Без грамотно рассчитанного контура заземления (ЗК) надеяться на эффективность работы защитной конструкции было бы большой ошибкой. Только убедившись в том, что для токов стекания подготовлена цепочка с минимальным сопротивлением можно быть уверенным в безопасности людей, работающих на линии. Поэтому так важно сразу же разобраться со всеми тонкостями и особенностями расчета контуров заземления.
Цель расчета защитного заземления
Обустраиваемое на стороне потребителя заземляющее устройство предназначено для защиты не только персонала, обслуживающего электроустановки, но и рядовых пользователей.
Важно! Опасный потенциал может попасть на металлические части оборудования во время работы с ним совершенно случайно (из-за повреждения изоляции проводов, например).
Полноценный расчет заземления гарантирует образование надежного контакта защитного устройства с землей, приводящего к растеканию тока и снижению уровня опасного напряжения.
Таким образом, назначение расчета заземляющих устройств – создание условий, исключающих риск поражения живых организмов высоким потенциалом путем его снижения в точке замыкания. В отсутствие хорошо просчитанного и функционального заземлителя любое прикосновение к корпусу поврежденного оборудования равнозначно прямому контакту с фазной жилой.
Выбор контура
Перед расчетом контура Вам предоставляется возможность выбрать один из следующих вариантов заземляющих устройств:
- Треугольная конструкция, параметры которой определяются еще на этапе проектирования.
- Линейное сооружение протяженного типа, монтируемое по периметру защищаемого объекта.
- Модульно-штыревая заземляющая конструкция.
Каждый из перечисленных выше способов сборки и последующего монтажа заземляющих устройств нуждается в подробном рассмотрении.
Треугольная конструкция
Этот вариант изготовления ЗК – самый известный и распространенный среди профессионалов и любителей. Для обустройства такой конструкции потребуется приготовить следующие элементы:
" data-lazy-src="https://fishkielektrika.ru/wp-content/webp-express/webp-images/doc-root/wp-content/uploads/2019/11/kontur-zazemleniya-treugolnikom.jpg.webp" />
- Двухметровые металлические стержни (арматурные прутья) в количестве 3-х штук.
- Столько же стальных перемычек, предназначенных для объединения прутьев в единую конструкцию.
- Медная шина, необходимая для соединения ЗК с точкой сбора жил от заземляемого оборудования в распределительном шкафу (ГЗШ – главная заземляющая шина).
Плоскость сварного контура с уже вбитыми в землю штырями при обустройстве ЗУ должна располагаться на глубине примерно 30-60 см.
Линейный контур
Линейное заземление выбирается в случае, когда к защитному сооружению требуется подключить несколько единиц оборудования, размещенных на удалении один от другого. Оно состоит из нескольких вбитых в землю штырей (3), расположение которых относительно друг друга выбирается из расчетных данных.
От собранной по этой схеме конструкции, как и в случае с треугольником в сторону распределительного щитка с ГЗШ делается отвод (2). Перед тем как рассчитать такой ЗК – следует учесть, что общее число штырей ограничено взаимным влиянием аварийных токов, протекающих в каждом одиночном заземлителе.
Модульно-штыревое заземление
Модульный тип ЗУ применяется в ситуациях, когда площадь на участке перед домом ограничена небольшими размерами и допускается обустройство одной штыревой конструкции.
Она содержит в своем комплекте следующие элементы:
- Стальной стержень полутораметровой длины с медным покрытием и имеющейся на
- рабочей части резьбой.
- Специальную муфту из латуни, обеспечивающую получение резьбового соединения вертикально вбиваемого штыря с заземляющим отводом.
- Латунные зажимы особой конструкции, гарантирующие надежное сочленение металлических штырей с соединительной полосой.
- Наконечники для самих заземляющих стержней.
- Насадку с ударной площадкой, позволяющую передавать импульс от забивающего инструмента (вибромолота).
Обратите внимание: Для надежной защиты от коррозии все резьбовые элементы стержней покрываются графитной пастой, входящей в комплект фирменной поставки.
Защитная смазка сохраняется долгое время и не растекается при нагревании штырей и других элементов такого ЗУ. Входящая в состав антикоррозийная лента устойчива к воздействию агрессивных сред и защищает от разрушения всю конструкцию в целом.
Подробно о монтаже модульно-штыревого заземления читайте на этой странице.
Исходные данные для расчета заземления
Перед началом обустройства заземления расчет которого нужно провести, необходимо заранее определиться с такими исходными данными, как:
- Линейные размеры забиваемых в грунт стальных штырей.
- Расстояние между ними (шаг монтажа).
- Допустимая глубина погружения.
- Характеристики почвы в месте обустройства заземления.
Дополнительное замечание: Перед проведением расчета также потребуется знать величину сопротивления грунта Ом на участке проведения монтажных работ.
При его определении важно помнить о том, что он сильно отличается от места к месту и в значительной степени зависит от климатической зоны, к которой относится регион. Помимо этих данный придется учесть конфигурацию и материал заготовок, из которых сваривается готовое сооружение (либо обычный стальной уголок, либо медная широкая полоска).
Согласно ПУЭ минимальные размеры элементов для треугольной или линейной контурной конструкции должны быть:
- полоса – сечение 48 мм2;
- уголок 4х4 мм;
- круглый брусок – сечение 10 мм2;
- стальная труба диаметром 2,5 см со стенками толщиной не менее 3,5 мм.
Полезное замечание: Минимальную длину штырей вычисляют с учетом технических требований (необходимостью получения требуемого сопротивления стеканию в землю).
В соответствие с этими требованиями ее выбирают не менее 2-2,5 метра. Расстояние между соседними точками погружения стержней должно быть кратным их длине. В зависимости от размеров и конфигурации площадки для обустройства ЗУ элементы конструкции устанавливаются либо в ряд, либо в виде правильного треугольника (иногда для этого выбирается квадратная форма). Используемые в этом случае методики расчета различных вариантов ЗУ ставят своей задачей получение данных по числу стержней и параметрам соединительной полосы (ее длины и сечения).
Расчет элементов заземляющего устройства
Определение параметров проводников, используемых в конструкции любого заземлителя, проводится с учетом следующих соображений:
- Длина металлических стержней или штырей в значительной мере определяет эффективность всей системы защитного заземления.
- Большое значение имеет и протяженность элементов металлических связей.
- От линейных размеров этих конструктивных составляющих зависят расход материала, а также суммарные затраты на обустройство ЗУ.
- Сопротивление вертикально забиваемых электродов в первую очередь определяется длиной.
- Их поперечные размеры не оказывают существенного влияния на качество и эффективность обустраиваемой защиты.
Обратите внимание: Порядок выбора сечения проводников определяется в ПУЭ, поскольку этот показатель характеризует устойчивость к коррозии (электроды должны служить 5-10 лет).
Помимо этого всегда нужно помнить о «золотом» правиле, согласно которому чем больше металлических заготовок предусмотрено в схеме – тем лучше характеристики безопасности контура.
Также следует учесть, что мероприятия по организации заземления нельзя назвать легким занятием. При большом количестве составляющих системы увеличиваются объемы земляных работ. А решение вопроса о том, каким конкретно способом улучшать качество заземления (за счет длины или количества электродов) остается за самим исполнителем.
В любом случае при обустройстве ЗУ произвольного типа рекомендуется придерживаться следующих правил:
- стержни необходимо вбивать до отметки, находящейся ниже уровня промерзания почвы минимум на 50 сантиметров;
- такое их расположение позволит учесть сезонные факторы и исключить их влияние на работоспособность защитной системы;
- расстояние между вертикально вбитыми элементами зависит от формы выбранной конструкции и длины самих стержней.
Для корректного выбора этого показателя рекомендуется воспользоваться справочными таблицами.
С целью сокращения объема предстоящих расчетов (их упрощения) сначала желательно определить величину сопротивления
стеканию токов КЗ для одиночного стержня.
С учетом влияния, оказываемого на искомую величину горизонтальными элементами конструкции, сопротивление для вертикальных штырей вычисляется по следующей формуле:
Если монтируемое ЗУ обустраивается в разнородном грунте (другое его название – двухслойный), удельное сопротивление можно определить так:
где Ψ – это так называемый «сезонный» коэффициент;
ρ1 и ρ2– удельные сопротивления слоев почвы (верхней и нижней прослойки соответственно), учитываемые при расчетах в Омах на•метр;
Н – толщина слоя грунта в метрах, расположенного в верхней части земляного покрова;
t – заглубление вертикальных штырей или стержней (оно соответствует глубине подготовленной траншеи), равное 0,7 метрам.
Достаточное для получения эффективного заземления число стержней (горизонтальные составляющие пока не учитываются) определяется так:
где Rн – это нормируемое ПТЭЭП сопротивление растеканию.
С учетом горизонтальных элементов ЗУ формула для определения количества вертикальных штырей принимает такой вид:
где под ηв понимается коэффициент использования конструкции, указывающий на взаимное влияние токов стекания различных единичных элементов друг на друга.
Дополнительная информация: При обустройстве системы из линейно расположенных штырей следует помнить о том, что в этом случае их взаимное влияние проявляется особенно сильно.
При уменьшении шага монтажа этих элементов защитного контура его общее сопротивление растеканию тока заметно увеличивается. Число элементов заземляющего сооружения, полученное по результатам описанных выкладок, следует округлить до большего значения.
Расчеты заземления онлайн удается автоматизировать, если воспользоваться разработанным для этого специальным онлайн калькулятором на нашем ресурсе.
Пример расчета заземления
В качестве «классического» примера расчета заземления рассмотрим вариант ЗУ с учетом заданных исходных данных, то есть проведем вычисления для одиночного металлического штыря. Сразу оговоримся, что такие простейшие конструкции применяются при организации повторного заземления высоковольтных опор. В рассматриваемой ситуации согласно положениям ПУЭ (смотрите п.1.7.103.) сопротивление растеканию тока не может быть более 15, 30 и 60 Ом для напряжений 660, 380 и 220 Вольт соответственно.
Расчет одиночного заземляющего элемента для опоры ВЛ 380 Вольт
Согласно оговоренной ранее методике сначала по таблице выбирается тип вертикального штыря со следующими характеристиками:
- Материал – сталь.
- Форма – округлый стержень диаметром 16 мм.
- Длина L — 2,5 метра.
Обратите внимание: В качестве грунта в соответствие с таблицей выбирается полутвердая глина с удельным сопротивлением ρ, равным 60 Ом на•метр.
Глубина траншеи берется равной полметра. Затем из той же таблицы находится поправочный коэффициент, вводимый для средней климатической зоны. Его значение при фактической длине стержней до 2,5 метров с учетом промерзания грунта в данной местности составляет ψ=1,45. Показатель нормированного сопротивления для этого типа ЗУ равен 30 Омам. Следующий показатель – удельное сопротивление грунта находится по формуле:
ρ (по факту) = ψ•ρ = 1.45х60 = 87 Ом•метр
Полученные расчетные данные выглядят так:
- заглубление одиночного штыря в грунт составляет h = 0,5l + t = 0,5х2,5 + 0,5 = 1,75 метра;
- его сопротивление для нашего примера (смотрите формулы выше) составляет не более 30 Ом, что соответствует требования ПУЭ для данного напряжения.
Когда одного заземляющего штыря для опоры ВЛ недостаточно – допускается добавлять еще один или даже несколько прутьев. В этом случае потребуется другая методика, используемая для линейного контура или треугольной конструкции.
Расчет 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.
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;
tф – 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).
Источник: FishkiElektrika.ru
Виды заземляющих конструкций
Для организации заземления используются проводники из металлоконструкций различной формы (балка, труба, уголок и так далее). Эти базисные элементы могут быть использованы в одной из трёх основных систем:
- С использование одиночного глубинного заземлителя;
- Монтаж комплексной модульной конструкции;
- Организация электролитического заземления.
Вне зависимости от типа выбранной конструкции, её сопротивление должно укладываться в определённые рамки. Для трёхфазной сети на 380 Вольт сопротивление заземления должно составлять не более 4 Ом. Более распространённая однофазная сеть на 220 Вольт потребует не более 8 Ом. Также предварительные расчёты позволяют заранее определиться с количеством необходимых материалов, что даёт возможность существенно сэкономить.
Формула расчёта одиночного заземлителя
Существует ряд факторов, влияющих на окончательный результат расчёта заземляющей конструкции, а именно:
- Используемые материалы (решающие значение имеет вид металла, но немаловажным могут быть и показатели электролита);
- Форма элементов-электродов (влияет незначительно);
- Расстояние между элементами электродами;
- Глубина, на которую погружается монтируемый контур.
Необходимо отметить, что для получения системы, имеющий сопротивление в 4–8 Ом, применяемые металлические элементы должны обладать определёнными минимальными параметрами:
- Плоская балка — 12 мм в ширину, 4 мм в высоту;
- Уголок — 4 мм в высоту
- Шест — диаметр не менее 10 мм;
- Труба — толщина не менее 3.5 мм.
Расчёт защитного заземления можно провести при помощи специализированного программного обеспечения или онлайн-калькуляторов. Но для их правильного использования необходимо знать общую формулу, по которой проводятся вычисления и значение всех переменных. Традиционно в рассматриваемой формуле используются следующие обозначения:
- R — расчётное заземление (Ом);
- L — протяжённость заземляющего элемента-заземлителя (м);
- d — диаметр элемента (м);
- T — заглубление: расстояние между от середины каждого заземляющего элемента до поверхности грунта (м);
- ρ — сопротивление грунта (Ом×м). Смотрите таблицу.
- π — число Пи (3.14)
Расчёт такого типа контура заземления производится по такой формуле:
Измерить все перечисленные значения не составить большой трудности, за исключением разве что параметра ρ. Произвести эту процедуру можно самостоятельно при помощи Омметра, но нужно понимать, что полученные данные могут существенно изменяться при изменении температуры, влажности и других параметров окружающей среды. Поэтому гораздо удобнее будет воспользоваться усреднёнными табличными данными:
| Тип грунта | Параметр сопротивление грунта в диапазоне от –5 до –20°С |
| Песок | 5000–11000 |
| Супесь | 1100–1500 |
| Влажная глина | 550–3000 |
| Каменистая глина | 1000–12000 |
| Известняк | 3000–12500 |
| Торф | 500–1000 |
| Суглинок | 1200–3500 |
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.
Для подсчётов удобнее всего пользоваться табличными значениями, полученных в результате практического применения формулы.
| Система заземления при расположении электродов последовательно | ||
| Расстояние 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 | ||
| Расстояние 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:
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:
При это стоит учитывать, что скорее всего полученное значение будет дробным, поэтому его необходимо будет округлить в большую сторону.
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.
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:
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.
Источник: ProFazu.ru
Заземляющий контур
Конструкция контура заземления, виды используемых материалов, ограничены условиями, которые содержатся в документах, к примеру, в ПУЭ, правилах устройства электроустановок.
Заземляться должны все без исключения электроустановки, как на подстанции, так и на предприятии или в быту.
Наиболее распространенной конструкцией заземляющего контура является один или несколько металлических штырей (заземлителей), заглубленных в землю и соединенных между собой сварным соединением. При помощи металлического проводника контур заземления соединяется с заземляемыми устройствами.
В качестве заземлителей используются неокрашенные стальные или стальные обмедненные материалы, размеры которых не должны быть меньше приведенных ниже:
- Прокат круглый – диаметр не менее 12 мм;
- Уголок – не менее 50х50х4 мм;
- Трубы – диаметром не менее 25 мм с толщиной стенок не менее 4 мм.
Чем лучше проводимость заземлителей, тем эффективнее работает заземление, поэтому самый предпочтительный вариант – использование медных электродов, но на практике это не встречается, ввиду высокой стоимости меди.
Ничем не покрытая сталь имеет высокую коррозионную способность, особенно на границе влажного грунта и воздуха, поэтому определена минимальная толщина стенок металла (4 мм).
Оцинкованный металл хорошо сопротивляется коррозии, но не в случае протекания токов. Даже самый минимальный ток вызовет электрохимический процесс, в результате чего тонкий слой цинка прослужит минимальное время.
Современные системы заземления выполняются на основе обмедненной стали. Поскольку количество меди для изготовления невысоко, то стоимость готовых материалов ненамного превышает стальные, а срок службы многократно возрастает.
Наиболее распространенными конструкциями контуров заземления являются треугольное или рядное размещение электродов. Расстояние между соседними электродами должно составлять 1.2-2 м, а глубина закладки – 2-3 м. Глубина закладки (длина электродов) во многом зависит от характеристик грунта. Чем выше его электрическое сопротивление, тем глубже должны залегать электроды. В любом случае эта глубина должна превышать глубину промерзания грунта, поскольку замерзший грунт имеет высокое омическое сопротивление. То же самое относится и к участкам земли с низкой влажностью.
Там, где возможно протекание токов высокого значения, к примеру, на подстанции или предприятии с мощным оборудованием, подход к выбору конструкции контура заземления и его расчет имеют очень большое значение для безопасности.
Факторы сопротивления заземления
Расчет защитного заземляющего устройства зависит от многих условий, среди которых можно выделить основные, которые используются при дальнейших расчетах:
- Сопротивление грунта;
- Материал электродов;
- Глубина закладки электродов;
- Расположение заземлителей относительно друг друга;
- Погодные условия.
Сопротивление грунта
Сам по себе грунт, за несколькими исключениями, обладает низкой электропроводностью. Данная характеристика меняется, в зависимости от содержания влаги, поскольку вода с растворенными в ней солями является хорошим проводником. Таким образом, электрические свойства грунта зависят от количества содержащейся влаги, солевого состава и свойств грунта удерживать в себе влагу.
Распространенные типы грунта и их характеристики
| Тип грунта | Удельное сопротивление ρ, Ом•м |
|---|---|
| Скала | 4000 |
| Суглинок | 100 |
| Чернозем | 30 |
| Песок | 500 |
| Супесь | 300 |
| Известняк | 2000 |
| Садовая земля | 50 |
| Глина | 70 |
Из таблицы видно, что удельное сопротивление может отличаться на несколько порядков. В реальных условиях ситуация осложняется тем, что на разных глубинах тип грунта может быть различным и без четко выраженных границ между слоями.
Материал электродов
Эта часть расчетов наиболее проста, поскольку при изготовлении заземления используется только несколько разновидностей материалов:
- Сталь;
- Медь;
- Обмедненная сталь;
- Оцинкованная сталь.
Медь в чистом виде не используется по причине высокой стоимости, наиболее часто применяемые материалы – это чистая и оцинкованная сталь. В последнее время все чаще стали встречаться системы заземления, в которых используется сталь, покрытая слоем меди. Такие электроды имеют наименьшее сопротивление, которое имеет хорошую стабильность во времени, поскольку медный слой хорошо сопротивляется коррозии.
Наихудшие характеристики имеет ничем не покрытая сталь, поскольку слой коррозии (ржавчина) увеличивает переходное сопротивление на границе электрод-грунт.
Глубина закладки
От глубины закладки электродов зависят линейная протяженность границы касания электрода и грунта и величина слоя земли, который участвует в цепи протекания тока. Чем больше этот слой, тем меньшее значение сопротивления он будет иметь.
На заметку. Кроме этого при установке электродов следует иметь в виду, что чем глубже они располагаются, тем ближе будут находиться к водоносному слою.
Расположение электродов
Данная характеристика наименее очевидна и трудна для понимания. Следует знать, что каждый электрод заземления имеет некоторое влияние на соседние, и чем ближе они будут расположены, тем меньше будет их эффективность. Точное обоснование эффекта довольно сложное, просто следует его учитывать при расчетах и строительстве.
Проще объяснить зависимость эффективности от количества электродов. Здесь можно привести аналогию с параллельно соединенными резисторами. Чем их больше, тем меньше суммарное сопротивление.
Погодные условия
Наилучшие параметры заземляющее устройство имеет при повышенной влажности грунта. В сухую и морозную погоду сопротивление грунта резко возрастает и при достижении некоторых условий (полное высыхание или промерзание) принимает максимальное значение.
Методика расчета
Основным параметром расчета является необходимое значение сопротивления заземления, которое регламентируется нормативными документами, в зависимости от величины напряжения питания, типа электроустановок, условий их использования.
Строгий расчет защитного заземления, который дает значения количества и длины электродов, не существует, поэтому он выполняется на основе некоторых приближенных данных и допусков.
Для начала учитывается тип грунта, и определяется примерная длина электродов заземления, их материал и количество. Далее выполняется расчет, порядок которого следующий:
- Определяется сопротивление растекания тока для одного электрода;
- Рассчитывается количество вертикальных заземлителей с учетом их взаимного расположения.
Одиночный заземлитель
Сопротивление растекания тока рассчитаем, согласно формуле:
В данном выражении:
ρ – удельное эквивалентное сопротивление грунта;
l – длина электрода;
d – диаметр;
t – расстояние от поверхности земли до центра электрода.
При использовании уголка вместо трубы или проката принимают:
d = b·0.95, где b – ширина полки уголка.
Эквивалентное сопротивление многослойного грунта:
где:
- ρ1 и ρ2 – удельные сопротивления слоев грунта;
- Н – толщина верхнего слоя;
- Ψ – сезонный коэффициент.
Сезонный коэффициент зависит от климатической зоны. Также в него вносятся поправки, в зависимости от количества использованных электродов. Ориентировочные значения сезонного коэффициента составляют от 1.0 до 1.5.
Количество электродов
Необходимое количество электродов определяется из выражения:
n = Rз/(К·R), где:
- Rз – допустимое максимальное сопротивление заземляющего устройства;
- К – коэффициент использования.
Коэффициент использования выбирается. в соответствии с выбранным количеством заземлителей, их взаимного расположения и расстояния между ними.
Рядное расположение электродов
| Отношение расстояния между электродами к их длине | Количество электродов |
Коэффициент |
|---|---|---|
| 1 | 4 6 10 |
0,66-0,72 0,58-0,65 0,52-0,58 |
| 2 | 4 6 10 |
0,76-0,8 0,71-0,75 0,66-0,71 |
| 3 | 4 6 10 |
0,84-0,86 0,78-0,82 0,74-0,78 |
Контурное размещение электродов
| Отношение расстояния между электродами к их длине | Количество электродов |
Коэффициент |
|---|---|---|
| 1 | 4 6 10 |
0,84-0,87 0,76-0,80 0,67-0,72 |
| 2 | 4 6 10 |
0,90-0,92 0,85-0,88 0,79-0,83 |
| 3 | 4 6 10 |
0,93-0,95 0,90-0,92 0,85-0,88 |
Не всегда расчет контура заземления выдает необходимое значение, поэтому, возможно, его потребуется произвести несколько раз, изменяя количество и геометрические размеры заземляющих электродов.
Измерение заземления
Для измерения сопротивления заземления используются специальные измерительные приборы. Правом измерения заземления обладают организации с соответствующим разрешением. Обычно это энергетические организации и лаборатории. Измеренные параметры вносятся в протокол измерения и хранятся на предприятии (в цеху, на подстанции).
Расчет сопротивления заземления представляет сложную задачу, в которой необходимо учитывать множество условий, поэтому рациональнее воспользоваться помощью организаций, которые специализируются в данной области. Для решения задачи можно произвести расчеты на он-лайн калькуляторе, пример которых можно найти в интернете в свободном доступе. Программа калькулятора сама подскажет, какие данные необходимо учитывать при вычислениях.
Источник: amperof.ru
Виды заземляющих конструкций
Для организации заземления используются проводники из металлоконструкций различной формы (балка, труба, уголок и так далее). Эти базисные элементы могут быть использованы в одной из трёх основных систем:
- С использование одиночного глубинного заземлителя;
- Монтаж комплексной модульной конструкции;
- Организация электролитического заземления.
Вне зависимости от типа выбранной конструкции, её сопротивление должно укладываться в определённые рамки. Для трёхфазной сети на 380 Вольт сопротивление заземления должно составлять не более 4 Ом. Более распространённая однофазная сеть на 220 Вольт потребует не более 8 Ом. Также предварительные расчёты позволяют заранее определиться с количеством необходимых материалов, что даёт возможность существенно сэкономить.
Формула расчёта одиночного заземлителя
Существует ряд факторов, влияющих на окончательный результат расчёта заземляющей конструкции, а именно:
- Используемые материалы (решающие значение имеет вид металла, но немаловажным могут быть и показатели электролита);
- Форма элементов-электродов (влияет незначительно);
- Расстояние между элементами электродами;
- Глубина, на которую погружается монтируемый контур.
Необходимо отметить, что для получения системы, имеющий сопротивление в 4–8 Ом, применяемые металлические элементы должны обладать определёнными минимальными параметрами:
- Плоская балка — 12 мм в ширину, 4 мм в высоту;
- Уголок — 4 мм в высоту
- Шест — диаметр не менее 10 мм;
- Труба — толщина не менее 3.5 мм.
Расчёт защитного заземления можно провести при помощи специализированного программного обеспечения или онлайн-калькуляторов. Но для их правильного использования необходимо знать общую формулу, по которой проводятся вычисления и значение всех переменных. Традиционно в рассматриваемой формуле используются следующие обозначения:
- R — расчётное заземление (Ом);
- L — протяжённость заземляющего элемента-заземлителя (м);
- d — диаметр элемента (м);
- T — заглубление: расстояние между от середины каждого заземляющего элемента до поверхности грунта (м);
- ρ — сопротивление грунта (Ом×м). Смотрите таблицу.
- π — число Пи (3.14)
Расчёт такого типа контура заземления производится по такой формуле:
Измерить все перечисленные значения не составить большой трудности, за исключением разве что параметра ρ. Произвести эту процедуру можно самостоятельно при помощи Омметра, но нужно понимать, что полученные данные могут существенно изменяться при изменении температуры, влажности и других параметров окружающей среды. Поэтому гораздо удобнее будет воспользоваться усреднёнными табличными данными:
| Тип грунта | Параметр сопротивление грунта в диапазоне от –5 до –20°С |
| Песок | 5000–11000 |
| Супесь | 1100–1500 |
| Влажная глина | 550–3000 |
| Каменистая глина | 1000–12000 |
| Известняк | 3000–12500 |
| Торф | 500–1000 |
| Суглинок | 1200–3500 |
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.
Для подсчётов удобнее всего пользоваться табличными значениями, полученных в результате практического применения формулы.
| Система заземления при расположении электродов последовательно | ||
| Расстояние 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 | ||
| Расстояние 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:
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:
При это стоит учитывать, что скорее всего полученное значение будет дробным, поэтому его необходимо будет округлить в большую сторону.
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.
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:
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.
Источник: ProFazu.ru