Пример расчета защитного заземления для дома или квартиры

В системе заземления TN-С-S, защитные функции выполняет заземляющий провод PE, поэтому расчёт повторного заземления в точке разделения PEN затруднён из-за сложности получения параметров воздушных линий и повторных заземлителей.

Без данных, которые находятся у энергоснабжающих служб, подобные расчеты не будут иметь обоснованной точности, строясь лишь на догадках. Тем более, часто бывает, что представители компании, обеспечивающей энергоснабжение, заверяют в ненужности повторного заземления в месте разделения PEN провода, иногда даже препятствуют этому.

Поэтому в отношении частного дома, для расчёта максимальной эффективности заземления нужно брать за основу систему TT, где заземляющий контур не связан с сетевым нулевым проводом.

Система заземления ТТ

Предназначение расчёта заземления

Приступая к расчётам, нужно учесть, что из-за неоднородности почвы и других неучтённых факторов, реальное сопротивление заземления может не совпасть с расчётным. Данные несовпадения случаются даже с лабораториями, имеющими специальное оборудование для анализа грунтов.

Поэтому после проведения работ всегда проверяют сопротивление заземления, и если нужно, добавляют электроды. Целью расчёта сопротивления контура заземления является электробезопасность, условие которой состоит в снижении напряжения прикосновения до безопасного уровня при пробое изоляции и контакте фазного провода с корпусом заземляемого электроприбора.

Безопасным считается максимально допустимое напряжение прикосновения Uп.д.= 40В. Первым этапом расчета будет определение значения тока однофазного замыкания на землю Iкзф.

Поскольку речь идёт о заземлении для частного дома, которое ПУЭ не регламентируется, то Iкзф нужно принять таким, при котором вводный защитный автомат гарантированно отключится за очень быстрое время.

Обозначение вертикального заземлителя

Максимально эффективные значения сопротивления контура заземления

Будет большой ошибкой считать Iкзф равным номинальному току автомата, при котором, согласно время-токовой характеристике, он никогда не сработает, так как реальный порог срабатывания автомата начинается, когда протекающий ток в 1,13 раза больший, чем номинальный, и при этом могут пройти десятки минут до отключения нагрузки.

Время-токовая характеристика срабатывания автоматического выключателя

Значение Iкзф выбирают из графика время-токовой характеристики, чтобы время было не больше нескольких долей секунд. Для автоматов типа С, срабатывание автомата в пределах секунды определяется условием превышения номинального тока раз в пять – десять, в зависимости от температурных условий.

То есть, если на вводе стоит автомат 16А, то заземление должно обеспечивать ток замыкания фазы на землю Iкзф=160А, чтобы защита сработала практически моментально. Исходя из данных условий определяется значение допустимого сопротивления заземления:

Rзд≤ U/ Iкзф,

где U – напряжение сети. Rзд≤220/160=1,375 Ом. Чтобы при этом выполнялось требование по обеспечению напряжения прикосновения, то Rзд≤ Uп.д./ Iкзф¬. То есть Rзд≤40/160=0,25 Ом.

Допускаемые значения сопротивления заземления, согласно нормативам

Вышеприведённое расчётное значение сопротивления рассчитано, исходя из максимальных параметров, и как будет рассчитано ниже, достижение данного параметра контура заземления будет весьма трудным и затратным делом, особенно, если удельное сопротивление почвы неблагоприятное.

Ещё более труднодостижимым будет данный параметр, если номинал автомата будет большим. Поэтому, в системе TT, согласно ГОСТ30339-95 / ГОСТ Р50669-94 обязательным является использование УЗО с током утечки IΔn≤30мА, при котором Rзд≤ 47 Ом. При IΔn=100мА Rзд≤14 Ом, а при IΔn=300мА Rзд≤4 Ом.

Данное требование ГОСТ касается мобильных зданий, где энергопитание может быть осуществлено только по системе TT, оно является намного более требовательным, чем норматив ПУЭ 1.7.59, где Rзд*IΔn<50В, при котором Rзд получается 1666 Ом.

Устройство треугольного заземлителя

В быту сопротивление заземления, равное 4 Ом считается хорошим, ввиду того, что оно гарантированно обеспечит срабатывание достаточно мощных автоматов защиты в течении нескольких десятков секунд, что удовлетворяет требованиям противопожарной безопасности.

Среднее удельное сопротивление некоторых грунтов

Удельное сопротивление почв

Расчет защитного заземления состоит в определении материала и параметров заземлителей, их количества, взаимного расположения и способа укладки, при котором сопротивление заземляющего контура не должно превышать нормируемое сопротивление Rзд. Материалом служит металлопрокат из оцинкованной или омеднённой стали или чистой меди.

Для круглого профиля одиночного заземлителя его сопротивление рассчитывают по формуле:

0_ac6b9ffb21faefaedb03d081f5d62aafГде — ρ – удельное сопротивление почвы Oм*м; L – длина, d – диаметр заземлителя, м; T – заглубление заземлителя, равное расстоянию от его середины до поверхности грунта, м; ln – логарифм, данная функция присутствует в инженерном калькуляторе Windows.

Удельное сопротивление грунтов измеряют при помощи лабораторного оборудования на месте, или выбирают исходя из таблицы, умножая на расчётный коэффициент 1,75.

Влияние сезонных колебаний климата

На практике также приходится учитывать неоднородность грунта, разброс его характеристик относительно сезонных изменений климата и влажности.

Таблица — климатические зоны промерзания грунта

Удельное сопротивление выбирают, учитывая поправочный сезонный коэффициент ψ, который выбирают, исходя из таблицы, равным Kl для вертикального заземлителя, или ψ= Kг для горизонтального.

При этом эквивалентное, реальное значение удельного сопротивления ρэкв для вертикальных электродов вычисляют, используя коэффициент Kl ρэкв=ρ* Kl, а для горизонтальных заземлителей Kгρэкв=ρ* Kг, которые прокладывают на глубине 0,5 — 0,8м.

Двухслойный грунт

Вертикальные заземлители также принято вбивать в дно траншеи, чтобы их верхушки были ниже точки промерзания грунта. При этом, по мере углубления электрода, слой почвы меняется, поэтому ρэкв вычисляют как среднее значение удельного сопротивления для двух слоев грунта, исходя из глубины заглубления заземлителей:

Где ρ1, ρ2 – удельное сопротивление нижнего и верхнего слоя соответственно; t – глубина траншеи; H – высота верхнего слоя почвы, сезонный коэффициент ψ (из таблицы).

Для расчёта сопротивления заземления глубинного заземлителя пользуются упрощённой формулой:

Сопротивление растекания для горизонтального заземлителя (полосы, соединяющей вертикальные электроды):

Где Lг – длина полосы, b – ширина, ηг – коэффициент взаимного экранирования горизонтальных заземлителей. Как правило, заземление делают по контуру вокруг дома, поэтому сопротивление горизонтального заземлителя Rг будет предопределено, и общее сопротивление вертикальных электродов будет равно:

Количество вертикальных заземлителей:

Где ηг коэффициент экранирования (использования) для вертикальных электродов.

Эффект экранирования вертикальных заземлителей

В таблице приведены зависимости коэффициентов использования заземлителей относительно расстояния между ними, расположенными в ряд или по контуру.

Коэффициент использования заземлителей

Пример расчёта

Допустим, требуется Rзд=4 Ом в доме, располагающемся в тёплой четвёртой климатической зоне. Грунт — сверху чернозем H=0,9м, снизу глина. Длина траншеи вокруг дома (квадрат) Lг =40м, глубина t=0,5м. Используется полоса 4*40мм, круглый стержень L=2м, d=0,02м. Требуется рассчитать количество вертикальных электродов заземления и расстояние между ними.

Вычисляем сопротивление горизонтальной полосы, которая залегает в чёрноземе:

Данное значение слишком велико и не удовлетворяет требуемое значение Rзд=4 Ом, поэтому нужно продолжить вычисления и рассчитать общее сопротивление вертикальных заземлителей:

Далее рассчитываем эквивалентное удельное сопротивление грунтов. Нужно помнить о поправочном расчётном коэффициенте 1,75 – для наглядности вычисления с ним заключены в дополнительные скобки:

Середина заглублённого электрода:

Рассчитываем одиночный вертикальный заземлитель:

Находим количество вертикальных заземлителей:

Данное значение округляем до двенадцати электродов, и равномерно их распределяем по контуру на расстоянии 40/12=3,33 м друг от друга.

В данном примере показан расчёт сопротивления заземления, устанавливаемого в благоприятных грунтах. Для других типов грунтов процесс вычислений не отличается, но воплощение рассчитанного контура становится дороже в разы.

Похожие статьи

Поделитесь статьей с друзьями:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *