Как рассчитать контур заземления для частного дома

По электротехническим стандартам минувших десятилетий контур заземления в частных домах не был обязательным элементом защиты. Нагрузки на электросети были относительно небольшими, и с утечками тока неплохо справлялись стальные трубы.

Однако с течением времени вместо металлических коммуникаций стали использовать пластиковые и композитные изделия. К тому же в загородных домах появилось большое количество электробытовых приборов: кондиционеры, отопительное оборудование, мощная компьютерная и холодильная техника.

В результате заземлительные контуры стали практически обязательным условием для организации мощной и безопасной электрической системы в частных домах. При желании и наличии базовых знаний по электротехнике создать контур заземления можно своими руками.

Что такое заземлительный контур

Заземление — преднамеренное создание электротехнического соединения с грунтом нетоковедущих элементов электроустановок. Данные элементы оборудования большую часть времени не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним.

Контур заземления выполняет следующие функции:

• защищает электрическое оборудование от скачков напряжения в сети;
• предохраняет жильцов от удара током;
• сопротивляется «растеканию» электроэнергии;
• используется в целях молниезащиты.

Как известно из школьного курса физики, ток всегда распространяется по принципу наименьшего сопротивления. В случае нарушения изоляционного слоя на токоведущих элементах быстро отыскивает участок с наиболее низким сопротивлением. В результате происходит пробой на корпус электробытового прибора, который оказывается под напряжением.

 

Опасность создавшейся ситуации не только в нарушении нормальной работы техники и вероятном выходе из строя приборов, но и в высокой вероятности удара током человека. Исправить положение призван контур заземления, который распределяет ток между человеком и заземляющим устройством обратно пропорционально их сопротивлениям.

Поскольку сопротивление тела намного выше аналогичного параметра у заземляющего контура, через человека проходит лишь незначительная — неопасная — часть тока, а остаток уходит в грунт. Таким образом, создавая контур заземления, необходимо сделать все так, чтобы добиться минимально возможного уровня сопротивления.

Устройство контура

Устройство заземления — группа проводников, расположенных в грунте по вертикали или горизонтали. Данные проводники (электроды) находятся недалеко от защищаемого объекта. Электроды расположены на определенной дистанции между собой и соединены металлическими элементами — полосками, трубами или прутками. Заземлительную конструкцию соединяют с домовым электрощитом при помощи кабеля или металлического проводника.

Глубина нахождения электродов в земле определяется уровнем грунтовых вод и общей влажностью почвы. Чем ближе подземные воды, тем меньшая глубина заложения необходима.

 

Обратите внимание! Нормативное расстояние от дома для контура — не меньше 1 метра. Максимальное расстояние от здания — 10 метров.

Внутренний и внешний контуры

Для создания системы заземления корпуса электробытовых устройств присоединяют к главной заземляющей шине, чтобы создать внутренний контур. Далее к этому контуру подключают металлические конструкции здания, в том числе водопроводные трубы.

Технология создания выравнивания потенциалов описывается в п.1.7.82 Правил устройства электроустановок. С наружной части здания обустраивается еще один контур — внешний. Его тоже присоединяют к главной шине.

Материалы для заземлителей

Контур заземления включает горизонтальные или вертикальные электроды.

Материалы, из которых не рекомендуется изготавливать заземлители:

• рифленая арматура;
• круглая сталь менее чем 10-миллиметрового диаметра.

Рекомендуемые материалы для создания вертикальных заземлителей:

• уголки 50×50×5 миллиметров;
• трубы диаметром свыше 32 миллиметров со стенками толщиной от 3,5 миллиметра.

Горизонтальные заземлители изготавливают из таких материалов:

• стальная проволока с 10-миллиметровым сечением (или больше);
• стальные полоски (40×4 миллиметра).

Концы уголков или круглых металлических изделий подрезают под углом 30 градусов. Это позволит электроду легче войти в грунт.

Обратите внимание! Контур заземления должен находиться ниже уровня промерзания почвы.

Составление расчета

Неопытные мастера часто создают заземление путем проб и ошибок. Вначале определяются с глубиной грунтовых вод, затем отступают от здания на некоторое расстояние и создают контур в виде треугольника, после чего сваривают электроды друг с другом и делают замер сопротивления в имеющейся конструкции. Если сопротивление превышает нормативы, добавляются новые проводники — до тех пор, пока не удается добиться приемлемых показателей.

Более продвинутый подход предполагает перед тем, как сделать контур заземления, выполнить ряд расчетов. С помощью вычислений определяют число заземлителей, длину соединительных элементов, исходя из уровня сопротивления земли.

В качестве примера рассмотрим установку системы заземления вертикального типа. Вначале устанавливают сопротивление электрода, для чего используют формулу:

Удельное сопротивление грунта по различным составам указано в таблице ниже.

В следующей таблице представлен сезонный климатический коэффициент сопротивления почвы.

Однако если грунт неоднородный, тогда применяют такую формулу:

Формула позволяет определить эквивалентное удельное сопротивление неоднородного грунта.

Если не учитывать сопротивление горизонтального заземлителя, количество электродов можно найти по формуле:

Сопротивление тока горизонтального заземлителя определяют по формуле:

Длина электрода устанавливается так:

Сопротивление вертикальных электродов с учетом горизонтального заземлителя:

Общее число вертикальных электродов определяется по такой формуле:

В таблице ниже представлен коэффициент использования заземлителей.

Параметр «коэффициент использования» указывает на взаимодействие токов в зависимости от местонахождения вертикальных проводников. При параллельном соединении электродов токи оказывают влияние друг на друга. При уменьшении расстояния между проводниками общее сопротивление контура возрастает.

Обратите внимание! Если по итогам вычислений получится не целое количество проводников, округляем результат в большую сторону.

Схема контура

Когда расчеты завершены, подбираем правильное место для установки контура. Выбираем геометрическую фигуру, в соответствии с формой которой будут расположены электроды. Чертим схему контура, учитывая типы применяемых материалов. В схеме указываем количество используемых электродов, соединительной полосы, их длину, сечение, диаметр, глубину установки.

Наиболее оптимальной схемой организации контура считается треугольник. Однако подойдет и любая другая геометрическая форма. На рисунке внизу представлены четыре варианта фигур.

Все схемы заземлительных контуров делят на 2 типа.

Замкнутые

Их преимущество в надежности, поскольку даже при повреждении перемычки между электродами сохраняется еще одна перемычка (с другой стороны). На рисунке ниже показана замкнутая схема в виде треугольника.

Линейные

В этой схеме все электроды находятся на одной линии. Соединения выполняют последовательно. Недостаток способа в том, что при выходе из строя одной из перемычек вся дальнейшая цепочка становится неработоспособной (в соответствии с принципом гирлянды). Схема линейной организации показана на рисунке внизу.

Монтаж контура

Установочные работы состоят из нескольких последовательных этапов.

Подготовка материалов и инструментов

Для выполнения работ понадобятся такие инструменты:

• сварочный аппарат;
• болгарка;
• штыковая лопата;
• перфоратор;
• тяжелая кувалда;
• гаечные ключи.

Необходимые материалы:

1. Металлический уголок (лучше из нержавейки) размером 50×50 миллиметров и длиной 2 метра. При отсутствии уголка подойдет труба диаметром 32 миллиметра и толщиной стенок 3,5 миллиметра или арматура.
2. Металлические полосы 40×4 миллиметра. Предназначены для прокладки от системы к дому.
3. Болты М8 или М10.
4. Медный проводник толщиной от 6 квадратных миллиметров.

Выбор места

Первый этап работы состоит в том, чтобы определиться, где сделать заземляющий контур. От правильности выбора зависит безопасность системы. Для создания контура нужно подобрать место, где нахождение человека или домашнего животного исключено.

Лучше всего разместить систему в укромном месте, например, вдоль забора за домом. Рекомендуется огородить опасную зону заборчиком, бордюром, декоративными валунами и т. п.

Земляные работы

Необходимо выкопать траншею в виде выбранной геометрической фигуры. Если речь идет о треугольнике, создают фигуру со сторонами 120 сантиметров (проверенная опытом оптимальная дистанция). Рекомендуемая глубина траншеи — 50 – 70 сантиметров. Такая же траншея выкапывается по направлению к электрощиту.

Сборка конструкции

Электроды вбивают в землю на двухметровую глубину. Должны быть видны только верхушки, которые в дальнейшем используют для создания сварочных соединений.

К верхушкам установленных электродов приваривают пластины (полосы). В итоге должен получиться металлический каркас в виде треугольника. Еще одна пластина кладется в траншею, идущую к электрощиту. Эту пластину прихватывают к близлежащей вершине треугольника сваркой или держателем.

Далее присоединяют кабель к пластине. Для этого используют болтовое соединение. Для последующего подключения шины заземления лучше использовать медный проводник. К заземляющей шине присоединяют винт (сваркой) и осуществляют соединение с жилой. К винту подключают медный кабель с помощью пары шайб и гаек.

Обратите внимание! Болтовое соединение должно быть видимым на поверхности и доступным для проверочных мероприятий.

На этапе изготовления контура следует особое внимание уделять прочности соединений. Сварные швы простукивают молотком, а болтовые соединения подтягивают ключом.

Последний этап монтажных работ — засыпка траншеи грунтом.

Совет! Для улучшения проводимости почвы желательно под основание всех электродов залить соляной раствор. Однако у такого действия есть обратная сторона — металл будет быстрее ржаветь.

Проверка сопротивления в контуре

Еще одна работа, которую предстоит сделать, — проверка контурного сопротивления. Идеальный вариант — наличие специального прибора для тестирования. Название устройства — Ф41023-М1.

Однако стоимость такой техники велика — бывают приборы только у профессионалов. Для проверки разумнее пригласить работников энергетической компании. Специалисты сделают замеры и на основании полученных результатов выдадут технический паспорт, составят протокол на заземляющее устройство.

В домашних условиях (в случае отсутствия прибора и сторонней помощи) сопротивление проверяют более простым способом: подключают к сети 100-ваттную лампочку (или даже мощнее). Один контакт осветительного устройства подключают к заземляющему контуру, другой — к фазе. Яркий свет указывает на то, что монтаж системы осуществлен правильно. Тусклое свечение свидетельствует о слабом контакте между участками конструкции. Иными словами, необходимо перепроверить всю систему и найти недостаточно прочные соединения.

Считается, что контур сделан правильно, если подключенный между фазой и заземлением электроприбор мощностью 2 кВт будет работать, а снижение напряжения на указанном участке не превысит 10 Вольт.

По правилам ПУЭ (1.7.101) сопротивление проводника в любой сезон года не должно быть выше 2,4 и 8 Ом при линейных напряжениях для соответственно 660, 380 и 220-вольтовых источников трехфазного тока. То же самое относится к 380, 220 и 127-вольтовым источникам однофазного тока.

Обратите внимание! В системе заземления типа TT невысокий уровень сопротивления — хороший признак. Однако если речь идет о системе TN-C-S, уровень сопротивления не должен быть меньше 4 Ом, т. е. показателя трансформаторной подстанции. В противном случае нагрузка на заземление воздушной линии перейдет на контур частного дома.

Наиболее распространенные ошибки

При создании контура следует избежать ряда ошибок:

1. Если решено обратиться к электромонтажникам, необходимо особое внимание уделить качеству материалов, которые рабочие собираются использовать. Некоторые подрядчики стремятся удешевить свои услуги путем экономии на электродах, устанавливая проводники с небольшой проводимостью (к примеру, заржавевшую арматуру). Некачественные материалы значительно снижают эффективность защиты или даже делают затею вовсе бессмысленной.
2. Устройство заземления находится на слишком большом расстоянии от дома.
3. Установка контура в сухом месте. Вода улучшает проводимость — чтобы система работала эффективно, она должна находиться во влажном месте. Если такое место отсутствует, придется задуматься об искусственном увлажнении.
4. Объединение заземлительного контура с молниезащитой. Если в распредщите не вмонтировано устройство УЗИП, размыкающее цепь в виде ответной реакции на сверхзаряд, значительный ток из молниеприемника выведет из строя электрическое оборудование.

Контур заземления — важнейшая мера, обеспечивающая безопасность пользования электрическими приборами в частном доме. Если решено выполнить все работы своими руками, необходимо аккуратно придерживаться всех технических правил и рекомендаций, в том числе по технике безопасности. Если уверенности в своих силах недостаточно, лучше обратиться за помощью к специалистам.

Источник: 220.guru

Калькулятор расчета заземления

Наш онлайн-калькулятор расчета заземления учитывает все поправочные коэффициенты и работает на основании приведенных формул. Для того чтобы выполнить надежный расчет, вам необходимо заполнить поля программы правильно.

• Грунт. Укажите верхний и нижний слой грунта, а также глубину.
• Климатический коэффициент. Поправка в расчетах на основании климатической зоны:
• I зона — от -20 до -15°С (Январь); от +16 до +18°С (Июль);
• II зона — от -14 до -10°С (Январь); от +18 до +22°С (Июль);
• III зона — от -10 до 0°С (Январь); от +22 до +24°С (Июль);
• IV зона — от 0 до +5°С (Январь); от +24 до +26°С (Июль);
• Вертикальные заземлители. Количество вертикальных заземлителей (предполагаем любой число, по умолчанию 5), их длина и диаметр.
• Горизонтальные заземлители. Глубина заложения горизонтальной полосы, ширина полки и длина стержня (берется из расчета 1:3, 1:2 или 1:1 к длине вертикального заземлителя – чем больше, тем лучше).

Нажимая кнопку «Рассчитать» вы получите следующие показатели:

• удельное электрическое сопротивление грунта;
• сопротивление одиночного вертикального заземлителя;
• длина горизонтального заземлителя;
• сопротивление горизонтального заземлителя;
• общее сопротивление растеканию электрического тока.

 

Пример расчета заземления на калькуляторе

Предположим, что наш дом расположен на черноземных почвах с толщиной пласта 0,5 м. Мы живем на юге России в четвертой климатической зоне. Предположительно, в качестве заземлителей будут использоваться 5 вертикальных электродов диаметром 0,025 м и длиной 2 м, горизонтальные стержни на глубине 0,5 м – длиной 2 м с шириной полки 0,05 м.

Тогда, перенеся все значения в калькулятор расчета заземления мы получим общее сопротивление на растекание равное 4,134 Ома.

Если в нашем частном доме однофазная сеть с напряжением в 220 Вт, то это значение недопустимо, так как этого заземления будет недостаточно.

Добавим еще один вертикальный электрод и получим значение 3,568 Ом. Это величина нам вполне подходит, а значит такое заземление гарантировано защитит вашу постройку и ее обитателей.

 

Как рассчитать заземление в частном доме вручную

Как вы уже поняли, основной параметр, который необходимо рассчитать – это общее сопротивление на растекание, т.е. нужно подобрать такую конфигурацию электродов, чтобы сопротивление заземляющего устройства, не превышало нормативное. Согласно положениям правил устройств электроустановок (ПЭУ), необходимо соблюдать определенные максимумы для токов:

• 2 Ом — для 380 вольт;
• 4 Ом — для 220 вольт;
• 8 Ом — для 127 вольт.

Правильный расчет начинается с подсчета оптимального размера и количества стержней. Для того чтобы сделать это вручную, легче всего воспользоваться упрощенными формулами, приведенными ниже.

• R_o – сопротивление стержня, Ом;
• L – длина электрода, м;
• d – диаметр электрода, м;
• T – расстояние от середины электрода до поверхности, м;
• p_экв – сопротивление грунта, Ом;
• ln — натуральный логарифм;
• π — константа (3,14).

• R_н – нормируемое сопротивление заземляющего устройства (2, 4 или 8 Ом).
• ψ – поправочный климатический коэффициент сопротивления грунта (1,3, 1,45, 1,7, 1,9, в зависимости от зоны).

Также очень важно, чтобы при выборе глубины залегания и длины заземляющих стержней, нижний конец проходил ниже уровня промерзания, так как при отрицательных температурах резко возрастает сопротивление грунта, и возникают определенные сложности.

Источник: kalk.pro

Подключение в электрощите при наличии в доме контура заземления.

Электропитание в частных домах осуществляется, как правило, воздушными линиями с системой заземления TN-C. Нейтраль источника питания заземлена в такой системе, а однофазный провод L и совмещенный нулевой защитный, а также рабочий провод PEN — подходят к дому.

После проведения монтажа собственного контура заземления в доме, необходимо его подключение произвести к электроустановкам дома. Двумя способами это можно сделать:

1.Выполнить переделку системы TN-C на систему заземления TN-C-S.

2. Произвести подключение дома к контуру заземления по системе ТТ.

 

Подключение дома к контуру заземления по системе TN-C-S.

В системе заземления TN-C как известно, нет отдельного защитного проводника, поэтому необходимо переделать в доме систему TN-C на TN-C-S. Осуществляется это разделением совмещенного нулевого рабочего и защитного PEN проводника в электрощите, на два самостоятельных — рабочий N и защитный PE.

 

 

Два питающих провода подходят к дому, фазный L и совмещенный PEN, а чтобы получить трехжильную электропроводку с отдельным фазным, нулевым и защитным проводом, нужно произвести в вводном электрощите дома правильное разделение системы TN-C на TN-C-S.

Для этого требуется установить шину в щите, которая связана с щитом металлически, это будет шина заземления РЕ и к ней будет производиться подключение PEN проводника, со стороны источника питания.

Затем на шину нулевого рабочего проводника N идет перемычка от шины РЕ. Должна быть изолирована от щита шина нулевого рабочего проводника. Подключение фазного провода выполняется на отдельную шину, также изолированную от щита.

После всех этих действий, нужно с контуром заземления дома соединить электрощит. Делается это при помощи многожильного медного провода, с электрощитом соединяется один конец провода, другой же конец прикрепляется к заземляющему проводнику при помощи болта на конце, который был специально приварен для этой цели.

 

Подключение дома к контуру заземления по системе TТ.

Для проведения такого подключения не требуется проводить разделений PEN проводника, фазный провод подключается к шине, изолированной от щита.

Подключается к шине, изолированной от щита совмещенный PEN проводник источника питания и дальше PEN считается просто нулевым проводом. Далее корпус щита подключается к контуру заземления дома.

 

 

 

На схеме видно, что контур заземления дома не имеет с PEN проводником электрической связи и если подключить заземление частного дома таким способом, то это имеет некоторые преимущества, по сравнению с подключением по системе TN-C-S.

К вашему заземлению будут подключены все потребители, в случае отгорания со стороны источника питания PEN проводника, что чревато негативными последствиями. А если ваше заземление связи с PEN проводником иметь не будет, то это гарантирует на корпусе электроприборов в доме — нулевой потенциал.

Бывает, что из-за неравномерной нагрузки по фазам (перекос фаз) появляется напряжение на нулевом проводнике, достигать которое может от 5 до 40 В. Когда существует связь между защитным проводником и нулем сети, то на корпусах быттехники в доме, тоже может возникать незначительный потенциал.

Должно сработать УЗО, если возникнет такая ситуация, но лучше на него не надеяться и до этой ситуации не доводить.

Можно сделать вывод из приведенных способов подключения контура заземления дома, что система заземления ТТ в частном доме более безопасна, но ее дороговизна является недостатком. Если применяется система ТТ, то должны обязательно устанавливаться защитные устройства, такие как УЗО и реле напряжения.

Следует отметить, что контур в виде треугольника для заземления частного дома делать не обязательно, зависит все от внешних условий. Можно расположить горизонтальные заземлители по окружности либо по одной линии в любом порядке, главное чтобы они были в достаточном количестве, чтобы обеспечивать минимальное сопротивление заземления.

Источник: www.calc.ru