Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент сезонности для заземления

Порядок расчета защитного заземления

1. Уточняют исходные данные: тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, план электроустановки с указанием всех основных размеров оборудования, формы и размеры электродов заземляющего устройства, удельное сопротивление грунта, характеристика климатической зоны, данные об естественных заземлителях, расчетный ток замыкания на землю.

2. Определяют допустимое сопротивление растеканию заземляющего устройства Rдоп по таблице 1.

3. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта, в зависимости от вида грунта с учетом коэффициента y.

, (1)

где ρ – удельное сопротивление грунта при влажности 10 – 20 %, Ом*м (таблица 2);

ψ – коэффициент сезонности (таблица 3).

Таблица 1 – Допустимые сопротивления защитных заземлителей в электрических установках

Вид грунтаУдельное сопротивление грунта при влажности 10-20%, Ом*м
Торф
Глина
Садовая земля
Суглинок
Чернозем
Супесь
Песок
Известняк, мергель1000 – 2000
Скальный грунт2000 – 4000

Примерное распределение республик и областей РФ по климатическим зонам:

I зона: Карелия севернее Петрозаводска, республика Коми, Архан­гельская и Кировская области, Заволжье восточнее Казани и Самары, Урал. Омская. Новосибирская, Иркутская и Читинская области, южные районы Тюменской области. Хабаровского и Красноярского краев, Приморская и Сахалинская области.

II зона: Ленинградская область, южная часть Карелии, Вологодская
область, центральные районы РФ до Волгоградской области.

III зона: Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская, Ростовская области.

IV зона: Краснодарский и Ставропольский края, Астраханская области.

Таблица 3 – Значения коэффициента сезонности в зависимости от климатической зоны

Значение коэффициента сезонности, ψКлиматические зоны РФ
IIIШIV
для вертикальных электро­дов при глубине заложения их вершины 0,5 – 0,7 м1,8 – 21,5 – 1,81,4 – 1,61,2 – 1,4
для вертикальных электро­дов при глубине заложения их вершины 0,8 – 1,0 м1,351,251,151,1
для горизонтальных протя­женных электродов4,5 –7,03,5 –4,52,0 – 2,51,5 – 2,0

4. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного верти-кального заземлителя – стержневого круглого сечения в земле (рисунок 1)

, (2)

где rРАСЧ в – расчетное удельное сопротивление грунта для вертикаль-ных электродов, Ом*м,

lв – длина вертикального заземлителя, м;

d – наружный диаметр заземлителя, м;

t – расстояние от середины заземлителя до поверхности грунта, м, определяется по формуле

(3)

t – расстояние от поверхности грунта до заглубленного заземлителя.

Рисунок 1 – Расположение вертикального заземлителя в земле

5. Определяют расчетное сопротивление растеканию горизонтального электрода

, (4)

где rРАСЧ г – расчетное удельное сопротивление грунта для горизон-тальных электродов, Ом*м,

Lг – длина полосы, м;

В – ширина полосы, м.

6. Установив характер расположения заземлителей в ряд или контуром (рисунок 2), определяют ориентировочное число вертикальных заземлителей

, (5)

Rв – сопротивление вертикального заземлителя, Ом;

Rдоп – допустимое сопротивление заземления, Ом (таблица 1).

7. Задаемся расстоянием между вертикальными заземлителями: отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине S/l = 1, S/l = 2, S/l = 3. По отношению S/l и n´ (таблицы 4 и 5) определяют коэффициенты использования вертикальных ηв и горизонтальных ηг заземлителей таблицы 4 и 5.

а – расположение стержней по контуру; б – расположение стерж­ней в ряд;

1 – электродвигатели (объекты заземления); 2 – заземляющие шины внутреннего контура; 3 – заземлители; 4 – соединяющие шины ; 5 – соединительные провода; S – расстояние между стержнями; 1 – длина стержня

Рисунок 2 – Виды защитного заземления

Таблица 4 – Коэффициент использования горизонтальных заземлителей

Отношение расстояния между стержнями к их длине S/1Число вертикальных электродов заземлителя
При расположении полосы в ряду стержней
0,850,770,720,670,620,420,310,260,21
0,940,890,840,790,750,560,460,310,36
0,960,920,880,860,820,680,560,520,49
При расположении полосы по контуру стержней
0,450,360,340,270,240,220,210,2
0,560,430,400,320,300,290,280,27
0,700,600,560,450,410,390,370,36

8. Уточняем число вертикальных заземлителей

, (6)

где ηВ – коэффициент использования вертикальных заземлителей.

Таблица 5 – Коэффициент использования вертикальных заземлителей

Отношение рас-стояния между стержнями к их длине S/1При размещении стержней в рядПри расположении стерж­ней по контуру
Ориентировочное число стержней n′ηвОриентировочное число стержней n′ηв
0,840,66
0,760,58
0,670,52
0,560,44
0,510,38
0,470,36
0,90,76
0,850,75
0,790,66
0,720,61
0,660,55
0,650,52
0,930,84
0,90,78
0/850,74
0,790,68
0,760,64
0,740,62

9. Определяют сопротивление растеканию тока группового заземлителя

. (7)

Коэффициент сезонности для заземления

Зависимость r грунта от времени года

Время года влияет на удельное сопротивление грунта, поскольку атмосферные условия, изменяющиеся в течение года, изменяют содержание влаги в грунте, его температуру и количество растворенных в нем солей.

Степень и характер изменений р в течение года зависят от многих факторов — рода грунта, климатических условий местности, погодных условий данного года и т. п. Поэтому заранее определить, как будет изменяться r в течение года в интересующем нас месте, строго говоря, невозможно.

Однако опытом установлен ряд простых закономерностей, которые с достаточной для практики точностью позволяют оценить ожидаемое изменение r . Так, снижение удельного сопротивления происходит, как правило, в весенние и осенние месяцы года, когда дожди и тающий снег резко увеличивают содержание влаги в почве. Благоприятное влияние оказывает весной и повышение температуры почвы.

Увеличение r происходит зимой и летом вследствие замерзания и испарения влаги, причем более высокие значения r наблюдаются зимой.

Наибольшему влиянию подвержены верхние слои грунта, которые зимой промерзают, весной и осенью раньше и обильнее других слоев насыщаются влагой, а летом раньше прогреваются и высыхают. В верхних слоях может иметь место вымывание растворимых веществ и, наоборот, увеличение содержания их за счет веществ, принесенных водой.

Более глубокие слои земли обладают более стабильным удельным сопротивлением. Поэтому заземлители, глубоко закопанные в землю, в том числе вертикальные стержневые, выполняют свою задачу лучше, чем полосовые заземлители, прокладываемые вблизи поверхности земли.

Кривые на рис. 2.22 показывают примерный характер изменений r в течение года на разных глубинах.

Рис. 2.22. Изменение удельного сопротивления грунта в течение года

1— на глубине 0,7 м; 2 — на глубине 2,5 м

При проектировании заземляющих устройств необходимо в качестве расчетного брать наибольшее возможное в течение года значение r , т. е. ориентироваться на худший случай.

Однако измерение r в самое неблагоприятное время и при наиболее неблагоприятной погоде встречает в практике серьезные затруднения. Поэтому эти измерения производятся, как правило, в теплое время года (май— октябрь) и измеренное удельное сопротивление r изм умножается на коэффициент сезонности y , учитывающий возможное повышение сопротивления в течение года и состояние (увлажненность) земли во время измерений.

В итоге получается расчетное значение удельного сопротивления для однородной земли, Ом * м,

Если измерения проводились для многослойной земли, т. е. получены измеренные значения удельных сопротивлений r изм нескольких слоев, то на коэффициент сезонности умножаются значения r изм лишь тех слоев, которые лежат в пределах толщины слоя сезонных изменений.

Коэффициенты сезонности y в значительной степени зависят от характеристики климатических зон, в которых сооружаются заземлители. Признаки климатических зон указаны в табл. 2.3.

Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности y

Коэффициент сезонности для заземления

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним (прежде всего вследствие нарушения изоляции).

При замыкании фазы на металлический корпус электроустановки он приобретает электрический потенциал относительно земли. Если к корпусу такой электроустановки прикоснется человек, стоящий на земле или токопроводящем полу (например, бетонном), он немедленно будет поражен электрическим током.

Посредством защитного заземления ток замыкания перераспределяется между заземляющим устройством и человеком обратно пропорционально их сопротивлениям.

Поскольку сопротивление тела человека в сотни раз превышает величину сопротивления растеканию тока заземляющего устройства, через тело человека, прикоснувшегося к поврежденному заземленному оборудованию, пройдет ток, не превышающий предельно допустимого значения (10 мА), а основная часть тока уйдет в землю через контур заземления. При этом напря-жение прикосновения на корпусе оборудования не превысит 42 В.

Контур заземления выполняют из стальных стержней, уголков, некондиционных труб и др. В траншее глубиной до 0,7 м вертикально забиваются стержни (трубы, уголки и др.), а выступающие из земли верхние концы соединяются сваркой внахлест стальной полосой или прутком.

При этом необходимо соблюдать следующие условия.

  1. Сечение соединительной полосы, ее толщина, минимальный диаметр прутка, минимальная толщина стенки уголка — определяются в соответствии с техническим циркуляром ( Скачать технический циркуляр).
  2. Длина стержня должна быть не менее 1,5. 2 м, чтобы достичь незамерзающего слоя почвы (рис. 2).

Рис. 2. Установка одиночного заземлителя в двухслойном грунте:
L — длина одиночного заземлителя ; D — диаметр одиночного заземлителя ;
Н — толщина верхнего слоя грунта; Т — заглубление заземлителя (расстояние
от поверхности земли до середины электрода); t — глубина траншеи (заглубление соединительной полосы)

  1. Расстояние между соседними стержнями рекомендуется выбирать равным длине стержня (если иное не предусмотрено условиями эксплуатации) (рис. 3).

Стержни можно располагать в ряд (рис. 3) или в виде какой-либо геометрической фигуры (квадрата, прямоугольника) в зависимости от удобства монтажа и используемой площади. Совокупность стержней, соединенных между собой полосой, образует контур заземления. В помещении контур заземления приваривается к корпусу силового щита и к заземляющей магистрали (шине заземления), которая проходит вдоль стен здания. На практике часто используются естественные заземлители (части коммуникаций, зданий и сооруже-ний производственного или иного назначения), находящиеся в соприкосновении с землей. Это канализационные трубы, железобетонные конструкции фундаментов, свинцовые оболочки кабелей и др.

Рис. 3. Конструкция заземляющего устройства:
L — длина одиночного заземлителя ; K — расстояние между соседними (смежными) заземлителями

Измерение сопротивления растеканию тока заземляющих устройств должно производиться в сроки, установленные Правилами эксплуатации электроустановок потребителей (ПЭЭП) не реже одно-го раза в шесть лет, а также после каждого капитального ремонта и длительного бездействия установки.

Сопротивление заземляющих устройств рекомендуется измерять в наиболее жаркие и сухие или в наиболее холодные дни года, когда грунт имеет наименьшую влажность. Чем меньше влажность, тем выше удельное сопротивление грунта. В первом случае влага из грунта испаряется, во втором — замерзает (лед практически не проводит электрический ток). При замерах в другие дни нужно полученные значения корректировать с помощью поправочных коэффициентов, которые приводятся в ПЭЭП [3].

Расчет заземляющего устройства сводится к определению числа вертикальных заземлителей и длины соединительной полосы. Для упрощения расчета примем, что одиночный вертикальный заземлитель представляет собой стержень, либо трубу малого диаметра.

  1. Сопротивление одиночного вертикального заземлителя : (2)

где L и D — длина и диаметр стержня соответственно, м; P экв эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом*м ; Т — заглубление электрода (расстояние от поверхности земли до середины электрода), м.

Студенты неэлектротехнических специальностей могут определить сопротивление одиночного вертикального заземлителя по формуле:

(3)

или по упрощенной формуле:

(4)

Примечание: здесь и далее знаком (*) обозначаются формулы для расчетов, которые проводят студенты неэлектротехнических специальностей. Формулы, не отмеченные данным знаком, общие для студентов всех специальностей.

Величина эквивалентного удельного сопротивления грунта P экв для студентов неэлектротехнических специальностей задается преподавателем из табл. 2.

Эквивалентным удельным сопротивлением грунта P экв неоднородной структурой называется такое удельное сопротивление земли с однородной структурой, в которой сопротивление заземляющего устройства имеет то же значение, что и в земле с неоднородной структурой. Если грунт двухслойный, эквивалентное удельное сопротивление определяется из выражения:

где Y — коэффициент сезонности (по табл. 2 — для стержневых заземлителей ); P1 — удельное сопротивление верхнего слоя грунта, Ом*м ; P2 — удельное сопротивление нижнего слоя грунта Ом*м ; Н — толщина верхнего слоя грунта, м; t — заглубление полосы, м.

Одиночный заземлитель должен полностью пронизывать верхний слой грунта и частично нижний.

Таблица 1 -Эквивалентное удельное сопротивление грунтов

Удельное сопротивление Rэкв , Ом ? м

Расчет защитного заземления

Расчет заземления производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника. Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину.

Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.

Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления.

К чему сводится расчет заземления?

Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю тем самым, защищая человека от поражения электрическим током.

Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше.

Заземляющие устройства должны удовлетворять возложенным на них определенным требованиям, а именно величины сопротивление растекания токов и распределения опасного потенциала.

Поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.

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.

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

где – ρэкв — эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.

В случае установки заземляющего устройства в неоднородный грунт (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:

где – Ψ — сезонный климатический коэффициент (таблица 2); ρ1, ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (таблица 1); Н – толщина верхнего слоя грунта, м; t — заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t = 0.7 м.

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Удельное сопротивление грунта Таблица 1

ГрунтУдельное сопротивление грунта, Ом·м
Торф20
Почва (чернозем и др.)50
Глина60
Супесь150
Песок при грунтовых водах до 5 м500
Песок при грунтовых водах глубже 5 м1000

Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:

Монтаж и установку заземления необходимо производить таким образом, чтобы заземляющий стержень пронизывал верхний слой грунта полностью и частично нижний.

Значение сезонного климатического коэффициента сопротивления грунта Таблица 2

Тип заземляющих электродовКлиматическая зона
IIIIIIIV
Стержневой (вертикальный)1.8 ÷ 21.5 ÷ 1.81.4 ÷ 1.61.2 ÷ 1.4
Полосовой (горизонтальный)4.5 ÷ 73.5 ÷ 4.52 ÷ 2.51.5
Климатические признаки зон
Средняя многолетняя низшая температура (январь)от -20+15от -14+10от -10 до 0от 0 до +5
Средняя многолетняя высшая температура (июль)от +16 до +18от +18 до +22от +22 до +24от +24 до +26

Количество стержней заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:

Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется исходя из правил ПТЭЭП (Таблица 3).

Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (ПТЭЭП) Таблица 3

Характеристика электроустановкиУдельное сопротивление грунта ρ, Ом·мСопротивление Заземляющего устройства, Ом
Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В:
660/380до 10015
свыше 1000.5·ρ
380/220до 10030
свыше 1000.3·ρ
220/127до 10060
свыше 1000.6·ρ

Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше 30 Ом. Поэтому Rн принимается равным Rн = 30 Ом.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

Lг, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηг – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 4).

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

— в ряд; — по контуру.

а – расстояние между заземляющими стержнями.

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего.

Расчет заземления по указанным выше формулам можно автоматизировать воспользовавшись для расчета специальной программой «Электрик v.6.6», скачать ее можно в интернете бесплатно.

Расчет заземления

С чего начать делать заземление?

Конечно же, начать следует с подготовки, а в нашем случае вы должны знать :

  • какой должна быть конструкция заземления?
  • обеспечивает ли эта конструкция электробезопасность?

Для того, чтобы ответить на эти вопросы, вам придется рассчитать заземление.

Какая цель стоит перед нами, когда мы начинаем расчет?

Поскольку нам нужно сделать заземление частного дома, то дело мы имеем с сетью 220/380 Вольт. И, соответственно, необходимая величина сопротивления контура заземления составляет 4 Ом.

Наша цель в расчете: Сделать такую конструкцию, у которой сопротивление будет меньше 4 Ом.

Нам предстоит выбрать:

  • длину вертикальных заземлителей.
  • количество вертикальных заземлителей.
  • тип заземлителей: прут, уголок или полоса.

Для того, чтобы вы могли провести расчеты, вы должны знать удельное сопротивление грунта, которое зависит от типа грунта и вашей климатической зоны.

Что ж, давайте начнем:

Рассчитаем сопротивление вертикального заземлителя по такой формуле:


Давайте разберемся, какие параметры используются в этой формуле и где их взять.

L – это длина стержня в метрах;

t – это глубина, на которую заглублен верхний конец вертикального стержня;

d – это диаметр стержня в метрах;

ρр – это расчетное удельное сопротивление в Ом . м.

Какую выбрать длину стержня?

Выбирая длину стержня вертикального заземлителя, следует знать:

Чем меньше длина стержня, тем больше стержней придется сделать.

Но поскольку чем глубже забивать стержень в землю, тем тяжелее он забивается, то, я думаю, оптимальный вариант – это стержни 2-4 метра длиной, в некоторых случаях до 6 метров длинной. А я, для примера, выберу стержни длинной 3 метра.

Теперь выберем глубину, на которую заглублен верхний конец этого 3-метрового стержня.

Поскольку эту глубину лучше всего выбирать большей, чем глубина промерзания грунта, то я выберу t=0,8 метра.

Выбираем диаметр вертикального заземлителя, а согласно ПУЕ, если пруток не оцинкованный, то его диаметр должен быть не менее 10 мм, а оцинкованного — не менее 6 мм.

Конечно, если у вас есть возможность, то лучше взять оцинкованные прутья, так как они не будут поддаваться коррозии и прослужат дольше и надежнее.

Но если такой возможности нет, выбираем обычную арматуру диаметром в d=12 мм.

Теперь нам нужно узнать расчетное удельное сопротивление грунта.

Рассчитывать его мы будем по такой формуле:

Kв это коэффициент сезона для вертикальных заземлителей, его мы берем из следующей таблицы:

Для своего примера коэффициент сезонности вертикального заземлителя я выберу равным 1,4 , А горизонтального 2.

А ρ – удельное сопротивление грунта, выбираем из этой таблицы:

В моем случае – это суглинок с удельным сопротивлением 100 Ом . м.

Теперь необходимо посчитать сопротивление заземлителя по формуле:

Это формула для расчета сопротивления горизонтального заземлителя который будет соединять вертикальные заземлители. Он выполнен из металлической полосы шириной b, к примеру, равной30 мм. Глубина заложения 0.8, так как верхний конец вертикальных заземлителей находится на этой высоте. Длину горизонтального заземлителя выбираем из расчета, чтобы между вертикальными заземлителями было не менее 2 м.

Для наглядности приведу пример расчета:

Считаем сопротивление горизонтального заземлителя:

В расчете примем количество вертикальных заземлителей равным 14.

Соответственно, длинна горизонтального заземлителя 13 . 2=26 м.

Суммарное сопротивление вертикальных заземлителей равно:

Суммарное сопротивление всего заземляющего контура получается равным:

Как видим, получилось меньше 4 Ом с большим запасом, поэтому можно взять меньше вертикальных заземлителей и, соответственно, меньше длину горизонтального заземлителя. Когда подберете конфигурацию заземления, можно начинать его делать.

Сначала выкапывается траншея нужной длины и глубины. Потом забиваются в землю вертикальные заземлители нужной длины и на выбранном в расчете расстоянии, когда закончите, нужно будет приварить к вертикальным заземлителям горизонтальный заземлитель, к которому, в свою очередь, в двух противоположных местах присоединяется провод заземления идущий в дом.

Когда будете закапывать траншею, закапывать нужно однородным грунтом, то есть не строительным мусором, щебнем и прочим, а тем грунтом, который и выкопали.
Ознакомьтесь со всем спектром электромонтажных работ и услуг, предлагаемых нашей компанией по самой выгодной цене в Нижнем Новгороде.

Статьи и обзоры систем автоматизации и безопасности

23 декабря 2010

Системы защитного заземления

В современном здании, в котором находится большое количество различных приёмников электроэнергии, возникает необходимость наличия системы заземления, которая обеспечивает электро- и пожарную безопасность, защиту дорогостоящего электронного оборудования, грозозащиту зданий. Ниже приведены некоторые выдержки из ПУЭ, которые касаются систем заземления и уравнивания потенциалов.

Основные требования ПУЭ по заземлению

Глава 7.1. ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ЖИЛЫХ, ОБЩЕСТВЕННЫХ, АДМИНИСТРАТИВНЫХ И БЫТОВЫХ ЗДАНИЙ

7.1.13. Питание электроприемников должно выполняться от сети 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.

При реконструкции жилых и общественных зданий, имеющих напряжение сети 220/127 В или 3 х 220 В, следует предусматривать перевод сети на напряжение 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.

7.1.21. При питании однофазных потребителей зданий от многофазной распределительной сети допускается для разных групп однофазных потребителей иметь общие N и РЕ проводники (пятипроводная сеть), проложенные непосредственно от ВРУ, объединение N и РЕ проводников (четырехпроводная сеть с РЕN проводником) не допускается.

7.1.36. Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых, этажных и квартирных щитков до светильников общего освещения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, должны выполняться трехпроводными (фазный — L, нулевой рабочий — N и нулевой защитный — РЕ проводники).

  • Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий
  • Нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать на щитках под общий контактный зажим.
  • Сечения проводников должны отвечать требованиям п. 7.1.45.

7.1.68. Во всех помещениях необходимо присоединять открытые проводящие части светильников общего освещения и стационарных электроприемников (электрических плит, кипятильников, бытовых кондиционеров, электрополотенец и т.п.) к нулевому защитному проводнику.

7.1.69. В помещениях зданий металлические корпуса однофазных переносных электроприборов и настольных средств оргтехники класса I по ГОСТ 12.2.007.0-75 «ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности» должны присоединяться к защитным проводникам трехпроводной групповой линии (см. п. 7.1.36).

К защитным проводникам должны подсоединяться металлические каркасы перегородок, дверей и рам, используемых для прокладки кабелей.

7.1.70. В помещениях без повышенной опасности допускается применение подвесных светильников, не оснащенных зажимами для подключения защитных проводников, при условии, что крюк для их подвески изолирован. Требования данного пункта не отменяют требований п. 7.1.36 и не являются основанием для выполнения электропроводок двухпроводными.

7.1.87. На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей:

  • Основной (магистральный) защитный проводник;
  • Основной (магистральный) заземляющий проводник или основной заземляющий зажим;
  • Стальные трубы коммуникаций зданий и между зданиями;
  • Металлические части строительных конструкций, молниезащиты, системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования. Такие проводящие части должны быть соединены между собой на вводе в здание.

Рекомендуется по ходу передачи электроэнергии повторно выполнять дополнительные системы уравнивания потенциалов.

7.1.88. К дополнительной системе уравнивания потенциалов должны быть подключены все доступные прикосновению открытые проводящие части стационарных электроустановок, сторонние проводящие части и нулевые защитные проводники всего электрооборудования (в том числе штепсельных розеток).

Для ванных и душевых помещений дополнительная система уравнивания потенциалов является обязательной и должна предусматривать, в том числе, подключение сторонних проводящих частей, выходящих за пределы помещений. Если отсутствует электрооборудование с подключенными к системе уравнивания потенциалов нулевыми защитными проводниками, то систему уравнивания потенциалов следует подключить к РЕ шине (зажиму) на вводе. Нагревательные элементы, замоноличенные в пол, должны быть покрыты заземленной металлической сеткой или заземленной металлической оболочкой, подсоединенными к системе уравнивания потенциалов. В качестве дополнительной защиты для нагревательных элементов рекомендуется использовать УЗО на ток до 30 мА.

Не допускается использовать для саун, ванных и душевых помещений системы местного уравнивания потенциалов.

1.7.103. Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

1.7.111. Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными. Искусственные заземлители не должны иметь окраски.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т.п.

1.7.117. Заземляющий проводник, присоединяющий заземлитель рабочего (функционального) заземления к главной заземляющей шине в электроустановках напряжением до 1 кВ, должен иметь сечение не менее: медный — 10 мм², алюминиевый — 16 мм², стальной — 75 мм².

Расчёт заземления

Типовой расчёт сопротивления растеканию электрического тока заземляющего устройства, состоящего из вертикальных заземлителей, выполняется по приведённым ниже формулам:

R — общее сопротивление растеканию электрического тока

R1 — сопротивление вертикального заземлителя

R2 — сопротивление горизонтального заземлителя

ρ — удельное электрическое сопротивление грунта

ρ1 — удельное электрическое сопротивление верхнего слоя грунта

ρ2 — удельное электрическое сопротивление нижнего слоя грунта

n — количество вертикальных заземлителей

L1 — длина вертикального заземлителя

L2 — длина горизонтального заземлителя

L3 — длина соединительной полосы до ввода в здание

D — диаметр вертикального заземлителя

b — ширина полки горизонтального заземлителя

H — глубина верхнего слоя грунта

h1 — расстояние до середины вертикального заземлителя

h2 — расстояние до середины горизонтального заземлителя

k1 — климатический коэффициент для вертикальных заземлителей

k2 — климатический коэффициент для горизонтальных заземлителей

η — коэффициент использования для вертикальных электродов

Online расчёт заземления

Климатические коэффициенты для вертикальных и горизонтальных заземлителей

ЗаземлительКлиматическая зона
IIIIIIIV
Вертикальный1,8. 2,01,6. 1,81,4. 1,51,2. 1,4
Горизонтальный4,5…7,03,5…4,52,0…2,51,5…2,0

Климатические зоны России

I — Архангельская, Мурманская, Вологодская, Кировская, Пермская, Свердловская, Сахалинская, Камчатская и Магаданская области, северная половина Западной и Восточной Сибири и Республика Коми, северная часть Хабаровского края и восточная часть Приморского края;

II — Республика Карелия, Ленинградская, Новгородская, Псковская области, южная часть Хабаровского и западная часть Приморского краев;

III — Смоленская, Калининградская, Московская, Калининская, Орловская, Тульская, Рязанская, Ивановская, Ярославская, Горьковская, Брянская, Челябинская, Владимирская, Калужская, Костромская, Амурская области, южная часть Западной и Восточной Сибири, Республика Чувашия, Республика Мордовия, Республика Марий Эл, Республика Татарстан, Республика Башкирия и Республика Удмуртия;

IV — Курская, Астраханская, Куйбышевская, Саратовская, Волгоградская, Оренбургская, Воронежская, Тамбовская, Пензенская, Ростовская, Ульяновская области, Краснодарский край, Северный Кавказ и Закавказье.

Коэффициенты использования ηв и ηг для многоэлектродных заземлителей состоящих из стержней (труб или уголков)

Отношение расстояния между
трубами к их длине

Расчет сопротивления контура заземления в частных домах

Время на чтение:

При эксплуатации электроустановок в некоторых случаях возникает пробой изоляции. При этом происходит утечка тока на корпус двигателей, стальных труб, проводки и т. д. Результатом этой утечки является выход из строя оборудования или поражение электрическим током. Чтобы избежать этого, необходимо использовать заземление. Расчет его произвести несложно — для этого необходимо воспользоваться определенной методикой.

Общие сведения

Защитным заземлением (ЗЗ) называется заземление, необходимое для предотвращения поражения человека электрическим током на электроустановках с напряжением питания до 1000 В. ЗЗ необходимо в случае возможного пробоя изоляции различных электрических машин и утечки тока на токоведущие части, при касании к которым происходит поражение электрическим током.

Основы электробезопасности

В отличие от других видов травм, электротравматизм происходит редко, но приводит к серьезным последствиям. Опасность поражения электрическим током заключается в том, что пострадавший практически во всех случаях не может оказать себе помощь, в результате чего вероятность смертельных исходов высока. Воздействие тока на организм человека происходит по нескольким направлениям.

Тепловое или термическое действие приводит к ожогам определенных участков кожи, перегреву органов, а также к разрыву нервных окончаний и кровеносных сосудов. При химическом воздействии происходит процесс электролиза крови, лимфы и других биологических растворов, которые содержатся в организме человека. Это приводит к нарушению ее физико-химического состава и нарушению функционирования организма.

При биологическом воздействии наблюдается возбуждение и гибель клеток организма, а также нарушение работы мышц, в результате чего может произойти остановка сердца, судорожные явления и остановка дыхания.

Уровень опасности поражения человека электричеством зависит от следующих факторов:

  • Параметров электричества.
  • Пути прохождения.
  • Времени воздействия на организм.
  • Внешней среды.
  • Сопротивления тела.

К параметрам электрического тока относятся его сила, величина напряжения, частота и вид тока, который классифицируется на постоянный и переменный.

Ток по закону Ома зависит от напряжения и сопротивления, однако эта зависимость является нелинейной при напряжениях свыше 100 В, поскольку происходит пробой верхнего слоя кожи и сопротивление тела резко уменьшается. При этом ток начинает расти. Опасным считается переменный ток при значениях напряжения меньше 300 В, а при значениях свыше 300 В постоянный ток становится опаснее переменного. Сопротивление тела человека уменьшается в интервале частот от 50 до 1 кГц. При росте частоты свыше 1 кГц опасность поражения уменьшается, при частотах 45-50 кГц эта вероятность поражения полностью исчезает.

Путь прохождения тока является его движением по организму человека. Наиболее опасным считается прохождение через сердце, поскольку ток способен нарушить его работу. Время воздействия на организм — это время, в течение которого организм подвергался вредному воздействию со стороны электричества.

Внешняя среда включает в себя влажность и температуру воздуха. Сопротивление тела (R) является переменной величиной, которая зависит от множества факторов: толщины кожи и ее влажности, состояния здоровья, температуры, возрастных характеристик и морально-психологического состояния.

Величина тока, протекающего через тело человека (I), зависит от напряжения, приложенного к нему, и значения его R. Верхний слой кожи обладает наибольшим R, в сухом состоянии равным значению до 400 кОм, а при повреждении этого слоя величина R может снизиться до 600 Ом. При расчетах R тела человека берется равной 1 кОм.

Электрические удары

Воздействие тока на организм человека характеризуется электрическими ударами, при которых судорожно сокращаются мышцы, и электротравмами, во время которых повреждаются ткани и органы. Среди электротравм самыми опасными являются ожоги при контакте с токоведущими частями оборудования и электрической дугой, при которой также возникает и металлизация кожи. Кроме того, возможны механические повреждения, возникающие при сокращении мышц, а также при падении.

При тяжелых травмах, полученных под воздействием тока, существует вероятность наступления клинической смерти, которая может перейти в биологическую при отсутствии медицинской квалифицированной помощи. Среди причин, приводящих к смертельному исходу, можно выделить остановку сердца и дыхания, а также электрический шок. При рефлекторной остановке сердца происходит влияние на нервную систему, что приводит к нарушению ритма из-за быстрых сокращений фибриллы. Кроме того, при прямом действии на сердце произойдет его остановка.

Паралич дыхательной системы возникает при прохождении тока через мышцы грудной клетки, а также в результате поражения нервной системы.

Электрический шок — реакция нервной системы на действие электрического тока, которая выражается в нарушении дыхания, кровообращения и обмена веществ.

Защитное заземление

ЗЗ используется для снижения риска поражения человека электрическим током (ЭТ) на различных электроустановках переменного и постоянного токов. Однако этот вид защиты применяют в основном в комбинации с устройством защитного отключения. Для увеличения уровня электробезопасности жилища необходимо правильно рассчитать контур заземления.

Основные виды

Основной характеристикой заземляющего контура является номинал сопротивления, величина которого изменяется в конкретной ситуации. Номиналы R ЗЗ следующие:

  • До 1000 В при условии, что нейтраль изолированная, R ЗЗ составляет не более 4 Ом.
  • Для трансформаторов, мощность которых меньше 100 кВ*А, R должно быть не более 10 Ом.
  • С изолированной нейтралью и напряжением номиналами 220 В, 380 В и 660 В R ЗЗ должно быть 2, 4 и 8 Ом соответственно.

Существуют два типа ЗЗ: контурное и выносное. Контурное не используется в заземлении для частного дома, а применяется на установках с напряжением свыше 1000 В. Оно состоит из отдельных заземлителей, которые размещены по периметру оборудования. Выносной тип состоит из заземлителя и заземляющего провода или магистрали.

Заземлителем является металлическая конструкция (кол, труба или уголок), которая погружена в землю. Провода соединяют корпус электроустановки и заземлитель. Места, где происходит соединение токоведущих частей электрического оборудования с заземляющей жилой, называются точками заземления.

Порядок установки

Заземлитель из одного проводника вкапывается в землю. Он может быть соединен с другими заземлителями. После того как монтаж произведен, траншею необходимо засыпать. Кроме того, следует оставить над поверхностью земли часть электрода для подсоединения к нему заземляющего провода, идущего к основной шине заземления в электрощите.

Если оборудование работает в нормальном режиме, то величина напряжения (Uз) будет равна 0. При коротком замыкании сопротивление заземления (Rз) равно 0. Существует формула, позволяющая найти Rз. Она основана на следствии из закона Ома: Rз = Uз / Iз. Расчет защитного заземления сводится к правильному нахождению Rз и сопоставлению его с ГОСТ.

Величину Rз следует определять исходя из характеристик грунта, который окружает заземлитель, а именно: влажности, плотности, содержания солей и сезонности.

Кроме того, важными составляющими величинами Rз, которые влияют на его величину, являются следующие:

  • Конструктивные особенности заземлителя.
  • Глубина вкапывания.
  • Диаметр заземляющей жилы.

Для эффективной защиты применяется группа заземлителей, которые объединяются в контур, причем между ними должно соблюдаться некоторое расстояние. Это связано с тем, что во время пробития изоляции ток уходит на корпус, а затем через заземлители — в землю. При этом на поверхности земли образуется разность потенциалов. И если человек находится в поле его действия, то существует вероятность поражения током при шаговом напряжении.

Глубина влияет на Rз, поскольку при глубоком погружении в грунт величина Rз уменьшается. Площадь поперечного сечения также играет важную роль. Для голого медного провода оно должно быть от 5 кв. мм., а для изолированного — 1,5 кв. мм. При прикосновении к токоведущей части электроустановки возникает напряжение прикосновения (Uпр), которое будет меньше Uз, поскольку его снижает одежда. Для расчета Rз следует знать еще одну величину, которая называется удельным сопротивление грунта (р определяется по таблице 1).

Таблица 1: Данные различных типов грунта, используемых для заземления

Тип грунтаУдельное сопротивление, Ом*м
Графитовая крошка0,1
Вода морская0,2
Глина влажная20
Ил30
Глина сухая60
Чернозем60
Песок влажный130-400
Песок сухой800
Бетон1000

Проанализировав табличные данные, можно сделать следующий вывод: значение р зависит от типа грунта, а на снижение его значения влияет влажность грунта. Расчет заземляющего устройства контура заземления зависит от коэффициента сезонности (Км), на который влияет температура окружающей среды. Его значения следующие:

  • От 0 до +5 Км = 1,3/1,8.
  • В интервале от -10 до 0 Км = 1,5/2,3.
  • При температурных интервалах -15..-10 Км = 1,7/4,0.
  • От -20 до -15 Км = 1,9/5,8.

Кроме того, значение Км зависит от типа погружения заземлителя или группы заземлителей. В числителе указано значение при вертикальном положении (0,6-0,7 м), а в знаменателе — при горизонтальном положении на глубине 0,4-0,8 м.

Формула расчета Rз для одиночного заземлителя в вертикальном положении принимает следующий вид: Rз = 0,3 * р * Км. Эта формула позволяет найти приблизительное значение, а для точных расчетов следует применять формулу, в которой учитываются следующие величины: длина электрода (l), диаметр прута (d) и глубина (h). Формула имеет следующий вид: Rз = (p/(2*3,1416 * l)) * (ln(2*l/d) + 0,5 * ln((4 * h + l)/(4 * h — l))).

При наличии нескольких электродов (n) следует воспользоваться еще одной формулой: Rn = Rз / (n * Кисп). Кисп является коэффициентом использования электрода, который учитывает влияние на него рядом вкопанных заземлителей. Он определяется по табличным значениям и подставляется в результирующую формулу.

Таблица 2: Определение Кисп

Максимально допустимым Rз для частного дома является величина не более 4 Ом. В основном для изготовления ЗЗ применяются стальные трубы или уголки, поскольку этот материал является более дешевым по сравнению с медным электродом.

Для произведения расчетов величину R перемычек между электродами можно не учитывать. Способ расчета контура заземления, пример которого сводится к получению необходимого его значения в 4 Ом, достаточно прост. Он требует определенных знаний в области математики. Существует и другой метод — воспользоваться онлайн-сервисом или программой для расчета заземления. Примером программы для расчета является Excel.

Пример расчета

Очень часто при покупке дома необходимо рассчитать контур заземления. Если расчеты произведены неверно, то переделывание ЗЗ может занять огромное количество времени. Поэтому рекомендуется сначала научиться грамотно его рассчитывать, а затем приступать к практическим работам.

В большинстве случаях заземлители делаются из уголка 50х50 мм, длина которого составляет L = 2,5 м. Условие первого примера является следующим: глинистый грунт (р = 60 Ом * м), Км = 1,45, глубина траншеи составляет hтр = 0,5 м.

Алгоритм расчета имеет следующий вид:

  1. Найти p с учетом Км: р = 60 * 1,45 = 87 Ом *м.
  2. Выбрать расстояние между электродами: S = L = 2,5 м.
  3. Забить вниз уголок, размер полки (ребра уголка) которого составляет примерное значение диаметра электрода: d = 0,95 * 0,05 = 87 Ом * м.
  4. Найти глубину залегания средней точки уголка: h = 0,5 * L + hтр = 0,5 * 2,5 + 0,5 = 1,75 м.
  5. Подставить значения в формулу и определить для одного заземлителя: Rз = 27,58 Ом. Этого номинала недостаточно, поскольку по ГОСТ его значение должно быть не более 4 Ом (Rзгост) для 220 В.
  6. Определить количество электродов: n = Rз / (Кисп * Rзгост). Вычисление для Кисп = 27,58 / (1 * 4) = 7.
  7. По таблице найти Кисп для 7 электродов и подставить в формулу нахождения количества электродов c Кисп = 0,59: n = 12.
  8. Произвести перерасчет для n = 12 при Кисп = 0,54. Результат вычисления: n = 13.
  9. Подставить в формулу: Rз = Rзгост / (n * Кисп) = 4 Ом.

Для построения контура заземления с Rз = 4 Ом понадобятся 13 уголков. Все остальные задачи являются однотипными, а формулы и таблицы позволяют рассчитать заземление конкретного контура. Если не хочется тратить время на вычисления, то можно вычислить его значение в специальной программе или при помощи онлайн-сервисов.

Таким образом, ЗЗ необходимо для частного дома и выполняет основную функцию по защите человека от поражения электрическим током. Изготовить и рассчитать его можно по очень простой методике или воспользоваться специальными программами. Рекомендуется, кроме ЗЗ, использовать еще и устройства защитного отключения.

Читать еще:  Заземление и зануление
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector