Расстояние между вертикальными электродами заземления

Обновлено: 05.05.2024

Как рассчитать заземление

Электрическая сеть — это одна из основ современного мира. Вся домашняя электроника и приборы работают от розетки, по которой течет электричество. Это очень удобно, но у данного технологического прорыва есть и негативная сторона — повышенная опасность. Наряду с особым подходом к конструированию техники безопасность сети также обеспечивается заземлением. В этой статье рассказано, как рассчитать заземление и какие методики для этого имеются.

Что такое заземление

Заземление — это комплекс мер для обеспечения безопасности человека, чтобы тот не получил удар электрического тока. Кроме этого, оно обеспечивает бесперебойную работу приборов и их стабильность.

К сведению! Электрические сети отечественного образца часто использовали и используют заземление в виде глухозаземленной нейтрали.

Если говорить простыми словами, то на специальных станциях устанавливаются трехфазные генераторы, обмотки которых связываются по схеме звезда. Точка соединения всех обмоток (центр звезды) и является нейтралью.

Как правильно рассчитать заземление для частного дома

Основной показатель для расчета — проводимость заземлителя. Говоря иначе, человеку следует найти электрод такой характеристики, которая позволит не превышать заземлителю нормативного сопротивления. Правила устройства электроустановок содержат следующий допустимый максимум значений:

2 Ом — для однофазного напряжения литейного типа (380 В);
4 Ом — для аналогичного напряжения 220 В;
8 Ом — для напряжения в 127 В.

Важно! Есть сеть трехфазная, то максимальными сопротивлениями будут те же величины (2, 4 и 8 Ом), но подходить они будут к напряжению 660, 380 и 127 В.

Проводимость заземлителя зависит от площади контакта электрода с землей, а также удельного сопротивления самого грунта. Чем большим будет заземляющее устройство, тем меньшим окажется сопротивление, и, соответственно, земля будет принимать большее количество тока.

Любая формула расчета предполагает учет площади устройства и глубину его погружения. Например, для расчета круглого единичного заземлителя подходит формула, представленная ниже.

Вам это будет интересно Напряжение переменного тока

Расчет заземления, пример формулы

В ней используются такие величины: d — диаметр заземлителя, L — длина электрода, T — расстояние от начала погружения до середины заземлителя, ln — логарифм, π — константа (3,14), ρ — удельное сопротивление земли (Ом · м).

Удельная сопротивляемость земли — главная величина формулы. Чем она меньше, тем больше тока будет проводить заземление. Это напрямую влияет на эффективность защиты.

Таблица, помогающая вычислить удельное сопротивление грунта

Обратите внимание! На сопротивление влияют плотность грунта, его водный баланс, температура, коэффициент сезонности, глубина промерзания и наличие в нем активных электроактивных веществ. Чтобы не морочиться с поиском нужной информации, можно заглянуть в любую таблицу плотности и удельного сопротивления земли.

Методики и программы для расчета заземления

Для облегчения процесса можно воспользоваться различными программами, которые по определенным методикам помогают рассчитать заземление на основе введенных в специальные поля данных и измерений. Список наиболее популярных:

«Электрик». Это многофункциональная программа, позволяющая рассчитывать множество электрических величин, которые нужны при осуществлении монтажных работ любой сложности. Методика вычисления параметров заземления лишь одна из функций ПО;
«Акула». Еще одно известное приложение, которое, кроме заземления, способно рассчитать систему грозозащиты, электрическую проводку или освещение;
ElectriCS Storm. Возможности программы позволяют не только вычислить параметры заземляющего устройства, но и громоотвод или магнитную совместимость. Единственный недостаток ElectriCS Storm в том, что пользоваться им сможет только профессионал;
«Заземление». Простая в использовании программа, которая подойдет даже новичку. Она использует простые алгоритмы расчета с несколькими полями ввода;
«Расчет заземляющих устройств». Аналог предыдущего решения, но с возможностью расчета молниезащиты. Обладает таким же простым и понятным интерфейсом на русском языке.

Важно! Основной недостаток подобных программ в том, что они обычно используют только один метод расчета и не позволяют изменить его или ознакомиться с методикой.

Как рассчитать контур заземления

Расчет заземляющего устройства электроустановок выполняется пошагово:

Рассчитывают значение сопротивления группового заземлителя. Это можно найти в ПУЭ.
Выяснять, каково удельное сопротивление грунта. Хорошо, если есть данные исследований специальной геологической организации. В противном случае придется использовать данные из таблиц.
Определяют местоположение работ заземления и климатическую зону по соответствующей таблице.
Находят коэффициент сезонности вертикального или горизонтального заземлителя, который зависит от его габаритов.
В зависимости от количества заземлителей определяют коэффициент их использования.
Рассчитывают сопротивление исходя из типа заземлителя.
Находят сопротивление группового заземлителя.

Вам это будет интересно Чему равен 1 ампер в киловаттах

Какое расстояние между вертикальными заземлителями

Есть ряд правил, которые касаются учета расстояния между вертикальными заземлителями, если их несколько. Устройства вбивают в ряд или по некому контуру на глубину, при которой от верха прибора до поверхности грунта остается 50-80 см.

К сведению! Расстояние между заземлителями вертикального типа должно составлять не менее 2,5-3 м.

Таблица расчетов заземления

Ниже представлена основная таблица, которую используют при расчете параметров заземлителя.

Расчет заземления электроустановок не предполагает под собой ничего сложного. Для выполнения простого расчета достаточно следовать пошаговым инструкциям, которые были представлены выше.

Почему вертикальные заземлители нельзя располагать близко друг к другу?

При использовании вертикальных заземлителей небольшой длины (порядка нескольких метров) для обеспечения необходимого заземления в землю устанавливают несколько штырей, которые соединяют между собой параллельно. Естественно, поскольку такой массив занимает определённую площадь, возникает соблазн сэкономить пространство и разместить штыри ближе друг к другу. Но, на самом деле, этого не следует делать — есть определённое расстояние, ближе которого размещать штыри друг относительно друга не следует. О том, чему равно это расстояние и почему слишком близко расположенные штыри — это плохо, пойдёт речь в данной статье.

Взаимное экранирование электродов

В том случае, если два электрода (штыря) находятся на бесконечно большом расстоянии друг от друга, то при их параллельном соединении идеальным проводником с нулевым сопротивлением общая проводимость такого заземлителя относительно земли будет равна сумме проводимостей обоих штырей относительно земли (напомним, что проводимость — это величина, обратная сопротивлению). Данное правило может быть обобщено и на большее количество электродов, тогда суммируются их проводимости.

Но что мы будем наблюдать, если расстояние между параллельно соединенными электродами меньше их длин или сопоставимо с ними? Проводимость такого заземления будет меньше суммы проводимостей двух отдельных штырей относительно земли. Такое явление называется взаимным экранированием электродов. В свою очередь, оно обусловлено так называемым отталкиванием токов.

Основным фактором, определяющим электропроводность почвы, является наличие в ней влаги, в которой растворены соли. В результате получается электролит. При прохождении электрического тока через электролит положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы — к положительному электроду (аноду). Например, при использовании электродов из меди они будут выполнять роль анода. При этом, поскольку электроды соединены между собой проводником с низким сопротивлением, потенциалы на них относительно земли будут практически одинаковы.

Ионная проводимость в электролите

Электрический ток связан с физическим переносом ионов. При близком расположении электродов одноименно заряженные ионы будут отталкиваться, что уменьшит интенсивность их движения. Это и есть явление отталкивания токов. В итоге оно уменьшает общую проводимость системы из параллельно соединенных электродов.

Определение минимального расстояния между вертикальными заземлителями

Слишком большое расстояние между вертикальными электродами — это не только нерациональное использование земли, но и большая длина проводов, соединяющих электроды. Чем длиннее провода, тем выше их сопротивление. С другой стороны, если мы размещаем штыри слишком близко друг к другу, это снизит их эффективность. Отсюда следует, что должен быть некий оптимальный диапазон значений расстояния между вертикальными электродами заземления, в пределах которого обеспечиваются наилучшие технико-экономические показатели.

Защита сооружений от попадания молнии — крайне ответственная задача, поэтому для нее параметры заземления, состоящего из нескольких электродов, жестко прописаны, в том числе и расстояние между электродами. К примеру, согласно действующей Инструкции РД 34.21.122-87, п. 2.2 для отдельно стоящих молниеотводов приемлемым является «искусственный заземлитель, состоящий из трех и более вертикальных электродов длиной не менее 3 м, объединенных горизонтальным электродом, при расстоянии между вертикальными электродами не менее 5 м».

При использовании заземления только для обеспечения безопасности эксплуатации электрических установок, целевым показателем является достижение нужного сопротивления заземления. Методика расчета на основании так называемого коэффициента использования приведена здесь. Чем выше значение коэффициента использования, тем заземление эффективнее. Следует отметить, что значение коэффициента использования зависит не только от расстояния между электродами, но и от количества электродов, а также от топологии их размещения (при одном и том же минимальном расстоянии между электродами расположение их в ряд дает больший коэффициент использования, чем при размещении в виде замкнутого контура).

Электричество установки заземления, часть подземного металлического каркаса

Размещение электродов по замкнутому контуру более удобно с точки зрения использования пространства, но при этом несколько снижается эффективность заземления по сравнению с электродами, расположенными в ряд

Эксперименты показали, что взаимное экранирование параллельно соединенных вертикальных электродов в земле наблюдается на уровне, оказывающим влияние на свойства заземления, при расстоянии менее 2,2L, где L – длина электрода. Дальнейшее увеличение расстояния между электродами не дает уже ощутимой выгоды. С другой стороны, при расстоянии между электродами, не превышающим 0,033L, добавление новых электродов не уменьшает сопротивление заземления.

Выводы

В реальности сопротивление заземления меняется в широких пределах в зависимости от времени года и погодных условий. Поэтому на практике для многоэлектродных вертикальных заземлителей часто используют эмпирическое правило — расстояние между электродами должно составлять не менее длины одного электрода. Максимальное значение расстояния, чтобы заземление не было слишком громоздким и дорогим - удвоенное значения длины электрода. Поскольку длина электродов для многоэлектродного вертикального заземления обычно составляет 3 — 5 м, нормы Инструкции РД 34.21.122-87 в диапазон 1 — 2 длины электрода вполне укладываются.

Расстояние от заземлителя до.

Одним из самых популярных вопросов при организации заземления является вопрос о расстоянии до объектов, которое должно соблюдаться при монтаже заземлителя. Разберём этот вопрос с помощью следующих нормативных документов:

Инструкция по организации защитного заземления и уравнивания потенциалов в электроустановках (И 1.03-08);
Методические указания по защите вторичных цепей электростанций и подстанций от импульсных помех (РД 34.20.116-93).

1. Расстояние от заземлителя до фундамента здания

Ответ на этот вопрос можно найти в пункте 1.7.94 ПУЭ, который гласит:

“. прокладка в земле на глубине 1 м и на расстоянии 1 м от фундамента здания или от периметра территории, занимаемой оборудованием, заземлителя, соединенного с системой уравнивания потенциалов этого здания или этой территории, а у входов и у въездов в здание - укладка проводников на расстоянии 1 и 2 м от заземлителя на глубине 1 и 1,5 м соответственно и соединение этих проводников с заземлителем…”

2. Расстояние от заземления до силовых кабелей и труб

Выдержка из Инструкции 1.03-08:

Прокладку заземлителей параллельно кабелям или трубопроводам следует выполнять на расстоянии не менее 0,3 метра, а при пересечениях — не менее 0,1 метра.
Данный пункт нормирует расстояние до заземляющего устройства при расстоянии до молниеприёмника / токоотвода больше 10 метров (по горизонтали).

3. Еще один документ — РД 34.20.116-93 предъявляет свои требования к расстоянию от различных объектов до заземлителя с подключенной молниезащитой:

Трассы кабелей с цепями управления, измерения и сигнализации должны прокладываться на расстоянии не менее 10 метров в свету от основания фундаментов (стоек) с разрядниками и молниеотводами. Допускается в стесненных условиях уменьшать это расстояние до 5 м,но при этом между фундаментом (стойкой) и кабелями должен прокладываться дополнительный продольный заземлитель длиной не менее 15 метров на расстоянии 0,5 метра от кабельной трассы. Этот продольный заземлитель должен располагаться симметрично относительно фундамента (стойки) и соединяться с заземляющим устройством по концам и в точках пересечения с другими горизонтальными заземлителями.

Проектируйте и рассчитывайте заземление и молниезащиту правильно!

Каким должно быть расстояние между заземляющими электродами?

Расчёт заземления подразумевает определение количества и конфигурации заземлителей, глубины их погружения и при учёте удельного сопротивления грунта. Все эти параметры напрямую влияют на итоговое сопротивление установленного заземления. Однако при монтаже не редко возникает вопрос и о таком параметре, как "минимальное расстояние между заземляющими электродами". Каким оно должно быть? На практике часто принимается в расчёт расстояние 3 метра, что подтверждает недавний вопрос от посетителя нашего сайта. Верно ли это значение? Разбираемся в этом вопросе!

Для эффективного растекания тока, вертикальные электроды должны устанавливаться на расстоянии не менее их длины. Большую роль играет коэффициент использования, так как он показывает взаимное влияние заземляющих электродов в контуре заземления и имеет прямую зависимость от взаимного расстояния электродов. Прямые указания по размещению вертикальных электродов на расстоянии большем, чем их длина, указаны в пункте 2.2 РД 34.21.122-87

Вертикальные электроды должны устанавливаться на расстоянии не менее их длины

Расположение электродов в ряд также способствует более эффективному растеканию тока, по сравнению с контуром, потому что рабочие области электродов не перекрываются - коэффициент использования больше. Если несколько заземляющих электродов расположены слишком близко друг к другу, то данная схема заземления становится неэффективна, поскольку "рабочие зоны электродов" перекрываются — уменьшается рабочий объём этих зон и, следовательно, уменьшается эффективность работы каждого заземляющего электрода.

Таким образом, значение имеет общая длина электродов и их правильное расположение. Каждый проводник обладает электрическим потенциалом. Чем ниже сопротивление, тем лучше ток растекается в среде, тем сильнее снизится потенциал на заземлителе. Он будет приближаться к естественному потенциалу земли, т.е. к нулю. В результате снизится и величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки.

Установка электродов в замкнутый контур подходит для размещения вокруг объекта, служит цели уравнивания и выравнивания потенциалов, что важно в молниезащите, а также позволяет получить низкое сопротивление заземления, т.к. может использоваться большая общая длина электродов.

У вас имеются другие вопросы о расчётах заземления и молниезащиты? Задайте их нашим техническим специалистам, которые с удовольствием предоставят на них ответы!

Смотрите также:

Расчет заземления: цель, правила и алгоритм вычислений

Заземление — ценное сооружение, защищающее владельцев домашней техники от непосредственного контакта с весьма полезным, но крайне ретивым потоком электроэнергии. Заземляющее устройство обеспечит безопасность при «отгорании» нуля, что нередко случается на загородных ЛЭП при шквальном ветре. Оно исключит риски поражений при утечках на нетоковедущие металлические детали и корпус из-за прохудившейся изоляции. Сооружение защитной системы – мероприятие, не требующее сверх усилий и супер вложений, если грамотно сделан расчет заземления. Благодаря предварительным вычислениям будущий исполнитель сможет определиться с предстоящими расходами и с целесообразностью предстоящего дела.

Строить или не строить?

В уже изрядно забытую пору скудного количества бытовых электроприборов владельцы частных домов редко «баловались» устройством заземления. Считалось, что с задачей отведения утечки электричества превосходно справятся естественные заземлители, такие как:

стальные или чугунные трубопроводы, если вокруг них не уложена изоляция, т.е. имеется непосредственный плотный контакт с почвой;
стальная обсадка водяной скважины;
металлические опоры оград, фонарей;
свинцовая оплетка подземных кабельных сетей;
арматура фундаментов, колонн, ферм, заглубленных ниже горизонта сезонного промерзания.

Обратите внимание, что алюминиевая оболочка подземных кабельных коммуникаций не может использоваться в качестве элемента заземления, т.к. покрыта антикоррозионным слоем. Защитное покрытие препятствует рассеиванию тока в грунте.

Оптимальным естественным заземлителем признан стальной водопровод, проложенный без изоляции. Благодаря значительной протяженности минимизируется сопротивление току растекания. К тому же наружный водопровод укладывают ниже отметки уровня сезонного промерзания. Значит, на параметры сопротивления не будут влиять морозы и засушливая летняя погода. В эти периоды уменьшается влажность грунта, и, как следствие, увеличивается сопротивление.

Стальной каркас подземных железобетонных конструкций может служить элементом системы заземления, если:

с глинистым, суглинистым, супесчаным и влажным песчаным грунтом контактирует достаточная по нормам ПУЭ площадь;
в период сооружения фундамента арматура в двух или более местах была выведена на дневную поверхность;
стальные элементы данного естественного заземления были соединены между собой сваркой, а не проволочной связкой;
сопротивление арматуры, играющей роль электродов, рассчитано согласно требованиям ПУЭ;
установлена электрическая связь с заземляющей шиной.

Без соблюдения перечисленных условий подземные ж/б сооружения не смогут выполнить функцию надежного заземления.

Из всего набора вышеперечисленных естественных заземлителей расчетам подлежат только подземные ж/б конструкции. Точно вычислить сопротивление растеканию тока трубопроводов, металлической брони и каналов подземных силовых сетей не представляется возможным. Особенно если их прокладка осуществлялась пару десятилетий назад, и поверхность существенно изъедена коррозией.

Эффективность естественных заземлителей определяется путем банальных измерений, для производства чего нужно вызвать сотрудника местной энергослужбы. Показания его прибора подскажут, нужен или нет владельцу загородной собственности повторный заземляющий контур в качестве дополнения к существующим мерам заземления, выполненным компанией-поставщиком электроэнергии.

При наличии на участке естественных заземлителей с соответствующими нормам ПУЭ значениями сопротивления, устраивать защитное заземление нецелесообразно. Т.е. если прибор «агента» энергоуправления показал меньше 4 Ом, организацию контура заземления можно отложить «на потом». Однако лучше перестраховаться и предупредить вероятные риски, для чего и сооружается искусственное заземляющее устройство.

Расчеты для устройства искусственного заземления

Нужно признаться, что досконально рассчитать устройство заземления сложно, практически невозможно. Даже в среде профессиональных электриков практикуется метод приблизительного подбора количества электродов и расстояний между ними. Слишком много природных факторов влияет на результат работы. Уровень влажности нестабилен, зачастую доподлинно не исследована фактическая плотность и удельное сопротивление грунта и т.д. Из-за чего в конечном итоге сопротивление устроенного контура или единичного заземлителя отличается от расчетного значения.

Эту разницу выявляют посредством тех же измерений и корректируют путем установки дополнительных электродов или путем наращивания длины единичного стержня. Однако от предварительных расчетов отказываться не стоит, потому что они помогут:

исключить или сократить дополнительные затраты на приобретение материала и рытье ответвлений траншей;
выбрать оптимальную конфигурацию системы заземления;
составить план действий.

Для облегчения непростых и довольно запутанных расчетов разработано несколько программ, но для того чтобы грамотно ими воспользоваться пригодятся знания о принципе и порядке вычислений.

Составляющие защитной системы

Система защитного заземления представляет собой комплекс заглубленных в грунт электродов, соединенных электрической связью с заземляющей шиной. Основными ее составляющими являются:

один или несколько металлических стержней, передающих ток растекания земле. Чаще всего в качестве их применяются вертикально забитые в грунт отрезки длинномерного металлопроката: трубы, равнополочного уголка, круглой стали. Реже функцию электродов выполняют горизонтально зарытые в траншею трубы или листовая сталь;
металлическая связь, соединяющая группу заземлителей в функциональную систему. Зачастую это горизонтально расположенный заземляющий проводник из полосы, уголка или прутка. Его приваривают к верхушкам заглубленных в грунт электродов;
проводник, соединяющий расположенное в земле заземляющее устройство с шиной, а через нее с защищаемой техникой.

Две последних составляющих носят общее название – «заземляющий проводник» и, по сути, выполняют одну и ту же функцию. Разница заключается в том, что металлическая связь между электродами расположена в земле, а проводник, подключающий заземление к шине, находится на дневной поверхности. Отсюда разные требования к материалам и коррозионной устойчивости, а также разброс в их стоимости.

Принципы и правила вычислений

Совокупность электродов и проводников, именуемая заземлением, устанавливается в грунт, который является непосредственным компонентом системы. Потому в расчетах его характеристики принимают непосредственное участие наравне с подбором длины элементов искусственного заземления.

Алгоритм расчетов прост. Производятся они согласно имеющимся в ПУЭ формулам, в которых есть переменные единицы, зависящие от решения самостоятельного мастера, и постоянные табличные значения. Например, приблизительная величина сопротивления грунта.

Определение оптимального контура

Грамотный расчет защитного заземления начинается с выбора контура, который может повторять любую из геометрических фигур или обычную линию. Выбор этот зависит формы и размеров площадки, имеющейся в распоряжении мастера. Удобней и проще соорудить линейную систему, потому что для установки электродов потребуется вырыть только одну прямую траншею. Но расположенные в один ряд электроды будут экранировать, что неизбежно отразиться на токе растекания. Потому при расчетах линейного заземления в формулы вводится поправочный коэффициент.

Самой востребованной схемой для самостоятельного сооружения защитного заземления признают треугольник. Расположенные в вершинах его электроды при достаточном удалении друг от друга не мешают принятому каждым из них току свободно рассеиваться в земле. Трех металлических стержней для устройства защиты частного дома считают вполне достаточным количеством. Главное их правильно расположить: забить в грунт металлические стержни нужной длины на эффективном для работы расстоянии.

Расстояния между вертикальными электродами должны быть равными, независимо от конфигурации системы заземления. Расстояние между двумя соседними стержнями не должно быть равно их длине.

Выбор и расчет параметров электродов и проводников

Основными рабочими элементами защитного заземления являются вертикальные электроды, потому что рассеивать утечки тока придется именно им. Длина металлических стержней интересна, как с точки зрения эффективности защитной системы, так и с точки зрения металлоемкости и цены материала. Расстояние между ними определяет длину компонентов металлической связи: опять же расход материала для создания заземляющих проводников.

Обратите внимание, что сопротивление вертикальных заземлителей зависит преимущественно от их длины. Поперечные размеры несущественно влияют на эффективность. Однако величина сечения нормируется ПУЭ ввиду необходимости создать износостойкую защитную систему, элементы которой не менее 5-10 лет будут постепенно разрушаться коррозией.

Выбираем оптимальные параметры, учитывая, что лишние расходы нам вовсе не к чему. Не забываем, что чем больше метров металлопроката мы загоним в землю, тем больше пользы мы получим от контура. Метры «набрать» можно либо увеличивая длину стержней, либо увеличивая их количество. Дилемма: установка многократных заземлителей заставит изрядно потрудиться на поприще землекопа, а забивание длинных электродов кувалдой вручную превратит в крепкого молотобойца.

Что лучше: численность или длина, выберет непосредственный исполнитель, но существуют правила, согласно которым определяется:

длина электродов, потому что заглубить их нужно ниже горизонта сезонного промерзания как минимум на полметра. Так нужно, чтобы работоспособность системы не слишком страдала сезонных факторов, а также от засух и дождей;
расстояние между вертикальными заземлителями. Оно зависит от конфигурации контура и от длины электродов. Определить его можно по таблицам.

Отрезки металлопроката по 2,5-3 метра забивать кувалдой в землю трудно и неудобно даже с учетом того, что их 70 см будет погружено в заранее вырытую траншею. Рациональной длинной заземлителей считают 2,0м с вариациями вокруг этой цифры. Не забудьте, что длинные отрезки металлопроката нелегко и весьма накладно будет доставить на объект.

Грамотно экономим на материале

Уже упоминалось, что от сечения металлопроката мало что зависит, кроме цены материала. Разумней купить материал с наименьшей возможной площадью сечения. Без длительных рассуждений приведем наиболее экономичные и устойчивые к ударам кувалды варианты, это:

трубы с внутренним диаметром 32 мм и толщиной стенки 3 и более мм;
равнополочный уголок со стороной 50 или 60 мм и толщиной 4-5 мм;
круглая сталь с диаметром 12-16 мм.

Для создания подземной металлической связи лучше всего подойдет стальная полоса толщиной 4 мм или 6миллиметровый пруток. Не забываем, что горизонтальные проводники нужно приварить к вершинам электродов, потому к выбранному нами расстоянию между стержнями прибавим еще по 20 см. Надземный участок заземляющего проводника можно сделать из 4миллиметровой стальной полосы шириной 12 мм. Вывести на щиток его можно от ближайшего электрода: так и копать меньше придется, и материал сэкономим.

А вот теперь непосредственно формулы

С формой контура и с размерами элементов мы определились. Теперь можно загнать требующиеся параметры в специальную программу для электриков или воспользоваться приведенными ниже формулами. В соответствии с типом заземлителей выбираем формулу для производства расчетов:

Или воспользуемся универсальной формулой для расчета сопротивление одного вертикального стержня:

Для вычислений потребуются вспомогательные таблицы с приблизительными значениями, зависящими от состава грунта, его усредненной плотности, способности удерживать влагу и от климатической зоны:

Рассчитаем количество электродов, не учитывая значение сопротивления заземляющего горизонтального проводника:

Вычислим параметры горизонтального элемента системы заземления – горизонтального проводника:

Подсчитаем сопротивление вертикального электрода с учетом значения сопротивления горизонтального заземлителя:

Согласно результатам, полученным в результате усердных вычислений, запасаемся материалом и планируем время для устройства заземления.

Ввиду того что наибольшим сопротивлением наше защитное заземление будет обладать в засушливый и морозный период, его сооружением желательно заняться именно в это время. На строительство контура при правильной организации потратить нужно будет пару дней. Перед засыпкой траншеи надо будет проверить работоспособность системы. Это лучше сделать, когда в почве меньше всего содержится влаги. Правда, зима не слишком располагает к труду на открытых площадках, и земляные работы осложняет замерзший грунт. Значит, займемся строительством системы заземления в июле или в начале августа.

Заземление в частном доме своими руками

Собственный контур заземления — отличительный признак действительно продуманной и качественной системы электроснабжения. Его устройство весьма примитивно, практическая же польза — неоценима. Монтаж своими руками не займёт много времени, а правильное исполнение контура гарантирует его многолетнюю исправную работу.

Выбор места для размещения контура

Чтобы определить место, подходящее для забивки электродов заземления, нужно пройти процедуру, именуемую согласованием трасс инженерных коммуникаций. Поскольку длина электродов, как правило, больше глубины залегания линий электропередач, связи и трубопроводов, риск их повреждения абсолютно реален при работе в черте города. Поэтому сначала ознакомьтесь с планами прокладки трасс коммуникаций, запрос можно оставить в местной городской администрации.

Это может быть связано с небольшими денежными издержками, однако получать ордер на земляные работы почти никогда не требуется. С согласованием связан один интересный момент: вы снимаете с себя ответственность за повреждение линии, если её нет в реестре подземных коммуникаций. При этом даже если в идеально подходящем месте уже проложены подземные трассы, вы сможете легко их обойти, пользуясь указанными значениями защитных зон и точками привязки.

Для предприятий рекомендуется хранить в архиве заверенные копии планов.

Располагая контур, обратите внимание на параметры грунта. Обладателям отчёта по геоморфологии местности рекомендуется располагать основные заземлители в как можно более низкой точке верхнего водоупора, насыщенной влагой. Также предпочтительны места затенённые, вблизи сливных ям или дренажных колодцев, в мелиорационных канавах. Вода с растворёнными ионами солей (в умеренном количестве) придаёт хорошую проводимость грунтам даже тех категорий, в которых она начисто отсутствует при иссушенном их состоянии.

Ещё один критерий оценки местности — отношение уровня грунтовых вод к глубине погружения основных заземлителей. Если есть возможность устроить контур на дне подвала или смотровой ямы — лучше ей воспользоваться. Исключение составляют участки, насыщенные агрессивными жидкостями: септики, сливные и компостные ямы. Также следует избегать близости с деревьями, активно поглощающими воду, например, берёзой или ивой.

Удельное сопротивление грунта и расчёт электродов

Передача электрического потенциала литосфере происходит со всей поверхности металлических электродов через металлизированные частицы почвы и содержащуюся в грунте влагу. Учитываться должно всё: от шероховатости поверхности металла до пористости грунта и плотности посадки в нём стальных заземлителей.

Геоморфологический профиль и таблица удельных сопротивлений грунтов — вот что берётся за основу расчёта сопротивления распространению тока через основные заземлители. Рекомендуется пользоваться пособием «Нормы устройства сетей заземления» за авторством Р.Н. Карякина, где есть исчерпывающая информация для вычисления нужных параметров, а также описана техника использования естественных заземлителей (обсадок скважин, свай или трубопроводов).

В реальности подробный расчёт выполняется редко, обычно исходные данные принимаются худшими из возможных для конкретных условий размещения. Требуемые характеристики достигаются увеличением либо длины электродов (что более предпочтительно), либо их числа. Запасом прочности обеспечивается длительный срок эксплуатации контура: покрываясь ржавчиной, электроды сильно теряют в проводимости, поэтому к ним периодически добивают новые.

Расчёт начинают с допустимого сечения элементов системы заземления, их проводимость должна соответствовать мощности электрического подключения заземляемой системы. В большинстве случаев используется профили из углеродистой стали, их сечение не должно быть меньше 80 мм 2 . Для нержавеющей стали этот показатель составляет 60–70 мм 2 . Сечение принято заведомо завышать для компенсации коррозионного воздействия почвы.

Второй вопрос — общая площадь поверхности. В качестве основных заземлителей следует использовать угловую сталь, тавр или двутавр — изделия с сечением незамкнутой формы, контактирующие с грунтом всеми сторонами. Сопротивление одиночного заземлителя или его участка определяется как удельное сопротивление грунта, его окружающего, делённое на π — кратное значение основного линейного размера (для вертикально стержня это его длина).

Результат нужно умножить на безразмерный коэффициент формы (для вертикального стержня это половина натурального логарифма от четырёхкратной длины, поделённая на периметр сечения). Для примера, вертикальный электрод длиной 2,5 метра из угловой стали 50х50 мм коэффициент составит почти 1,25, сопротивление растеканию (при залегании заземлителей целиком в суглинке) составит 8,3 Ом.

Общее сопротивление вертикальных заземлителей описывается как сумма их обратных значений:

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + . + 1 / Rn

Таким образом, для достижения нормативного значения в 4–6 Ом потребуется не менее двух электродов по 2,5 метра, по аналогии можно рассчитать варианты с другим подходящим числом или длиной заземлителей.

Как быстро забить основные заземлители

Когда требуемые расчёты выполнены, наступает очередь монтажа. Тривиальная, на первый взгляд, задача забить электроды в землю может обернуться испорченным металлопрокатом просто из-за незнания механики процесса.

Грунт на глубине более метра достаточно плотный и находится под давлением. Почва плотно обжимает стальной стержень, при этом силы трения препятствуют погружению и растут вместе с площадью соприкосновения при каждом ударе. Мороки добавляют встречающиеся на пути обломки твёрдой породы, иногда электрод разумнее выдернуть и вбить в новом месте.

Заземлители нужно правильно заточить перед забивкой. Общий угол скоса острия должен быть порядка 30–35º. От края острия нужно отступить около 40 мм и свести спуск под более тупым углом, около 45–50º. Тавр, двутавр и швеллер могут иметь несколько спусков, прутья до 24 мм рекомендуется острить ковкой с медленным отпуском.

Перед забивкой электродов их нужно удалить друг от друга не менее чем на 230 см, более двух (N) вертикальных заземлителей располагают на вершинах равностороннего N-угольника. Под каждый электрод нужно выкопать или пробурить лунку глубиной 35–50 см чтобы основное тело проводника находилось как можно глубже. Бурить лунки в полную глубину не рекомендуется. Откопанные приямки соединяются между собой траншеями, по которым будет скрыто проложена обвязка электродов.

Забивать стальные стержни лучше всего вручную, кувалдой около 7–10 кг. Да, вибрационное погружение работает лучше, но соответствующее оборудование не так просто достать и допускается его использовать не везде. Основная проблема при забивании — деформация хвостовика от частых ударов, поэтому бить нужно через бабку специальной формы, надевающуюся сверху на электрод и не позволяющую ему согнуться или расплескаться сверх меры. Также можно периодически обрезать УШМ край электрода по мере сплющивания или подливать в приямок воду небольшими порциями.

Обвязка контура, вывод шины

Вертикальные электроды должны полностью находиться под слоем почвы не менее 20–30 см, на этом же уровне располагаются все горизонтальные заземлители. Для связки используется стальная полоса 4х40 мм или выше, поставленная на ребро. С электродами она соединяется дуговой сваркой, суммарная длина шва должна составлять не менее половины периметра сечения.

От контура остаток полосы прокладывается под грунтом до стены здания с ВРУ. Чтобы не разрушать отмостку фундамента, полосу можно проложить поверх неё, закрепив дюбелями быстрого монтажа, либо устроить подкоп и проход через огильзованное отверстие. Шину заземления нужно закрепить к стационарной конструкции как минимум в двух точках, к концу приваривается болт М10 с двумя шайбами и гайкой.

Монтаж контура завершается нанесением защитного покрытия на места сварки, это может быть краска или обычный битум. После заземлители засыпают грунтом, тщательно его трамбуя.

Проверка нормативных параметров, обслуживание контура

Под болт на выводе шины зажимают медный однопроволочный провод (ПВ-1) сечением не ниже 6 мм 2 . Он следует как основной защитный проводник к ВРУ и далее разделяется по всей системе заземления к каждому потребителю электроэнергии, который нуждается в уравнивании потенциалов.

Обычно сопротивление линий системы заземления считается удовлетворяющим нормативному при использовании на ответвлениях медного провода от 2,5 мм 2 , а также стального прутка или полосы сечением от 50 мм 2 . Система заземления обычно не предусматривает разрывов при ветвлении, общее сопротивление между ВРУ и самой удалённой точкой должно находиться в районе 4–6 Ом.

Растекание тока по основным заземлителям проверяется с помощью грунтового мегаомметра: он меряет сопротивление между металлическими частями системы заземления и временными электродами, забитыми в почву на 50 см в 15 и 20 метрах от контура. Результаты измерений служат основанием для подписания технических условий и допуска электросети к эксплуатации.

Замер сопротивления заземления: 1 — измеритель сопротивления заземления; 2 — контур заземления; 3 — временные электроды

Обслуживания, как такового, контур заземления не требует. Достаточно исключить ведение земляных работ в месте его расположения и следить, чтобы грунт не пересыхал. Также следует исключить попадание агрессивных жидкостей на почву. Это замечание связано с тем, что часто перед периодическими (и нормируемые ПУЭ и ПБЭЭ) замерами сопротивления почву поливают, например, раствором поваренной соли. Это временно улучшает проводимость почвы и, как следствие, сопротивление растеканию снижается. Но в таких условиях контур просуществует физически всего 1,5–2 года.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Читайте также: