Расчет заземления

Расчет заземления

Расчет заземления (расчет сопротивления заземления) для одиночного глубинного заземлителя на основе модульного заземления производится как расчет обычного вертикального заземлителя из металлического стержня диаметром 14,2 мм.

Формула расчета сопротивления заземления одиночного вертикального заземлителя:

где:
ρ – удельное сопротивление грунта (Ом* м )
L – длина заземлителя (м)
d – диаметр заземлителя (м)
T — заглубление заземлителя (расстояние от поверхности земли до середины заземлителя) (м)
π — математическая константа Пи (3,141592)
ln — натуральный логарифм

Для готовых комплектов модульного заземления ZANDZ формула расчета сопротивления упрощается до вида:

— для комплекта ZZ-000-015
— для комплекта ZZ-000-030

Для расчета взяты следующие величины:
L = 15 (30) метров
d = 0,014 метра = 14 мм
T = 8 (15,5) метров: с учетом заглубления электрода на глубине 0,5 метра

«Электрик»

Первый программный продукт, который хотелось бы рассмотреть, называется «Электрик». Мы уже говорили о нем, когда рассматривали лучшие программы для расчета сечения кабеля. Так вот и с вычислениями параметров заземляющего контура «Электрик» может запросто справиться. Преимущество данного продукта заключается в том, что он достаточно прост в использовании, русифицирован и к тому же есть возможность бесплатного скачивания. Увидеть интерфейс программы вы можете на скриншотах ниже:

Все, что вам нужно – задать исходные данные, после чего нажать кнопку «Расчет контура». В результате вы получите не только подробную методику вычислений с используемыми формулами, но и чертеж, на котором будет изображен готовый контур заземления. Что касается точности расчетных работ, то тут мы рекомендуем использовать только самые последние версии программы, т.к. в устаревших версиях множество недоработок, которые были устранены со временем. Если вам нужно рассчитать заземляющий контур для частного дома либо более серьезных сооружений, к примеру, котельной либо подстанции, рекомендуем использовать данный продукт.

Расчет заземления в программе Электрик показан на видео:

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

где – ρ_экв — 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

Грунт	Удельное сопротивление грунта, Ом·м
Торф	20
Почва (чернозем и др.)	50
Глина	60
Супесь	150
Песок при грунтовых водах до 5 м	500
Песок при грунтовых водах глубже 5 м	1000

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 электродов	Климатическая зона
	I	II	III	IV
Стержневой (вертикальный)	1.8 ÷ 2	1.5 ÷ 1.8	1.4 ÷ 1.6	1.2 ÷ 1.4
Полосовой (горизонтальный)	4.5 ÷ 7	3.5 ÷ 4.5	2 ÷ 2.5	1.5
Климатические признаки зон
Средняя многолетняя низшая температура (январь)	от -20+15	от -14+10	от -10 до 0	от 0 до +5
Средняя многолетняя высшая температура (июль)	от +16 до +18	от +18 до +22	от +22 до +24	от +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 электроустановки	Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м	Сопротивление 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:
660/380	до 100	15
	свыше 100	0.5·ρ
380/220	до 100	30
	свыше 100	0.3·ρ
220/127	до 100	60
	свыше 100	0.6·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:

L_г, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; η_г – 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:

η_в – 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 частного дома в формулах

Для расчета нужно выбрать формулу расчёта заземления в зависимости от типа заземлителя. Формула расчета учитывает количество электродов, их толщину и длину, а также параметры грунта возле дома.

Для начала посмотрим, как можно монтировать заземлители. На фото вы видите четыре варианта монтажа:

а — Вертикально у поверхности земли;

б — Вертикально с заглублением на 70 см (предпочтительно);

в — Горизонтально по поверхности земли;

г — Горизонтально в траншее 50-70 см.

Теперь сами расчеты.

Любое заземляющее устройство состоит из вертикальных и горизонтальных заземлителей, которые рассчитываются отдельно.

Расчет одиночного вертикального заземлителя не закопанного в землю рассчитывается следующим образом:

Расчет одиночного вертикального заземлителя углубленного в землю на 70 см рассчитывается так:

Расчет горизонтального заземлителя у поверхности:

Расчет горизонтального заземлителя в траншее 70 см, рассчитывается следующим образом:

Суммарное сопротивление заземлителя рассчитывается по формуле.

Коэффициент η берется из таблицы:

расчет заземления частного дома

Совет дня

Как видите, расчет заземления частного доме не прост. Советую воспользоваться для расчетов online калькуляторами расчета заземлителя, которых много в Интернет. Они дают достаточно точные результаты не только для однослойных, но и многослойных грунтов.

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.

Акула

Завершим обзор универсальной комплексной программой, широкого рабочего спектра «Акула».

Благодаря нему рассчитывают:

• сечение проводки;
• мощность кондиционеров, электрокотлов;
• мощность объектов;
• потери напряжения;
• характеристики защитных аппаратов;
• освещенность в помещении;
• молниезащиту;
• заземляющие устройства.

Интерфейс русифицирован и прост, проблем с его освоением возникнуть не должно. К слову, «Акула» бесплатна.

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.

Необходимые сведения для самостоятельного расчета заземления

Фундаментальные требования, которых необходимо придерживаться при изготовлении заземляющих конструкций — это размеры металлических элементов.
В зависимости от применяемого материала (уголка, полосы, арматуры/прутка) минимальные показатели элементов должны быть не меньше:

• Полоса 12х4 – 4,8 см2;
• Уголок 4х4;
• Арматура/пруток – диаметр от 1,0 см;
• Труба (толщина стенки) – 3,5 мм.

Наименьшие размеры металлических элементов, из которых монтируются заземляющие контуры

• Длина заземляющего элемента должна быть не менее 1,5 – 2 м.
• Интервал между металлическими элементами контура берется из соотношения их метража, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

В зависимости от имеющейся на участке площадки и возможности проведения монтажных работ, заземляющие элементы контура можно устанавливать любым способом: в ряд, или другим методом (треугольником, квадратом и т.п.).
Для точности вычислений необходимо знать удельные показатели сопротивляемости различных видов почвы и водной среды.
Таблица № 1
Показатели (приблизительные) удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом•м

Наименование почвы/водной среды	Удельное сопротивление, Ом•м
Песок	700
Супесок	300
Суглинок	100
Глина	40
Почва на приусадебных участках	40
Глина (слой 7-10 м) или гравий	70
Мергель, известняк, крупный песок с валунами	1000-2000
Скальная порода	2000-4000
Чернозём	20
Торф	20
Вода в реках, протекающих по равнинам	10-100
Морская вода	0,2-1

Монтаж контура заземления

Для начала выкопайте траншею с глубиной канавы не менее чем 80 сантиметров в виде треугольника длиной сторон около 3 метров. Разметить треугольник думаю, сможете, точность вплоть до миллиметра тут не нужна.

Для монтажа контура заземления понадобится уголок 55х55 миллиметров с толщиной металла более 6 миллиметров, его толщина очень важна, поэтому не стоит на этом экономить. В противном случае он прослужит вам считаные годы, поскольку ржавчина и блуждающий ток съедят его за пару лет. Этого уголка понадобится три куска по длине вашего треугольника это около трех метров. Затем их нужно забить в землю в каждой вершине треугольника. Забиваем до тех пор, пока на поверхности дна траншеи не останется 15 сантиметров уголка.

Следующим этапом монтажа контура заземления будет объединение этих трех уголков в одну цепь. Для этого вам понадобится металлическая полоса с толщиной и шириной 6 миллиметров и соответственно 55 миллиметров или прут арматуры диаметром не менее 8 миллиметров. Затем при помощи сварочного аппарата соединяем треугольник, образовывая одну цепь.

Места соединения нужно качественно соединить, проварив шов по всей длине именно шов, а не прихватки. Затем место сварки тщательно подкрасить, не пропустив ни миллиметра, иначе ржавчина и ток разрушат соединение очень быстро.

Практически ваш контур заземления готов осталось только подвести его в квартиру и дополнительно установить стабилизатори напряжения , чем и нужно будет теперь заняться.

Также предоставляем вашему вниманию онлайн калькулятор по расчету заземления.