Заземление: его необходимость и выполнение расчета
Опубликовано: 03.09.2018
Содержание статьи
Рассчитать заземление – конечно, важная задача. Но давайте поставим вопрос по-другому: а нужно ли оно вообще? Зачем горбатиться и искать себе лишних приключений, если и без этой канители в доме есть электричество , если работают все электроприборы и жизнь идет своим чередом?
Заземление частного дома: не лишняя ли это забота?
Таким вопросом задаются многие начинающие домохозяева. Наш ответ наверняка вас не удивит: заземление – забота далеко не лишняя. Более того, заземление это необходимость! Попытаемся эту необходимость обосновать, не отсылая вас к нормативным документам и не жонглируя специфическими терминами.
Прежде всего, вероятно, необходимо понятным языком сказать, что же такое заземление.
Итак, заземление – это соединение с помощью проводника корпусов имеющегося в доме электрооборудования со спрятанным в земле заземляющим контуром.
Такова стандартная структура устанавливаемого в доме заземления
Заземление чаще всего материализовано в виде медного провода Ø10 мм и более или пластины из стали. Эти элементы соединяются с электрощитком, куда подходят кабели от всех розеток, светильников и других потребителей электрической энергии.
Основная задача заземления – обезопасить жизнь людей.
Многие из нас знакомы с ситуацией, когда простое касание, например, старого холодильника или электроплитки сопровождается весьма ощутимым ударом тока. Случается это лишь в старых домах, где имеются всего лишь две фазы, а прокладываемый сейчас повсюду защитный провод отсутствует. Током же бьет из-за плохого состояния изоляции электроприборов, что обусловливает появление на их корпусе определенного электрического потенциала (напряжения).
Касаясь рукой такого бытового прибора, вы превращаетесь в своеобразное «заземление», и через ваше тело пробегает ток. При наличии в домашней электропроводке третьего защитного провода ток, обусловленный плохой изоляцией старого холодильника, пойдет именно через этот проводник, поскольку сопротивление провода несравнимо меньше электрического сопротивления вашего тела.
Заземление в частном доме необходимо и для того, чтобы защитить электроприборы. Из школьных учебников мы знаем, что зачастую люди являются носителями статического электричества. Ток при возникающих при этом разрядах бывает минимальным, а напряжение может достигать значительных величин, опасных для нежной электроники, которая в большинстве случаев присутствует в электроприборах.
Одно из проявлений наличия статического заряда в теле человека
При наличии заземления статический заряд, имеющийся как в теле человека, так и в корпусе домашних приборов, без труда отводится в землю.
Так что заземление – забота вовсе не лишняя. Обустраивать его надо обязательно. Однако максимальная эффективность заземления может быть обеспечена лишь тогда, когда оно правильно рассчитано. Именно об этом мы и поведем в продолжении нашей статьи.
Зачем же нужен расчет заземления?
Необходимость для расчета заземления обусловлена тем, что точно должно быть определено сопротивление контура заземления, который сооружается, а также его размеры и форма. Контур, предназначенный для заземления, должен состоять из заземляющего проводника, а также вертикальных и горизонтальных заземлителей. Непосредственно в почву, на достаточно большую глубину, вбиваются вертикальные заземлители.
А вот горизонтальные заземлители, при правильном монтаже, должны соединять между собой, заземлители вертикальные. Далее необходимо установить заземляющий проводник, который будет соединять контур заземления с электрощитом.
Непосредственно от сопротивления заземления зависят не только количество заземлителей, но и их размеры. Учтено должно быть и расстояние между ними, а также удельное сопротивление грунта.
Как выполняется расчет заземления
Безопасная величина напряжения соприкосновения – основная цель заземления. При правильно выполненных работах по заземлению, опасный потенциал электроэнергии уходит в землю. Что даёт возможность безопасной эксплуатации каких-либо электроприборов человеком.
От сопротивления заземляющего контура зависит величина стекания тока непосредственно в землю. Величина потенциала электроэнергии, которая может быть опасна для человека, будет тем меньше, чем меньше будет установлено.
Распределение опасного потенциала, а также величины при сопротивлении тока, который растекается, — это основные требования для заземляющих устройств.
Показатель определения сопротивления растекания тока заземлителя и есть основа расчета защитного заземления. Непосредственно сопротивление тогда установлено правильно, а значит и эксплуатация электрооборудования безопасна, когда выверены все размеры и количество проводников, которые заземлены, а их расположение произошло на безопасную глубину проводимости грунта.
То, что нужно для расчета заземления
Проведение точных замеров заземлителей – это основные условия для правильного сооружения заземляющих устройств. В качестве заземлителя могут быть использованы уголок, полоса и круглая сталь. Их минимальные размеры следующие: — уголок – 4 мм2 / 4 м2; — сталь круглая – 10; — полоса – 4 /12. Не больше 48 мм2 должна быть её площадь; — труба стальная. Толщина одной её стенки может быть на уровне или меньше 3,5 миллиметров.
3. Соотношение длины между стержнями и является основой для определения их расстояния. Если а – это расстояние, то
а = 1хL;
а = 2хL;
а = 3хL.
Заземляющие стрежни могут быть размещены в виде треугольника, квадрата и какой-нибудь ещё геометрической фигуры, а также просто в ряд. Её выбор должен быть обусловлен наличием площади, которая позволяет его выполнить, а также простотой монтажа при заземлении стержней.
Какую цель имеет расчет защитного заземления?
Определение количества заземляющих стержней, а также длины полосы, которая должна их соединять, – основная цель для расчета заземления.
Примерный расчет заземления
Для одного вертикального стержня – заземлителя сопротивление растекания тока должно рассчитываться так:
R = P / 2 • (1n• (2 L / d) + 0, 5 1n (4T + L / 4T – L)).
В этой формуле символы имеют следующие обозначения:
Р – удельное сопротивление грунта в эквиваленте, измеряется в Ом / м;
L – длина для стержня, указывается в метрах;
d – диаметр стержня, показатель измеряется в миллиметрах;
Т – расстояние от середины стержня до поверхности земли.
Эта формула должна применяться при заземлении в простой грунт. Когда же подобные работы предстоит выполнять в грунте неоднородном, двухслойном, то применима следующая формула:
P = Ψ • ρ1 •p2 • L / ( p1 • (L – H + t) = p2 • (H – t)), где
Ψ – климатический коэффициент. Его показатель не может быть абсолютным и зависит он от сезона.
ρ1 – сопротивление, признанное удельным, в верхнем слое грунта.
ρ2 – сопротивление, признанное удельным, в нижнем слое грунта.
Н – толщина, которую имеет верхний слой грунта.
t – глубина траншеи, на которую будет расположен вертикальный заземлитель.
В любом случае заземлитель должен быть расположен на глубину не меньше 70 сантиметров. А ещё при расчёте удельного сопротивления грунта необходимо учитывать его влажность, стабильность сопротивления заземлителя и то, в каких климатических условиях проходит заземление.
ТАБЛИЦА 1
Удельное сопротивление грунта при заземлении.
| ГРУНТ | СОПРОТИВЛЕНИЕ |
| Чернозем, другая почва | 50 |
| Торф | 20 |
| Глина | 60 |
| Песок с грунтовыми водами до 5 метров | 500 |
| Песок с грунтовыми водами глубже 5 метров | 1 000 |
| Супесь | 150 |
Глубину для горизонтального заземлителя находят по формуле:
T = (L / 2) + t
Что обозначают символы, смотри выше.
Необходимо проводить заземление так, чтобы через верхний слой полностью проходил заземляющий стержень, а через нижний – лишь частично.
ТАБЛИЦА 2
Сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта и его значение
| Тип электродов для заземления | Климатическая зона | |||
| I | II | III | IV | |
| Вертикальный или стержневой | 1,8 / 2 | 1,5 / 1,8 | 1,4 / 1,6 | 1,2 / 1,4 |
| Горизонтальный или полосовой | 4,5 / 7 | 3,5 / 4,5 | 2 / 2,5 | 1,5 |
| Климатические признаки зон | ||||
| Самая низкая температуры за многие годы в январе | — 20°С + 15°С | — 14 °С + 10 °С | — 10 °С 0 °С | 0 °С + 5°С |
| Самая высокая температура за многие годы в июле | + 16 °С + 18 °С | + 18 °С + 22 °С | + 22°С + 24 °С | + 24°С + 26 °С |
Количество стержней, которое необходимо для заземления без учёта сопротивления, можно узнать по следующей формуле:
n = R • Ψ / R н
В этой формуле помимо традиционных обозначений, новый символ R н – это то сопротивление растеканию от тока устройства, подлежащего заземлению, которое обусловлено нормой и определяется относительно нормативных актов о правильной эксплуатации всего электрического оборудования.
ТАБЛИЦА 3
Значение сопротивления заземляющих устройств, которое наиболее допустимо
| Электроустановка и её характеристика | Сопротивление грунта, удельное | Сопротивление устройства заземляющего |
| Нейтрали трансформаторов и генераторов, которые присоединяются к заземлителю искусственному. Заземлители повторные с нулевым приводом, расположенные в сетях нейтралью, которая заземлена на напряжение. | ||
| 220 / 127 В | До 100 Ом • м | 60 |
| Свыше 100 Ом • м | 0,6 • ρ | |
| 380 / 220 | До 100 Ом • м | 30 |
| Свыше 100 Ом • м | 0,3 • ρ | |
| 660 / 380 | До 100 Ом • м | 30 |
| Свыше 100 Ом • м | 0,3 • ρ |
По следующей формуле можно рассчитать для заземлителя горизонтального сопротивление растекания тока:
R = 0, 366 (P • Ψ / Lг • ηг) •Lg (2 • Lг2 / b • t), где
Lг – длина заземлителя,
b – ширина заземлителя.
ηг – коэффициент спроса заземлителей горизонтальных.
Количество заземлителей помогает найти длину горизонтального заземлителя:
Lг = a • (n – 1)
Так рассчитывается длина заземлителей, расположенных в ряд.
Lг = а
Эта формула актуальна для заземлителей, расположение которых выполнено по контуру.
В обеих формулах а – расстояние между стержнями заземляющими.
Учитывая сопротивление растеканию тока заземлителей, расположенных горизонтально, можно рассчитать и сопротивление вертикального заземлителя. Формула здесь следующая:
R = Rr • Rh / ( Rr – Rh)
Для определения полного количества вертикальных заземлителей есть формула:
n = R0 / Rb • ηв, где
ηв – специальный коэффициент спроса вертикальных заземлителей.
ТАБЛИЦА 4
Определение коэффициента спроса вертикальных заземлителей
| Для заземлителей горизонтальных | Для заземлителей вертикальных | ||||||
| Число электродов | По контуру | Число электродов | По контуру | ||||
| Соотношение между электродами и их длиной a / L | Соотношение между электродами и их длиной a / L | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | ||
| 4 | 0,45 | 0,55 | 0,65 | 4 | 0,69 | 0,78 | 0,85 |
| 5 | 0,4 | 0,48 | 0,64 | 6 | 0,62 | 0,73 | 0.8 |
| 8 | 0,36 | 0,43 | 0,6 | 10 | 0,55 | 0,69 | 0,76 |
| 10 | 0,34 | 0,4 | 0,56 | 20 | 0,47 | 0,64 | 0,71 |
| 20 | 0,27 | 0,32 | 0,45 | 40 | 0,41 | 0,58 | 0,67 |
| 30 | 0,24 | 0,3 | 0,41 | 60 | 0,39 | 0,55 | 0,65 |
| 50 | 0,21 | 0,28 | 0,37 | 100 | 0,36 | 0,52 | 0,62 |
| 70 | 0,2 | 0,26 | 0,35 | ||||
| 100 | 0,19 | 0,24 | 0,33 | ||||
| Число электродов | В ряд | Число электродов | В ряд | ||||
| a / L | a / L | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | ||
| 4 | 0,77 | 0,89 | 0,92 | 2 | 0,86 | 0,91 | 0,94 |
| 5 | 0,74 | 0,86 | 0,9 | 3 | 0,78 | 0,87 | 0,91 |
| 8 | 0,67 | 0,79 | 0,85 | 5 | 0,7 | 0,81 | 0,87 |
| 10 | 0,62 | 0,75 | 0,82 | 10 | 0,59 | 0,75 | 0,81 |
| 20 | 0,42 | 0,56 | 0,68 | 15 | 0,54 | 0,71 | 0,78 |
| 30 | 0,31 | 0,46 | 0,58 | 20 | 0,49 | 0,68 | 0,77 |
| 50 | 0,21 | 0,36 | 0,49 | ||||
| 65 | 0,2 | 0,34 | 0,47 | ||||
Влияние друг на друга токов растекания одиночных заземлителей, когда последние расположены в различном порядке, как раз и показывает коэффициент использования. При соединении, которое происходит параллельно, токи растекания одиночных заземлителей взаимно влияют друг на друга. Сопротивление заземляющего контура напрямую зависит от близости расположения друг к другу заземляющих стержней. Как правило, полученное значение количества заземлителей округляется в большую сторону.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.