Расчет заземления для частного дома пример

Чтобы обезопасить частный дом в комплексе энеробезопасности используют такой важный элемент, как защитное заземление. Оно необходимо для того чтобы отстранять электрический ток в грунт по специальным заземляющим стержням, а также по электродам (горизонтальным и вертикальным) или как их еще называют заземлителям. Число заземленных элементов, их габариты и дистанция между ними полностью зависят от сопротивления. Чтобы его установить производятся специальные расчетные работы. В этой статье мы расскажем, как выполнить расчет заземления для частного дома, предоставив все необходимые формулы.

Что важно знать?

Заземление дома необходимо для того чтобы снизить напряжение соприкосновения до неопасного показателя. Благодаря ему потенциал направляется в землю и защищает человека от поражения электрическим током. В ПУЭ указывается, что частный дом должен иметь сопротивление растекания при трехфазном питании 4 и 8 Ом (первое значение при 380 В, второе – 220 В), а при однофазном – 2 и 4 Ом.

Электроды изготавливаются из меди, оцинкованной и черной стали. Профили сечения указаны на рисунке ниже:

расчет заземления для частного дома пример

Методика расчета

Расчет делается исходя от того, какое заземление используется. В формуле указывается количество используемых заземлителей, их длину и толщину. Также все зависит и от параметров грунта, который окружает частный дом.

Существует несколько вариантов установки заземлителей. Это такие методы, как:

  1. Вертикальный. Делиться на два подвида: тот, что устанавливают у поверхности и тот, что монтируют с заглублением (предпочтительно на 70 см).
  2. Горизонтальный. Делиться на два подвида: с установкой по поверхности грунта и в траншее (предпочтительно 50 – 70 см).

Заземление включает в себя горизонтальные и вертикальные стержни, расчет которых осуществляется отдельно. В зависимости от длинны стержня, берется дистанция между ними, т. е. размер а должен быть кратен размеру L. Пример: а = 1xL; а = 2xL.

расчет заземления для частного дома пример

Формула, по которой делается расчет одиночного вертикального стержня, который не закапывается в почву, выглядит следующим образом:

где:

  • p – удельное сопротивление почвы;
  • l – длина заземлителя;
  • D – диаметр электрода.

Примечание: если заземление имеет угловой профиль с шириной b, то d = 0.95b.

Расчет заземлителя, который монтируют с углублением на 70 см (h = 0,7 м) в землю, производится по следующей формуле:

расчет заземления для частного дома пример

Горизонтальное заземление у поверхности рассчитывается по формуле:

Примечание: формула предоставлена для прямоугольного и трубного профиля с шириной полки b, для полосы считать d нужно с учетом d= 0.5b.

Расчет электрода, который располагается в траншее 70 см (h = 0,7 м), производится по следующей формуле:

Для полосы шириной b необходимо считать d =0,5 b.

расчет заземления для частного дома пример

Расчет суммарного сопротивления заземлителя осуществляется следующим образом:

где:

  • n – численность вертикальных заземлителей;
  • Rв и Rг – сопротивления заземленных элементов;
  • nв – коэффициент употребления заземлителей.

Этот коэффициент берется из таблицы:

расчет заземления для частного дома пример

Методом коэффициента использования можно определить, какое воздействие проявляют друг на друга токи растекания с заземлителей при их разнообразном размещении. Например, если их объединить параллельно, то токи растекания электродов имеют взаимное действие на каждый элемент. Поэтому при минимальной дистанции между элементами, сопротивление заземленного контура будет значительно больше.

Заземление происходит по нескольким схемам расположения электродов. Самой распространенной считается схема в виде треугольника. Но это не обязательная конфигурация электродов. Также их можно разместить в одну линию или последовательно по контуру. Такой вариант удобен в том случае, когда для обустройства системы был выделен небольшой узкий участок на земле.

Дополнительно вы можете проверить результат, воспользовавшись онлайн-калькулятором для расчета заземления!

Заземляющий проводник соединяет с электрическим щитом сам контур конструкции. Ниже приведены схемы:

расчет заземления для частного дома пример

Частный дом требует серьезный расчетов для надежной электробезопасности. Поэтому чтобы не допустить ошибки в интернете существуют специальные программы для расчета заземления, с помощью которых можно точно и быстро рассчитать нужные значения!

На видео ниже наглядно демонстрируется пример расчетных работ в программе Электрик:

Вот по такой методике производится расчет заземления для частного дома. Надеемся, предоставленные формулы, таблицы и схемы помогли вам самостоятельно справиться с работой!

Наверняка вам будет интересно:

  • Схема электрического отопления дома
  • Как сделать молниеотвод своими руками
  • Что такое система уравнивания потенциалов

В современном мире очень часто используется электричество. Фактически оно есть везде. Где-то стоит стиральная машинка, даже на даче есть бойлер. Таким образом электричество — это надёжный друг. Но ведь оно может и убить, поэтому ученые изобрели специальное устройство. Это защитное заземление. Как верно произвести расчет заземления частного дома? Об этом мы и поговорим.

Вкратце о том, зачем нужно заземление

Вообще-то все проводники изолированы, но материал может повредиться. Поэтому бытовая техника может внезапно оказаться под напряжением. Иногда происходит утечка тока. Люди ощущают это пощипыванием. Поэтому для электрооборудования нужен еще один проводник, третий, который соединяет поверхность с заземлением. Тогда ток уйдет в землю.

Если в доме нет заземления, то оборудование может стать угрозой.

Требования, предъявляемые к заземлению

Заземляющая цепь должна обеспечить такое сопротивление, которое в частных домах обычно не должно превышать 4 Ом. На всем расстоянии третьего провода плохих соединений, разных выключателей, а также их разъединителей не должно быть. Нельзя защищать материал, которым обустраивают контур заземления, от коррозии. То есть на нем не должно быть грунтовки, краски. Соединять контур нужно только при помощи сварного шва — кругового. Все жилы должны быть сделаны из меди.

Виды заземлителей

Прежде чем сделать расчет заземления частного дома, нужно знать, что оно бывает вертикальным, также горизонтальным. При этом первый вид используют только тогда, когда электроэнергия не превышает по своему объему 15 киловатт.

Заземление может быть естественным или искусственным. В первом случае используются металлические трубы. Иногда применяют арматуру бетонного фундамента.

Заземление и ГОСТ

Расчет заземления имеет некоторые особенности. Например, устройство для заземления должно иметь постоянное сопротивление не более чем 0, 5 ом. Расчет нужно сделать тогда, когда делают проект дома. Если в помещении будут пользоваться током, у которого постоянное напряжение будет больше, чем 120 Ватт, обязательно делать заземление. Если же напряжение будет ниже, то расчет заземления ГОСТ нужно делать только в тех комнатах, где будет повышенная опасность. Если же установка располагается незащищенная крышей, то ее нужно обязательно заземлить. Если используется машина, то заземляется она в том случае, если в помещении будет большая влажность.

Как сделать расчет системы заземления

Расчет заземления частного дома начинается с того, что нужно посчитать металлические стержни, которые нужны для определенных параметров. Сначала нужно рассчитать, какое сопротивление имеет 1 стержень. Это измеряется или рассчитывается. Но сначала нужно выбрать правильное место. При этом учитывают расстояние. Электрод должен углубляться на высоту полтора метра. Стержни должны отделяться на полтора метра.

Установка стержней

Учитывая подобные расстояние, делают расчет. Тогда материалы можно будет сократить, а также другие виды хозяйственной деятельности можно будет спокойно делать. Важно понимать, что точного расчета не будет. Если вы хотите сделать все, как надо, приглашайте специалистов или обращайтесь к специальным программам. Формула достаточно сложная. Нужно учитывать, что щит и заземление должна соединять металлическая полоса.

Сначала надо выкопать траншею, потом приваривают контур полосе, полосу затягивают к заземлению, потом соединяют заземление и щит при помощи медной жилы.

Ни в коем случае не покрывайте никакими лаками и составами из них, любой элемент схемы. Категорически запрещено подключать к заземлению так называемый нулевой провод. Воспрещается присоединять металлические трубопроводы, которые идут от коммуникации, к проводникам. Лучше всего составить схему, хотя бы временную.

Чтобы определить сопротивление конкретного стержня, используют формулу: R = U / I

U — это напряжение, его измеряют при помощи вольтметра. I — это сила тока, его измеряют при помощи амперметра.

Если по каким-то причинам замеры нельзя воспроизвести, то можно использовать формулу. Но она очень сложная.

Формула сопротивления стержня

L- это длина стержня, она измеряется в метрах. d- это диаметр стержня, он тоже изменяется в метрах. T- это так называемая геометрическая середины стержня. Она представляет собой расстояние от середины стержня до поверхности грунта.

Рэкв- это удельное сопротивление грунта. Оно известно для разных видов грунтов.

Грунт Сопротивление минимум Сопротивление максимум
Глина 55 65
Гумус 45 55
Лёсовое отложение 15 25
Песчаник, грунтовые воды более 5 м глубиной 1000
Песчаник, грунтовые воды менее 5 м глубиной 500
Песчано-глинистый 140 160
Суглинок 55 65
Торфяник 15 25
Чернозём 45 55

Теперь рассчитываем сопротивление:

Формула расчета сопротивления

Rн- нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.

ψ — сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта. Для России в средней полосе равен 1,7.

Пример расчета

Теперь сделаем расчет заземления, пример такой: имеется частный дом, в нем электричество с одной фазой. Сопротивление растеканию равно 4 ОМ. Располагается дом на черноземье. Чтобы создать систему заземления, были взяты трубы из стали. У них длина 160 см, а диаметр 32. Подставляем все это в формулу.

Формула расчета заземления

Рассчитываем, сколько нужно заземлителей. При этом полученной число нужно округлить в большую сторону.

Расчет заземлителей

Как рассчитать заземление кабелей

Расчет заземления кабелей можно провести по следующей формуле:

Формула расчета заземления кабелей

Rтр – у каждой опоры ЛЭП есть трос. Здесь указано сопротивление одной из них, в Ом.

Rоп – это сопротивление, которое оказывает растекающийся ток опоры, тоже в Ом.

Несколько советов

  • В сухом грунте нужно использовать длинные стержни, потому что такой грунт очень плохо проводит ток.
  • Тонкий металл во влажном грунте использовать не рекомендуется, потому что он быстро подвергается коррозии. Лучше всего применить водоносную скважину.
  • Если вы сами не можете рассчитать заземление, то можете использовать программу «Заземление v 2.1».

Похожие статьи

Важнейшей функцией заземления является электробезопасность. Перед его установкой в частном доме, на подстанции и в других местах необходимо произвести расчёт заземления.

Как выглядит заземление частного дома

Электрический контакт с землёй создаёт погруженная в грунт металлическая конструкция из электродов вместе с подключёнными проводами – всё это представляет собой заземляющее устройство (ЗУ).

Места соединения с ЗУ проводника, защитного провода или экрана кабеля называются точками заземления. На рисунке ниже изображено заземление из одного вертикального металлического проводника длиной 2500 мм, вкопанного в землю. Его верхняя часть размещается на глубине 750 мм в траншее, ширина которой в нижней части составляет 500 мм и в верхней – 800 мм. Проводник может быть связан сваркой с другими такими же заземлителями в контур горизонтальными пластинами.

Вид простейшего заземления помещения

После монтажа заземлителя траншея засыпается грунтом, а один из электродов должен выходить наружу. К нему подключается провод над поверхностью земли, который идет к шине заземления в электрощите управления.

При нахождении оборудования в нормальных условиях на точках заземления напряжение будет нулевым. В идеальном случае при коротком замыкании сопротивление ЗУ будет равно нулю.

При возникновении в заземлённой точке потенциала, должно произойти его зануление. Если рассмотреть любой пример расчёта, можно увидеть, что ток короткого замыкания Iз имеет определенную величину и не может быть бесконечно большим. Грунт обладает сопротивлением растекания тока Rз от точек с нулевым потенциалом до заземлителя:

Rз = Uз/ Iз, где Uз – напряжение на заземлителе.

Решение задачи правильного расчёта заземления особенно важно для электростанции или подстанции, где сосредоточено много оборудования, работающего под высоким напряжением. 

Величина Rз определяется характеристиками окружающего грунта: влажностью, плотностью, содержанием солей. Здесь также важными параметрами являются конструкции заземлителей, глубина погружения и диаметр подключённого провода, который должен быть таким же, как у жил электропроводки. Минимальное поперечное сечение голого медного провода составляет 4 мм2, а изолированного – 1,5 мм2.

Если фазный провод коснётся корпуса электроприбора, падение напряжения на нём определяется величинами Rз и максимально возможного тока. Напряжение прикосновения Uпр всегда будет меньше, чем Uз, поскольку его снижают обувь и одежда человека, а также расстояние до заземлителей.

На поверхности земли, где растекается ток, также существует разность потенциалов. Если она высокая, человек может попасть под шаговое напряжение Uш опасное для жизни. Чем дальше от заземлителей, тем оно меньше.

Величина Uз должна иметь допустимое значение, чтобы обеспечить безопасность человека.

Снизить величины Uпр и Uш можно, если уменьшить Rз, за счёт чего также уменьшится ток, протекающий через тело человека.

Если напряжение электроустановки превышает 1 кВ (пример – подстанции на промышленных предприятиях), создаётся подземное сооружение из замкнутого контура в виде рядов металлических стержней, забитых в землю и соединённых сваркой между собой при помощи стальных полос. За счёт этого производится выравнивание потенциалов между смежными точками поверхности.

Безопасная работа с электросетями обеспечивается не только за счёт наличия заземления электроприборов. Для этого ещё необходимы предохранители, автоматические выключатели и УЗО.

Заземление не только обеспечивает разность потенциалов до безопасного уровня, но и создаёт ток утечки, которого должно хватать для срабатывания защитных средств.

Соединять с заземлителем каждый электроприбор нецелесообразно. Подключения производят через шину, расположенную в квартирном щитке. Вводом для неё служит провод заземления или провод РЕ, проложенный от подстанции к потребителю, например, через систему TN-S.

Расчёт заземляющего устройства

Расчёт заключается в определении Rз. Для этого необходимо знать удельное сопротивление грунта ρ, измеряемое в Ом*м. За основу принимают его средние значения, которые сводят в таблицу.

Определение удельного сопротивления грунта

Песок при глубине залегания вод менее 5 м 500 Садовая земля 40
Песок при глубине залегания вод менее 6 и 10 м 1000 Чернозем 50
Супесь водонасыщенная (текучая) 40 Кокс 3
Супесь водонасыщенная влажная (пластинчатая) 150 Гранит 1100
Супесь водонасыщенная слабовлажная (твердая) 300 Каменный уголь 130
Глина пластичная 20 Мел 60
Глина полутвердая 60 Суглинок влажный 30
Суглинок 100 Мергель глинистый 50
Торф 20 Известняк пористый 180

Из приведённых в таблице значений видно, что значение ρ зависит не только от состава грунта, но и от влажности.

Кроме того, табличные величины удельных сопротивлений умножают на коэффициент сезонности Kм, учитывающий промерзание грунта. В зависимости от низшей температуры (0С) его значения могут быть следующими:

  • от 0 до +5 — Kм =1,3/1,8;
  • от -10 до 0 — Kм =1,5/2,3;
  • от -15 до -10 — Kм =1,7/4,0;
  • от -20 до -15 — Kм =1,9/5,8.

Значения коэффициента Kм зависят от способа заложения заземлителей. В числителе приведены его значения при вертикальном погружении заземлителей (с заложением вершин на глубине 0,5-0,7 м), а в знаменателе – при горизонтальном расположении (на глубине 0,3-0,8 м).

На выбранном участке ρ грунта может существенно отличаться от средних табличных значений из-за техногенных или природных факторов.

Когда проводятся ориентировочные расчёты, для одиночного вертикально заземлителя Rз ≈ 0,3∙ρ∙ Kм.

Точный расчёт защитного заземления производят по формуле:

Rз = ρ/2πl∙ (ln(2l/d)+0.5ln((4h+l)/(4h-l)), где:

  • l – длина электрода;
  • d – диаметр прута;
  • h – глубина залегания средней точки заземлителей.

Для n вертикальных электродов, соединённых сверху сваркой Rn = Rз/(n∙ Kисп), где Kисп – коэффициент использования электрода, учитывающий экранирующее влияние соседних (определяется по таблице).

Расположение заземляющих электродов

Формул расчёта заземления существует много. Целесообразно применять метод для искусственных заземлителей с геометрическими характеристиками в соответствии с ПУЭ. Напряжение питания составляет 380 В для трёхфазного источника тока или 220 В однофазного.

Нормированное сопротивление заземлителя, на которое следует ориентироваться, составляет не более 30 Ом для частных домов, 4 Ом – для источника тока при напряжении 380 В, а для подстанции 110 кВ – 0,5 Ом.

Для группового ЗУ выбирается горячекатаный уголок с полкой не менее 50 мм. В качестве горизонтальных соединительных перемычек используется полоса сечением 40х4 мм.

Определившись с составом грунта, по таблице выбирается его удельное сопротивление. В соответствии с регионом, подбирается повышающий коэффициент сезонности Kм.

Выбирается количество и способ расположения электродов ЗУ. Они могут быть установлены в ряд или в виде замкнутого контура.

Замкнутый контур заземления в частном доме

При этом возникает их экранирующее влияние друг на друга. Оно тем больше, чем ближе расположены заземлители. Значения коэффициентов использования заземлителей Kисп для контура или расположенных в ряд, отличаются.

Значения коэффициента Kисп при разных расположениях электродов

Количество заземлит. n (шт.) Отношение расстояния между заземлителями к их длине
1 2 3
2 0.85 0.91 0.94
4 0.73 0.83 0.89
6 0.65 0.77 0.85
10 0.59 0.74 0.81
20 0.48 0.67 0.76
Расположение электродов в ряд
Количество заземлит. n (шт.) Отношение расстояния между заземлителями к их длине
4 0.69 0.78 0.85
6 0.61 0.73 0.8
10 0.56 0.68 0.76
20 0.47 0.63 0.71

Влияние горизонтальных перемычек незначительно и в оценочных расчётах может не учитываться.

Примеры расчёта контура заземления

Для лучшего освоения методов расчёта заземления лучше рассмотреть пример, а лучше – несколько.

Пример 1

Заземлители часто делают своими руками из стального уголка 50х50 мм длиной 2,5 м. Расстояние между ними выбирается равным длине – h=2.5м. Для глинистого грунта ρ = 60 Ом∙м. Коэффициент сезонности для средней полосы, выбранный по таблицам, равен 1,45. С его учётом ρ = 60∙1,45 = 87 Ом∙м.

Для заземления по контуру роется траншея глубиной 0,5 м и в дно забивается уголок.

Размер полки уголка приводится к условному диаметру электрода:

d = 0.95∙p = 0.995∙0.05 = 87 Ом∙м.

Глубина залегания средней точки уголка составит:

h = 0,5l+t = 0.5∙2.5+0.5 = 1.75 м.

Подставив значения в ранее приведённую формулу, можно определить сопротивление одного заземлителя: R = 27.58 Ом.

По приближенной формуле R = 0.3∙87 = 26.1 Ом. Из расчёта следует, что одного стержня будет явно недостаточно, поскольку по требованиям ПУЭ величина нормированного сопротивления составляет Rнорм = 4 Ом (для напряжения сети 220 В).

Количество электродов определяется методом приближения по формуле:

n = R1/(kиспRнорм) = 27,58/(1∙4) = 7 шт.

Здесь вначале принимается kисп = 1. По таблицам находим для 7 заземлителей kисп = 0,59. Если подставить это значение в предыдущую формулу и снова пересчитать, получится количество электродов n = 12 шт. Затем производится новый перерасчёт для 12 электродов, где опять по таблице находится kисп = 0,54. Подставив это значение в ту же формулу, получим n = 13.

Таким образом, для 13 уголков Rn = Rз/(n*η) = 27,58/(13∙0,53) = 4 Ом.

Пример 2

Нужно изготовить искусственное заземление с сопротивлением Rнорм = 4 Ом, если ρ = 110 Ом∙м.

Заземлитель изготавливается из стержней диаметром 12 мм и длиной 5 м. Коэффициент сезонности по таблице равен 1,35. Ещё можно учесть состояние грунта kг. Измерения его сопротивления производились в засушливый период. Поэтому коэффициент составил kг =0,95.

На основе полученных данных за расчётное значение удельного сопротивления земли принимается следующая величина:

ρ = 1,35∙0,95∙110 = 141 Ом∙м.

Для одиночного стержня R = ρ/l = 141/5 = 28,2 Ом.

Электроды располагаются в ряд. Расстояние между ними должно быть не меньше длины. Тогда коэффициент использования составит по таблицам: kисп = 0,56.

Находим число стержней для получения Rнорм = 4 Ом:

n = R1/(kиспRнорм) = 28,2/(0,56∙4) = 12 шт.

После монтажа заземления производятся измерения электрических параметров на месте. Если фактическое значение R получается выше, ещё добавляются электроды.

Если рядом находятся естественные заземлители, их можно использовать.

Особенно часто это делается на подстанции, где требуется самая низкая величина R. Оборудование здесь используется максимально: подземные трубопроводы, опоры линий электропередач и др. Если этого недостаточно, добавляется искусственное заземление.

Естественное заземление на даче через арматуру фундамента

Устройство размещается внутри фундамента, где шина для подключения выводится наружу.

Любой приведённый пример можно использовать как алгоритм расчёта. При этом для оценки правильности может быть применена онлайн-программа.

Как выглядит онлайн-программа, с помощью которой можно рассчитать заземление

Ошибки монтажа. Видео

Избежать ошибок в монтаже заземляющего устройства поможет это видео.

Самостоятельные расчёты заземления являются оценочными. После его монтажа следует произвести дополнительные электрические измерения, для чего приглашаются специалисты. Если грунт сухой, нужно использовать длинные электроды из-за плохой проводимости. Во влажном грунте поперечное сечение электродов следует брать как можно больше по причине повышенной коррозии.

12 месяцев ago

Добавить комментарий

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