Расчет защитного заземления

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.

? асчет заземляющего устройства

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.

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

raschetzazemlyayushegoustroystva_2115FC1C.jpg

1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.

raschetzazemlyayushegoustroystva_57AC462A.jpg

1.3. ? асстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

raschetzazemlyayushegoustroystva_93F7CE7B.jpg

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.

? асчеты для устройства искусственного заземления

Абсолютно точный расчет заземления произвести практически невозможно. Даже профессиональные проектировщики оперируют приблизительным количеством электродов и дистанциями между ними.

Причина сложности расчетов состоит в большом количестве внешних факторов, каждый из которых оказывает существенное влияние на систему. К примеру, нельзя предсказать точный уровень влажности, не всегда известна фактическая плотность грунта, его удельное сопротивление и так далее. В связи с неполной определенностью вводных данных итоговое сопротивление организованного контура заземления в конечном счете отличается от базового значения.

? азницу в проектируемых и реальных показателях нивелируют за счет монтажа дополнительных электродов или путем увеличения длины стержней. Тем не менее, предварительные расчеты важны, так как позволяют:

  • отказаться от лишних трат (или хотя бы уменьшить их) на покупку материалов, на земляные работы;
  • подобрать наиболее подходящую конфигурацию заземлительной системы;
  • выбрать правильный план действий.

? асчет контура заземления для защиты электрооборудования

Для облегчения расчетов существует разнообразное программное обеспечение. Однако чтобы разобраться в их работе, необходимы определенные познания о принципах и характере вычислений.

к содержанию ↑

Виды заземляющих конструкций

? асчёт 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.

Заземление электроприемника

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:

  • Заземление домаметаллические 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.

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.

Заземление 3

Для подсчётов удобнее всего пользоваться табличными значениями, полученных в результате практического применения формулы.

Система заземления при расположении электродов последовательно
? асстояние 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
? асстояние 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:

Формула 2

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:

Формула 3

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

Методики и? программы для расчета заземления

Для облегчения процесса можно воспользоваться различными программами, которые по? определенным методикам помогают рассчитать заземление на? основе введенных в? специальные поля данных и? измерений. Список наиболее популярных:

  • «Электрик». Это многофункциональная программа, позволяющая рассчитывать множество электрических величин, которые нужны при осуществлении монтажных работ любой сложности. Методика вычисления параметров заземления лишь одна из? функций ПО;
  • «Акула». Еще одно известное приложение, которое, кроме заземления, способно рассчитать систему грозозащиты, электрическую проводку или освещение;
  • ElectriCS Storm. Возможности программы позволяют не? только вычислить параметры заземляющего устройства, но? и? громоотвод или магнитную совместимость. Единственный недостаток ElectriCS Storm в? том, что пользоваться им? сможет только профессионал;
  • «Заземление». Простая в? использовании программа, которая подойдет даже новичку. Она использует простые алгоритмы расчета с? несколькими полями ввода;
  • «? асчет заземляющих устройств». Аналог предыдущего решения, но? с? возможностью расчета молниезащиты. Обладает таким? же простым и? понятным интерфейсом на? русском языке.

Программа «Электрик»

Важно!? Основной недостаток подобных программ в? том, что они обычно используют только один метод расчета и? не? позволяют изменить его или ознакомиться с? методикой.

Принципы и правила вычислений

Грунт — один из составляющих элементов системы заземления. Его параметры имеют важное значение и участвуют в расчетах так же, как и длина металлических деталей.

При проведении расчетов используют формулы, указанные в Правилах устройства электроустановок. Применяются переменные данные, собираемые установщиком системы, и постоянные параметры (есть в таблицах). К постоянным данным относится, например, сопротивление грунта.

к содержанию ↑

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.

Заземление 4

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:

Формула 4

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.

Как рассчитать контур заземления

? асчет заземляющего устройства электроустановок выполняется пошагово:

  1. ? ассчитывают значение сопротивления группового заземлителя. Это можно найти в? ПУЭ.
  2. Выяснять, каково удельное сопротивление грунта. Хорошо, если есть данные исследований специальной геологической организации. В? противном случае придется использовать данные из? таблиц.
  3. Определяют местоположение работ заземления и? климатическую зону по? соответствующей таблице.
  4. Находят коэффициент сезонности вертикального или горизонтального заземлителя, который зависит от? его габаритов.
  5. В? зависимости от? количества заземлителей определяют коэффициент их? использования.
  6. ? ассчитывают сопротивление исходя из? типа заземлителя.
  7. Находят сопротивление группового заземлителя.

? асчет заземляющего устройства и? контура заземления должен производиться по? формулам

Видео по теме

Хорошая реклама

Какое расстояние между вертикальными заземлителями

Есть ряд правил, которые касаются учета расстояния между вертикальными заземлителями, если их? несколько. Устройства вбивают в? ряд или по? некому контуру на? глубину, при которой от? верха прибора до? поверхности грунта остается? 50-80 см.

К? сведению!? ? асстояние между заземлителями вертикального типа должно составлять не? менее? 2,5-3 м.

? асчет переносного заземления

Перед расчетом переносного заземления (ПЗ) следует учесть, что для этого типа защитных приборов требования к сопротивлению стеканию тока еще более высокие, чем у стационарных ЗУ (фото ниже).

Обратите внимание: Самое главное в этой ситуации – правильно рассчитать сечение заземляющих проводов переносного устройства, определяющих эффективность его действия.

переносное заземлениеУстройство переносного заземления из четырех заземлителей

При решении этой проблемы, прежде всего, следует научиться различать сети и установки с различными действующими напряжениями. Провода ПЗ (согласно требованиям действующих стандартов) должны выдерживать продолжительный нагрев при замыкании в питающих линиях трехфазного и однофазного напряжения. Для электроустановок с этим показателем до 1000 Вольт выбирается шина сечением не менее 16 кв. мм.

В сетях, где напряжение превышает 1000 Вольт, предельная величина сечения проводов ПЗ не должна быть менее 25 мм2. Точный расчет этого значения производится обычно по следующей формуле:

S = ( Iуст √tф ) / 272

где Iуст – это ток короткого замыкания;

– время его действия в секундах;

272– коэффициент, указывающий на тип металла проводника и отличающийся для разных токов КЗ (для меди, в частности он равен 250, а в расчетах взят с небольшим запасом).

В случаях, когда действующее напряжение не превышает 6-10 кВ – требуемое для надежной защиты сечение провода колеблется в пределах от 120 до 185 мм2. Поскольку комплект переносных заземлений с такими шинами будет очень тяжелым и неудобным в работе – согласно ПУЭ допускается использовать несколько ПЗ с меньшим сечением. При подготовке рабочего места такие заземления включаются в защищаемую цепь параллельно.

В последнем случае в формулу подставляются максимальные значения по времени воздействия тока короткого замыкания, а в трехфазных цепях искомая величина определяется для каждой их фаз. Во втором случае особое внимание уделяется аккуратности обустройства ПЗ, чтобы избежать недопустимого в условиях наложения защитного заземления межфазного замыкания.

Дополнительная информация: При обустройстве переносной конструкции не допускается применять кабель в изоляции, не позволяющей визуально контролировать состояние рабочих жил.

Помимо этого комплект такого заземления обязательно оснащается достаточно «мощными» зажимами, посредством которых элементы переносной конструкции надежно закрепляются на токопроводящих частях. Для их фиксации на заземляющих проводах должны применяться крепления, позволяющие обходиться без переходных элементов. Такая предусмотрительность позволит увеличить площадь контакта и повысить надежность имеющегося соединения. В этом случае конструкция способна выдержать значительные по величине токи и сохранить свою работоспособность в течение длительного времени.

При наложении такого заземления в трехфазных силовых цепях с напряжениями выше 1000 Вольт для получения более надежного контакта допускается использовать сварку. В исключительных случаях согласно ПУЭ разрешено болтовое сочленение, но только при условии предварительной пайки контактной зоны. В заключение отметим, что в рассмотренной ситуации для образования надежного соединения потребуется комплексный подход (ограничиваться только одной пайкой, например, не допускается).

Таблица расчетов заземления

Ниже представлена основная таблица, которую используют при расчете параметров заземлителя.

Климатические зоны для определения коэффициента использования вертикальных заземлителей

? асчет заземления электроустановок не? предполагает под собой ничего сложного. Для выполнения простого расчета достаточно следовать пошаговым инструкциям, которые были представлены выше.

Экономное расходование материала

Выбор оптимальной схемы заземлителя

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).

Экономичный вариант устройства заземляющего контура

к содержанию ↑

Заключение

Поскольку самое высокое сопротивление грунта отмечается в сухое и морозное время, организацию заземлительной системы лучше всего запланировать именно на этот период. В среднем сооружение заземления занимает 1 – 3 рабочих дня.

До засыпки траншеи землей следует проверить работоспособность заземлительных устройств. Оптимальная среда для проверки должна быть как можно более сухой, в почве не должно быть много влаги. Поскольку зимы не всегда бывают бесснежными, проще всего заняться строительством системы заземления в летний период.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом