Сопротивление заземления. Программа Заземлитель для быстрого расчета сопротивления

сопротивление заземления - быстрый расчет в программе

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).

конструкция контура заземления

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
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
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.
расчет сопротивление соединителя (для плоского 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 сопротивление соединителя (для круглого или углового электрода)
Расчет полного сопротивления заземлителя
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
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
параметр 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
параметр 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
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
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
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.

программа заземлитель
Интерфейс программы Заземлитель

Официальная страница программы расчета заземления — novikov.gq/products/groundingdevice/groundingdevice.html, где можно также скачать дополнительные темы для интерфейса.

подписка на дзен