второй метод: привлечение специалистов подготовленных электрических подразделений.

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

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

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

d = 0.95∙p = 0.995∙0.05 = 87 Ом∙м.

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).

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.

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

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

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

Предлагаем ознакомиться Установка дымохода сэндвич своими руками: как сделать правильно, правила монтажа

ρ = 1,35∙0,95∙110 = 141 Ом∙м.

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

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

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

Если рядом находятся естественные заземлители, их можно использовать.

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

Естественное заземление на даче через арматуру фундамента

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

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

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

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

Нормы для каждого из типов

Для того, чтобы понять, какие нормативные и эксплуатационные показатели должны быть для каждого из типов:

1. Для электрических установок. Проводить измерения сопротивления заземления нужно в непосредственной близости к подстанции. В зависимости от нагрузки, этот показатель может составлять 60, 30 или 15 Ом. Также стоит учитывать естественные заземлители — для них эти величины должны равняться 8, 4 или 2 Ома соответственно. Все три величины зависят от напряжения в сети. 60 и 8 Ом допускаются для однофазной сети в 200 вольт. 30 и 4 Ом — для трехфазной с напряжением 380 вольт. Минимальные значения (15 и 2 Ома) — для 660 вольт. В ходе эксплуатации сопротивление заземляющего контура также не должно падать ниже показателей, описанных в абзаце выше.
2. Для пункта распределения или подстанции. Для установок с напряжением выше 100 киловольт (100 тысяч вольт) проводимость заземления при сдаче сети и при ее эксплуатации также остается неизменной и составляет 0.5 Ома. При этом обязательными требованиями при проверке являются глухой тип заземления и подключенная к нейтральному контуру. Также существуют нормы и для менее мощных установок, в которых напряжение лежит в пределах между 3 и 35 киловольт. В таком случае нужно 250 делить на расчетный ток замыкания в землю — результирующее значение будет необходимым сопротивлением в Омах. Показатель, согласно ПТЭЭП, не должен превышать 10 Ом в любом случае.
3. Для воздушных линий электропередач. Рассчитывается в зависимости от проводимости грунта, на котором стоят опоры ЛЭП:

• для грунта с удельным сопротивлением менее 100 Ом на метр — 10 Ом;
• с удельным сопротивлением 100…500 Ом на метр — 15 Ом;
• с удельным сопротивлением 500…1000 Ом на метр — 20 Ом;
• с удельным сопротивлением 1000…5000 Ом на метр — 30 Ом.

Предлагаем ознакомиться: Баня для семьи с детьми

Для ЛЭП с напряжением тока менее 1000 вольт — до 30 Ом (для опор с защитой от попадания молнии). В ином случае сопротивление должно быть 60, 30 или 15 Ом для сетей с напряжением до 660, 380 или 220 вольт соответственно.

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.).

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

Принцип действия системы заземления

Принцип действия системы заземления чрезвычайно прост. В чем состоит поражающая (разрушающая) сила электрического тока? Все начинается с того, что в одном месте при создании особых условий, накапливается очень большое количество отрицательно заряженных частиц — электронов. Но так как все в природе стремится к равновесию, то этот избыток частиц устремляется туда, где их недостаточно. Звучит не очень пугающе, но когда поток электронов мчится к земле от наэлектризованных облаков, они, эти крошечные частицы, умудряются нагревать слои атмосферы до миллиона градусов по Цельсию.

Изобретатели научились пускать этот поток в мирное русло — по электрическим проводам. Проходя через проволоку, электроны заставляют её нагреваться и иногда от перегрева она, проволока, начинает ярко светиться. Поток электронов создает и электромагнитное поле, приводящее в движение роторы мощных моторов.

Но машины иногда выходят из строя и поток электронов, прокладывают свой путь через любой предмет, проводящий электрический ток, иногда подобным проводником становится и тело человека. Таким образом, заземление зданий предназначено для предоставления заряженным частицам, электронам, образно говоря, альтернативного пути — более удобной, с меньшим сопротивлением, дороги к выходу. В результате, большая часть электронов проходит по защитному контуру заземления и уменьшает силу тока, направленного на человеческое тело.

Установка и правильный расчет заземления, молниезащиты — необходимое условие безопасности проживающих в доме.

Расположение заземляющих электродов

Устройство заземлителя может быть цельным либо создано из сборной конструкции, выполненной сваркой или на основе соединения резьбой рабочих деталей.

Для расчета его электрического сопротивления используют формулу, приведенную ниже.

R1 составит 27,8 Ом (при p = 100 Ом*м, L = 3 м, d = 0.05 м (50 мм; для плоских электродов под диаметром понимается их ширина), T = 2 м (T — расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода).

Расчет заземления (расчет сопротивления заземления) для нескольких электродов модульного заземления производится как расчет параллельно-соединенных одиночных заземлителей.

Электроды могут располагаться в линию или образовывать треугольник либо другую симметричную геометрическую фигуру.

Расчет заземления, расчет необходимого количества заземляющих электродов

Проведя обратное вычисление получим формулу расчета количества электродов для необходимой величины итогового сопротивления сопротивления (R):
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

Предлагаем ознакомиться Расчет автомата по мощности 380

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 коэффициентаKисппри разных расположениях электродов

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

Применение на практике

Уровень электропроводности земли — величина непостоянная. На его значение влияют разнообразные факторы, среди которых основные — влажность, температура, структура и воздухопроницаемость. При установке заземляющего устройства требуется достоверная информация о местах проведения строительных работ. Чтобы сопротивление заземлителя не превысило допустимую норму, необходимо точно обозначить пределы, в которых оно может изменяться.

Все данные для нужд проектирования получают при помощи геологических изысканий и измерений на конкретном объекте. Полученные результаты подлежат корректировке с учётом времени года, ведь нормируемые значения необходимо обеспечить при самых критических условиях. И только если выясняется, что возможность привязки к местности по разным причинам отсутствует, пользуются справочными таблицами, при этом расчёт всегда будет ориентировочным.

Расчет контуров заземлений для жилых зданий

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.

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.

Величины расчетного электрического удельного сопротивления грунта (таблица)

Грунт

Сопротивление заземления для комплектов ZZ-000-015 и ZZ-000-030, указанное в таблице, может использоваться при различных конфигурациях заземлителя — и точечной, и многоэлектродной.

Вместе с таблицей ориентировочных величин расчетного удельного сопротивления грунта предлагаем Вам воспользоваться географической картой уже смонтированных ранее заземлителей на базе готовых комплектов заземления ZANDZ с результатами замеров сопротивления заземления.

Расчет заземления, расчет необходимого количества заземляющих электродов

сопротивлений грунтов, Ом·м

сопротивления грунтов, Ом·м

Количество стержневых заземлителей, необходимых для достижения нормативного сопротивления заземляющего устройства, определяется по формуле

где RD – допустимое (нормативное) сопротивление заземления, Ом; ηC – коэффициент сезонности; ηI – коэффициент использования (экранирования) в вертикальных заземлителях.

Забитые электроды соединяются металлической полосой сечением не менее 48 мм 2 . Длина полосы для контура равна

а при расположении электродов в ряд

где a – расстояние между электродами, м; N – число электродов, шт.

Численные значения коэффициента сезонности в основном определяются колебанием влажности почвы в течение года и заданы в табл. 2.

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

Определение удельного сопротивления грунта

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

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.

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).

Типы грунтов республики Казахстан и их удельные электрические сопротивления (карта)

Удельное сопротивление, среднее значение (Ом* м )	Сопротивление заземления для комплекта ZZ-000-015, Ом	Сопротивление заземления для комплекта ZZ-000-030, Ом	Сопротивление заземления для комплекта ZZ-100-102, Ом
Асфальт	200 — 3 200	17 — 277	9,4 — 151	8,3 — 132
Базальт	2 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Бентонит (сорт глины)	2 — 10	0,17 — 0,87	0,09 — 0,47	0,08 — 0,41
Бетон	40 — 1 000	3,5 — 87	2 — 47	1,5 — 41
Вода
Вода морская	0,2
Вода прудовая	40	3,5	2	1,7
Вода равнинной реки	50	4	2,5	2
Вода грунтовая	20 — 60	1,7 — 5	1 — 3	1 — 2,5
Вечномёрзлый грунт (многолетнемёрзлый грунт)
Вечномёрзлый грунт — талый слой (у поверхности летом)	500 — 1000	—	—	20 — 41
Вечномёрзлый грунт (суглинок)	20 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Вечномёрзлый грунт (песок)	50 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Глина
Глина влажная	20	1,7	1	0,8
Глина полутвёрдая	60	5	3	2,5
Гнейс разложившийся	275	24	12	11,5
Гравий
Гравий глинистый, неоднородный	300	26	14	12,5
Гравий однородный	800	69	38	33
Гранит	1 100 — 22 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Гранитный гравий	14 500	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Графитовая крошка	0,1 — 2
Дресва (мелкий щебень/крупный песок)	5 500	477	260	228
Зола, пепел	40	3,5	2	1,7
Известняк (поверхность)	100 — 10 000	8,7 — 868	4,7 — 472	4,1 — 414
Известняк (внутри)	5 — 4 000	0,43 — 347	0,24 — 189	0,21 — 166
Ил	30	2,6	1,5	1
Каменный уголь	150	13	7	6
Кварц	15 000	Требуются специальные мероприятия (замена грунта)
Кокс	2,5	0,2	0,1	0,1
Лёсс (желтозем)	250	22	12	10
Мел	60	5	3	2,5
Мергель
Мергель обычный	150	14	7	6
Мергель глинистый (50 — 75% глинистых частиц)	50	4	2	2
Песок
Песок, сильно увлажненный грунтовыми водами	10 — 60	0,9 — 5	0,5 — 3	0,4 — 2,5
Песок, умеренно увлажненный	60 — 130	5 — 11	3 — 6	2,5 — 5,5
Песок влажный	130 — 400	10 — 35	6 — 19	5 — 17
Песок слегка влажный	400 — 1 500	35 — 130	19 — 71	17 — 62
Песок сухой	1 500 — 4 200	130 — 364	71 — 198	62 — 174
Супесь (супесок)	150	13	7	6
Песчаник	1 000	87	47	41
Садовая земля	40	3,5	2	1,7
Солончак	20	1,7	1	0,8
Суглинок
Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами	10 — 60	0,9 — 5	0,5 — 3	0,4 — 2,5
Суглинок полутвердый, лесовидный	100	9	5	4
Суглинок при температуре минус 5 С°	150	—	—	6
Супесь (супесок)	150	13	7	6
Сланец	10 — 100
Сланец графитовый	55	5	2,5	2,3
Супесь (супесок)	150	13	7	6
Торф
Торф при температуре 10°	25	2	1	1
Торф при температуре 0 С°	50	4	2,5	2
Чернозём	60	5	3	2,5
Щебень
Щебень мокрый	3 000	260	142	124
Щебень сухой	5 000	434	236	207

Тип грунта	Ом*м
Известняк поверхностный	5 050
Гранит	2 000
Базальт	2 000
Песчаник	1 000
Гравий однородный	800
Песчаник влажный	800
Гравий глинистый	300
Чернозём	200

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.

Предлагаем ознакомиться Расчет дымовой трубы: 4 важных нюанса для расчета

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

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

ВеличинаRзопределяется характеристиками окружающего грунта: влажностью, плотностью, содержанием солей. Здесь также важными параметрами являются конструкции заземлителей, глубина погружения и диаметр подключённого провода, который должен быть таким же, как у жил электропроводки. Минимальное поперечное сечение голого медного провода составляет 4 мм 2 , а изолированного – 1,5 мм 2 .

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

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

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

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

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

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

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

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

Итоги и выводы

Заземление — важный элемент электрической цепи, который обеспечивает защиту от коротких замыканий, поражения током или попадания молнии в один из ее участков. Ключевым показателем здесь является сопротивление: чем оно меньше, чем больше тока «уведет» контур и тем ниже будет вероятность серьезного удара или повреждения оборудования.

Нельзя пренебрегать нормами контроля, которые призваны проверить качество заземления и работу контура в условиях полной нагрузки. Процедуры производятся как непосредственно после создания цепи, так и в процессе ее использования. Частота проверок зависит от нагрузки на сети и целей, для которых используется контур.

Нормы сопроивления при этом вовсе не отличаются. Различают три типа норм: для линий электропередач, трансформаторов и электрических установок. С повышением рабочего напряжения по экспоненте возрастает максимальная величина сопротивления. Также учитывается и ряд специфических показателей (например, удельная проводимость грунта). Исходя из нее можно получить максимальное регламентированное сопротивление.

Основными способами для увеличения эффективности работы заземлителя является использование разных конфигураций проводника. Ключевая задача заключается в том, чтобы предельно повысить площадь прямого контакта контура с землей. Для этого используется один или несколько проводников. В последнем случае их могут соединять как последовательно, так и параллельно.

Также для замера сопротивления контура заземления важно знать и поправочные коэффициенты — например, при вычислении минимально допустимого сопротивления заземления учитывается также удельное содержание материала в грунте и сопротивление повторного заземления. Для получения этого показателя нужно использовать специальное оборудование.

Метки: заземление, полный, сопротивление, формула

Расчет заземления из электролитических заземлителей

Для его проведения используются те же принципы, что и при вычислении сопротивления горизонтальных электродов, выполненных в форме обычной трубы. Только учитывается влияние электролита на окружающую его почву. Для этого вводится поправка коэффициента С. Она может изменяться в разных условиях от 0,05 до 0,5.

Формула расчета сопротивления представлена ниже.

Электролитическое заземление изготавливается в виде горизонтального отрезка полой трубы из нержавеющей легированной стали или медных сплавов, устойчивых к процессам коррозии. Через нее происходит насыщение почвы сквозь электроды минеральными солями, обладающими электролитическими свойствами.

Глина, суглинок, супесь (различия)

Рыхлые осадочные грунты, состоящие из глины и песка, классифицируются по содержанию в них глинистых частиц:

Заземление и защитные меры электробезопасности

Заземление – это комплекс мер по соединению всех электрических сетей в доме с землей. Для этого устраивается внутренний контур заземления, связанный с внешним контуром, к которому присоединяются все электрические приборы и розетки. Для устройства системы используется обособленная жила в электрическом кабеле. Она проходит через щиток в контур заземления и соединяется со всеми розетками в здании.

В случае накопления лишнего тока в приборе, он уйдет в грунт через такую систему. При этом прибор остается безопасным для людей. В крайнем случае при прикосновении к его корпусу можно ощутить легкое покалывание, но ничего хуже человек точно не испытает.

Зачем нужно заземление

Главная цель системы – обеспечить безопасность людей внутри квартиры или дома. Через защитное заземление все электрические приборы в доме – компьютер, чайник, холодильник, стиральная машина и другие – разряжаются в случае необходимости в грунт. Такое может произойти в том случае, если внутри прибора появляется неисправность, и электрический ток попадает на корпус.

В случае возникновения аварийной ситуации, автоматически срабатывает устройство защитного отключения. При этом исключается вероятность возгорания электрического кабеля, что могло бы привести к пожару. Кроме того предотвращается поражение током человека при касании корпуса прибора.

Нормы ПУЭ заземления

В нормах ПУЭ (правил устройства электроустановок) обозначены все необходимые требования по выполнению электрической разводки зданий и сооружений. Они касаются как нового строительства, так и производства ремонтных работ. В правилах содержатся обязательные требования, а также рекомендации по монтажу оборудования и материалов.

В требованиях к заземлению обозначены защитные меры от прямого и косвенного прикосновения. Требования разделены на заземление электроустановки выше и ниже 1 кВ для сетей:

• с изолированной нейтралью;
• с эффективно заземленной нейтралью;
• с глухозаземленной нейтралью.

Также в документе перечислены варианты заземлителей, проводников, обозначены требования к устройству главных заземляющих шин и виды соединений защитных элементов и проводников системы выравнивания потенциалов. Правила заземления содержат определение, описание и возможности заземления переносных и передвижных установок электрооборудования.

Монтаж контура заземления

Монтаж наружного контура системы предполагает установку металлической конструкции в непосредственной близости от здания. Он срабатывает в случае короткого замыкания.

Элементы контура заземления

Для загородных домов выполняется из следующих составляющих:

1. Горизонтальные заземлители – металлические полосы, соединяющие вертикальные элементы системы.
2. Вертикальные заземлители – стержни из металла.
3. Проводник – электрическая линия от щитка к контуру заземления.

В качестве вертикальных элементов используется металлический профиль сечением не менее 14 мм или уголки размером 50х50 мм. Длина элементов должна быть порядка 3 метров. Материал – черная сталь, оцинкованная сталь или медь. Медные проводники имеют лучшие показатели сопротивления. В качестве горизонтальных элементов системы используют полосы шириной не менее 1 см и толщиной не менее 0,3 см.

Вертикальные заземлители должны плотно соприкасаться с грунтом, имея максимальную площадь для отвода напряжения.

Металлические изделия не красят, но покрывают антикоррозийными составами для исключения ржавчины.

Виды контуров заземления

• Треугольник. Это самый простой вариант контура. Металл вбивают в землю по вершинам равностороннего треугольника. Расстояние между каждыми двумя стержнями должно быть порядка 3 метров. В случае монтажа контура в стесненных условиях на маленьких участках можно выдержать меньшее расстояние.

• Линейный контур. Применяется для маленьких участков, где нет возможности для расположения треугольной конструкции. В этом случае система может быть смонтирована вдоль забора или отмостки коттеджа. Элементы заземления вкапываются в грунт по прямой линии, чем больше ее длина, тем лучше.

• Контур другой геометрии. В зависимости от размеров участка возле дома и расчета можно выполнить контур в виде квадрата или иной геометрической фигуры. Главное использовать достаточное количество заземляющих элементов необходимого сечения.

Расчет заземления

Для правильной работы системы необходимо выполнить расчет заземления перед установкой элементов.

Сопротивление контура заземления жилых домов не должно превышать 4 Ом.

Также при расчете учитываются следующие показатели:

1. Вертикальные элементы – длина, диаметр, количество.
2. Горизонтальные заземлители – длина, ширина, глубина погружения в грунт.
3. Тип электрической сети – однофазная или трехфазная.
4. Напряжение в сети. Обычно – 220 В.
5. Параметры грунта. Климатическая зона в зависимости от температурного режима летнего и зимнего периода, тип грунта – песок, супесь, суглинок, глина. Также на сопротивление заземления влияет степень влажности земли.
6. Вариант размещения электродов – по контуру или в ряд.

Все указанные параметры можно поставить в расчетный калькулятор и получить итоговое значение заземления. Также результат можно получить по формуле:

Смонтированная сеть будет работать лучше в грунтах с низким сопротивлением. Самые низкие показатели сопротивления имеет торф – 20-30 Ом*м. При этом самые высокие показатели у влажного песка и пескогрунта – 300-500 Ом*м.

Правила и требования к контуру заземления

• Молниезащита и заземление. Если в вашем доме выполнена молниезащита, то две системы объединяются в одну. Система молниезащиты также имеет контур видимого заземления с молниеотводом – мощным отводящим устройством из толстого металлического профиля. При объединении выполняют систему уравнивания потенциалов.

• Глубина монтажа вертикальных стержней. Они должны быть забиты в землю ниже глубины промерзания на 0,6-1 м. Для Москвы и Московской области глубина промерзания составляет от 1,1 до 1,8 м в соответствии с типом грунта. Поэтому рекомендуемая глубина погружения стержней составляет 3 м.

• В качестве заземлителей запрещено использовать трубы отопления, канализации или проводящие другие жидкости, газы и смеси.

• Минимальные требования к материалам представлены в таблице 1.7.4 пункта 1.7.102 ПУЭ.

Как сделать монтаж контура заземления

Сначала требуется выбрать место для монтажа. Желательно отступить от дома 2 метра, при этом разместить контур со стороны электрического щитка для сокращения трассы заземления здания. При этом нужно учитывать следующее:

• лучше размещать контур на влажном участке;
• лучше размещать его в глине или суглинке, чем в песке;
• лучше разместить контур чуть дальше, но в более благоприятных условиях.

Затем выполняются земляные работы. Подготавливается траншея выбранной геометрии. Низ стержней заостряют для лучшего проникновения в землю. Стержни погружают до требуемой глубины. Над землей металлические элементы должны выступать на 20 см для монтажа горизонтальных заземлителей.

После этого выполняется сборка металлоконструкций. Полосы из металла привариваются к вертикальным элементам контура, одна полоса подводится к зданию. Сварные швы обрабатывают с помощью антикоррозийного состава, грунтуют и обмазывают мастикой. Котлован засыпают грунтом.

Выполняют ввод сети в здание. Полоса заводится на дом и крепится на стене с помощью болта. Соединяется с заземляющим проводником, ведущим из щитка к главной шине. Используется кабель желто-зеленого цвета, для загородных домов подходят медные провода сечением 6 мм.

После окончания монтажа следует проверить работоспособность системы. Кроме того, контроль исправности сети требуется контролировать каждые 12 лет.

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 – ρ_экв — 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:

L_г, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; η_г – 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:

η_в – 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.

Расчёт заземления

Расчёт заземления (расчёт сопротивления заземления) для одиночного глубинного заземлителя на основе модульного заземления производится как расчёт обычного вертикального заземлителя из металлического стержня диаметром 14,2 мм.

Формула расчёта сопротивления заземления одиночного вертикального заземлителя:

где:
ρ – удельное сопротивление грунта (Ом* м )
L – длина заземлителя (м)
d – диаметр заземлителя (м)
T — заглубление заземлителя (расстояние от поверхности земли до середины заземлителя) (м)
π — математическая константа Пи (3,141592)
ln — натуральный логарифм

Для готовых комплектов модульного заземления ZANDZ формула расчёта сопротивления упрощается до вида:

— для комплекта ZZ-000-015
— для комплекта ZZ-000-030

где:
ρ – удельное сопротивление грунта (Ом* м )

Для расчета взяты следующие величины:
L = 15 (30) метров
d = 0,014 метра = 14 мм
T = 8 (15,5) метров: с учетом заглубления электрода на глубине 0,5 метра

Расчёт электролитического заземления

Расчёт электролитического заземления (расчёт сопротивления заземления) производится как расчет обычного горизонтального электрода в виде трубы, имеющей длину 2,4 метра с учетом влияния электролита на окружающий грунт (коэффициент С).

Формула расчёта сопротивления заземления одиночного горизонтального электрода с добавлением поправочного коэффициента:

где:
ρ – удельное сопротивление грунта (Ом* м )
L – длина заземлителя (м)
d – диаметр заземлителя (м)
T — заглубление (расстояние от поверхности земли до заземлителя) (м)
π — математическая константа Пи (3,141592)
ln — натуральный логарифм
С – коэффициент содержания электролита в окружающем грунте

Коэффициент C варьируется от 0,5 до 0,05.
Со временем он уменьшается, т.к. электролит проникает в грунт на бОльший объем, при это повышая свою концентрацию. Как правило, он составляет 0,125 через 6 месяцев выщелачивания солей электрода в плотном грунте и через 0,5 — 1 месяц выщелачивания солей электрода в рыхлом грунте. Процесс можно ускорить путем добавления воды в электрод при монтаже.

Для электролитического заземления ZANDZ формула расчёта сопротивления заземления упрощается до вида:

— для комплекта ZZ-100-102

где:
ρ – удельное электрическое сопротивление грунта (Ом* м )

Для расчёта взяты следующие величины:
L = 2,4 метра
d = 0,065 метра = 65 мм
T = 0,6 метра
С = 0,125

Расчёт заземления: практические данные

Стоит обратить внимание на тот факт, что получаемые практически результаты ВСЕГДА отличаются от теоретических расчетов заземления.

В случае глубинного / модульного заземления — разница связана с тем, что в формуле расчёта чаще всего используется НЕИЗМЕННОЕ ОЦЕНОЧНОЕ удельное сопротивление грунта НА ВСЕЙ глубине электрода. Хотя в реальности, такого никогда не наблюдается.

Даже если характер грунта не меняется — его удельное сопротивление уменьшается с глубиной: грунт становится более плотным, более влажным; на глубине от 5 метров часто находятся водоносные слои.

Фактически, получаемое сопротивление заземления будет ниже расчётного в разы (в 90% случаев получается сопротивление заземления в 2-3 раза меньше).

В случае электролитического заземления — разница связана с тем, что в формуле расчета используется коэффициент «С» , берущийся в расчёт как усредненная поправочная величина, которую нельзя описать в виде формул и зависимостей. Определяется он исходя из множества характеристик грунта (температура, влажность, рыхлость, диаметр частиц, гигроскопичность, концентрации солей и т.п.)

Процесс выщелачивания длителен и относительно постоянен. Со временем концентрация электролита в окружающем грунте растёт. Также растёт объём грунта с присутствием электролита вокруг электрода. Через 3-5 лет после монтажа этот получившийся «полезный» объём можно описать трёхметровым радиусом вокруг электрода.

Из-за этого, сопротивление электролитического заземления ZANDZ со временем существенно падает . Замеры показали уменьшение в разы:

• 4 Ома сразу после монтажа
• 3 Ома через 1 год
• 1,9 Ома спустя 4 года

Расчёт заземления в виде нескольких электродов

Расчёт заземления (расчёт сопротивления заземления) для нескольких электродов модульного заземления производится как расчёт параллельно-соединенных одиночных заземлителей.

Формула расчёта с учетом взаимного влияния электродов — коэффициента использования:

где:
R1 – сопротивление одиночного заземлителя/электрода (Ом)
Ки – коэффициент использования
N – количество электродов в заземлителе

Вклад соединительного заземляющего проводника здесь не учитывается.

Расчёт необходимого количества заземляющих электродов

Проведя обратное вычисление получим формулу расчёта количества электродов для необходимой величины итогового сопротивления сопротивления (R):

где:
] [ — округление результата в бОльшую сторону.
R – необходимое сопротивление многоэлектродного заземлителя (Ом)
R1 – сопротивление одиночного заземлителя/электрода (Ом)
Ки – коэффициент использования

Вклад соединительного заземляющего проводника здесь не учитывается.

Расстояние между заземляющими электродами

При многоэлектродной конфигурации заземлителя на итоговое сопротивление заземления начинает оказывать свое влияние еще один фактор — расстояние между заземляющими электродами. В формулах расчёта заземления этот фактор описывается величиной «коэффициент использования».

Для модульного и электролитического заземления этим коэффициентом можно пренебречь (т.е. его величина равна 1) при соблюдении определенного расстояния между заземляющими электродами:

• не менее глубины погружения электродов — для модульного
• не менее 7 метров — для электролитического

Соединение электродов в заземлитель

Для соединения заземляющих электродов между собой и с объектом в качестве заземляющего проводника используется медная катанка или стальная полоса.

Сечение проводника часто выбирается — 50 мм² для меди и 150 мм² для стали. Распространено использование обычной стальной полосы 5*30 мм.

Для частного дома без молниеприёмников достаточно медного провода сечением 16-25 мм² .

Подробнее о прокладке заземляющего проводника можно ознакомиться на отдельной странице «Монтаж заземления».

Сервис расчёта вероятности удара молнии в объект

Если помимо заземляющего устройства Вам предстоит установить систему внешней молниезащиты, Вы можете воспользоваться уникальным сервисом расчета вероятности удара молнии в объект, защищённый молниеприёмниками. Сервис разработан командой ZANDZ совместно с ОАО «Энергетический институт им.Г.М.Кржижановского» (ОАО «ЭНИН»)

Этот инструмент позволяет не просто проверить надёжность системы молниезащиты, но и выполнить наиболее рациональный и правильный проект защиты от молнии, обеспечивая:

• меньшую стоимость конструкции и монтажных работ, уменьшая ненужный запас и используя менее высокие, менее дорогие в монтаже, молниеприёмники;
• меньшее количество ударов молнии в систему, сокращая вторичные негативные последствия, что особенно важно на объектах со множеством электронных приборов (количество ударов молнии уменьшается с уменьшением высоты стержневых молниеприёмников).

Функционал сервиса позволяет рассчитать эффективность запланированной молниезащиты в виде понятных параметров:

• вероятность прорыва молнии в объекты системы (надёжность системы защиты определяется как 1 минус величина вероятности);
• число ударов молнии в систему в год;
• число прорывов молнии, минуя защиту, в год.

Имея подобную информацию, проектировщик может сравнить требования заказчика и нормативной документации с полученной надежностью и принять меры по изменению конструкции молниезащиты.