Расчет заземления

В продолжении темы заземления (системы заземления, системы уравнивания потенциалов) в этой статье коснемся методики правильного расчета защитного заземления, но для начала вспомним что такое защитное заземление и для чего оно применяется.

Защитное заземление — это преднамеренное электрическое соединение с землёй металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.

Для чего это надо? А надо это для предотвращения поражения людей электрическим током при прикосновении к металлическим частям, оказавшемся под напряжением вследствии нарушения изоляции. Если бы заземление отсутствовало, то человек, стоя на земле и прикоснувшись рукой к корпусу такого прибора, мог бы запросто получить удар током. А при наличии заземляющего контура, в случае пробоя на корпус, ток будет утекать в землю по заземляющему проводнику, так как сопротивление заземляющего контура намного меньше, чем сопротивление человека и соответственно уже не принесет такого вреда.

Вот вкратце то, что касается назначения защитного заземления. А теперь перейдем к методике расчета.

Расчет заземления делается для определения числа заземляющих стержней и длины горизонтальных пластин, которыми эти стержни соединяются. Сам расчет сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя.

Сопротивление растекания — это сопротивление, которое оказывает току грунт.

На практике это сопротивление относят не к грунту, а к заземлителю, поэтому чаще используют термин сопротивление заземлителя.

Rзм — сопротивления заземлителя, Uзм — напряжение на заземлителе, Iзм — ток, протекающий через заземлитель.

Это сопротивление зависит от конструкции заземлителя, размеров и количества заземляющих проводников, глубины их заложения и проводимости грунта. Чем меньше будет сопротивление, тем меньше будет величина опасного потенциала на корпусе.

Различаются два типа заземления — выносное и контурное. Выносное заземление делается за пределами площадки, на которой находится заземляемое оборудование. Контурное заземление выполняется по контуру площадки с заземляемым оборудованием, а также внутри площадки.

Выносное и контурное заземление

В качестве заземлителей ПУЭ рекомендует использовать естественные заземлители, в качестве которых могут быть использованы металлические конструкции зданий, соединенные с землей, трубопроводы (кроме тех, что применяются для транспортировки горючих и взрывных жидкостей и газов), металлические оболочки кабелей (за исключением алюминиевых), обсадные трубы и т.п. Если сопротивление естественных заземлителей удовлетворяет требуемым нормам (меньше 10 или 4 Ом, в зависимости от нагрузки), то устройство искусственных заземлителей не требуется.

В случае, если естественные заземлители не соответствуют требуемым нормам, либо нет возможности их использовать, применяют искуственные заземлители. В качестве искуственных заземлителей могут применяться уголок 50Х50, 60Х60 с толщиной стенки не менее 4мм, стальная труба с толщиной стенки не менее 3,5мм, пруток – 10 мм2 и т.д. Для соединения стержней используется стальная полоса толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 мм2. Конечно в продаже имеются уже готовые комплекты для заземления, состоящие из омедненных штырей с резьбовым соединением, которые удобны в монтаже и весьма долговечны, но стоят они недешево.

Длина заземляющего стержня должна быть не менее 1,5 — 2м. Заземляющие стержни забиваются в землю на такую глубину, при которой от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остаётся 0,5 — 0,8 м. Расстояние между стержнями берется из соотношения их длины — a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL где a — расстояния между стержнями; L — длина стержня, 1 — 3 соотношение.

Формула для определения сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня) имеет такой вид:

Pэкв — эквивалентное удельное сопротивление грунта, L – длина стержня, d –диаметр стержня, Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня.

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

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

Приблизительное удельное сопротивление грунта

Заглубление горизонтального заземлителя находится по формуле:

Количество необходимых заземлителей без учета сопротивления горизонтального заземления определяется по формулам:

Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, Ψ – коэффициент сезонности вертикального заземлителя.

Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств

Формула для сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

Lг, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηг – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей

Lг — длину самого горизонтального заземлителя находим исходя из количества заземлителей:

Lг = а · (n — 1) — в ряд; Lг = а · n — по контуру;

а — расстояние между заземляющими стержнями, n — количество заземлителей.

Далее находим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей.

Полученное при расчете количество вертикальных заземлителей округляется до ближайшего большего.

Конечно такая методика расчета заземления довольно сложна и вряд ли будет использоваться домашним мастером, поэтому я предлагаю в качестве альтернативы использовать для расчета программу Электрик v7.0.