Расчет контура заземления

Виды материала (профили)

Согласно требованиям ПУЭ, содержащим указания на то, каким должно быть сопротивление растекания тока в грунте, в большинстве случаев этот показатель устанавливается на уровне не более 4 Ом. Для получения этого значения обычно приходится приложить немало усилий, направленных на то, чтобы придерживаться заданных теми же требованиями технологий.

В первую очередь, это касается используемых при сборке заземляющего контура материалов, подбираемых, исходя из следующих условий:

• При выборе штырей предпочтение должно отдаваться заготовкам из черного металла;
• Наиболее часто применяется пруток типоразмером 16-20 мм или уголок с параметрами 50х50х5 мм и толщиной металла около 5 мм;
• Применять в качестве элементов контура арматуру не допускается, поскольку она обладает каленой поверхностью, влияющей на нормальное стекание тока;
• Для этих целей подходит именно чистый пруток, а не его арматурный заменитель.

Обратите внимание! Для районов с засушливым летом лучше всего подходят трубные толстостенные металлические заготовки, нижний конец которых сплющивается на конус, а затем в этой части трубы просверливаются несколько отверстий. Согласно положениям ПУЭ, перед их размещением в грунте сначала бурятся лунки нужной длины, поскольку забить их вручную достаточно проблематично

В случае особо засушливого лета и резком ухудшении параметров заземлителя в полые части труб заливается концентрированный соляной раствор, что позволяет получить такое сопротивление, какое должно быть в соответствии с требованиями ПУЭ. Длина трубных заготовок выбирается в пределах 2,5-3 метра, что вполне хватает для большинства российских регионов

Согласно положениям ПУЭ, перед их размещением в грунте сначала бурятся лунки нужной длины, поскольку забить их вручную достаточно проблематично. В случае особо засушливого лета и резком ухудшении параметров заземлителя в полые части труб заливается концентрированный соляной раствор, что позволяет получить такое сопротивление, какое должно быть в соответствии с требованиями ПУЭ. Длина трубных заготовок выбирается в пределах 2,5-3 метра, что вполне хватает для большинства российских регионов.

К этому виду профильных заготовок предъявляются особые требования, касающиеся порядка их размещения в почве и состоящие в следующем:

• Во-первых, трубные элементы защитного контура должны размещаться на глубине, превышающей уровень промерзания грунта не менее чем на 80-100 см;
• Во-вторых, в особо засушливых местностях примерно треть длины заземлителя должна достигать влажных слоёв почвы;
• В-третьих, при выполнении второго условия следует ориентироваться на особенности расположения в данном регионе так называемых «грунтовых вод». В случае если они находятся на значительной глубине, по правилу, сформулированному в положениях ПУЭ, необходимо будет подготовить более длинные трубные отрезки.

С видом и профилем используемых при обустройстве заземлителя штыревых заготовок можно ознакомиться на размещённом ниже рисунке.

Допустимые профили штырей

На практике в большинстве регионов России обычно применяются стальной уголок и полоса из того же металла. Для того чтобы получить более точные параметры используемых элементов заземления, потребуются данные геологических обследований. При наличии этой информации можно будет привлечь к обсчёту параметров заземлителя специалистов.

Из чего делается металлосвязь

Соединяющие штыри элементы (металлосвязь) обычно изготавливается из следующих электротехнических материалов:

• Типовая медная шина, имеющая сечение на менее 10 мм2;
• Алюминиевая полоса с поперечным сечением порядка 16 мм2;
• Стальная полоска 100 мм2 (типоразмер – 25х5 мм).

Классическая металлосвязь делается обычно в виде нарезанных по размеру стальных полос, крепящихся на сварку к уголкам или оголовкам прутка.

Важно! От качества сварочного сочленения зависит, сможет ли данное заземляющее устройство или контур пройти проверочные испытания на соответствие переходного сопротивления нормируемому значению (4 Ома)

При применении более дорогих алюминиевых (медных) полосок к ним на сварку крепится болт подходящего типоразмера, на котором впоследствии фиксируются подводящие шины

Главное, на что нужно обращать внимание при обустройстве любых соединений, – это надёжность получаемого в результате контакта

Для этого перед оформлением болтового сочленения необходимо тщательно зачистить обе соединяемые детали до появления блеска чистого металла. Дополнительно эти места желательно обработать шкуркой, а после закручивания болта хорошо его поджать, что обеспечит более надёжный контакт.

МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ КОНТРОЛЕ ЗУ

Работы по измерениям характеристик ЗУ должны производиться в соответствии с действующими Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок. Работы по измерениям электрических характеристик следует выполнять по нарядам.

При измерениях на действующих энергообъектах с использованием вынесенных токовых и потенциальных электродов должны приниматься меры к защите от воздействия полного напряжения на заземлителе при стекании с него тока однофазного КЗ на землю.

Персонал, производящий измерения, должен работать в диэлектрических ботах, диэлектрических перчатках, пользоваться инструментом с изолированными ручками.

Советуем изучить Принцип работы и разновидности преобразователей напряжения

При сборке измерительных схем следует сначала присоединять провод к вспомогательному электроду (токовому, потенциальному) и лишь затем к соответствующему измерительному прибору.

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.

Как пользоваться инженерным калькулятором – на примерах

Как возвести в степень

Чтобы возвести, к примеру, 12^3 вводите в следующей последовательности:

12 3

12, клавиша «икс в степени игрик» , 3, знак равенства

Ответ: 1728

Как найти корень кубический

Допустим, что мы извлекаем корень кубический из 729, нажмите в таком порядке:

729

729, «кубический корень из икс», равенства

Как найти корень на калькуляторе

Задача: Найти квадратный корень 36.

Решение: всё просто, нажимаем так:

36 y√x] 2

36, «корень из икса, в степени игрик», нужную нам степень 2, равно

Ответ: 6

При помощи этой функции вы можете найти корень в любой степени, не только квадратный.

Как возвести в квадрат

Для возведения в квадрат онлайн вычислительная программа содержит две функции:

«икс в степени игрик», «икс в квадрате»

Последовательность ввода данных такая же, как и раньше – сначала исходную величину, затем «x^2» и знак равно, либо если не квадрат, а произвольное число, необходимо нажать функцию «x^y», затем указать необходимую степень и так же нажать знак «равно».

Например: 45 6

Ответ: сорок пять в шестой степ. равно 8303765625

Нормативные документы, регламентирующие сопротивление заземления

Сопротивление заземления нормируется рядом нормативных документов. Выделим основные положения:

• ПУЭ 7 (п.1.7.101): Для трехфазного напряжения 380 В или однофазного 220 В, сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформатора (вместе со всеми естественными заземлителями и повторными заземлителями на отходящих линиях, если линий не менее двух) должно быть не более 4 Ом. При тех же напряжениях, сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали трансформатора должно быть не более 30 Ом. (п.1.7.103): Общее сопротивление всех повторных заземлений каждой линии трёхфазного напряжения 380 В или однофазного 220 В должно быть не более 10 Ом. Сопротивление заземлителя каждого из повторных заземлений этих линий должно быть не более 30 Ом.
• ПТЭЭП, приложение 3.1, таблица 36: Сопротивление заземляющего устройства при трехфазном напряжении 380 В или однофазном 220 В должно быть не более 30 Ом.
• Технический циркуляр № 31/2012: При питании от ВЛИ (воздушная линия электропередачи напряжением до 1 кВ с применением самонесущих изолированных проводов СИП) сопротивление повторного заземления у потребителя выбирается из условия обеспечения надежного срабатывания УЗО при повреждении изоляции (однофазное замыкание на землю) при отключенном PEN проводнике ответвления от ВЛИ. Сопротивление рассчитывается по току надежного срабатывания УЗО, равному 5 IΔn, но должно быть не более 30 Ом. При удельном сопротивлении грунта более 300 Ом×м допускается увеличение сопротивления до 150 Ом.

Переходя от системы TN к TT, когда здание имеет собственное заземление, никак не соединенное с заземленной нейтралью трансформатора, нужно руководствоваться пунктом 1.7.59 ПУЭ 7. В нем говорится, что требования к такому заземлению ниже, поскольку в этом случае в здании обязательна установка УЗО. Заземление должно иметь сопротивление, которое при утечке 50 В гарантированно даст ток выше тока срабатывания этого УЗО. Однако технический циркуляр № 31/2012 уточняет, что в случае схемы ТТ параметры повторного заземления выбираются такими же, как и для схемы TN — не более 30 Ом.

Нужно ли заземление в частном доме

При использовании в доме любых электроприборов всегда есть риск повреждения изоляции проводов или замыкание их на корпус. В таком случае любое касание человека опасной зоны приводит к поражению электрическим током, которое может закончиться трагически. Ток всегда стремится в землю, а человеческое тело становится проводником, соединяющим поврежденный прибор с землей.

Что дает заземление? По сути, это система, предоставляющая кратчайший путь электрическому току. По закону физики он выбирает проводник с наименьшим электрическим сопротивлением, и контур обладает таким свойством. Практически весь ток направляется в заземлитель, а потому через тело человека пройдет лишь незначительная его часть, которая не сможет причинить вред. Таким образом, контур заземления обеспечивает электробезопасность. Нормативные документы (ГОСТы, СНиП, ПУЭ) указывают, что любое частное, жилое строение должно быть им оборудовано при сетях переменного тока на напряжение выше 40 В и переменного тока – выше 100 В.

Кроме обеспечения безопасности, заземляющая система повышает надежность и долговечность бытовой техники. Она обеспечивает стабильную работу установок, защиту от перенапряжений и различных помех в сети, снижает воздействие внешних источников электромагнитных излучений.

Заземление не следует путать с громоотводами (молниеотводами). Хотя принцип их действия аналогичен, выполняют они разную задачу. Работа громоотвода заключается в отведении в землю разряда молнии при ее попадании в дом. В этом случае возникает мощный электрический заряд, который не должен попадать во внутреннюю сеть, т.к. способен просто расплавить провод или кабель. Именно поэтому линия громоотвода пролегает от приемников на крыше по внешнему контуру и не должна совмещаться с заземляющей, внутренней линией. У громоотвода и заземления может быть общий подземный контур (если имеет запас по сечению), но разводка обязательно разделяется.

Акула

Также представляет собой многофункциональную программу, которая помимо расчета заземляющего контура поможет вычислить систему грозозащиты, проводку освещение и другие параметры оборудования и электрических сетей. К преимуществам этого софта следует отнести его простоту и русифицированный интерфейс. Ее также как и предыдущий вариант, можно использовать на бесплатной основе.

Для расчета в соответствующие поля программы вводятся данные о сопротивлении грунта (учитывается по типу и толщине слоя), горизонтальных и вертикальных электродов.

Процесс использования программы заключается в следующем:

• в меню «Сервис» нужно выбрать опцию «Создать расчетный модуль»;
• укажите тип модуля, в нашем случае это «Расчет заземляющий устройств»;

Программа Акула создание модуля

Внесите нужные параметры в соответствующие поля и нажмите кнопку «Расчитать»

Показатели заземления

Расчетный показатель заземления это сопротивление растеканию. В  ПУЭ пункты 90-103 первой главы, указаны допустимые значения сопротивлений заземления.

Для частного дома важен пункт 1.7.101: Заземление у дома, должно иметь сопротивление току растекания следующие значения: 4 Ом (380 Вольт) и 8 Ом (220 Вольт) при трехфазном питании или 2 Ом (380 Вольт) и 4 Ом (220 В) при однофазном питании.

В качестве материалов для электродов заземлителя используется: стать черная, медь, сталь оцинкованная. Используются круглые, прямоугольные, трубные, угловые профили сечения (табл.1.7.4 ПУЭ).

Стоит напомнить, что элементы заземления это металлопрокат или металлоизделия. К слову говоря, чаще при работе с проводкой дома или квартиры нестандартные металлоконструкции делаешь своими руками. Редко обращаешься к специалистам и совсем редко, чаще при строительстве своего дома, используешь продукцию крупных предприятиях производства металлоконструкций и строительства.

В нестандартных ситуациях индивидуального строительства единственный выход качественной постройки становиться изготовление металлоконструкций на заказ на предприятии со своей производственной базой и современными методами обработки и сварки металлов.

Кроме этого покупая готовую металлоконструкцию, например, двутавровую сварную балку или кровельные материалы вы уже участвуете в производстве металлоконструкций крупных предприятий металлообработки.

Молниезащита промышленных зданий (промышленная молниезащита)

Рассмотрим молниезащиту промышленного здания, или любого другого крупногабаритного строения с прямой кровлей.

Существенным отличием является наличие прямой кровли, в этом случае используют метод расположения проводника (в основном применяют оцинкованный круг Ø8 мм.) в виде сетки. Это создает своеобразный экранированный барьер, предотвращающий попадание молнии в кровлю строения.

При этом используют кровельные держатели с бетоном или без.

Располагают держатели по всей поверхности кровли на расстоянии от 0,8 до 1,2 метров друг от друга.

Основным требованием, помимо взаимного расположения держателей (согласно ТКП 366-2011) является выдержка высоты. Проводник не должен находиться ближе 110 мм. к поверхности кровли.

Это требование выполняется габаритными размерами кровельного держателя (код: 30000 или код: 30001) ТерраЦинк.

Стоит отметить, что это требование (выдержать высоту 110 мм.) прописано только в технических требованиях Белорусских стандартов и в требованиях, прописанных в технической документации стран бывшего СНГ. И все же, зная предъявляемые требования, польские и немецкие производители продолжают выпуск держателей гораздо меньшей высоты.

В этих условиях, при применении таких держателей, при монтаже оцинкованного проводника в системе молниезащиты, приходится использовать дополнительные подкладки и удлинители, что сильно увеличивает стоимость в промышленной молниезащите.

Белорусская предложила выход из данной ситуации. Предприятие по производству систем молниезащиты и заземления, с апреля 2020 года начала выпуск кровельных держателей собственного производства, соответствующих всем предъявляемым требованиям, прописанных в технической документации.

Аналогичные кровельные держатели польского производства:

Все остальные элементы молниезащиты: молниеприемные мачты; крепежные элементы и зажимы, используемые для монтажа проводника к фасаду здания и др., аналогичны применяемым элементам молниезащиты для жилого строения.

Как правильно рассчитать и смонтировать контур заземления

Чтобы точно рассчитать контур заземления придется попотеть, и немало потратиться. Дело в том, что для его вычисления существуют формулы, содержащие в себе очень много коэффициентов, которые отображают и свойства грунтов и климатические условия характерны вашей зоне проживания и влажности грунтов. И чтобы получить значения этих коэффициентов необходимо провести исследования и сложные анализы, которые стоят немало, но мы сделаем намного проще. Как? Спросите вы. Дело в том, что любой бытовой агрегат имеет свой определенный диапазон сопротивления контура заземления, при котором он нормально функционирует. Вот об этой золотой средине мы с вами и поговорим.

Как нормировать сопротивление заземления в молниезащите

Затрудняюсь дать обоснованный ответ на этот вопрос и не знаю специалиста, способного на такое. В начале статьи уже отмечалось, что изменение сопротивления заземления молниеотвода в сколько-нибудь разумных пределах даже на 2 порядка величины практически не сказывается на эффективности притяжения молний. Значит, ориентироваться надо на какой-то иной критерий, связанный, например. с электробезопасностью или с допустимым уровнем перенапряжений в электрических цепях объекта. Попытка формировать нормативные требования на такой основе не лишена смысла, но неизбежно будет связана с массой нерешенных проблем. Главная из них – предельно допустимый уровень напряжения прикосновения и шага для людей и животных в импульсном режиме. Существующее нормирование заканчивается здесь временем воздействия напряжения в 0,01 с, что примерно на 2 порядка больше, чем в грозовых условиях. Специалист по молниезащите плохо знаком с физиологией и не может предложить обоснованной методики пересчета опасного для человека уровня воздействующего напряжения в другой столь различный временной диапазон. Попытка сделать это по условию равного энерговклада (тогда вместо допустимых 600 В получилось бы 6 кВ), к сожалению, научно не обоснована.

Еще проблематичнее исходить из допустимого уровня грозовых перенапряжений. Во-первых, они далеко не всегда находятся в прямой зависимости от сопротивления заземления, а во-вторых, электрические цепи различного номинального напряжения по-разному реагируют на перенапряжения. К тому же эти цепи могут иметь защитные средства и нет однозначного решения вопроса о том, куда вкладывать материальные ресурсы, — в снижение сопротивления заземления или в средства ограничения возникающих перенапряжений.

Все выше перечисленное оставляет проектировщика один на один с проблемой. В отечественном нормативе по молниезащите СО-153-34.21.122-2003 о сопротивлении заземления молниеотводов нет ни единого слова. В инструкции по молниезащите РД 34.21.122-87 дело ограничивается только типовыми конструкциями заземляющих устройств молниеотводов, а их сопротивлениями заземления оставлены без внимания. Полезно разобраться хотя бы в этом, чтобы осознать методические подходы составителей норматива и оценить целесообразность рекомендованного.

Для отдельно стоящего молниеотвода в Инструкции РД 34.21.122-87 указываются 3 конструкции заземлителей, поддающихся конкретному расчету:

• стойка опоры длиной не менее 5 м и диаметром не менее 0,25 м,
• два вертикальных стержня длиной не менее 3 м, соединенных полосой длиной 5 м на глубине не менее 0,5 м (диаметр 10 – 20 мм),
• три вертикальных стержня тех же размеров и с тем же шагом.

Компьютерный расчет в грунтах с различным удельным сопротивлением дает для этих конструкций соответственно следующие расчетные соотношения

Когда же молниеотводы монтируются на крыше здания, фундамент которого непригоден для использования в качестве заземлителя, контур заземления 16х16 м по внешнему периметру в РД 34.21.122-87 считается достаточным для грунта удельным сопротивлением ρ ≤ 500 Ом*м, а контур 30х30 м — вплоть до 1000 Ом*м. Сопротивление заземления этих контуров равны соответственно RЗ = 0,035ρ и RЗ = 0,02ρ Ом.

Представленное трудно назвать нормированием, поскольку в разных регионах России удельное сопротивление грунта вполне может меняться в пределах 2-х порядков величины (от 50 до 5000 Ом м, иногда еще выше), а сопротивление заземления отдельно стоящего молниеотвода с типовым заземлителем — от 5 Ом приблизительно до 700 Ом. И то, и другое норма? Хотелось бы знать, с каких позиций! Для здания с молниеотводами на крыше ситуация не многим лучше. Ну а об удельном сопротивлении свыше 1000 Ом м в РД 34.21.122-87 вообще не упоминается, хотя такие грунты в России не редкость.

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:

   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.

Онлайн калькулятор для расчета заземления

Основные условия, которых следует придерживаться при монтировании заземляющих устройств это габариты приспособлений.

В зависимости от применяемого материала минимум по габаритам устройств должен быть не менее:

• Полоса 12 на 4 – 48 мм2.
• Уголок 4 на 4.
• Круглая сталь – 10 мм2.
• Труба из стали (размер стенки) – 3,5 миллиметров.

Длина стержня устройства для заземления должна быть не меньше полутора-двух метров.

Интервал между стержнями заземлителями берётся из соотношения их длины, то есть а=:

• 1хL;
• 2хL;
• 3хL.

В зависимости от площади, которая позволяет и комфорта монтирования, стержни заземления можно устраивать в рядок, либо в качестве фигуры, треугольной, квадратной формы. А какова цель расчёта устройства для защиты? Главная задача расчёта – выявить число стержней заземлителей и размер полоски, которая их объединяет в единую конструкцию. Если кроме устройства заземления следует монтировать систему внешней защиты от молнии, можно воспользоваться специальной программой расчёта вероятности поражения объекта, который под защитой спецприёмника. Сервис разработан профессионалами.

Онлайн калькулятор дает возможность:

• Провести верные расчеты;
• Провести проверку надёжности устройства защиты от молнии;
• Сделать более рациональный и правильный проект молниезащиты.

Это обеспечивает наименьшую цену конструкции и монтажа, сокращая не требуемый запас и применяя наименее высокие, наименее дорогостоящие в монтировании приёмники молнии

Также это обеспечивает наименьшее количество поражений устройства, понижая вторичные отрицательные последствия, что очень важно на объектах с большим количеством электроприборов (количество ударов молнии сокращается с сокращением высоты стержневых приёмников молнии)

Функционал сервиса дает возможность высчитать результативность запланированной защиты в виде доступных параметров:

1. Вероятность попадания молнии в объекты устройства (прочность защитной системы высчитывается как 1 минус число вероятности).
2. Количество поражений молнией в устройство заземления за 12 месяцев.
3. Количество прорывов молнии, минуя защитный барьер, за 12 месяцев.

Зная эти информационные данные, создатель проекта сможет сравнить требования и нормативы с полученной надёжностью и предпринять мероприятия по перестройке конструкции защиты.

«ElectriCS Storm»

Более сложной в использовании программой, для работы с которой требуются навыки моделирования, является ElectriCS Storm. Использовать ее для вычислений заземляющего контура дома не целесообразно, т.к. вы скорее всего запутаетесь и рассчитаете все с ошибками. Мы рекомендуем работать с данным софтом профессионалам в области энергетики или же студентам ВУЗов пересекающихся специальностей.

Преимуществом данного программного продукта является то, что можно осуществлять проектирование заземляющего устройства (ЗУ) и тем самым выводить 3D модель готовых защитных контуров. Помимо этого функциональные возможности программы позволяют рассчитывать электромагнитную обстановку и заземление подстанций.

Все чертежи можно сохранять в dwg формате, благодаря чему потом их можно открыть в AutoCAD.

Это интересно: Как лудить провода – простой способ лужения