Сопротивление заземления. Программа Заземлитель для быстрого расчета сопротивления
Сопротивление заземления — это комплексный показатель, включающий в себя сопротивление грунта, сопротивление заземлителя и сопротивление проводников. Две последние величины зачастую имеют малые значения, поэтому рассмотренный параметр можно определить как силу противодействия растеканию тока в грунте, передающегося земле через установленные стальные заземлители.
Данный обзор направлен на раскрытие темы сопротивления заземления и рассмотрения программы, предназначенной для подбора типовой конструкции заземлителя под нужное сопротивление растеканию электрического тока. Ссылка и подробное описание программы приведены в конце публикации. А в начале — теоретические моменты и нормативная база.
Нормативные документы, регламентирующие сопротивление заземления
Сопротивление заземления нормируется рядом нормативных документов. Выделим основные положения:
- ПУЭ 7 (п.1.7.101): Для трехфазного напряжения 380 В или однофазного 220 В, сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали трансформатора (вместе со всеми естественными заземлителями и повторными заземлителями на отходящих линиях, если линий не менее двух) должно быть не более 4 Ом. При тех же напряжениях, сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали трансформатора должно быть не более 30 Ом. (п.1.7.103): Общее сопротивление всех повторных заземлений каждой линии трёхфазного напряжения 380 В или однофазного 220 В должно быть не более 10 Ом. Сопротивление заземлителя каждого из повторных заземлений этих линий должно быть не более 30 Ом.
- ПТЭЭП, приложение 3.1, таблица 36: Сопротивление заземляющего устройства при трехфазном напряжении 380 В или однофазном 220 В должно быть не более 30 Ом.
- Технический циркуляр № 31/2012: При питании от ВЛИ (воздушная линия электропередачи напряжением до 1 кВ с применением самонесущих изолированных проводов СИП) сопротивление повторного заземления у потребителя выбирается из условия обеспечения надежного срабатывания УЗО при повреждении изоляции (однофазное замыкание на землю) при отключенном PEN проводнике ответвления от ВЛИ. Сопротивление рассчитывается по току надежного срабатывания УЗО, равному 5 IΔn, но должно быть не более 30 Ом. При удельном сопротивлении грунта более 300 Ом×м допускается увеличение сопротивления до 150 Ом.
Анализируя вышеописанные пункты, можно сделать вывод, что отдельно взятое повторное заземление у частного дома должно иметь сопротивление растеканию электрического тока не более 30 Ом при условии, что вместе с остальными повторными заземлениями воздушной линии даст суммарное сопротивление не более 10 ом, а с основным заземлением на трансформаторе — не более 4 ом. Помимо этого лучше сделать повторное заземление на вводе с сопротивлением не более 10 Ом на случай потери контакта в нулевом проводе ответвления к дому.
Переходя от системы TN к TT, когда здание имеет собственное заземление, никак не соединенное с заземленной нейтралью трансформатора, нужно руководствоваться пунктом 1.7.59 ПУЭ 7. В нем говорится, что требования к такому заземлению ниже, поскольку в этом случае в здании обязательна установка УЗО. Заземление должно иметь сопротивление, которое при утечке 50 В гарантированно даст ток выше тока срабатывания этого УЗО. Однако технический циркуляр № 31/2012 уточняет, что в случае схемы ТТ параметры повторного заземления выбираются такими же, как и для схемы TN — не более 30 Ом.
Также стоит отметить, что система заземления TT допускается только в том случае, если состояние воздушной линии настолько плохое, что не может обеспечить надежную работу основного заземления по схеме TN. В большей степени это относится к линиям, выполненным неизолированными проводами.
Конструкция контура заземления (заземлителя)
Контур заземления состоит из вертикально вбитых в землю металлических электродов (уголков, труб, круглой стали), соединенных между собой горизонтальным металлическим соединителем (полосой, уголком, трубой, арматурой, круглой сталью).
В качестве вертикальных электродов используется уголок 5 × 50 × 50 мм, а в качестве горизонтального соединителя — полоса 4 × 40 мм. Заземлители располагают либо в ряд, либо замкнутым контуром. Они вбиваются в дно траншеи или ямы глубиной около 0,5 — 0,7 м на глубину 1,5 — 3,5 метра. Не забитым оставляется только участок 20 см заземлителя. Расстояние между вбитыми электродами принимается кратными длине электродов.
Все соединения рекомендуется делать сваркой внахлест с проваркой швов и обязательным покрытием мест сварки антикоррозийной защитой. Остальная поверхность заземлителя не должна иметь какого-либо покрытия или окраски. После монтажа всех элементов, горизонтальный соединитель выводится в нужном месте из земли для последующего соединения с заземляющим проводником.
Материалы для контура заземления:
| Элемент ⁄ материал | Сталь черная | Сталь оцинкованная | Сталь горячего цинкования, нержавеющая сталь |
| Круглая сталь электрода | ∅16 мм | ∅12 мм | ∅16 мм |
| Круглая сталь горизонтального соединителя | ∅10 мм | ∅10 мм | ∅10 мм |
| Прямоугольная или угловая сталь | 4 мм, сечение не менее 100 мм² | 3 мм, сечение не менее 75 мм² | 3 мм, сечение не менее 90 мм² |
| Труба | ∅32 мм, толщина стенки 3,5 мм | ∅25 мм, толщина стенки 2 мм | ∅25 мм, толщина стенки 2 мм |
Следует разделять заземление защитное и функциональное. Последнее выполняется для правильной работы и защиты от помех специального оборудования. Заземляющий проводник, соединяющий заземлитель функционального заземления с шиной заземления, должен иметь сечение не менее:
- Для медного — 10 мм².
- Для алюминиевого — 16 мм².
- Для стального — 75 мм².
В быту чаще всего устраивается защитное заземление. И для соединения заземлителя с шиной заземления, достаточно использовать проводник сечением равным тому, что приходит в дом до расщепления PEN. Если к дому приходит СИП 16 мм², то заземляющий проводник должен быть эквивалентным ему по проводимости (медь — 10 мм²). Также следует руководствоваться следующим правилом по подбору проводника, соединяющего защитное заземление с шиной — он должен иметь сечение не менее:
- Для медного — 6 мм².
- Для стального — 50 мм².
- Алюминиевые проводники в качестве заземляющих проводников не используются.
Заземлители также можно использовать из меди или стали с медным покрытием или оболочкой. Они заводского изготовления, и применимы для глубинного монтажа.
Методика расчета сопротивления заземления
Вычисления в программе заземлитель проводятся по формулам, изложенным в «Справочнике по проектированию электрических сетей и электрооборудования» под редакцией Ю.Г.Барыбина.
Рассмотрим все используемые формулы:
| Расчет эквивалентного сопротивления двухслойного грунта | |
 |
ρ — удельное сопротивление грунта (верхнего или нижнего слоя). l — длина вертикального электрода. t — величина заглубления верха вертикальных электродов относительно поверхности почвы. h — толщина верхнего слоя грунта. Результат умножается на повышающий коэффициент соответствующего климатического района. |
| Расчет сопротивления отдельного вертикального электрода | |
 |
ρ — удельное сопротивление почвы. l — длина электрода. d — диаметр (или эквивалентный диаметр) электрода. Если электрод угловой, эквивалентный диаметр высчитывается по формуле d = 0,95*b, где b — ширина стороны уголка. t — расстояние от поверхности земли до середины электрода. |
| Расчет сопротивление соединителя (электрода горизонтального) | |
| Для плоского электрода: | ρ — удельное сопротивление почвы. l — длина электрода. b — ширина электрода. t — расстояние от поверхности земли до середины электрода. |
 |
|
| Для круглого или углового электрода: | ρ — удельное сопротивление почвы. l — длина электрода. d — диаметр (или эквивалентный диаметр) электрода. Если электрод угловой, эквивалентный диаметр высчитывается по формуле d = 0,95*b, где b — ширина стороны уголка. t — расстояние от поверхности земли до середины электрода. |
 |
|
| Расчет полного сопротивления заземлителя | |
 |
n — количество вертикальных электродов. η — коэффициент использования электродов (вертикальных или горизонтальных). |
Описание вводимых данных в программе Заземлитель
Интерфейс программы состоит из шести блоков, в которых задаются исходные данные для расчета. Рассмотрим их подробно:
| Климатический район | |
 |
Каждому климатическому району соответствуют значения средних минимальных и средних максимальных температур, среднегодового количества осадков и продолжительности замерзания воды. При наведении курсором на каждый район появится подсказка, облегчающая выбор. Если вашего района в списке нет, найдите его характеристики в открытом доступе и сопоставьте с имеющимися вариантами. |
| Почва | |
 |
Данный параметр позволяет выбрать удельное сопротивление почвы согласно ее составу. Настройка позволяет разделить пласт на два слоя, указав для каждого свой состав. В полях выбора дается список названий грунтов с цифрой приблизительного удельного сопротивления каждого при летних температурах. Удельное сопротивление зависит от множества факторов. Если вам известно точное значение удельного сопротивления вашего грунта, вы можете его задать в соответствующее поле напрямую. Исходя из удельных сопротивлений указанных типов грунтов и толщины верхнего пласта грунта, программа высчитывает эквивалентное удельное сопротивление и удельное сопротивление с учетом повышающего коэффициента выбранной климатической зоны. |
| Заглубление | |
 |
Данный параметр указывает глубину, на которой будет располагаться верхняя точка горизонтального электрода (соединителя). Обычно траншею для заглубления копают на глубину 0,7 м. В этом случае, горизонтальный электрод будет заглублен на 0,7 − 0,2 (не вбитая часть) = 0,5 м. |
| Размер вертикальных электродов | |
 |
В данном пункте можно выбрать форму заземлителя в виде уголка или круглую, что почти не влияет на итоговое сопротивление заземлителя. В поле «ширина» устанавливается ширина полки уголка или диаметр круга. Арматура для вертикальных электродов обычно не применяется, поскольку ее трудно забивать в землю из-за ребер. В поле «длина» выбирается длина электрода. Чаще всего — 2,5-3 м. В нижней части блока показывается сопротивление одного электрода заданной длины и ширины. |
| Расположение вертикальных электродов | |
 |
Электроды обычно соединяют контуром в том случае, если их много, и заземление устраивается по всему периметру здания. Если заземлитель состоит из небольшого количества электродов (3 — 4), их можно соединить в ряд. В два нижних поля блока вводится предположительное количество электродов и кратность интервала. Например, при кратности 2 и длине электродов 2,5 метра расстояние между ними должно быть равным 5 метрам. Чем больше расстояние между электродами, тем выше коэффициент их использования. Но на практике для небольших зданий чаще всего используют минимальную кратность. В схемах, где значение кратности существенно меньше единицы, контур не в полной мере раскрывают свой потенциал. |
| Размер горизонтального соединителя | |
 |
К горизонтальному заземлителю предъявляются меньшие прочностные требования, поэтому в качестве материала для его изготовления помимо уголка, трубы или круглой стали можно использовать арматуру или полосу. В поле «размер» задается ширина полосы, ширина полки уголка или диаметр круглого соединителя. Ниже выводится длина всего соединителя в зависимости от количества соединяемых электродов и схемы заземлителя. Также в блоке отображается коэффициент использования соединителя, а в последней строке — итоговое сопротивление горизонтального соединителя. |
Введя все исходные данные для контура, в правом нижнем углу отобразится рассчитанное общее сопротивление растеканию электрического тока для всего заземлителя.
Программа Заземлитель скачать бесплатно
Программа Заземлитель распространяется свободно и не требует традиционной установки. Вам нужно просто распаковать архив и запустить программу.
Официальная страница программы расчета заземления — novikov.gq/products/groundingdevice/groundingdevice.html, где можно также скачать дополнительные темы для интерфейса.