Расчет заземления | Пример расчета заземляющего устройства
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:
- 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.
Линейная схема контура заземления для частного домаОт 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.
Схемаfishkielektrika.ru
Контур заземления — его конструкция и выбор заземлителя
Устройство так называемого заглубленного контура заземления внешне представляет собой электроды — металлические стержни, которые забиты в землю и соединены меж собой. Наиболее эффективной считается конструкция, в которой электроды располагаются в одну линию. Однако при благоприятных условиях вполне сгодится и конструкция, в которой стержни располагаются треугольником.
Устройство заземления в случае расположения штырей в одну линию
Устройство заземления в случае расположения штырей в виде треугольника
Расположение треугольником несколько хуже, поскольку электроды гораздо больше друг друга экранируют, а это значит, расход материала при организации такой конструкции при остальных равных условиях станет больше. С иной стороны на небольшом расстоянии треугольное расположение значительно уменьшает число земляных работ, и между собой соединять штыри с шиной значительно удобнее в яме треугольной формы, нежели в узкой траншее.
Расстояние заземлительного контура от домовых стен должно быть не менее 1-ного метра.
Электроды заземления следует закопать на приличную глубину возможного промерзания грунта. Всё дело в том, что будучи замерзшим грунт весьма плохо проводит электрический ток. В частности, при замерзании самого верхнего грунтового слоя высотой полметра, сопротивление его увеличивается приблизительно в десять раз, а на глубине около метра — раза в три. Летом же поверхностные слои грунта (примерно до метра глубиной) заметно высыхают, что довольно резко повышает показатели его сопротивления. Потому и необходимо поглубже закапывать электроды в так называемые стабильные почвенные слои, которые залегают на глубине 1-2 метров. На подобной глубине грунтовые параметры грунта почти не меняются в течение всего года.
Конечно, вполне можно взять и более длинные электроды из металла, однако это увеличит материальный расход. Расчет заземлительного контура приведен в статье под названием «Расчёт заземления» на нашем ресурсе. Кроме того, стоит отметить, что забить вручную в землю стержни заземлителя свыше 2,5 метров длиной бывает довольно-таки проблематично.
Таблица 1-вая Коэффициенты применения 3-ёх электродов, которые размещены в ряд
Отношение расстояния между 3 стержнями | Коэффициент использования, η | Отношение расстояния между 3 стержнями | Коэффициент использования, η |
0,5 | 0,62-0,68 | 2 | 0,85-0,88 |
1 | 0,76-0,8 | 3 | 0,9-0,92 |
Арматура Строительная не подходит для заземлительных стержней
В таблице 1-вой видно, каким образом расстояние меж 3-емя стержнями оказывает влияние на коэффициент их применения. Отношение расстояния меж стержнями является отношением используемой стержневой длинны к расстоянию меж ними. К примеру, если взять пару электродов длинной 2,5 метра, полностью углублённых в землю на необходимую глубину промерзания (используется вся их длина) и расположить их на расстоянии два с половиной метра от друг друга, то отношение их будет равно 1=2,5/2,5.
Глядя на таблицу, можно сделать такой вывод, что самое оптимальное расстояние меж стержнями заземлительного контура бывает равно обычно их длине. При увеличенном расстоянии эффективностный прирост будет небольшим при довольно большом объёме работ на земле и расходе материала на проведение соединения стержней шиной.
Для производства глубинных электродов использовать можно любые материалы, имеющие минимальные размеры, указанные в таблице 2.
Следует обратить внимание, что в таблице 2 не присутствует арматуры с так называемым периодическим профилем, которую обычно применяют для выполнения армирования бетона. Стержни такого рода арматуры совершенно не подходят для глубинного заземления, поскольку при вбивании в землю они разрыхляют её возле себя, что ведет к повышению сопротивления.
Таблица 2-рая Минимальные размеры электродов заземляющих с точки зрения механической и коррозионной стойкости
Материал | Поверхность | Профиль | Минимальный размер | |||
Диаметр, мм | Площадь сечения, мм2 | Толщина, мм | Толщина покрытия, мк | |||
Сталь | Черный1 металл без антикоррозионного покрытия | Прямоугольный2 |
| 150 | 5 |
|
Угловой |
| 150 | 5 |
| ||
Круглые стержни для заглублённых электродов3 | 18 |
|
|
| ||
Круглая проволока для поверхностных электродов4 | 12 |
|
|
| ||
Трубный | 32 |
| 3.5 |
| ||
Горячего цинкования5 или нержавеющая сталь5,6 | Прямоугольный |
| 90 | 3 | 70 | |
Угловой |
| 90 | 3 | 70 | ||
Круглые стержни для заглублённых электродов3 | 16 |
|
| 70 | ||
Круглая проволока для поверхностных электродов4 | 10 |
|
| 507 | ||
Трубный | 25 |
| 2 | 55 | ||
В медной оболочке | Круглые стержни для заглублённых электродов3 | 15 |
|
| 2000 | |
С гальваническим медным покрытием | Круглые стержни для заглублённых электродов3 | 14 |
|
| 100 | |
Медь | Без покрытия5 | Прямоугольный |
| 50 | 2 |
|
Круглый провод Для поверхностных электродов4 |
| 258 |
|
| ||
Трос | 1,8 каждой проволоки | 25 |
| 5 | ||
Трубный | 20 |
| 2 |
| ||
Луженная | Трос | 1,8 каждой проволоки | 25 |
| 5 | |
Оцинкованная | Прямоугольный9 |
| 50 | 2 | 40 | |
1 Срок службы 25-30 лет при скорости коррозии в нормальных грунтах 0,06 мм/год. 2 Прокат или нарезанная полоса со скругленными краями. 3 Заземляющие электроды рассматриваются как заглублённые, когда они установлены на глубине более 0,5 м. 4 Заземляющие электроды рассматриваются как поверхностные, когда они установлены на глубине не более 0,5 м. 5 Может так же использоваться для электродов, уложенных (заделанных) в бетоне. 6 Применяется без покрытия. 7 В случае использования проволоки, изготовленной методом непрерывного горячего цинкования, толщина покрытия в 50 мк принята в соответствии с настоящими техническими возможностями. 8 Если экспериментально доказано, что вероятность повреждения от коррозии и механических воздействий мала, то может использоваться сечение 16 мм 2. 9 Нарезанная полоса со скруглёнными краями. | ||||||
Хомуты оцинкованные для проведения скрепления заземлителей
Осуществление соединения оцинкованного стержня с также оцинкованной полосой с помощью хомута на болтах
С целью соединения контурных стержней с шиной заземления и соединителями используются два способа:
— в случае использования оцинкованного проката можно применять соединение без применения сварки, при помощи обжимных резьбовых хомутов. Причём место соединения обязательно должно быть защищенным от коррозии при помощи антикоррозийного бинта, либо обмазки горячим битумом;
— при применении проката из черной стали без каких-либо покрытий он соединяется с помощью использования дуговой электросварки.
Проведение антикоррозийной обработки соединения на хомутах
Касаемо провода (так называемый защитный проводник), что подключают непосредственно к заземляющей конструкции (то есть к шине заземления), лучше всего применять провод из меди. Размер минимального сечения заземляющего провода следует выбирать по таблице 3. К примеру, если попросту подключить провод из меди к стальной шине при помощи резьбового оцинкованного соединения, причём соединение находится в распределительной пластиковой коробке, сам же провод скрыт в пластиковой гофре, то такого рода подключение надо считать плохо защищённым от коррозийного воздействия, поскольку оно напрямую контактирует с воздухом. Однако соединение заземлительного контура такого рода и проводника защищено механически, а значит минимально возможное сечение провода из меди будет равным 10 миллиметрам2. Детали по обустройству защитного домового заземления собственноручно приведены в статье под названием «Монтаж контура заземления самостоятельно».
Наличие защиты | Сечение провода мм2 | |
Механически защищенные | Механически незащищённые | |
Защищённые от коррозии | 6 | 16 |
Незащищённые от коррозии | 10 | 25 |
Всего комментариев: 0
ukrelektrik.com
Контур заземления в частном доме по нормам ПУЭ своими руками (нормы и замеры)
Чтобы контур заземления эффективно выполнял свои функции, необходимо использование норм, которые приведены в «Правилах устройства электроустановок». Они утверждены Министерством энергетики России, приказом от 08. 07. 2002 г. Сейчас действительной является седьмая редакция. Но перед реализацией конкретного проекта необходимо уточнить новейшие изменения. Так как далее в статье есть ссылки на этот документ, будут применяться следующие сокращения: «ПУЭ», или «Правила».
Типовые схемы контуров заземления дома
Для чего выполнять требования
Может показаться, что неукоснительное соблюдение Правил избыточно, необходимо только для прохождения официальных проверок, ввода в действие объекта недвижимости. Конечно, это не так.
Нормативы созданы на основе научных знаний и практического опыта. В ПУЭ есть следующие сведения:
- Формулы для расчетов отдельных параметров защитной системы.
- Таблицы с коэффициентами, которые помогают учесть электротехнические характеристики разных проводников.
- Порядок проведения испытаний и проверок.
- Специализированные организационные мероприятия.
Применение на практике этих нормативов позволит предотвратить поражение электрическим током людей и животных. Создание контура должно быть безупречным, в точном соответствии с Правилами. Это снизит вероятность возгораний при авариях, поможет исключить развитие негативных процессов, способных нанести ущерб имуществу.
В данной статье рассматриваются вопросы защиты частного дома. Таким образом, будут изучаться те разделы ПУЭ, которые относятся к работе с напряжением до 1 000 V.
Составные части системы
Ключевым параметром данной системы является сопротивление заземления. Сопротивление заземления должно быть настолько малым, чтобы именно по такому пути шел ток при возникновении аварийной ситуации. Это обеспечит защиту при случайном прикосновении человека к поверхности, на которую подано напряжение.
Специалисты рекомендуют подключать бытовую технику к системе заземления
Для получения необходимого результата шасси и корпуса бытовых устройств дома соединяют с главной шиной заземляющего устройства, создается внутренний контур. К нему же подключают металлические элементы конструкции здания, трубы водопровода. Подробно состав такой системы выравнивания потенциалов описан в ПУЭ (п.1.7.82). Снаружи строения устанавливается другая часть защиты, внешний контур. Его также подключают к главной шине. Для оснащения частного дома можно использовать разные схемы. Но проще всего заглубить в землю металлические стержни.
В следующем списке приведены отдельные компоненты системы и требования к ним:
- Провода, которыми подсоединяются утюги, стиральные машины и другие конечные потребители. Они находятся внутри сетевого кабеля, поэтому необходимо только наличие соответствующей линии заземления, подключенной к розетке. В некоторых ситуациях, при установке варочных панелей, духовых шкафов, иного встроенного в мебель оборудования, требуется подсоединение корпусов отдельным проводом.
- В качестве общей шины можно использовать не только специальный провод, но и «естественные» проводники такие, как металлические каркасы зданий. Исключения и точные правила будут рассмотрены ниже. Здесь же надо отметить, что этот участок прохождения тока надо создавать так, чтобы предотвратить механические повреждения в процессе эксплуатации.
- Наружный контур частного дома создают из металлических элементов без изоляции. Это увеличивает вероятность разрушения процессом коррозии. Для снижения этого негативного воздействия используют цветные металлы. Места сварных соединений стальных деталей покрывают битумными смесями и другими составами аналогичного назначения.
- Реальное сопротивление заземляющего устройства такого типа будет зависеть от характеристик грунта. Глина и сланцы хорошо удерживают влагу, а песок – плохо. В каменистых грунтах сопротивление слишком велико, поэтому понадобится искать другое место для установки, или погружать заземлитель еще глубже. В особо засушливые периоды, чтобы сохранить функциональность устройства рекомендуется регулярный полив почвы.
Почвы обладают разной проводимостью
Проводники системы заземления
Частью внутреннего контура являются изолированные провода. Их оболочки делают цветными (чередующиеся зеленые и желтые продольные полосы). Такое решение уменьшает ошибочные действия при выполнении монтажных операций. Подробно требования изложены в разделе «Защитные проводники» Правил, начиная с раздела 1.7.121.
В частности, там приведена методика простого расчета допустимой площади изолированного проводника в сечении (без поверхностного слоя). Если фазный провод меньше, или не превышает 16 мм2, то выбирают равные диаметры. При увеличении размеров применяют иные пропорции.
Для точных расчетов используется формула из пункта 1.7.126 ПУЭ:
/k , где:
- S – сечение проводника заземления в мм2;
- I – ток, проходящий по нему при коротком замыкании;
- t – это время в секундах, за которое автомат разорвет цепь питания;
- k – специальный комплексный коэффициент.
Величина тока должна быть достаточной для срабатывания автомата за время, не превышающее пяти секунд. Чтобы система была рассчитана с определенным запасом, выбирают ближайшее большее по типоразмеру изделие. Специальный коэффициент берут из таблиц 1.7.6., 1.7.7., 1.7.8. и 1.7.9. Правил.
Если планируется использовать многожильный алюминиевый кабель, в котором один из проводников – защитный, то применяют следующие коэффициенты с учетом разных изоляционных оболочек.
Таблица коэффициентов с учетом типа изоляционных оболочек
| Темп. нач., °C | Темп. кон., °C | Комплексный коэффициент k | |
|---|---|---|---|
| ПВХ | 70 | 160 | 76 |
| Резина (бутиловая) | 85 | 220 | 89 |
| Сшитый полиэтилен | 90 | 250 | 94 |
В качестве следующих элементов внутреннего контура частного дома допустимо применение конструкционных деталей. Подойдет металлическая арматура, которая находится внутри железобетонных изделий.
При использовании такого варианта обеспечивается непрерывность цепи, предпринимаются дополнительные меры для защиты от механических воздействий. Учитываются особенности конкретного строения, структурные деформации, которые возникают в процессе усадки.
Не разрешается использовать:
- Части трубопроводных систем газоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения.
- Трубы водоснабжения из металла, если они соединяются с применением прокладок, изготовленных из полимеров, иных диэлектрических материалов.
- Стальные струны, использующиеся для крепления светильников, гофрированные оболочки, иные недостаточно прочные проводники, либо изделия, находящиеся под относительно большой для их параметров загрузкой.
Если используется отдельный медный проводник, не входящий в состав кабеля цепи питания, или он находится не в общей изоляционной, защитной оболочке с фазными проводами, допустимо следующее минимальное сечение в мм2:
- при дополнительной защите от механических воздействий – 2,5;
- в случае отсутствия таких предохранительных средств – 4.
Этот медный проводник не защищен от случайного механического повреждения
Алюминий менее прочен по сравнению с медью. Поэтому сечение проводника из такого металла (вариант – отдельная прокладка) должно быть равно, или более следующей нормы: 16 мм2.
Какое должно быть сечение проводников внешнего контура заземления дома можно посмотреть в таблице ниже.
Сечение проводников внешнего контура заземления
| Материал проводника | Площадь сечения в мм2 |
|---|---|
| Медь | 10 |
| Алюминий | 16 |
| Сталь | 75 |
Здесь приведены минимально допустимые нормы. Определенная величина проводника установлена с учетом большей устойчивости цветных металлов к процессам окисления, относительно небольшой механической прочности алюминия, других важных факторов.
При проходе через внешнюю толстую стену дома проще просверлить тонкое отверстие. Его изнутри можно укрепить трубкой подходящих размеров. Медный провод не сложно будет согнуть под углом для присоединения к стальной шине внешнего контура.
Допустимое сопротивление заземляющего устройства определено в п. 1.7.101 ПУЭ. Сводные нормы приведены в таблице ниже.
Нормы допустимого сопротивления заземляющего устройства
| При подсоединении заземлителя к нейтрали генератора, или другого источника | |||
|---|---|---|---|
| Сопротивление заземляющего устройства, Ом | 2 | 4 | 8 |
| Напряжения (V) в сети однофазного тока | 380 | 220 | 127 |
| Напряжения (V) в сети трехфазного тока | 660 | 380 | 220 |
| На близком расстоянии от заземлителя до источника тока | |||
| Сопротивление заземляющего устройства, Ом | 15 | 30 | 60 |
| Напряжения (V) в сети однофазного тока | 380 | 220 | 127 |
| Напряжения (V) в сети трехфазного тока | 660 | 380 | 220 |
Приведенные выше нормы справедливы для случаев, когда сопротивление грунта (удельное) не превышает порог R=100 Ом на метр. В противном случае допустимо увеличение сопротивления с умножением исходного значения на R*0,01. Итоговое сопротивление заземлителя не должно быть больше, чем в 10 раз исходного значения.
За городом для подключения дома часто используют воздушные линии электропередачи. Поэтому уместно упомянуть нормы ПУЭ, относящиеся к соответствующей ситуации. Если проводник одновременно выполняет функции защитного и нулевого (PEN-типа), то на концах таких линий, участках подключения потребителей устанавливают устройство повторного заземления. Как правило, такие действия обязана выполнить энергетическая компания, но хозяину дома следует сделать соответствующую проверку. В качестве заземлителя используют металлические части опор, заглубленные в грунт.
Заземление воздушной линии электропередачи
При выборе комплектующих элементов личного внешнего контура, который будет установлен в земле, используют следующие нормы ПУЭ.
Параметры комплектующих элементов внешнего контура заземления по нормам ПУЭ
| Профиль изделия в сечении | Круглый (для вертикальных элементов системы заземления) | Круглый (для горизонтальных элементов системы заземления) | Прямоугольный | Угловой | Коль- цевой (труб- ный) |
|---|---|---|---|---|---|
| Сталь черная | |||||
| Диаметр, мм | 16 | 10 | 32 | ||
| Площадь сечения в поперечнике, мм2 | 100 | 100 | |||
| Толщина стенки, мм | 4 | 4 | 3,5 | ||
| Сталь оцинкованная | |||||
| Диаметр, мм | 12 | 10 | 25 | ||
| Площадь сечения в поперечнике, мм2 | 75 | ||||
| Толщина стенки, мм | 3 | 2 | |||
| Медь | |||||
| Диаметр, мм | 12 | 20 | |||
| Площадь сечения в поперечнике, мм2 | 50 | ||||
| Толщина стенки, мм | 2 | 2 | |||
Если повышен риск повреждения горизонтальных участков окислительными процессами, применяют следующие решения:
- Увеличивают площадь сечения проводников выше нормы, указанной в ПУЭ.
- Применяют изделия с гальваническим поверхностным слоем, либо изготовленные из меди.
Траншеи с горизонтальными заземлителями засыпают грунтом с однородной структурой, без мусора. Повысить сопротивление способно чрезмерное осушение грунта, поэтому в летние периоды, когда долго нет дождей, специально поливают соответствующие участки.
При прокладке контура заземления избегают соседства с трубопроводами, повышающими искусственно температуру почвы.
Какое должно быть сопротивление
Прочность металлических проводников, их электрическое сопротивление определить несложно. Если должно быть определенное сопротивление по ПУЭ, то соблюдение правил не будет чрезмерно сложным. Так, например, для заземления опор воздушных линий установлен максимально допустимый норматив 10 Ом, если эквивалентное сопротивление грунта не превышает 100 Ом*м (Таблица 2.5.19.). Целостность сварных соединений обеспечивают дополнительной защитой антикоррозийным слоем. При риске разрыва в процессе сдвижек почвы, или деформации строения, соответствующий участок делают из гибкого кабеля.
Но гораздо больше проблем возникает с землей. В этой неоднородной среде, подверженной самым разным внешним воздействиям, одинаковая величина проводимости в течение длительного времени невозможна. Именно поэтому в ПУЭ отдельный раздел посвящен устройствам заземления, которые устанавливаются в почвах с большим удельным сопротивлением (нормы по пунктам 1.7.105. – 1.7.108.).
Ниже перечислены основные рекомендации для таких случаев:
- Используются металлические элементы (заземлители вертикального типа) увеличенной длины. В частности, допустимо подсоединение к трубам, установленным в артезианские скважины.
- Заземлители переносят на большое расстояние от дома (не более 2000 м), туда, где сопротивление почвы (Ом) меньше.
- В скальных и других «сложных» породах прокладывают траншеи, в которые засыпают глину или другой подходящий грунт. Туда, в свою очередь, устанавливают элементы системы заземления горизонтального типа.
Горизонтальные заземлители в системе заземления
Если удельное сопротивление грунта превышает 500 Ом на м, а создание заземлителя сопряжено с чрезмерными затратами, разрешено превышение нормы заземляющих устройств не более чем в 10 раз. Используется следующая формула для вычисления. Точное значение должно быть: R * 0,002. Здесь величина R – это удельное эквивалентное сопротивление грунта, в Ом на м.
Внутренний и внешний контур
Как правило, главную шину внутри здания устанавливают внутри устройства ввода. Ее допустимо изготавливать только из стали или из меди. Применение алюминия в данном случае не разрешено. Предпринимают меры, предотвращающие свободный доступ к ней посторонних людей. Шина размещается в запирающемся шкафчике, или в отдельном помещении.
К ней подключают:
- металлические элементы конструкции здания;
- проводник внешнего контура заземления;
- проводники РE и PEN типов;
- металлические трубопроводы и проводящие части систем водоснабжения, кондиционирования и вентиляции.
Внешний контур дома создают, учитывая перечисленные выше нормы ПУЭ по отдельным частям системы. Это позволит получить необходимое минимальное сопротивление системы заземления (Ом), которое достаточно для надежной защиты. Для повторного заземления рекомендуется использовать заземлители естественного типа.
Сопротивление (Ом) повторного заземлителя не определено четко положениями ПУЭ.
Ниже приведены некоторые важные особенности стандартного заземлителя частного дома:
- Основную часть, вертикальные элементы, устанавливают на небольшом удалении от дома, с учетом параметров грунтов.
- К ним прокладывают траншею глубиной до 0,8 м и не менее 0,4 м шириной, в которой устанавливаются горизонтальные участки цепи. Точной нормы нет, но размеры траншеи должны быть достаточными для беспрепятственного монтажа элементов.
- Вертикальные заземлители длиной до 3 м устанавливают в углах равностороннего (по 3 м) треугольника. Эти размеры приведены в качестве примера. Точных нормативов по длине нет. Есть нормы только по максимально допустимому сопротивлению защитной системы.
- Чтобы проще было забивать их в грунт, концы заостряют.
- К выступающим частям сварным соединением крепят полосы.
- Траншеи засыпают равномерным по структуре грунтом, не содержащим щебня.
Монтаж внешнего контура заземления частного дома
Если в цепи заземления применяются болтовые соединения, предпринимают меры против их раскручивания. Как правило, соответствующие узлы приваривают.
Видео. Заземление своими руками
Нормы для испытательных процедур изложены в главе 1.8 ПУЭ, а также в «Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП, пр. 3.1), действующих с 1.07.2003 г. на основании решения Министерства энергетики России (приказ от 13. 01. 2003 г.). Выполняется визуальный контроль, проверяется целостность соединений. По специальной методике выясняется сопротивление контура системы заземления. Измеренное значение не должно быть выше нормы (Ом). Если такое условие не выполнено, используют заземлитель большей длины или иные технологии, приведенные в данной статье.
Оцените статью:jelectro.ru
Рассчитываем контур заземления — Мои статьи — Каталог статей
Контур заземления для жилых зданий: когда и как его выполнять?
Согласно Правилам устройств электроустановок (далее по тексту ПУЭ) контур повторного заземления должен быть выполнен на входе в каждое здание. На место повторного заземлителя в первую очередь рекомендуются естественные заземлители (п. 1.7.102).
В п. 1.7.109 названы подходящие металлоконструкции. Приведем здесь некоторые примеры:
- металлические и железобетонные конструкции, соприкасающиеся с землей. В агрессивных средах должны иметь защитное покрытие
- водопроводные трубы в земле
- рельсы неэлектрифицированных железных дорог.
В п. 1.7.110 описаны элементы, которые не могут быть использованы в качестве заземлителей:
- трубопроводы с горючим, канализационные и отопительные трубы
- ЖБК с предварительно напряженной арматурой.
Важно! Возможность использования естественных заземлителей, грунта или фундамента под ними должна быть подтверждена теоретическими расчетами.
В практике же личного строительства чаще применяются искусственные заземлители. Такой вариант встречается регулярно ввиду отсутствия естественных заземлителей или невозможности их применения.
В нормативных документах установлено значение сопротивления растеканию тока и сопротивление контура заземления не должно быть выше искомого.
Наиболее влияющий фактор – сопротивление грунта. Очевидно, что на торфяных местностях или во влажной глине размер контур будет сравнительно небольшим.
Серьезные неприятности ждут проектировщиков на песке. Скальные и каменные породы абсолютно не подходят для монтажа.
Два основных типа контуров, применяющихся в бытовых электроустановках
Традиционный:
В этом случае заземлитель изготовлен из одного горизонтального и нескольких вертикальных электродов. Вертикальные электроды обыкновенно сделаны из круглой стали: стальной прут, арматура, трубы. Горизонтальная часть – стальная полоса или также круглая сталь («катанка»).
Размеры горизонтальных и вертикальных электродов строго нормированы.Указано наименьшее возможное значение. Данные по толщине и сечению представлены в таблице 1.7.4 ПУЭ.
Приведем некоторые примеры:
- Если имеется круглый медный проводник, то его диаметр (то есть сечение контура заземления) не может быть меньше 12 мм
- Если же заземляющий проводник из черной стали прямоугольного вида, то площадь его поперечного сечения должна быть не меньше 100 мм, а толщина стенки не меньше 4 мм.
Надо сказать, что в вышедшем несколько позднее техническом циркуляре «О заземляющих электродах и заземляющих проводниках» требования к проводникам из черной стали жестче, но расширена номенклатура электродов. Приводятся данные для различных покрытий, а также электродов из нержавеющей стали.
Если речь идет о жилых домах, то контур заземления необходимо располагать в той части территории, где люди ходят меньше всего. Лучший вариант – северная сторона постройки. Здесь земля чаще находится в тени, поэтому остается сырой. Расстояние до цоколя фундамента не должно быть менее одного метра.
Для устройства контура заземления необходимо вырыть траншею необходимой длины и глубиной примерно 0,8-1 м. Форма контура может быть прямоугольной, треугольной, многоугольной или же контур будет расположен по линии.
Вертикальные электроды надо забивать в траншею на 2,5-3 м, считая от дна. Количество требуемых для контура электродов надо определять по их длине. Принято, что расстояние между вертикальными элементами контура примерно равно их длине.
Чтобы забить стальные электроды в землю, пользуются кувалдой (достаточно тяжело) либо специальным вибромолотом с нужной насадкой.
Если контур в конкретном случае выполняется из черной стали, то соединения стержней, полос нуждаются в качественной сварке. К этому этапу предъявляются повышенные требования.
Если точнее, то швы должны быть определенной длины, а их прочность проверяют ударами молотком. После окончания сварки швы промазываются битумной мастикой. Это защищает от коррозии.
Конец полосы выводится на поверхность земли и, по возможности, доводится до вводного щита и закрепляется на ГЗШ (главная заземляющая шина предназначена для присоединения нескольких проводников и уравнивания потенциалов).
На практике сделать такое удается редко. Тогда поступают следующим образом:
К полосе крепят медный провод сечением 10 кв. мм или больше. В полосе сверлят два отверстия, куда вваривают болты. Провод прикручивают к полосе с помощью болтов и шайб.
Для защиты от воды и ржавчины используется консистентная смазка и, если полоса заканчивается на улице, то все соединение помещают в герметичную распаечную коробку.
Участок полосы, расположенный на открытом воздухе, покрывают водостойкой краской.
Последний шаг устройства заземляющего контура – засыпка траншеи грунтом. Непосредственно полосу лучше засыпать грунтом, который имеет меньшее удельное сопротивление.
Более подробно о монтаже контура заземления можно узнать из статьи №2 (в конце)
Недостатки «традиционного» контура:
- Во-первых, верхний слой земли подвержен сезонным колебаниям температуры. Таким образом, в сильные морозы или засушливую погоду параметры контура существенно изменяются, иногда даже до недопустимого.
- На срок службы устройства влияет материал изготовления. Известно, что черная сталь стремительно корродирует во влажном грунте. Надо помнить о том, что те же условия благоприятны для самого устройства контура по причине уменьшения сопротивления.
- Последний пункт – объем работ и сложность. Количество земляных работ и размер отведенного участка не добавляют плюсов на счет контура такого типа.
Глубинный заземлитель:
Следующий тип заземляющего контура избавлен от многих недостатков традиционного типа. Представляет собой модульно-штыревую систему и изготавливается на заводе.
Преимущества модульно-штыревой системы:
- Промышленная разработка гарантирует соответствие утвержденным техническим характеристикам.
- Большой срок службы – до 30 лет.
- Стабильные значения сопротивления растеканию тока в любую погоду. Достигается путем забивания электродов на глубину до 30 метров
- Не требует частого контроля состояния.
- Расчет заземлителей и установка штыревой системы проще, чем собственноручно сделанной системы.
После оборудования контура заземления нужно провести замеры и убедиться, что контур соответствует заявленной документации. Обыкновенно измерения проводятся одной из лицензированных электролабораторий и она же может выдать экспертное техническое заключение. Для контуров заполняется паспорт, протокол испытаний и акт приемки в эксплуатацию.
Заземляющий контур является необходимой, но не единственной частью, обеспечивающей безопасность электроустановки. В электроустановках необходимо позаботиться о надежности каждой детали.
За подробными сведениями можно обратиться к седьмой редакции ПУЭ, выдержками из которой и руководствовались в данной статье.
Примера расчета контура заземления.
Каждый конкретный случай надо рассматривать отдельно. Будем заземлять дачный домик.
Выберем следующие исходные данные:
- Почва: глина с удельным сопротивлением 60 Ом*м
- Заземлители: 50-й уголок длиной 2.5 м, ширина полки уголка – 0.05 м; расстояние между заземлителями – 2.5 м
- Глубина траншеи – 0.7 м
- Необходимое сопротивление заземления – 10 Ом
Из таблиц ПУЭ выясняем коэффициенты для климатической зоны и определенной длины вертикальных заземлителей.
Запомните, что расчетное сопротивление грунта отличается от теоретического значения. На это влияет, например, погода в выбранном регионе. Для примера выберем вторую климатическую зону.
Фактическое (или расчетное) удельное сопротивление почвы вычисляется по формуле:
Диаметр уголкового заземлителя принимают согласно формуле: d = 0,95p ,
где p – ширина полки.
В нашем случае: d = 0,95 * 0,05 = 0,0475(0.05)м.
Вычислим заглубление: h = 0,5 * l + t ,
где l – длина заземлителя, t — глубина траншеи.
Считаем: h = 0,5 * 2,5 + 0,5 = 1,75.
Общая формула для вычисления сопротивления единичного заземлителя:
Количество заземлителей определим по формуле:
Коэффициент k(ис) = 1, так как мы пользуемся методом приближения для получения числа вертикальных электродов. В нем начальное значение коэффициента равно единице.
По таблице 3 из раздела 1.7 ПУЭ получаем новый коэффициент k(ис) = 0.75 для отношения, равного 1, длины электрода к расстоянию между ними.
Проведем еще одну итерацию. В той же таблице ищем коэффициент для 4-х заземлителей.
В жилых строениях заземление электроустановок выполняется по типу Т-N-CS или ТТ. Для этих вариантов различна и схема заземления.
- Система T-N – система с наглухо заземленной нейтралью источника питания. Открытые части системы присоединены к наглухо заземленной нейтрали источника с помощью нулевых защитных проводников
- Система Т-N-CS – система, в которой функции нулевого и рабочего проводников совмещены в одном в какой-то части системы после источника питания
- Система TT – система, в которой нейтраль источника наглухо заземлена. Открытые проводящие части системы заземлены при помощи устройства, независимого от нейтрали источника.
Статья №2
Во многих садовых, а иногда и в частных домах, устройством контура заземления пренебрегают, либо оттягивают с решением этого вопроса до последнего. Это создает потенциальную угрозу жизни и здоровью.
В принципе, сам монтаж контура заземления не представляет каких-то особенных сложностей и занимает примерно день-два.
В практике часто встречаются ситуации, когда естественное заземление невозможно. Тогда устройство контура заземления проводится с использованием искусственных заземлителей.
Если же поблизости имеются уложенные в землю водопроводные трубы, обсадные трубы скважин, металлические либо железобетонные элементы зданий и сооружений, находящиеся в земле, то имеет смысл воспользоваться ими в качестве заземлителей естественного характера. Подробный перечень подходящих для этого конструкций можно обнаружить в ПУЭ, гл. 1.7.
Честно говоря, никогда не приходилось использовать такие естественные заземлители, тем более, что в большинстве случаев они нам просто могут никогда и не встретится.
Конструктивное исполнение
Контур заземления представляет собой конструкцию, состоящую из некоторого числа вертикальных, а также горизонтальных заземляющих электродов, связанных друг с другом.
Способы соединения варьируются в зависимости от объекта, удобства использования. Чаще всего это сварка, реже — болтовое соединение. Электроды монтируются по всему периметру здания.
Обыкновенно контур заземления составляется из вертикальных электродов и горизонтального проводника, который их соединяет. Вертикальные части контура монтируются в непосредственной близости от объекта на сравнительно небольшом удалении друг от друга. Отступ от фасада (фундамента) здания должен быть 1 м.
Заземляющий проводник (обычно это стальная полоса) подсоединяется к главной заземляющей шине (ГЗШ). Однако в частном доме такой шины может и не быть. Тогда заземляющий проводник приваривается к корпусу вводного щита или соединяется с ним гибким медным проводом (например, ПВ-3) с наконечником с помощью болтового соединения. Шина заземления РЕ вводного щита должна иметь металлосвязь с корпусом.
До сих пор не изжило себя применение стального уголка и арматуры в качестве электродов заземления. Это так называемый традиционный способ заземления.
Для монтажа такого контура используется обыкновенная кувалда, которой металлические стержни, предварительно заостренные, забиваются в землю.
Чаще всего в качестве вертикальных заземлителей используется стальной уголок. Его ширина (размер полок) 50х50 мм, длина 2,5 – 3 м. Вместо уголка можно использовать металлическую трубу диаметром 16 мм и толщиной стенки 3 мм.
Обвязка контура — стальная полоса сечением 4×40 мм — используется в качестве горизонтального соединительного проводника и укладывается в грунт на глубину 0,5 м. Полоса для контура заземления скрепляется с установленными заземлителями с помощью газовой или электрической сварки.
Главным преимуществом контура заземления, выполненного из стального уголка и арматуры, является его относительная дешевизна. В данной конструкции используется обычный стальной прокат, что удешевляет ее стоимость до минимума.
Имеется и целый ряд недостатков, о которых стоит упомянуть:
- Весьма трудозатратный процесс, требующий от исполнителя значительных физических усилий при забивании электродов в землю.
- Выполнение сварочных работ должно производиться квалифицированным специалистом.
- Недолговечность устройства.
- Нужен инструмент для разрезания материала на фрагменты необходимого размера.
- Неудобства при транспортировке.
О заземлении треугольником
Заземление треугольником является одним из вариантов конструкции заземляющего контура.
Может использоваться три (в некоторых случаях больше) вертикальных электрода заземления (стержень, уголок или труба).
Если их три, то они располагаются в вершинах равностороннего треугольника со сторонами 1,3 – 3 м, и соединенных между собой горизонтальным проводником – как правило, это стальная полоса 40х4 мм.
Присоединение горизонтального проводника к вертикальным электродам (обвязка) выполняется сваркой.
Монтаж такого контура начинается с земляных работ.
Размечаем место в виде треугольника и прокапываем трассу для укладки горизонтального соединительного проводника глубиной 0,5 – 0,7 м.
В вершинах треугольника дополнительно подготовим места для вертикальных электродов – здесь будет производиться сваривание горизонтального проводника с вертикальными электродами. Поэтому для удобной работы эти места лучше расширить, чтобы получилась площадка примерно 70х70 см.
Приямок и заземляющий электрод
Готовим электроды. Пусть это будет уголок с размерами 50х50 мм и длиной 3 м. Затачиваем (заостряем) болгаркой концы уголков под углом примерно 60 градусов. Затем забиваем в землю кувалдой электроды, но не до конца – оставляем около 20 см высоты для приваривания горизонтальной полосы, и обвязываем вертикальные электроды этой полосой с помощью сварки. Контур готов.
Далее нужно соединить смонтированный контур с ГЗШ или корпусом (шиной заземления) вводного щита посредством заземляющего проводника. Функцию такого проводника может выполнять та же полоса, приваренная к контуру в удобном месте, либо многожильный провод (ПВ-3) с наконечниками и сечением не менее 6 мм/кв.
Для защитного проводника также необходимо предварительно подготовить (прокопать) трассу.
После окончания всех работ вся конструкция засыпается землей (не мусором).
Контур заземления можно сооружать на каком-либо свободном пространстве, но для достижения оптимальных электрических параметров контура, лучше выбрать место с хорошей влажностью.
Такое место, где мало солнца и большую часть времени стоит тень.
Рядное заземление – еще один конструктивный вариант. Электроды располагаются в ряд (прямая линия), на глубину 2,5 – 3 м, и соединяются между собой стальной полосой 40х4 мм с помощью сварки. Расстояние между электродами 1,3 – 3 м.
Способы монтажа вертикальных заземляющих электродов
Ручной способ:
Электроды забиваются кувалдой. Чтобы электроды легче погружались в грунт, их нужно предварительно заострить, например, болгаркой.
Способ очень трудоемок и не экономичен по нескольким причинам:
- Во-первых, забивание электродов в землю занимает значительный промежуток времени, к тому же не всегда удается вбить электроды, например, в мерзлый грунт на нужную глубину.
- Во-вторых, чтобы избежать механических повреждений и возможных потерь металла, электроды должны быть прочными, что практически невозможно выполнить. Конечно, было бы неплохо иметь повышенную твердость металла электрода в том месте, по которому бьешь кувалдой. Это помогло бы уменьшить смятие металла при забивании электрода, особенно в конце, когда он уже почти зашел на всю длину. Однако кому придет в голову заниматься термообработкой заземляющих электродов?
Механизированный способ:
Электрод заземления забивают в землю либо специальными устройствами, либо подводят под такие нужды электрические и пневматические молотки, бензоперфораторы, вибраторы и прочие подобные механизмы.
Могут применяться и полуручные устройства для небольших объемов работ или в удаленной местности.
Глубина погружения электродов
Что касается глубины забивки.
Электроды диаметром 12 миллиметров используются при глубине вбивания до 6 метров. Если требуется вбить электроды на глубину примерно 10 метров, то берут более прочные электроды диаметром до 20 миллиметров. Такие электроды и на такую глубину можно вбивать, используя обычный электрический отбойный молоток.
Если же глубина доходит до 12 метров, то молоток в качестве забойного инструмента не годится — нужно использовать механизмы совершеннее и надежнее. Часто это механизмы виброударного воздействия. Вибраторами можно погрузить электроды куда глубже, чем при ручном способе или используя отбойник.
Данный факт особенно важен для грунтов, которые имеют высокое удельное сопротивление (порядка 1000 Ом). В грунтах данного типа сопротивление растеканию тока снижается с увеличение глубины погружения электрода.
Погружение на значительную глубину в данном случае способствует уменьшению числа заземляющих проводников, что, в свою очередь, ведет к значительной экономии металла.
Например, на глубине забивки электрода в 5 метров сопротивление растеканию тока составляет 250 Ом, на глубине забивки 11 метров – 85 Ом, а на глубине 18 метров – всего лишь 10 Ом.
Исчерпывающие сведения традиционно можно найти в ПУЭ и других нормативных документах.
Материалы для заземления и размеры заземлителей
На выбор материала и соответствующих размеров заземлителей накладываются значительные ограничения. Точные сведения представлены в таблице ПУЭ 1.7.4, которая определяет наименьшие размеры заземлителя для каждого материала электрода. При изготовлении контура заземления категорически запрещается отклоняться от данных значений.
В частности, для вертикальных заземлителей, выполненных из черной стали, минимальный диаметр должен составлять 16 мм, а для горизонтальных – 10 мм.
В таблице приведены значения для круглых, прямоугольных, угловых и трубных видов заземлителей.
Диаметр медных заземлителей не может быть меньше 12 мм.
Модульная штыревая система заземления
Также эта система известна еще под одним названием – глубинное заземление (глубинный заземлитель).
Можно сказать, что это новое веяние в системах заземления.
По замыслу своей конструкции и простоте установки серьезно опережает кустарно-арматурные способы заземления. Не требует каких-то особенных навыков от установщика.
Что конкретно предлагает нам такая система?
Она имеет несколько преимуществ перед другими (традиционными) системами заземления:
- Компактность — модульная штыревая система не требует большого пространства и может уместиться лишь на одном выделенном квадратном метре площади.
- Легкость в эксплуатации — при установке заземлителей используется перфоратор, а необходимое сопротивление заземления достигается достаточно большой глубиной погружения заземляющего электрода, без рытья глубоких траншей.
- Надежность — во всех соединениях модулей используются специальные соединительные муфты.
Современные модели заземлителя — одиночные электроды (стержни), которые можно использовать в соединении с другими подобными электродами.
Он состоит из стержней длиной около 1,5 м, которые легко соединяются (наращиваются) друг с другом при помощи соединительной (латунной) муфты, имеющей проходную резьбу.
Стержни изготавливаются из стали и имеют антикоррозийное покрытие (электрохимическое омеднение). В сборе длина электрода может достигать 30 метров. Отсюда и название – глубинный заземлитель.
Именно большая глубина погружения электрода является главным козырем модульно-штыревой системы заземления, против большой площади размещения традиционного контура.
Монтаж глубинного заземлителя может быть осуществлен обыкновенным электрическим отбойным молотком (перфоратором) и выполнен одним человеком.
Глубинный электрод заземления
Для начала нужно подготовить место установки – сделать приямок (площадку), глубиной около 0,7 м и шириной 70х70 см.
На стержень накручивается стальной наконечник, на другой конец стержня – соединительная муфта, в которую затем вкручивается ударная часть (приемная головка). Этот стержень будет первым при монтаже.
Забивание ведется перфоратором с ударной насадкой. Как только первый стержень будет забит, необходимо вывернуть приемную головку и в соединительную муфту ввернуть следующий стержень. На свободный конец второго стержня также накручивается соединительная муфта, а в нее – приемная головка. Процесс забивания повторяется.
Постепенно все соединительные части (стержни) глубинного заземлителя будут соединены (с помощью соединительных муфт) в один весьма длинный стержень, глубина погружения которого может достигать 30 – 35 метров. При такой длине электрода вполне реально добраться до уровня грунтовых вод.
Последний стержень нужно забить с таким расчетом, чтобы осталось место для присоединения специального (соединительного) зажима — к нему подсоединяется заземляющий проводник.
Последние штрихи
Как только работы по установке контура заземления завершены, необходимо произвести все установленные измерения сопротивления контура и получить паспорт на заземляющее устройство.
Проверка контура заземления нужна, чтобы подтвердить соответствие всем нормам ПУЭ и ПТЭЭП.
В частности, согласно ПУЭ, величина сопротивления заземляющего контура не должна превышать 4 Ом.
Требования к контуру заземления уже традиционно можно найти в ПУЭ и ПТЭЭП.
Основные понятия
- Заземление – соединение электрического оборудования, сети с заземлителем. Необходимо для создания безопасных условий человеку и в некоторых случаях технике. Заземление, сделанное по соображениям безопасности, называют защитным.
- Заземляющий проводник. Соединяет заземляемую часть устройства с заземлителем.
- Заземлитель – проводящая часть (одна или несколько), которая контактирует с землей (напрямую или опосредованно).
- Искусственный заземлитель – специально разработанные схемы и приспособления для заземления строений, установок и т.д.
- Естественный заземлитель – проводящая часть (уже существующая в составе здания или силового агрегата), которая каким-то образом контактирует с грунтом.
- Заземляющее устройство — состоит из заземлителя и заземляющих проводников, которые соединяют заземляемую часть с заземлителем.
- Сопротивление заземляющего устройства. Определяется отношением напряжения на этом самом устройстве к току, который уходит с заземлителя в землю.
- Защитный проводник – проводник, который введен в конструкцию механизма/прибора исключительно в целях создания электробезопасности.
- Очаг заземления – всё защитное заземление, заземляющие проводники и заземлитель вместе взятые.
- Прямое прикосновение – контакт людей, животных с токоведущими частями.
- Косвенное прикосновение – тот же контакт, но уже с проводящей частью. Обычно происходит при нарушении изоляции.
- Проводящая часть – часть установки (элемент чего-либо), способная проводить электрический ток. В нормальном состоянии не находится под напряжением, но может оказаться под ним в результате пробоя основной изоляции. Например, это может быть металлический корпус электрического шкафа или электродвигателя.
- Токоведущая часть – проводящая часть электроустановки. Находится под напряжением во время работы установки (нормальный режим).
spelectric.ucoz.ru