Как рассчитать защитное заземление бжд

Обновлено: 28.04.2024

Расчет контура заземления

Расчет контура заземления и заземляющих устройств с помощью онлайн-калькулятора – расчет заземления по СНиП для частного дома онлайн и формулы.

Все калькуляторы Также можно рассчитать

На данной странице вы можете выполнить расчет заземления с помощью онлайн-калькулятора или самостоятельно по формулам. Теоретическое обоснование, рекомендации и пример расчета представлены ниже. В качестве источников использовались материалы из документов: Правила устройства электроустановок, Нормы устройства сетей заземления, Заземляющие устройства электроустановок (Карякин Р. Н.), справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования (Барыбин Ю. Г.), Справочник по электроснабжению промышленных предприятий (Федоров А. А., Сербиновскй Г. В.). Чтобы начать расчет, нажмите кнопку «Рассчитать».

Смежные нормативные документы:

СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа»
СП 76.13330.2016 «Электротехнические устройства»
ГОСТ Р 57190-2016 «Заземлители и заземляющие устройства различного назначения»
ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. Система стандартов безопасности труда»
ПУЭ 7 «Правила устройства электроустановок»

Расчет заземляющего устройства

В современном мире, мы не представляет свою жизнь без использования электричества. Оно вокруг нас повсюду и именно оно позволило человечеству перейти на совершенно новый уровень развития. Переоценить его важность невозможно, однако при всех своих положительных качествах, за своей безобидностью и простотой, скрывается колоссальная энергия, которая представляет смертельную опасность.

Для того чтобы обезопасить помещения, где постоянно находятся люди, было создано специальное устройство – заземлитель. Это набор проводников, которые предназначены для отвода электрической энергии от приборов к грунту, тем самым исключая поражение током человека. Он состоит из заземлителей (горизонтальных и вертикальных стержней) и заземляющих проводников.

Калькулятор расчета заземления

Для того чтобы упростить расчеты, мы предлагаем вам воспользоваться простым и точным калькулятором расчета заземления.

Наш онлайн-калькулятор расчета заземления учитывает все поправочные коэффициенты и работает на основании приведенных формул. Для того чтобы выполнить надежный расчет, вам необходимо заполнить поля программы правильно.

Грунт. Укажите верхний и нижний слой грунта, а также глубину.

Климатический коэффициент. Поправка в расчетах на основании климатической зоны:

I зона — от -20 до -15°С (Январь); от +16 до +18°С (Июль);
II зона — от -14 до -10°С (Январь); от +18 до +22°С (Июль);
III зона — от -10 до 0°С (Январь); от +22 до +24°С (Июль);
IV зона — от 0 до +5°С (Январь); от +24 до +26°С (Июль);

Нажимая кнопку «Рассчитать» вы получите следующие показатели:

удельное электрическое сопротивление грунта;
сопротивление одиночного вертикального заземлителя;
длина горизонтального заземлителя;
сопротивление горизонтального заземлителя;
общее сопротивление растеканию электрического тока.

Последний параметр является определяющим. Согласно ПУЭ 7 «Правила устройства электроустановок» нормативное сопротивление заземление для электроустановок до 1000 В не должно превышать 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Пример расчета заземления на калькуляторе

Предположим, что наш дом расположен на черноземных почвах с толщиной пласта 0.5 м. Мы живем на юге России в четвертой климатической зоне. Предположительно, в качестве заземлителей будут использоваться 5 вертикальных электродов диаметром 0.025 м и длиной 2 м, горизонтальные стержни на глубине 0.5 м – длиной 2 м с шириной полки 0.05 м.

Тогда, перенеся все значения в калькулятор расчета заземления мы получим общее сопротивление на растекание равное 4.134 Ома.

Если в нашем частном доме однофазная сеть с напряжением в 220 Вт, то это значение недопустимо, так как этого заземления будет недостаточно.

Добавим еще один вертикальный электрод и получим значение 3.568 Ом. Это величина нам вполне подходит, а значит такое заземление гарантировано защитит вашу постройку и ее обитателей.

Если вы получаете значение близкое к критическому, то лучше увеличить количество или размер электродов. Помните, что расчет контура заземления крайне важен для безопасности!

Как рассчитать заземление в частном доме вручную

Как вы уже поняли, основной параметр, который необходимо рассчитать – это общее сопротивление на растекание, т.е. нужно подобрать такую конфигурацию электродов, чтобы сопротивление заземляющего устройства, не превышало нормативное. Согласно положениям правил устройств электроустановок (ПЭУ), необходимо соблюдать определенные максимумы для токов:

4 Ом — для 220 Вольт;
4 Ом — для 380 Вольт;
2 Ом — для 660 Вольт.

Правильный расчет начинается с подсчета оптимального размера и количества стержней. Для того чтобы сделать это вручную, легче всего воспользоваться упрощенными формулами, приведенными ниже.

R_o – сопротивление стержня, Ом;
L – длина электрода, м;
d – диаметр электрода, м;
T – расстояние от середины электрода до поверхности, м;
p_экв – сопротивление грунта, Ом;
ln — натуральный логарифм;
π — константа (3.14).

R_н – нормируемое сопротивление заземляющего устройства (2 или 4 Ом).
ψ – поправочный климатический коэффициент сопротивления грунта (1.3, 1.45, 1.7, 1.9, в зависимости от зоны).

Используя эти формулы, вы можете рассчитать заземляющее устройство достаточно точно, однако для упрощения расчета некоторые коэффициенты опускаются.

Также очень важно, чтобы при выборе глубины залегания и длины заземляющих стержней, нижний конец проходил ниже уровня промерзания, так как при отрицательных температурах резко возрастает сопротивление грунта, и возникают определенные сложности.

Контрольная работа: Расчет защитного заземления и искусственного освещения

Производственное помещение имеет размеры м. Работает человек. Потребляемая мощность электрооборудования кВт. Расстояние до подстанции м. Сеть трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью. Виды работ - радиомонтаж.

Анализ опасных и вредных факторов.

Составить систему ЧМС с выделением доминирующего фактора.

Расчет одиночного заземления;

Расчет искусственного освещения.

Привести схему пожароэвакуации и оснастить помещение средствами пожаропредупреждения и пожаротушения.

Из описанных выше параметров помещения следует, что помещение радиомонтажа соответствует нормам по площади (не менее м 2 ) и объёму пространства (не менее м 3 ) на одного работающего.

1. Анализ опасных и вредных факторов

Производственные факторы в зависимости от последствий, к которым может привести их действие, подразделяются на опасные и вредные. Фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или другому резкому ухудшению здоровья, называется опасным производственным фактором. Фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению работоспособности, называется вредным производственным фактором.

Специалисты по радиомонтажу сталкиваются с воздействием многих производственных вредных и опасных факторов согласно ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. К вредным и опасным факторам следует отнести следующие специфические для радиомонтажного производственного помещения факторы:

а) Физические:

повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека. При радиомонтаже применяются такие электроинструменты, как электродрель, электропаяльник, работающие при напряжении 220 В; при неисправности этих приборов рабочие подвергаются опасности поражения электрическим током.

повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны. При пайке радиосхем применяется припой, содержащий свинец, который, испаряясь, загрязняет воздух рабочей зоны.

повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

отсутствие или недостаток естественного света;

недостаточная освещённость рабочей зоны;

повышенный уровень шума (от систем вентиляции);

б) Химические:

повышенное содержание токсических веществ, вызывающих отравление организма. Мелкие частицы свинца при пайке, попадая в воздух рабочей зоны, загрязняют одежду и открытые части тела работающего, а также попадают в организм через органы дыхания, что приводит к отравлению и вызывает изменения в нервной системе, крови и сосудах.

в) Психофизиологические:

эмоциональные и нервно - психические перегрузки.

2. Система ЧМС с выделением доминирующего вредного фактора

ТРУД ЧЕЛОВЕКА В СОВРЕМЕННОМ производстве представляет собой процесс взаимодействия человека, машины и окружающей их среды, которые объединяются в систему "Человек - Машина - Среда".

При анализе условий труда проводится исследование данной системы с целью разработки мероприятий, обеспечивающих безопасные условия труда.

Элементами системы "Человек - Машина - Среда" являются:

"Человек" - коллектив людей, работающих в производственном помещении радиомонтажа;

"Машина" - электрооборудование, используемое при радиомонтаже;

"Среда" - зона производственного помещения, в котором осуществляется радиомонтаж.

Рассмотрим более подробно процесс взаимодействия между элементами системы "Человек - Машина - Среда". На рисунке 2.1 представлена структурная схема системы "Человек - Машина - Среда".

Рисунок 1 - Структурная схема системы "Человек - Машина - Среда"

Расшифровка связей взаимодействия между элементами системы "Человек - Машина - Среда" представлена в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Описание связи взаимодействия между элементами системы "Человек - Машина - Среда"

Номер связи	Направление связи	Содержание связи
1	Ч - М	Выполнение функций работниками радиомонтажного помещения (сборка и пайка радиодеталей).
2	М - Ч	Воздействие электрооборудования на человека (перенапряжение зрительных анализаторов; профессиональные заболевания вследствие загрязнения воздуха в процессе пайки; нанесение травм различной степени тяжести; эмоциональные и нервно - психические перегрузки).
3	Ч - С	Воздействие человека как биологического объекта на среду (потребление кислорода, тепловыделение, влаговыделение).
4	С - Ч	Воздействие среды на человека (недостаток освещения, температура, влажность, концентрация воздуха).
5	М - С	Воздействие машины на среду (выделение тепла).
6	С - М	Воздействие среды на машину (повышенная влажность, температура).
7	Ч - Ч	Воздействие человека - монтажника на свое физиологическое состояние (умственное и эмоциональное перенапряжение, ухудшение зрения); влияние состояния организма человека на качество его работы.

Большинство информации, воспринимаемой человеком, поступает через зрительный канал (около 80%). Качество поступающей информации во многом зависит от освещения: неудовлетворительное количественно или качественно не только утомляет зрение, но и вызывает утомление организма в целом. Нерациональное освещение может стать причиной травматизма, уменьшить работоспособность человека. Естественное освещение положительно влияет не только на зрение, но также тонизирует организм человека в целом и оказывает благоприятное психологическое воздействие. В связи с этим все помещения в соответствии с санитарными нормами и правилами должны иметь естественное освещение. Искусственное освещение применяется при работе в темное время суток и днем, когда по условиям технологии, организации производства или климата в месте строительства требуется объемно-планировочные решения, которые не позволяют обеспечить нормированные значения коэффициента естественного освещения.

В процессе спайки радиодеталей на производственных помещениях радиомонтажа в воздух рабочей зоны выделяется множество вредных веществ в виде газов и пыли. Воздействие пыли на организм человека зависит не только от ее химического состава, но и от дисперсности и формы частиц. Класс опасности вредных веществ устанавливают по предельно допустимой концентрации их в воздухе рабочей зоны. Зачастую вредные вещества, содержащиеся в воздухе рабочей зоны, приводят к отравлениям и профессиональным заболеваниям.

Таким образом, проанализировав систему "Человек - Машина - Среда", можно сказать, что вредными факторами являются: недостаток естественного освещения и недостаточная освещенность рабочей зоны, а также повышенное содержание токсических веществ, вызывающих отравление организма.

Доминирующим вредным фактором является повышенное содержание токсических веществ (при пайке радиосхем применяется припой, содержащий свинец, который, испаряясь, загрязняет воздух), вызывающих отравление организма человека.

3. Расчеты

3.1 Расчет одиночного заземления

Для предотвращения электрических травм, которые могут быть вызваны при касании металлических конструкций или корпусов электрооборудования, оказавшихся под напряжением вследствие повреждения изоляции, а также для защиты аппаратуры устраиваются защитные заземления, представляющие собой преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических частей электроустановок, нормально не находящихся под напряжением.

Расчет заземляющего устройства осуществляют исходя из его максимально допустимого сопротивления, установленного для соответствующего оборудования.

В электроустановках напряжением выше 1000 В в сети с заземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом в любое время года, то есть Ом (согласно ПУЭ).

Так как естественный заземлитель отсутствует (не предусмотрен заданием), то предусматривается искусственный заземлитель, сопротивление которого Ом.

Определим расчетное удельное сопротивление , где - удельное сопротивление грунта, Ом*м, - климатический коэффициент (выбирается из справочника в соответствии с климатическими условиями отдельных зон). Выбираем тип грунта - суглинок с сопротивлением Ом*м, а климатический коэффициент в соответствии с нашей зоной . Тогда расчетное удельное сопротивление будет определено:

Ом*м.

Выберем тип заземлителя и его размеры. Искусственный заземлитель относится к типу трубчатый или стержневой длиной м и диаметром м. Расстояние от заземлителя до поверхности земли в расчетах примем равным м.

Рассчитаем сопротивление растекания одиночного трубчатого заземлителя:

где (м) - расстояние от поверхности земли до средины заземлителя.

Используя выше приведенные данные, получим:

(Ом)

Количество параллельно соединенных одиночных заземлителей, необходимых для получения допустимого значения сопротивления заземления, без учета сопротивления полосы соединения, будет составлять:

где - коэффициент использования группового заземлителя. Согласно справочным данным, количество параллельно соединенных одиночных заземлителей должно быть не меньше двух. Так как мы рассчитываем одиночное заземление, то из справочных таблиц выбираем .

Тогда .

Длина полосы соединения определяется как:

где м - расстояние между вертикальными заземлителями.

Соответственно м. Рассчитаем сопротивление полосы соединения, используя формулу:

где - эквивалентный диаметр соединительной полосы шириной . В расчетах примем при см.

(Ом).

Исходя из найденных значений, можно рассчитать сопротивление всего заземляющего устройства с учетом соединительной полосы:

где - коэффициент использования соединительной полосы, выбирается из справочника и в соответствии с заданными условиями имеет значение .

(Ом).

Таким образом, сопротивление растекания группового искусственного заземлителя несколько меньше заданного (0,5 Ом), что повышает безопасность.

3.2 Расчет искусственного освещения

Искусственное освещение применяется при недостаточном естественном освещении или при отсутствии его (в темное время суток). По назначению искусственное освещение разделяется на: рабочее, аварийное, эвакуационное, охранное и дежурное.

Расчет искусственного освещения будем выполнять методом коэффициента использования светового потока, который предназначен для расчета равномерного освещения горизонтальных поверхностей.

Для освещения здания по радиомонтажным работам выберем потолочные светильники типа УСП 35 с двумя люминисцентными лампами типа ЛБ - 40.

Расчетное уравнение метода имеет вид:

, (1)

где - нормируемая минимальная освещенность. Для радиомонтажных работ составляет 300 лк.

- коэффициент запаса, учитывающий запыленность светильников и износ источников света в процессе эксплуатации; для радиомонтажных работ составляет 1,8 (из справочника).

- освещаемая площадь, ; площадь освещаемого помещения составляет .

- коэффициент неравномерности освещения. Принимается .

- число рядов светильников, определяемое из условия наиболее выгодного соотношения , - расстояние между рядами светильников. Обычно принимают .

- световой поток заданной лампы.

- коэффициент использования излучаемыми светильниками светового потока на расчетной плоскости; принимается равным .

- коэффициент затенения, вводится для помещений с фиксированным положением рабочих и принимается равным .

Так как светильник использует 2 лампы типа ЛБ-40 со значением светового потока одной лампы, равным 3120 лм, то световой поток, излучаемый светильником, составит: лм.

Для радиомонтажных зданий уровень рабочей поверхности над полом составляет 0,8 м. Тогда м. У светильников УСП 35 наивыгоднейшее отношение .

Отсюда расстояние между рядами светильников м. Располагаем светильники вдоль длинной стороны помещения. Расстояние между стенами и крайними рядами светильников принимаем равным м. При ширине радиомонтажного здания м имеем число рядов светильников .

Найденные значения подставим в формулу (1):

шт.

Таким образом, для искусственного освещения здания радиомонтажа необходимо использовать 1 ряд светильников типа УСП 35 с двумя лампами типа ЛБ-40. Количество светильников в этом ряду равно 3.

4. Схема пожароэвакуации и оснащение помещения средствами пожаропредупреждения и пожаротушения

При ведении радиомонтажных работ производится пайка, обслуживание припоем, применение ЛВЖ (этиловый спирт, скипидар). Поэтому данные работы являются пожароопасными. Электрические паяльники обеспечиваются специальными термостойкими диэлектрическими подставками. ЛВЖ хранится в посуде с герметическими крышками (пробками).

Схема пожароэвакуации представлена на рисунке 2.

Автоматический комбинированный извещатель типа КИ-1, реагирует как на возникновение дыма, так и на повышение температуры. Располагается в помещении и коридоре.

Ручной углекислотный огнетушитель типа ОУ-5 емкостью 5 л, предназначен для тушения радиоэлектронного оборудования. Время действия огнетушителя до 60 с, дальность струи 2 м.

Пожарный кран, предназначен для тушения пожара водой, устанавливается на высоте 1,35 м от пола, оборудован пожарным рукавом 10 - 20 м и пожарным стволом.

Ящик с песком объемом 1% от общего объема помещения; в нашем случае объем ящика с песком составляет 1,2 м 3 .

Рисунок 2. - схема пожароэвакуации и оснастка помещения средствами пожаропредупреждения и пожаротушения.

Список использованной литературы

1. С.П. Павлов, З.И. Губонина "Охрана труда в приборостроении", Москва, "Высшая школа", 2006.

2. "Охрана труда в вычислительных центрах", Москва, "Машиностроение", 2000.

3. Н.И. Баклашов, Н.Ж. Китаева, Б.Д. Терехов, "Охрана труда на предприятиях связи и охрана окружающей среды", Москва, "Радио и связь", 1989.

4. Методические указания к выполнению раздела "Охрана труда" в дипломных проектах, Харьков, ХНУРЭ, 1998.

5. П.А. Долин, Справочник по технике безопасности, Москва, "Энергоиздат", 1982.

6. "Правила техники безопасности при электромонтажных и наладочных работах", Москва, "Энергоатомиздат", 1992.

Расчет заземления

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.

Содержание

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.

От 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.

Она содержит в своем комплекте следующие элементы:

Стальной стержень полутораметровой длины с медным покрытием и имеющейся на
рабочей части резьбой.
Специальную муфту из латуни, обеспечивающую получение резьбового соединения вертикально вбиваемого штыря с заземляющим отводом.
Латунные зажимы особой конструкции, гарантирующие надежное сочленение металлических штырей с соединительной полосой.
Наконечники для самих заземляющих стержней.
Насадку с ударной площадкой, позволяющую передавать импульс от забивающего инструмента (вибромолота).

Обратите внимание: Для надежной защиты от коррозии все резьбовые элементы стержней покрываются графитной пастой, входящей в комплект фирменной поставки.

Подробно о монтаже модульно-штыревого заземления читайте на этой странице.

Исходные данные для расчета заземления

Перед началом обустройства заземления расчет которого нужно провести, необходимо заранее определиться с такими исходными данными, как:

Линейные размеры забиваемых в грунт стальных штырей.
Расстояние между ними (шаг монтажа).
Допустимая глубина погружения.
Характеристики почвы в месте обустройства заземления.

Дополнительное замечание: Перед проведением расчета также потребуется знать величину сопротивления грунта Ом на участке проведения монтажных работ.

При его определении важно помнить о том, что он сильно отличается от места к месту и в значительной степени зависит от климатической зоны, к которой относится регион. Помимо этих данный придется учесть конфигурацию и материал заготовок, из которых сваривается готовое сооружение (либо обычный стальной уголок, либо медная широкая полоска).

Согласно ПУЭ минимальные размеры элементов для треугольной или линейной контурной конструкции должны быть:

полоса – сечение 48 мм2;
уголок 4х4 мм;
круглый брусок – сечение 10 мм2;
стальная труба диаметром 2,5 см со стенками толщиной не менее 3,5 мм.

Полезное замечание: Минимальную длину штырей вычисляют с учетом технических требований (необходимостью получения требуемого сопротивления стеканию в землю).

В соответствие с этими требованиями ее выбирают не менее 2-2,5 метра. Расстояние между соседними точками погружения стержней должно быть кратным их длине. В зависимости от размеров и конфигурации площадки для обустройства ЗУ элементы конструкции устанавливаются либо в ряд, либо в виде правильного треугольника (иногда для этого выбирается квадратная форма). Используемые в этом случае методики расчета различных вариантов ЗУ ставят своей задачей получение данных по числу стержней и параметрам соединительной полосы (ее длины и сечения).

Расчет элементов заземляющего устройства

Определение параметров проводников, используемых в конструкции любого заземлителя, проводится с учетом следующих соображений:

Длина металлических стержней или штырей в значительной мере определяет эффективность всей системы защитного заземления.
Большое значение имеет и протяженность элементов металлических связей.
От линейных размеров этих конструктивных составляющих зависят расход материала, а также суммарные затраты на обустройство ЗУ.
Сопротивление вертикально забиваемых электродов в первую очередь определяется длиной.
Их поперечные размеры не оказывают существенного влияния на качество и эффективность обустраиваемой защиты.

Обратите внимание: Порядок выбора сечения проводников определяется в ПУЭ, поскольку этот показатель характеризует устойчивость к коррозии (электроды должны служить 5-10 лет).

Помимо этого всегда нужно помнить о «золотом» правиле, согласно которому чем больше металлических заготовок предусмотрено в схеме – тем лучше характеристики безопасности контура.

Также следует учесть, что мероприятия по организации заземления нельзя назвать легким занятием. При большом количестве составляющих системы увеличиваются объемы земляных работ. А решение вопроса о том, каким конкретно способом улучшать качество заземления (за счет длины или количества электродов) остается за самим исполнителем.

В любом случае при обустройстве ЗУ произвольного типа рекомендуется придерживаться следующих правил:

стержни необходимо вбивать до отметки, находящейся ниже уровня промерзания почвы минимум на 50 сантиметров;
такое их расположение позволит учесть сезонные факторы и исключить их влияние на работоспособность защитной системы;
расстояние между вертикально вбитыми элементами зависит от формы выбранной конструкции и длины самих стержней.

Для корректного выбора этого показателя рекомендуется воспользоваться справочными таблицами.

С целью сокращения объема предстоящих расчетов (их упрощения) сначала желательно определить величину сопротивления
стеканию токов КЗ для одиночного стержня.

С учетом влияния, оказываемого на искомую величину горизонтальными элементами конструкции, сопротивление для вертикальных штырей вычисляется по следующей формуле:

Если монтируемое ЗУ обустраивается в разнородном грунте (другое его название – двухслойный), удельное сопротивление можно определить так:

где Ψ – это так называемый «сезонный» коэффициент;

ρ1 и ρ2– удельные сопротивления слоев почвы (верхней и нижней прослойки соответственно), учитываемые при расчетах в Омах на•метр;

Н – толщина слоя грунта в метрах, расположенного в верхней части земляного покрова;

t – заглубление вертикальных штырей или стержней (оно соответствует глубине подготовленной траншеи), равное 0,7 метрам.

Достаточное для получения эффективного заземления число стержней (горизонтальные составляющие пока не учитываются) определяется так:

где Rн – это нормируемое ПТЭЭП сопротивление растеканию.

С учетом горизонтальных элементов ЗУ формула для определения количества вертикальных штырей принимает такой вид:

где под ηв понимается коэффициент использования конструкции, указывающий на взаимное влияние токов стекания различных единичных элементов друг на друга.

Дополнительная информация: При обустройстве системы из линейно расположенных штырей следует помнить о том, что в этом случае их взаимное влияние проявляется особенно сильно.

При уменьшении шага монтажа этих элементов защитного контура его общее сопротивление растеканию тока заметно увеличивается. Число элементов заземляющего сооружения, полученное по результатам описанных выкладок, следует округлить до большего значения.

Расчеты заземления онлайн удается автоматизировать, если воспользоваться разработанным для этого специальным онлайн калькулятором на нашем ресурсе.

Пример расчета заземления

В качестве «классического» примера расчета заземления рассмотрим вариант ЗУ с учетом заданных исходных данных, то есть проведем вычисления для одиночного металлического штыря. Сразу оговоримся, что такие простейшие конструкции применяются при организации повторного заземления высоковольтных опор. В рассматриваемой ситуации согласно положениям ПУЭ (смотрите п.1.7.103.) сопротивление растеканию тока не может быть более 15, 30 и 60 Ом для напряжений 660, 380 и 220 Вольт соответственно.

Расчет одиночного заземляющего элемента для опоры ВЛ 380 Вольт

Согласно оговоренной ранее методике сначала по таблице выбирается тип вертикального штыря со следующими характеристиками:

Материал – сталь.
Форма – округлый стержень диаметром 16 мм.
Длина L — 2,5 метра.

Обратите внимание: В качестве грунта в соответствие с таблицей выбирается полутвердая глина с удельным сопротивлением ρ, равным 60 Ом на•метр.

Глубина траншеи берется равной полметра. Затем из той же таблицы находится поправочный коэффициент, вводимый для средней климатической зоны. Его значение при фактической длине стержней до 2,5 метров с учетом промерзания грунта в данной местности составляет ψ=1,45. Показатель нормированного сопротивления для этого типа ЗУ равен 30 Омам. Следующий показатель – удельное сопротивление грунта находится по формуле:

ρ (по факту) = ψ•ρ = 1.45х60 = 87 Ом•метр

Полученные расчетные данные выглядят так:

заглубление одиночного штыря в грунт составляет h = 0,5l + t = 0,5х2,5 + 0,5 = 1,75 метра;
его сопротивление для нашего примера (смотрите формулы выше) составляет не более 30 Ом, что соответствует требования ПУЭ для данного напряжения.

Когда одного заземляющего штыря для опоры ВЛ недостаточно – допускается добавлять еще один или даже несколько прутьев. В этом случае потребуется другая методика, используемая для линейного контура или треугольной конструкции.

Расчет переносного заземления

Перед расчетом переносного заземления (ПЗ) следует учесть, что для этого типа защитных приборов требования к сопротивлению стеканию тока еще более высокие, чем у стационарных ЗУ (фото ниже).

Обратите внимание: Самое главное в этой ситуации – правильно рассчитать сечение заземляющих проводов переносного устройства, определяющих эффективность его действия.

При решении этой проблемы, прежде всего, следует научиться различать сети и установки с различными действующими напряжениями. Провода ПЗ (согласно требованиям действующих стандартов) должны выдерживать продолжительный нагрев при замыкании в питающих линиях трехфазного и однофазного напряжения. Для электроустановок с этим показателем до 1000 Вольт выбирается шина сечением не менее 16 кв. мм.

В сетях, где напряжение превышает 1000 Вольт, предельная величина сечения проводов ПЗ не должна быть менее 25 мм2. Точный расчет этого значения производится обычно по следующей формуле:

S = ( Iуст √tф ) / 272

где Iуст – это ток короткого замыкания;

tф – время его действия в секундах;

272– коэффициент, указывающий на тип металла проводника и отличающийся для разных токов КЗ (для меди, в частности он равен 250, а в расчетах взят с небольшим запасом).

В случаях, когда действующее напряжение не превышает 6-10 кВ – требуемое для надежной защиты сечение провода колеблется в пределах от 120 до 185 мм2. Поскольку комплект переносных заземлений с такими шинами будет очень тяжелым и неудобным в работе – согласно ПУЭ допускается использовать несколько ПЗ с меньшим сечением. При подготовке рабочего места такие заземления включаются в защищаемую цепь параллельно.

В последнем случае в формулу подставляются максимальные значения по времени воздействия тока короткого замыкания, а в трехфазных цепях искомая величина определяется для каждой их фаз. Во втором случае особое внимание уделяется аккуратности обустройства ПЗ, чтобы избежать недопустимого в условиях наложения защитного заземления межфазного замыкания.

Дополнительная информация: При обустройстве переносной конструкции не допускается применять кабель в изоляции, не позволяющей визуально контролировать состояние рабочих жил.

Помимо этого комплект такого заземления обязательно оснащается достаточно «мощными» зажимами, посредством которых элементы переносной конструкции надежно закрепляются на токопроводящих частях. Для их фиксации на заземляющих проводах должны применяться крепления, позволяющие обходиться без переходных элементов. Такая предусмотрительность позволит увеличить площадь контакта и повысить надежность имеющегося соединения. В этом случае конструкция способна выдержать значительные по величине токи и сохранить свою работоспособность в течение длительного времени.

При наложении такого заземления в трехфазных силовых цепях с напряжениями выше 1000 Вольт для получения более надежного контакта допускается использовать сварку. В исключительных случаях согласно ПУЭ разрешено болтовое сочленение, но только при условии предварительной пайки контактной зоны. В заключение отметим, что в рассмотренной ситуации для образования надежного соединения потребуется комплексный подход (ограничиваться только одной пайкой, например, не допускается).

Рабочее и защитное заземление

Заземляющими принято называть устройства, способные обеспечить надежные пути стекания аварийного тока в землю. Необходимость в этом может возникнуть по самым разным причинам, основные из которых – создать условия для нормального функционирования электроустановки или гарантировать безопасность работающих на ней людей. Эти функциональные различия следует четко усвоить. Они помогут понять, что называется рабочими заземлениями и в чем их отличие от защитных мер. В рассмотренных ранее причинных определениях в первом случае используется рабочее или функциональное заземление, а во втором – его аналог.

Содержание

Рабочее заземление

В отличие от защитного заземления, используемого исключительно в целях безопасности людей, рабочее заземление предназначается для того, чтобы гарантировать нормальную работу электрических приборов и устройств.

Обратите внимание: Эта его функция должна выполняться независимо от того, в каких условиях работает электрооборудование: в нормальных штатных или в аварийных.

Реализуется функциональное заземление самым непосредственным образом – через подсоединение металлических токопроводящих частей к так называемому «заземлителю». В качестве этой разновидности ЗУ допускается использовать подключенные к заземляющей конструкции молниеотводы, защищающие предприятия и другие объекты от грозы. Эти же устройства помогают уберечь действующее оборудование от наведенных (или индуцированных) ЭДС, представляющих ничуть не меньшую угрозу для него.

В ряде случаев функциональное заземление организуется для того, чтобы создать условия для срабатывания специальных приспособлений пробивного типа (предохранителей, резисторов и подобных им).

Хорошо усвоив, что называют рабочими заземлениями, пользователь сможет понять не только их отличие от защитного, но и то, что эффективность его действия зависит от параметров конструкции ЗУ. Под ним в первую очередь понимается сопротивление цепи стекания тока в землю, величина которого согласно требованиям ПУЭ не должна превышать нормируемого значения (25-30 Ом).

Защитное заземление

Защитным заземлением называют умышленное соединение металлических нетоковедущих частей с землей или же ее аналогом с целью защиты людей от удара током.

Дополнительная информация: Функцию заземлителя в этом случае могут выполнять и естественные ЗУ, под которыми понимаются уже проложенные в земле элементы строительных конструкций и коммуникаций.

С помощью искусственных и естественных заземляющих конструкций удается предотвратить поражение человека током в ситуациях, когда корпус оборудования или бытового прибора случайно оказывается под напряжением. В этом случае срабатывает принцип шунтирования аварийной цепи более низким сопротивлением, по которому опасный ток «уходит» в землю.

Согласно этому рисунку через тело прикоснувшегося к корпусу человека протекает лишь малая доля общего тока, а большая его часть «стекает» в грунт через параллельную цепь.

Чем они отличаются

Разницу между двумя этими видами сможет уловить только основательно изучивший их особенности человек. Для непрофессионала они с трудом различимы, поскольку чаще всего организуются с привлечением одних и тех же технических средств.

Отличия между рабочим заземлением и защитным заземлением проявляется не столько в технической части, сколько в том, для каких конкретных целей они организуются. В обоих случаях для обустройства ЗУ используются специальные приспособления (конструкции), способные отводить опасные токи на землю. И там и там потребуется присоединить корпуса приборов через толстую медную жилу к тому сооружению, которое выбрано для надежной защиты электрооборудования и людей.

Хорошо различимое отличие рабочего заземления от своего аналога состоит в следующем:

функциональное заземление делается с целью защиты оборудования и приборов, подключенных к данной электрической сети, от выхода их из строя;
для его реализации допускается использовать молниеотводы и распределенные системы выравнивания потенциалов, подключенные к местному заземляющему контуру;
оно в меньшей мере, чем защитное, обеспечивает безопасность работающего на линии персонала и простых людей.

Хороший пример такой разницы – так называемые «переносные» или временные конструкции, применяемые исключительно для защиты работающих на отключенном оборудовании специалистов. К защите электроустановок они никакого отношения не имеют (последние отключены) и даже при случайной подаче в линию стороннего напряжения представляют угрозу лишь для человека. То есть это – чисто защитная мера.

Другим характерным отличием защитного заземления является обязательное присоединение к заземлителю все металлические части корпусов оборудования, то есть каркасы, рамы, стальные ограждения и тому подобное. Функцию самого заземлителя в этом случае могут выполнять как искусственно созданные конструкции, так и уже проложенные в земле стальные элементы коммуникаций (включая различные виды металлических труб и кабельных экранов).

Важно! Исключение составляют элементы газовых и нефтяных трубопроводов.

К частям оборудования, подлежащим обязательному рабочему занулению и заземлению относятся:

Приводы всех без исключения электрических аппаратов.
Корпуса работающих на объекте электрических машин, а также понижающих трансформаторов, используемых для питания переносных светильников.
Обмотки измерительных преобразователей, относящихся к разряду вторичных.
Стальные остовы и корпуса передвижных (переносных) электрических приемников.
Все открытые части работающего в данный момент оборудования.

Во всех этих случаях при невозможности организации заземления для снижения опасности поражения людей согласно ПУЭ используют электроприемники, рассчитанные на напряжение не более, чем 42 Вольта.

В заключение еще раз отметим, что различия двух типов заземлений в основном проявляются в их назначении и касаются технической стороны лишь не в значительной мере.

Читайте также: