Розрахунок заземлення та його особливості

Найважливішою функцією заземлення є електробезпека. Перед його установкою в приватному будинку, на підстанції і в інших місцях необхідно провести розрахунок заземлення.

Як виглядає заземлення приватного будинку

Електричний контакт з землею створює занурена в грунт металева конструкція з електродів разом з підключеними проводами – все це являє собою заземлюючих пристроїв (ЗУ).

Місця з’єднання з ЗУ провідника, захисного проводу або екрану кабелю називаються точками заземлення. На малюнку нижче зображено заземлення з одного вертикального металевого провідника довжиною 2500 мм, вкопаного в землю. Його верхня частина розміщується на глибині 750 мм в траншеї, ширина якої в нижній частині становить 500 мм і у верхній – 800 мм. Провідник може бути пов’язаний зварюванням з іншими такими ж заземлювачами в контур горизонтальними пластинами.

Вид найпростішого заземлення приміщення

Після монтажу заземлення траншея засипається грунтом, а один з електродів повинен виходити назовні. До нього підключається дріт над поверхнею землі, який йде до шини заземлення в електрощиті управління.

При знаходженні обладнання в нормальних умовах на точках заземлення напруга буде нульовим. В ідеальному випадку при короткому замиканні опір ЗУ дорівнюватиме нулю.

При виникненні в заземленої точки потенціалу, має відбутися його занулення. Якщо розглянути будь-який приклад розрахунку, можна побачити, що струм короткого замикання Iз має певну величину і не може бути нескінченно великим. Грунт має опір розтікання струму Rз від точок з нульовим потенціалом до заземлювача:

Rз = Uз / Iз, де Uз – напруга на заземлителе.

Рішення завдання правильного розрахунку заземлення особливо важливо для електростанції або підстанції, де зосереджено багато обладнання, що працює під високою напругою. 

Величина Rз визначається характеристиками навколишнього грунту: вологістю, щільністю, вмістом солей. Тут також важливими параметрами є конструкції заземлювачів, глибина занурення і діаметр підключеного проводу, який повинен бути таким же, як у жив електропроводки. Мінімальна поперечний переріз голого мідного дроту становить 4 мм 2, а ізольованого – 1,5 мм 2.

Якщо фазний провід торкнеться корпусу електроприладу, падіння напруги на ньому визначається величинами Rз і максимально можливого струму. Напруга доторку Uпр завжди буде менше, ніж Uз, оскільки його знижують взуття і одяг людини, а також відстань до заземлювачів.

На поверхні землі, де розтікається струм, також існує різниця потенціалів. Якщо вона висока, людина може потрапити під крокові напругу Uш небезпечне для життя. Чим далі від заземлювачів, тим воно менше.

Величина Uз повинна мати допустиме значення, щоб забезпечити безпеку людини.

Знизити величини Uпр і Uш можна, якщо зменшити Rз, за ??рахунок чого також зменшиться струм, що протікає через тіло людини.

Якщо напруга електроустановки перевищує 1 кВ (приклад – підстанції на промислових підприємствах), створюється підземна споруда з замкнутого контуру у вигляді рядів металевих стрижнів, забитих в землю і з’єднаних зварюванням між собою за допомогою сталевих смуг. За рахунок цього проводиться вирівнювання потенціалів між суміжними точками поверхні.

Безпечна робота з електромережами забезпечується не тільки за рахунок наявності заземлення електроприладів. Для цього ще потрібні запобіжники, автоматичні вимикачі та УЗО.

Заземлення не тільки забезпечує різниця потенціалів до безпечного рівня, але і створює струм витоку, якого повинно вистачати для спрацьовування захисних засобів.

З’єднувати з заземлювачем кожен електроприлад недоцільно. Підключення виробляють через шину, розташовану в квартирному щитку. Введенням для неї служить дріт заземлення або провід РЕ, прокладений від підстанції до споживача, наприклад, через систему TN-S.

Розрахунок заземлюючого пристрою

Розрахунок полягає у визначенні Rз. Для цього необхідно знати питомий опір грунту?, Що вимірюється в Ом * м. За основу беруть його середні значення, які зводять в таблицю.

Визначення питомого опору грунту

ГрунтУдельное опір р, Ом * мГрунтУдельное опір р, Ом * м
Пісок при глибині залягання вод менше 5 м 500 Садова земля 40
Пісок при глибині залягання вод менше 6 і 10 м 1000 чорнозем 50
Супісок водонасиченню (текуча) 40 Кокс 3
Супісок водонасиченню волога (пластинчаста) 150 граніт 1100
Супісок водонасиченню слабовлажная (тверда) 300 Кам’яне вугілля 130
глина пластична 20 Мел 60
глина напівтверда 60 суглинок вологий 30
суглинок 100 глинистий мергель 50
торф 20 вапняк пористий 180

З наведених у таблиці значень видно, що значення? залежить не тільки від складу грунту, але і від вологості.

Крім того, табличні величини питомих опорів множать на коефіцієнт сезонності Kм, що враховує промерзання грунту. Залежно від нижчої температури (0С) його значення можуть бути наступними:

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

Значення коефіцієнта Kм залежать від способу закладення заземлювачів. В чисельнику наведені його значення при вертикальному зануренні заземлювачів (із закладенням вершин на глибині 0,5-0,7 м), а в знаменнику – при горизонтальному розташуванні (на глибині 0,3-0,8 м).

На обраній ділянці? грунту може істотно відрізнятися від середніх табличних значень через техногенних або природних факторів.

Коли проводяться орієнтовні розрахунки, для одиночного вертикально заземлювача Rз? 0,3 •? • Kм.

Точний розрахунок захисного заземлення виробляють за формулою:

Rз =? / 2? L • (ln (2l / d) + 0.5ln ((4h + l) / (4h-l)), де:

  • l – довжина електрода;
  • d – діаметр прута;
  • h – глибина залягання середньої точки заземлювачів.

Для n вертикальних електродів, з’єднаних зверху зварюванням Rn = Rз / (n • Kісп), де Kісп – коефіцієнт використання електрода, що враховує екранує вплив сусідніх (визначається по таблиці).

Розташування заземлюючих електродів

Формул розрахунку заземлення існує багато. Доцільно застосовувати метод для штучних заземлювачів з геометричними характеристиками відповідно до ПУЕ. Напруга живлення становить 380 В для трифазного джерела струму або 220 В однофазного.

Нормоване опір заземлювача, на яке слід орієнтуватися, становить не більше 30 Ом для приватних будинків, 4 Ом – для джерела струму при напрузі 380 В, а для підстанції 110 кВ – 0,5 Ом.

Для групового ЗУ вибирається гарячекатаний куточок з полицею не менше 50 мм. Як горизонтальних сполучних перемичок використовується смуга перерізом 40х4 мм.

Визначившись зі складом грунту, по таблиці вибирається його питомий опір. Відповідно до регіоном, підбирається підвищувальний коефіцієнт сезонності Kм.

Вибір кількості та спосіб розташування електродів ЗУ. Вони можуть бути встановлені в ряд або в вигляді замкнутого контуру.

Замкнутий контур заземлення в приватному будинку

При цьому виникає їх екрануючої вплив один на одного. Воно тим більше, чим ближче розташовані заземлювачі. Значення коефіцієнтів використання заземлювачів Kісп для контуру або розташованих в ряд, відрізняються.

Значення коефіцієнта Kісп при різних розташуваннях електродів

Розташування електродів в ряд
Кількість заземлені. n (шт.) Відношення відстані між заземлювачами до їх довжині
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
Розташування електродів в ряд
Кількість заземлені. n (шт.) Відношення відстані між заземлювачами до їх довжині
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

Вплив горизонтальних перемичок незначно і в оціночних розрахунках може не враховуватися.

Приклади розрахунку контуру заземлення

Для кращого освоєння методів розрахунку заземлення краще розглянути приклад, а краще – кілька.

приклад 1

Заземлювачі часто роблять своїми руками зі сталевого куточка 50х50 мм довжиною 2,5 м. Відстань між ними вибирається рівним довжині – h = 2.5м. Для глинистого грунту? = 60 Ом • м. Коефіцієнт сезонності для середньої смуги, обраний за таблицями, дорівнює 1,45. З його урахуванням? = 60 • 1,45 = 87 Ом • м.

Для заземлення по контуру риється траншея глибиною 0,5 м і в дно забивається куточок.

Розмір полиці куточка приводиться до умовного діаметру електрода:

d = 0.95 • p = 0.995 • 0.05 = 87 Ом • м.

Глибина залягання середньої точки куточка складе:

h = 0,5l + t = 0.5 • 2.5 + 0.5 = 1.75 м.

Підставивши значення в раніше наведену формулу, можна визначити опір одного заземлювача: R = 27.58 Ом.

За наближеною формулою R = 0.3 • 87 = 26.1 Ом. З розрахунку випливає, що одного стержня буде явно недостатньо, оскільки за вимогами ПУЕ величина нормованого опору становить Rнорм = 4 Ом (для напруги мережі 220 В).

Кількість електродів визначається методом наближення за формулою:

n = R1 / (kіспRнорм) = 27,58 / (1 • 4) = 7 шт.

Тут спочатку приймається kісп = 1. За таблицями знаходимо для 7 заземлювачів kісп = 0,59. Якщо підставити це значення в попередню формулу і знову перерахувати, вийде кількість електродів n = 12 шт. Потім проводиться новий перерахунок для 12 електродів, де знову по таблиці знаходиться kісп = 0,54. Підставивши це значення в ту ж формулу, отримаємо n = 13.

Таким чином, для 13 куточків Rn = Rз / (n *?) = 27,58 / (13 • 0,53) = 4 Ом.

приклад 2

Потрібно виготовити штучне заземлення з опором Rнорм = 4 Ом, якщо? = 110 Ом • м.

Заземлювач виготовляється зі стрижнів діаметром 12 мм і довжиною 5 м. Коефіцієнт сезонності по таблиці дорівнює 1,35. Ще можна врахувати стан грунту kг. Вимірювання його опору проводилися в посушливий період. Тому коефіцієнт склав kг = 0,95.

На основі отриманих даних за розрахункове значення питомої опору землі приймається наступна величина:

? = 1,35 • 0,95 • 110 = 141 Ом • м.

Для одиночного стрижня R =? / L = 141/5 = 28,2 Ом.

Електроди розташовуються в ряд. Відстань між ними повинна бути не менше довжини. Тоді коефіцієнт використання складе за таблицями: kісп = 0,56.

Знаходимо число стрижнів для отримання Rнорм = 4 Ом:

n = R1 / (kіспRнорм) = 28,2 / (0,56 • 4) = 12 шт.

Після монтажу заземлення проводять виміри електричних параметрів на місці. Якщо фактичне значення R виходить вище, ще додаються електроди.

Якщо поруч знаходяться природні заземлювачі, їх можна використовувати.

Особливо часто це робиться на підстанції, де потрібно найнижча величина R. Устаткування тут використовується максимально: підземні трубопроводи, опори ліній електропередач і ін. Якщо цього недостатньо, додається штучне заземлення.

Природне заземлення на дачі через арматуру фундаменту

Пристрій розміщується всередині фундаменту, де шина для підключення виводиться назовні.

Будь наведений приклад можна використовувати як алгоритм розрахунку. При цьому для оцінки правильності може бути застосована онлайн-програма.

Як виглядає онлайн-програма, за допомогою якої можна розрахувати заземлення

Помилки монтажу. Відео

Уникнути помилок в монтажі заземлювального пристрою допоможе це відео.

Самостійні розрахунки заземлення є оціночними. Після його монтажу слід провести додаткові електричні вимірювання, для чого запрошуються фахівці. Якщо грунт сухий, потрібно використовувати довгі електроди через погану провідності. У вологому грунті поперечний переріз електродів слід брати якомога більше через підвищену корозії.

Ссылка на основную публикацию