Расчет заземления

   Существует много полезных фактов о заземлении и операций, которые проводятся по отношении к нему. Одной из важных процедур, является расчет заземления. Это мероприятие необходимо для того, чтобы полностью вычислить сопротивление, которым будет обладать сооруженный контур заземляющего устройства.

   Владельцы отдельных домов и дач все больше начинают понимать, что пользование электроэнергией не только значительно облегчает выполнение повседневных бытовых потребностей, но и представляет определённые риски для человека. В жизни всегда существует возможность возникновения аварийной ситуации, которая может привести к получению электротравмы.

   Электрическая безопасность отдельного здания требует постоянного пристального внимания со стороны владельца. Одним из вопросов ее обеспечения является эксплуатация индивидуального контура заземления, который необходимо не только создать по определённой методике, но и правильно выбрать конструкцию, выполнив надежный расчет всех ее элементов.

   Сразу оговоримся, что осуществить его своими руками может любой человек, знакомый с основами электротехнических расчетов. Для этого ниже приведена методика его выполнения.

   Однако, она носит рекомендательный, ознакомительный характер и требует уточнения полученного результата в специализированной лаборатории, обладающей лицензией на право проведения экспертизы подготовленным персоналом проектировщиков, периодически подтверждающих свою квалификацию сдачей экзаменов в инспектирующих государственных органах.

Выбор конструкции заземления для расчета

   В электрической схеме зданий разного назначения работает большое количество различных видов заземлительных устройств. Среди них для бытовых целей лучше подходят изделия с:

  • одиночным глубинным заземлителем
  • несколькими электродами модульного типа вертикального расположения
  • электролитическим заземлением горизонтальной ориентации

   Последняя конструкция еще не обладает такой широкой известностью, как первые две перечисленные, но вполне может конкурировать с ними, выступать альтернативой.

   Предварительный расчет электрических характеристик каждой модели поможет определиться с наиболее подходящим типом заземления и остановить на нем свой выбор для дальнейшего монтажа, наладки, эксплуатации.

   Кратко на примерах рассмотрим методику их расчета.

Расчет контуров заземлений для жилых зданий

Назначение

   Расчет помогает проанализировать габариты и форму создаваемого контура для обеспечения допустимого электрического сопротивления аварийному току, отводимого от дома на потенциал земли.

   Заземление призвано снизить напряжение прикосновения человека до безопасного значения за счет растекания от него недопустимых токов и перераспределения опасных потенциалов.

   Для жилых зданий сопротивление контура не должно превышать 8 Ом при эксплуатации однофазной сети 220 вольт и 4 Ома — для трехфазной 380.

Факторы, влияющие на расчет контура

   Величина электрического сопротивления заземления зависит от:

  • проводимости грунта
  • применяемого в конструкции металла
  • формы и количества электродов
  • расстояния между заземлителями
  • глубины залегания контура

Характеристики грунтов

   Для учета их влияния на протекание токов используется термин «Удельное сопротивление грунта», единицей которого выбран «Ом∙м». Он обозначается латинской буквой ρ. Этот показатель зависит от многих факторов, включая влажность почвы и ее состав, изменяется в определённых пределах даже с учетом погодных условий.

   Величина удельного сопротивления грунта определяется измерением на местности, а его усредненные значения для предварительных ориентировочных расчетов сведены в таблицы. Электроды заземлителей с целью уменьшения климатического воздействия заглубляют в землю на 0,7 метра или больше.

   Сравнить влияние состава грунтов, влажности, температуры рабочей среды на величину этого показателя можно на основе предлагаемой таблицы.

   Таблица приближенных значений удельного сопротивления для грунтов и воды

№ п/п Рабочая среда -20°С -10°С -5°С Талый грунт
1 Песок 11500 8000 5000 500
2 Песок глинистый с примесями кварца (пылеватый) 3000 1200 1100 45
3 Супесь 1500 1000 500 800
4 Суглинок тяжелый 3500 1200 50
5 Глина с влажностью от 6% до 40% 3000 3000 550 70
6 Глина каменистая (слой 1÷3 м, а далее гравий) 12000 1000 100
7 Известняк 12600 7940 3000 2000
8 Чернозем 1000 800 500
9 Торф 1000 500 20
10 Вода речная 50-400
11 Вода озерная 50
 

Металл заземлителя

   Для изготовления электродов контура обычно выбирают:

  • нержавеющие легированные сорта стали;
  • обычные стальные сплавы, используемые для изготовления труб, уголков, прутков;
  • омедненные методами гальванопластики стальные сплавы.

   Величину их проводимости легко найти в технических справочниках.

Параметры контура, влияющие на расчет сопротивления заземления R

   Кроме удельного сопротивления грунта ρ, при проведении анализа необходимо учитывать:

  1. длину электрода L
  2. его диаметр D
  3. глубину залегания электрода от поверхности почвы до его середины T
  4. общее количество электродов N
  5. коэффициент использования K1 или Ки
  6. коэффициент содержания электролитов в грунте C

Расчет заземления из одиночного глубинного электрода

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

Расчет заземления

   Для расчета его электрического сопротивления используют формулу, приведенную ниже.

 
Расчет заземления
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
   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 из нескольких заглубленных электродов

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

Расчет заземления

   Формула расчета с учетом взаимного влияния электродов — коэффициента использования:

Расчет заземления

где:
R — рассчитываемое сопротивление заземлителя состоящего из нескольких стержней
R₁ — сопротивление одиночного стержня (Ом)
K₁ — коэффициент взаимного влияния электродов
N — количество стержней в заземлителе
   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):

Расчет заземления

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

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.

Расчет заземления
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 грунта

Электролитическое заземление, принцип работы

   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.

Расчет заземления

  Электролитическое заземление

1. Колодец для обслуживания
2. Специальная смесь минеральных солей
3. Заполнитель околоэлектродный
4. Электрод — заземлитель

   Соли, попадая в грунт, преобразуются под действием влаги почвы в электролит, который:

  1. повышает электропроводящие свойства грунта
  2. снижает температуру замерзания почвы около электрода и этим дополнительно уменьшает электрическое сопротивление контура заземления

   Эффективным приемом повышения работоспособности подобных конструкций является использование активаторов — специальных заполнителей с пониженным удельным сопротивлением. Их размещение снаружи электрода уменьшает переходное сопротивление в направлении от заземлителя к грунту и увеличивает площадь поверхности, с которой происходит токоотдача от электрода.

   Характерной особенностью подобных конструкций является то, что коэффициент С с течением времени постепенно уменьшается: сказывается медленное проникновение электролита в толщу грунта и увеличение его объема в нем.

   Электролит постепенно выщелачивает соли электрода даже в плотном грунте и понижает коэффициент С от 0,5 до 0,125 уже через полгода после ввода в эксплуатацию.

   Все эти особенности работы электролитических заземлителей более точно учитываются при расчете специалистами электротехнических лабораторий.

Видео, монтаж электролитического заземления

 

Как проверить качество смонтированного контура заземления

   Правильность отвода опасных токов от здания можно узнать только двумя путями:

  1. возникновением реальной аварийной ситуации и проверкой последствий ее прохождения;
  2. электрическими измерениями.

   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.

Какие измерения выполняет лаборатория

   Среди непосвященных людей часто возникает путаница с основными работами и терминами, выполняемых подобными организациями. Поэтому заострим внимание на их трактовке:

  1. измерение сопротивления заземления;
  2. проверка сопротивления заземления;
  3. измерение сопротивления изоляции.

   Как видим, все три вида работ очень похожи по названию, но они выполняются по разным технологиям, преследуя собственные, уникальные цели.

   Измерения сопротивления заземления предназначены выявить качество связей корпусов металлических приборов, к которым может прикоснуться человек, с потенциалом земли через заземлительное устройство. При этом измеряется электрическое сопротивление этого участка специальными приборами типа М416 или его современными аналогами различных модификаций.

   Проверки сопротивления заземления используются для анализа состояния молниезащиты здания. Ее оценка проводится для определения сопротивления контура при наихудших условиях эксплуатации с целью определения степени износа всей конструкции и предоставления рекомендаций по ее восстановлению.

   Для замера устанавливают штыри-электроды в нескольких точках местности и подают между ними и контуром разность потенциалов.

   Измерения сопротивления изоляции подразумевают:

  1. определения тангенса потерь диэлектрического слоя изоляции путем проведения испытаний повышенным напряжением;
  2. замеры мегаомметром.

   Все эти работы требуют специального дорогостоящего оборудования, которого у обычного электрика нет в пользовании.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!