Домой Проводка Защитное заземление

Защитное заземление

203
0

Экономное расходование материала

c83da9fa58f2cfaecf3fc8148f3b8d1e.jpg

Так как сечение металла — не самый важный параметр, рекомендуется приобретать материал с наименьшей площадью сечения. Однако при этом нужно оставаться в пределах минимально рекомендуемых значений. Наиболее экономичные (но способные выдержать удары кувалды) варианты металлоизделий:

  • трубы диаметром 32 миллиметра и толщиной стенок от 3 миллиметров;
  • уголок равнополочный (сторона — 50 или 60 миллиметров, толщина — 4 или 5 миллиметров);
  • круглая сталь (диаметр от 12 до 16 миллиметров).

В качестве металлосвязи оптимальным выбором станет полоса из стали толщиной 4 миллиметра. В качестве альтернативы подойдет 6-миллиметровый стальной прут.

Обратите внимание! Горизонтальные стержни приваривают к вершинам электродов. Поэтому к расчетной дистанции между электродами следует добавить еще 18 – 23 сантиметра

Наружный участок заземления можно изготовить из 4-миллиметровой полосы (ширина — 12 миллиметров).

Заземляющий контур

Конструкция контура заземления, виды используемых материалов, ограничены условиями, которые содержатся в документах, к примеру, в ПУЭ, правилах устройства электроустановок.

Заземляться должны все без исключения электроустановки, как на подстанции, так и на предприятии или в быту.

Наиболее распространенной конструкцией заземляющего контура является один или несколько металлических штырей (заземлителей), заглубленных в землю и соединенных между собой сварным соединением. При помощи металлического проводника контур заземления соединяется с заземляемыми устройствами.

aaf1dc57314d4ff468ff6448a633887a.jpgКонтур заземления

В качестве заземлителей используются неокрашенные стальные или стальные обмедненные материалы, размеры которых не должны быть меньше приведенных ниже:

  • Прокат круглый – диаметр не менее 12 мм;
  • Уголок – не менее 50х50х4 мм;
  • Трубы – диаметром не менее 25 мм с толщиной стенок не менее 4 мм.

Чем лучше проводимость заземлителей, тем эффективнее работает заземление, поэтому самый предпочтительный вариант – использование медных электродов, но на практике это не встречается, ввиду высокой стоимости меди.

Ничем не покрытая сталь имеет высокую коррозионную способность, особенно на границе влажного грунта и воздуха, поэтому определена минимальная толщина стенок металла (4 мм).

Оцинкованный металл хорошо сопротивляется коррозии, но не в случае протекания токов. Даже самый минимальный ток вызовет электрохимический процесс, в результате чего тонкий слой цинка прослужит минимальное время.

Современные системы заземления выполняются на основе обмедненной стали. Поскольку количество меди для изготовления невысоко, то стоимость готовых материалов ненамного превышает стальные, а срок службы многократно возрастает.

Заземлитель из уголка

Наиболее распространенными конструкциями контуров заземления являются треугольное или рядное размещение электродов. Расстояние между соседними электродами должно составлять 1.2-2 м, а глубина закладки – 2-3 м. Глубина закладки (длина электродов) во многом зависит от характеристик грунта. Чем выше его электрическое сопротивление, тем глубже должны залегать электроды. В любом случае эта глубина должна превышать глубину промерзания грунта, поскольку замерзший грунт имеет высокое омическое сопротивление. То же самое относится и к участкам земли с низкой влажностью.

Там, где возможно протекание токов высокого значения, к примеру, на подстанции или предприятии с мощным оборудованием, подход к выбору конструкции контура заземления и его расчет имеют очень большое значение для безопасности.

Факторы сопротивления заземления

Заземляющий контур

Расчет защитного заземляющего устройства зависит от многих условий, среди которых можно выделить основные, которые используются при дальнейших расчетах:

  • Сопротивление грунта;
  • Материал электродов;
  • Глубина закладки электродов;
  • Расположение заземлителей относительно друг друга;
  • Погодные условия.

Сопротивление грунта

Сам по себе грунт, за несколькими исключениями, обладает низкой электропроводностью. Данная характеристика меняется, в зависимости от содержания влаги, поскольку вода с растворенными в ней солями является хорошим проводником. Таким образом, электрические свойства грунта зависят от количества содержащейся влаги, солевого состава и свойств грунта удерживать в себе влагу.

86b5f50c3622a2aa3e10192bee8e4c1f.jpgСтруктура грунта

Распространенные типы грунта и их характеристики

Тип грунта Удельное сопротивление ρ, Ом•м
Скала 4000
Суглинок 100
Чернозем 30
Песок 500
Супесь 300
Известняк 2000
Садовая земля 50
Глина 70

Из таблицы видно, что удельное сопротивление может отличаться на несколько порядков. В реальных условиях ситуация осложняется тем, что на разных глубинах тип грунта может быть различным и без четко выраженных границ между слоями.

Материал электродов

Эта часть расчетов наиболее проста, поскольку при изготовлении заземления используется только несколько разновидностей материалов:

  • Сталь;
  • Медь;
  • Обмедненная сталь;
  • Оцинкованная сталь.

Медь в чистом виде не используется по причине высокой стоимости, наиболее часто применяемые материалы – это чистая и оцинкованная сталь. В последнее время все чаще стали встречаться системы заземления, в которых используется сталь, покрытая слоем меди. Такие электроды имеют наименьшее сопротивление, которое имеет хорошую стабильность во времени, поскольку медный слой хорошо сопротивляется коррозии.

Наихудшие характеристики имеет ничем не покрытая сталь, поскольку слой коррозии (ржавчина) увеличивает переходное сопротивление на границе электрод-грунт.

bb61b13ac66b264d77aef76ae1ea56cd.jpgОбмедненные электроды

Глубина закладки

От глубины закладки электродов зависят линейная протяженность границы касания электрода и грунта и величина слоя земли, который участвует в цепи протекания тока. Чем больше этот слой, тем меньшее значение сопротивления он будет иметь.

На заметку. Кроме этого при установке электродов следует иметь в виду, что чем глубже они располагаются, тем ближе будут находиться к водоносному слою.

Расположение электродов

Данная характеристика наименее очевидна и трудна для понимания. Следует знать, что каждый электрод заземления имеет некоторое влияние на соседние, и чем ближе они будут расположены, тем меньше будет их эффективность. Точное обоснование эффекта довольно сложное, просто следует его учитывать при расчетах и строительстве.

Проще объяснить зависимость эффективности от количества электродов. Здесь можно привести аналогию с параллельно соединенными резисторами. Чем их больше, тем меньше суммарное сопротивление.

Расположение заземлителей в один ряд

Погодные условия

Наилучшие параметры заземляющее устройство имеет при повышенной влажности грунта. В сухую и морозную погоду сопротивление грунта резко возрастает и при достижении некоторых условий (полное высыхание или промерзание) принимает максимальное значение.

Обратите внимание! Для того чтобы минимизировать влияние погодных условий, глубина закладки электродов должна быть ниже максимальной глубины промерзания зимой или доходить до водоносного слоя для исключения пересыхания. .

Важно! Последующие расчеты необходимо производить для наихудших условий эксплуатации, поскольку во всех иных случаях сопротивление заземления будет снижаться. .

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

f871bf229ae05967520a1fe4053663ad.jpg

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:

e3c069710b0cb6df8112d387c6b1107f.png

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.

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

f5d0943cc884ff13413e6327115db020.jpg

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:

b36a993b41f08afb90a07175fcc83448.jpg

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:

c36c33285d7fd17c6df29f53e0d20e80.jpg

Монтаж и 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:

a02f60e072c77522e52dc74c3d761b50.jpg

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:

c17b27870ee29e450b1294d6d3083d9f.jpg

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:

94494fba9e455a349cfbc80380d34fba.jpg — в ряд; 3515af00deb45dfc411f911c851d5646.jpg— по контуру.

а – расстояние между заземляющими стержнями.

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

9c0f20ebe02b04688b03b941941adc1a.jpg

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

c331a540ae6469265dc19f15d5802555.jpg

ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).

0ddbd80247f6aa66a17760da24441299.png

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.

Пример расчета контура заземления

Для изготовления заземлителя обычно используется металлический уголок длиной 2,5-3 метра и размером 50х50 мм. При установке расстояние между элементами должно соответствовать их длине, или 2,5-3 метра. Показатель сопротивления для глиняного грунта будет 60 Ом*м. Согласно таблице климатических зон, значение сезонности для средней полосы составит около 1,45. Сопротивление будет равно: 60*1,45=87 Ом*м.

Пошаговый алгоритм монтажа заземления:

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

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

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

Компоненты защиты

Защитное заземление включает электроды, установленные в землю и соединенные электросвязью с заземляющей шиной.

В системе имеются такие элементы:

  1. Металлические стержни. Один или несколько металлических стержней направляют ток растекания в грунт. Обычно в качестве электродов используют отрезки длинномерного металла (трубы, уголок, круглые металлические изделия). В некоторых случаях используется листовая сталь.
  2. Металлический проводник, объединяющий несколько заземлителей в единую систему. Обычно в этом качестве используют установленный по горизонтали проводник в виде уголка, прута или полосы. Металлическую связь приваривают к концам закопанных в землю электродов.
  3. Проводник, соединяющий находящийся в грунте заземлитель с шиной, которая имеет связь с защищаемым оборудованием.

Два последних элемента называются одинаково — заземляющий проводник. Оба элемента выполняют идентичную функцию. Различие кроется в том, что металлосвязь находится в грунте, а проводник подключения заземления к шине располагается на поверхности. В связи с этим к проводникам предъявляются неодинаковые требования по устойчивости к коррозии.

Естественное заземление

Во времена, когда перечень электробытовой техники в жилище ограничивался одним телевизором, холодильником и стиральной машиной, заземляющие устройства использовались редко. Защита от утечки тока возлагалась на естественные заземлители, такие как:

  • неизолированные металлические трубы;
  • обсадка водяных скважин;
  • элементы металлических заборов, уличные фонари;
  • оплетка кабельных сетей;
  • стальные элементы фундаментов, колонн.

300804c7f91a472469e0af2631c67692.jpg

Лучший вариант естественного заземления — водопроводная магистраль из стали. За счет своей большой длины водопроводы сводят к минимуму сопротивление току растекания. Эффективность водопроводов достигается еще и благодаря их прокладке ниже уровня сезонного промерзания, а потому на их защитные качества не влияют ни жара, ни холод.

Металлические элементы подземных железобетонных изделий подходят для заземлительной системы, если соответствуют следующим требованиям:

  • имеется достаточный (по нормам Правил устройства электроустановок) контакт с глинистой, супесчаной или влажной песчаной основой;
  • при строительстве фундамента арматура на двух или более участках была выведена наружу;
  • металлические элементы имеют сварные соединения;
  • сопротивление арматуры соответствует регламенту ПУЭ;
  • имеется электросвязь с шиной заземления.

Обратите внимание! Из всего перечня указанных выше естественных заземлений рассчитываются только подземные железобетонные конструкции. . Эффективность функционирования естественного заземления устанавливается на основе измерений, проведенных уполномоченным лицом (представителем Энергонадзора)

На основе проведенных замеров специалист даст рекомендации относительно необходимости установки дополнительного контура к естественному контуру заземления. Если естественная защита отвечает требованиям нормативов, Правила устройства электроустановки указывают на нецелесообразность дополнительного заземления.

Эффективность функционирования естественного заземления устанавливается на основе измерений, проведенных уполномоченным лицом (представителем Энергонадзора). На основе проведенных замеров специалист даст рекомендации относительно необходимости установки дополнительного контура к естественному контуру заземления. Если естественная защита отвечает требованиям нормативов, Правила устройства электроустановки указывают на нецелесообразность дополнительного заземления.

Расчет заземляющего контура

Расчету контура заземления предшествует обработка и анализ грунта, в котором будет заложен контур заземления, потому что у каждой категории почвы свои показатели электрической проводимости. Удельное сопротивление почвы определяют на основе таких показателей:

  • плотность грунта;
  • химический и механический состав почвы;
  • температурный режим;
  • влажность.

Уже навскидку видно, что этот показатель в зависимости от погодных условий и времени года будет существенно меняться, поэтому при расчетах берутся за основу наивысшие сезонные характеристики удельного сопротивления.

4d54f725016a1f7d191313bd92567925.jpg

При расчете сопротивления заземлителя вертикального одиночного типа применяют формулу:2d53f73c6f8c586a1a94d27dc7e64520.jpg
где:

  1. R₁ (Ом) — рассчитываемое сопротивление стержня одиночного заземлителя.
  2. ∏ (3,141592) — константа.
  3. Ρ (Ом∙м) — удельное сопротивление почвы.
  4. L (м) — длина стержня заземляющего устройства.
  5. ln — натуральный логарифм.
  6. T (м) — расстояние от центра стержня до уровня поверхности земли.
  7. d (м) — диаметр стержня (м).

Расчет сопротивления заземлителя, который состоит из нескольких однотипных стержней, установленных на одной глубине, используют следующую формулу:5262c27acf4f10495d48ed9522a17c07.jpg
где:

  1. R (Ом) — рассчитываемое сопротивление заземляющего устройства состоящего из группы стержней.
  2. R₁ (Ом) — сопротивление одного стержня.
  3. K₁ — коэффициент воздействия электродов друг на друга.
  4. N — количество стержней, из которых состоит заземляющее устройство.

Коэффициент воздействия электродов между собой зависит от расстояния между ними. Не допускайте, чтобы это расстояние было меньше их длины. Оптимальный вариант, когда оно равно 2,2 длины стержней. Соединяют стержни в заземлителе многоэлектродного типа металлической полосой с минимальным сечением 150 мм2.

Вышеперечисленные формулы показывают, что сопротивление заземляющего устройства зависит от того, какое сопротивление грунта и длина электродов, то есть с увеличением электрического сопротивления грунта необходимо увеличивать длину электродов в заземлителе. Если грунт тяжелый и не позволяет вбить электроды на нужную глубину, необходимо использовать большее количество электродов, а если устройство заземлителя выполняется в условиях скальных пород повышенной твердости, придется выполнять заземляющее устройство горизонтального типа или устраивать электролитические заземлители.

Объекты, требующие оснащения контуром

Для безопасного проживания и условий труда, каждое помещение, в котором установлены промышленные или бытовые электроустановки обязано быть защищено.

Для этого, оборудуется как внутренний контур заземления, так и наружный. Защита должна быть установлена в помещениях:

  • С различными по мощности железными кожухами и корпусами приборов, станков и осветительных устройств.
  • В электрощитовых, в которых находятся стальные корпуса щитков, шкафов и другого электротехнического оборудования, а также в комплектных трансформаторных подстанциях (ктп).
  • В местах с металлоконструкциями, оболочками кабелей, проводов различного сечения, а также защитных стальных трубопроводов для кабелей.
  • Вторичная обмотка измерительного трансформатора.

Заземление не проводится:

  • для арматуры изоляторов и штырей, крепления их на опорах электропередачи;
  • оборудования установленного на заземленные корпуса электроустановок;
  • электроизмерительные устройства, автоматы защиты, установленные в электрощитках или на одной из стен камеры распределяющего устройства.

При особо оговоренных условиях может не заземляться металлическая защитная оболочка контрольного кабеля.

Наружный контур заземления потребует проведения земляных работ, поэтому, приготовьтесь к тяжелой и небыстрой работе.

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.

668855931a684ba5765b6bc7f3f77ce7.jpg

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:

1b3022ed33a52ca1beae9a23527c815c.png

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:

2736befc8919c545b2141a6d6d3f2b98.png

При это стоит учитывать, что скорее всего полученное значение будет дробным, поэтому его необходимо будет округлить в большую сторону.

Необходимость заземления

Несмотря на всю важность, расчёт защитного заземления и его установка стали обязательными относительно недавно. Ещё несколько десятилетий назад при обеспечении электроэнергией деревянных жилых домов проводили только нулевой провод и фазу, в то время как на производствах с целью обеспечения безопасности уже использовали заземление и зануление оборудования

В основе этих процессов лежит понятие нейтрали.

Этим термином в электрике принято обозначать место схождения трёх фаз, соединённых звездой. Вместе с заземлением эта точка образует глухозаземлённую нейтраль трансформатора. Чтобы заземлить электроприборы, их нужно соединить с нейтралью посредством специально приваренной шины. Для зануления оборудования нейтраль требуется соединить с нулевой шиной.

bdde8162be9fc56b1d87fd13ef934b60.jpg

Сегодня в жилых и общественных зданиях заземляют водопроводные, канализационные, газопроводные трубы, а также распределительные электрощитки. Защитное заземление создают путём соединения с землёй металлических, не проводящих ток конструкций, которые могут оказаться под напряжением. Оно является обязательным для сетей:

  • Переменного тока — при напряжении от 380 В.
  • Постоянного тока — при напряжении от 440 В.

В наружных установках и помещениях повышенной опасности заземляющие конструкции устанавливаются при напряжении выше 42 В для переменного тока и выше 110 В — для постоянного. Помещения, в которых существует риск возникновения взрыва, заземляются при любом уровне напряжения.

Измерение контура заземления

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

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

d2268ee984bde5aea4ae01d2a91e4db2.jpg

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

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

f9ccb64b965a5202c5421f9bcef13e75.jpg

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

Похожие статьи

  • Как сделать слив воды в бане с деревянными поламиОсновной проблемой бани с моечной комнатой является отведение из нее стоков. Поэтому варианты технологий, как сделать слив воды в бане с деревянными…
  • Как заменить трубы водопровода и канализации в квартире своими руками.Капитальный ремонт квартиры обязательно подразумевает замену всех инженерных коммуникаций. Эти работы выполняются в первую очередь. Замена труб…
  • Кухня – душа дома. Это то место, где вкусно пахнет едой и нередко собирается вся семья. Но именно здесь чаще всего на пол падают различные продукты,…

Строить или не строить

В уже изрядно забытую пору скудного количества бытовых электроприборов владельцы частных домов редко «баловались» устройством заземления. Считалось, что с задачей отведения утечки электричества превосходно справятся естественные заземлители, такие как:

  • стальные или чугунные трубопроводы, если вокруг них не уложена изоляция, т.е. имеется непосредственный плотный контакт с почвой;
  • стальная обсадка водяной скважины;
  • металлические опоры оград, фонарей;
  • свинцовая оплетка подземных кабельных сетей;
  • арматура фундаментов, колонн, ферм, заглубленных ниже горизонта сезонного промерзания.

Обратите внимание, что алюминиевая оболочка подземных кабельных коммуникаций не может использоваться в качестве элемента заземления, т.к. покрыта антикоррозионным слоем

Защитное покрытие препятствует рассеиванию тока в грунте.

e4efb76a36f4a3eda063f8db09c66890.jpg

Оптимальным естественным заземлителем признан стальной водопровод, проложенный без изоляции. Благодаря значительной протяженности минимизируется сопротивление току растекания. К тому же наружный водопровод укладывают ниже отметки уровня сезонного промерзания. Значит, на параметры сопротивления не будут влиять морозы и засушливая летняя погода. В эти периоды уменьшается влажность грунта, и, как следствие, увеличивается сопротивление.

Стальной каркас подземных железобетонных конструкций может служить элементом системы заземления, если:

  • с глинистым, суглинистым, супесчаным и влажным песчаным грунтом контактирует достаточная по нормам ПУЭ площадь;
  • в период сооружения фундамента арматура в двух или более местах была выведена на дневную поверхность;
  • стальные элементы данного естественного заземления были соединены между собой сваркой, а не проволочной связкой;
  • сопротивление арматуры, играющей роль электродов, рассчитано согласно требованиям ПУЭ;
  • установлена электрическая связь с заземляющей шиной.

Без соблюдения перечисленных условий подземные ж/б сооружения не смогут выполнить функцию надежного заземления.

4ab1cd2e05c2dea791c5e237a04d0684.jpg

Из всего набора вышеперечисленных естественных заземлителей расчетам подлежат только подземные ж/б конструкции. Точно вычислить сопротивление растеканию тока трубопроводов, металлической брони и каналов подземных силовых сетей не представляется возможным. Особенно если их прокладка осуществлялась пару десятилетий назад, и поверхность существенно изъедена коррозией.

Эффективность естественных заземлителей определяется путем банальных измерений, для производства чего нужно вызвать сотрудника местной энергослужбы. Показания его прибора подскажут, нужен или нет владельцу загородной собственности повторный заземляющий контур в качестве дополнения к существующим мерам заземления, выполненным компанией-поставщиком электроэнергии.

cc86017e76d6c0369ef055d2de01cbbb.jpg

При наличии на участке естественных заземлителей с соответствующими нормам ПУЭ значениями сопротивления, устраивать защитное заземление нецелесообразно. Т.е. если прибор «агента» энергоуправления показал меньше 4 Ом, организацию контура заземления можно отложить «на потом». Однако лучше перестраховаться и предупредить вероятные риски, для чего и сооружается искусственное заземляющее устройство.

Примеры, свидетельствующие о необходимости заземления

Впоследствии вы сможете убедиться, что программа работает виртуозно и сбои практически исключены. Для того чтобы вы в совершенстве могли осмыслить выданные программой расчеты, необходимо разобраться с некоторыми тонкостями работы программы.

Почему и когда технически целесообразно обустраивать заземление наглядно видно на примере работы современного телевизора и сетевого фильтра. Телевизоры последних поколений оборудованы специальным устройством, отключающим телевизор в случае перенапряжения. Для срабатывания этой функции телевизор должен быть заземлен, в случае его отсутствия устройство при возникновении указанных аварийных ситуаций будет “молчать”, что приведет к поломке дорогостоящего прибора. Теперь сетевой фильтр подключения компьютера – он также работает при наличии заземления, а без него это просто удлинитель, на который вы в таком случае зря выбросили деньги.

Как видите, техническая необходимость заземления электроприборов обоснована. Однако кроме этого существует и более важная необходимость обустройства заземления – безопасная эксплуатация электроприборов. О том, насколько это существенно, видно из такого примера: незаземленный холодильник расположен рядом с отопительной батареей, на его корпусе возникло относительно небольшое напряжение порядка 50—100 вольт. Для взрослого человека это напряжение при случайном прикосновении будет почти не ощутимым. А вот если к прибору прикоснется ребенок и одновременно (случайно или непредумышленно) в это же время дотронется до батареи центрального отопления, которая обязательно заземлена, он окажется между заземлением (батарея) и напряжением (холодильник), то есть, своим организмом создаст электрическую цепь: корпус холодильника, находящийся под напряжением – организм человека – заземленная батарея. Неокрепший детский организм очень восприимчив к току даже в небольших величинах, при его прохождении через организм последствия могут быть очень серьезными и даже фатальными. Поэтому риторического вопроса быть или не быть заземлению, ответ однозначный – Люди! С помощью защитного заземления обезопасьте себя и своих близких от рисковых ситуаций.

Обустройство заземления в современных многоэтажных домах не требует значительных работ. Электрическая проводка в этих домах кроме рабочих электрических жил включает в себя также и заземляющий провод. И чтобы работа электроприборов была безопасной, достаточно будет того, что вы установите электрическую розетку с тремя контактами, один из которых как раз и предусмотрен для подключения заземляющего провода.

Что касается домов и квартир, в которых обустройство электрической системы было выполнено без заземляющего провода, его необходимо проложить. Для варианта, когда распределительный щиток с электрическими счетчиками находится на лестничной площадке, при котором заземляющий или нулевой провод (зависит от того, какая у дома схема электропитания – четырех или пятипроводная) подсоединяют к металлическому корпусу электрического щитка, необходимо только найти свободную клемму для подсоединения на корпус.

Ни в коем случае не нарушайте непреложное правило – каждый провод заземления должен быть присоединен к отдельному винту.

А вот таким же образом выполнить эту работу в старенькой хрущевке быстрее всего не получится, потому что использовать рабочий нулевой провод для заземления запрещено – для этого должен быть отдельный заземлитель. Выход один – использовать в качестве заземляющих устройств естественные элементы токопроводящих конструкций, имеющих надежный контакт с землей или специальные искусственные заземлители.

В качестве естественных заземлителей можно использовать арматуру фундамента, водопроводные трубы, исключая систему отопления, наружную металлическую оболочку бронированных кабелей (кроме алюминиевых кабелей).

Заземляющие устройства искусственного типа разделяются на вертикальные и горизонтальные: в одном случае это вбитые в грунт металлические стержни, соединенные между собой токопроводящей полосой, присоединенной к стержням сварным способом. В другом случае — металлические электроды, проложенные по горизонтальной схеме в земле. И располагать их необходимо обязательно ниже глубины промерзания грунта.

Правильные расчеты сопротивления заземляющего устройства

Эффективное заземление возможно только благодаря обоснованным предварительным расчетам, в которых основным изначальным параметром считается сопротивление заземляющего контура. Современными правилами электроустановок его значение не допускается больше 8 Ом для сети с напряжением 220 вольт и 4 Ом – при напряжении 380 вольт. Это требование к заземляющему устройству действует круглый год. Конечно, с уменьшением напряжения сети допускается увеличение сопротивления заземления контура до приемлемого значения, способного обеспечить безопасность людей, особенно детей, при соприкосновении с металлической поверхностью электроустановки в случае попадания на нее фазного напряжения. С уменьшением сопротивления заземления на корпусе электрического изделия, соответственно, будет оставаться меньшее напряжение.

Измеряют сопротивление заземления специальными измерительными приборами с высокой степенью точности.

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.

983f3f24adbb8624d1dfc267302a7db6.jpg

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.

Определение подходящего контура

Прежде всего необходимо выбрать форму контура. Конструкция обычно выполняется в виде определенной геометрической фигуры или простой линии. Выбор конкретной конфигурации зависит от размеров и формы участка.

Проще всего реализовать линейную схему, так как для монтажа электродов понадобится выкопать лишь одну прямую траншею. Однако установленные в линию электроды станут экранировать, что ухудшит положение с током растекания. В связи с этим при расчетах линейного заземления применяется поправочный коэффициент.

Наиболее распространенной схемой для создания защитного заземления выступает треугольная форма контура. По вершинам геометрической фигуры устанавливают электроды. Металлические штыри должны быть достаточно отдалены друг от друга, чтобы не препятствовать рассеиванию поступающих в них токов. Для обустройства защитной системы частного дома считается достаточным три электрода. Для организации эффективной защиты необходимо еще и правильно подобрать длину стержней.

Исходные для расчета контура заземления

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

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

Поэтому в расчете будут участвовать эти исходные.

Материал, требуемый для устройства контура заземления

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

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

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

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

Проведение расчета защитного контура

Сопротивление контура заземления следует проводить, определив несколько значений:

  1. Определить удельное сопротивление почвы на участке.
  2. Выявить влажность грунта.
  3. Уровень солености почвы.
  4. Средней температуры в регионе.
  5. Расстояние от фундамента до контура.
  6. Размеров заземлителей и других деталей устройства.

Методика расчетов «проста» — нужно знать множество физических формул и иметь инженерное образование. Но, как правило, никакая методика выполнения расчетов не может учитывать все значения. Поэтому, проведя монтаж наружного контура заземления и измерив, значение сопротивления защиты – вы увидите, что расчет не совпадает с фактическим результатом.

По этой причине, для обустройства в данном регионе выполняется типовой проект, остается только провести изменения, учитывая удаление устройства от здания. И затем проводят измерение сопротивления контура, вносят изменения до достижения номинального значения сопротивления, не более 4 Ом в жилищном строительстве.

Поэтому, выбрав лучшую схему, соблюдая все размеры и глубину забивания заземлителей, подобрав качественный материал, правильно сделать работу для вашего жилья не составит труда. А рассчитать заземление нужно обязательно для крупных промышленных и торговых зданий.

Виды заземляющих конструкций

Расчёт заземления следует проводить с учётом того, где оно будет располагаться. По месту расположения заземляющая конструкция может быть:

  • Выносной. Заземлитель устанавливается за пределами площади, на которой находятся приборы, нуждающиеся в отведении электрического заряда.
  • Контурной. Электроды размещаются по контуру площади с оборудованием, а также внутри неё.

cfca1c501460efa41f93fbbe570ab897.jpg

Заземление приборов, находящихся в закрытых помещениях, осуществляется путём прокладывания специальных магистралей для укладки проводов. Если электрооборудование располагается на открытой местности, необходимости в оборудовании магистралей нет, корпусы приборов могут соединяться с заземлительным контуром напрямую с помощью кабеля.

В качестве основных деталей в контурах могут использоваться естественные и искусственные заземлители. К первому типу относятся:

  • металлические корпуса зданий, соединённые с землёй;
  • свинцовые оболочки кабелей, колодцев, скважин;
  • подземные металлические коммуникации (кроме труб теплотрасс и магистралей для взрывчатых и горючих веществ).

Для отведения заряда от распределительных устройств и подстанций естественным путём обычно используются опоры отводящих воздушных линий электропередач. В качестве соединительных элементов в таких случаях выступают громозащитные тросы.

Когда возможность использования естественных элементов заземления отсутствует или они не дают нужного результата, их заменяют стержнями из угловой стали, стальными трубами или прутьями из стали.

Все заземлители искусственного типа должны иметь определённые размеры, которые следует учитывать, проводя расчёт контура заземления. В противном случае их использование не принесёт результата.

Расчет заземляющего контура

Расчёт заземления выполняется для того чтобы выявить сопротивление контура заземления, который сооружается при эксплуатировании, его габариты и форму.

Конструкция контура включает в себя:

  • Вертикальный заземлитель;
  • Горизонтальный заземлитель;
  • Заземляющий проводник.

Вертикальные устройства углубляются в грунт на определенное расстояние. Горизонтальные устройства объединяет между собой вертикальные составляющие элементы. При помощи заземляющего проводника происходит соединение контура заземления прямо с . Габариты и число этих заземлителей, интервал между ними, удельное сопротивление почвы – все эти параметры полностью зависят на сопротивление заземления. К чему сводится расчёт?

55a91defcaf6818671217fbe3118fc8c.jpgРасчёт заземления выполняется для того, чтобы выявить сопротивление контура заземления

Заземление необходимо для сокращения электронапряжения прикосновения до нормы.

Из-за заземления опасный потенциал отправляется в грунт, поэтому создается защита людей от удара электротоком. Величина электротока стекания в грунт зависит от сопротивления контура заземления. Чем сопротивление ниже, тем величина опаснейшего потенциала на поверхности пораженной электрической установки будет минимальнее. Устройства заземления должны удовлетворять возложенным на них особым требованиям, а именно данных сопротивления и растеканию электротоков и распределения опасного для жизни потенциала.

Исходя из этого, главный расчёт заземления защиты ведется к определению сопротивления и растеканию электротока устройства. Это сопротивление в прямой зависимости от габаритов и числа электропроводников заземления, интервала между ними, глубины их монтирования и электропроводимости почвы.

Что мы должны иметь по окончании расчета сопротивления контура заземления

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

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

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

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

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

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

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

где:

  • ρэкв — обозначает удельное сопротивление грунта эквивалентное. Измеряется в Ом*м. Определить его можно из таблицы. Подходит она в том случае, если грунт однородный;

b22307d873b34da94fa345c7926ca3b4.jpg

  • L — длина заземляющего стержня. Чем больше  ρэкв, тем больше  L . Если грунт такой, что электроды, длину которых мы рассчитали,в него не войдут, то выход в увеличении их количества;
  • d — диаметр электрода;
  • Т — длина промежутка земля-середина электрода.

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

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

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

Рассчитываем нужное количество стержней

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

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

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

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

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

  • от найденного ранее n0, отнимаем 1;
  • умножаем полученное на a — промежуток между стержнями.

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

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

Осталось подставить полученное в формулу и найти общее количество заземлителей:

здесь:

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

А вот теперь непосредственно формулы

С формой контура и с размерами элементов мы определились. Теперь можно загнать требующиеся параметры в специальную программу для электриков или воспользоваться приведенными ниже формулами. В соответствии с типом заземлителей выбираем формулу для производства расчетов:

3590bc09fbc396d2585c049da6d21113.jpg

Или воспользуемся универсальной формулой для расчета сопротивление одного вертикального стержня:

91e54871fc171ee0374e0f9a04b4d88e.jpg

Для вычислений потребуются вспомогательные таблицы с приблизительными значениями, зависящими от состава грунта, его усредненной плотности, способности удерживать влагу и от климатической зоны:

2665ed0dd794c3265ca445b9c81c03ec.jpg

Рассчитаем количество электродов, не учитывая значение сопротивления заземляющего горизонтального проводника:

0129e5a1032de154062c1588c47f064e.jpg

Вычислим параметры горизонтального элемента системы заземления – горизонтального проводника:

596718ef18af5049b37e4b91dd2a1c5c.jpg

Подсчитаем сопротивление вертикального электрода с учетом значения сопротивления горизонтального заземлителя:

d8004146717fc9bbe0fdedbccd08e2de.jpg

f3e51d6893d8e9d4f4659ecc87495a6b.jpg

Согласно результатам, полученным в результате усердных вычислений, запасаемся материалом и планируем время для устройства заземления.

Ввиду того что наибольшим сопротивлением наше защитное заземление будет обладать в засушливый и морозный период, его сооружением желательно заняться именно в это время. На строительство контура при правильной организации потратить нужно будет пару дней. Перед засыпкой траншеи надо будет проверить работоспособность системы. Это лучше сделать, когда в почве меньше всего содержится влаги. Правда, зима не слишком располагает к труду на открытых площадках, и земляные работы осложняет замерзший грунт. Значит, займемся строительством системы заземления в июле или в начале августа.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here