Розрахунок заземлення: одиночний заземлювач, система заземлювачів

Заземлення – одна з основних заходів безпеки при використанні електричних приладів. У разі зносу внутрішньої ізоляції під напругою може виявитися зовнішній корпус техніки, при торканні до якого може трапиться ураження електричним струмом. Саме для запобігання таким подіям і організовується монтаж заземлення. А щоб захисна конструкція була максимально ефективною, необхідно провести її розрахунок заземлення, який може відрізнятися в залежності від безлічі вихідних факторів.

Види заземлюючих конструкцій

Для організації заземлення використовуються провідники з металоконструкцій різної форми (балка, труба, куточок і так далі). Ці базисні елементи можуть бути використані в одній з трьох основних систем:

  • З використання одиночного глибинного заземлювача;
  • Монтаж комплексної модульної конструкції;
  • Організація електролітичного заземлення.

Незалежно від типу обраної конструкції, її опір має укладатися в певні рамки. Для трифазного мережі на 380 Вольт опір заземлення повинен складати не більше 4 Ом. Найбільш поширена однофазна мережа на 220 Вольт зажадає не більше 8 Ом. Також попередні розрахунки дозволяють заздалегідь визначитися з кількістю необхідних матеріалів, що дає можливість істотно заощадити.

Формула розрахунку одиночного заземлювача

Існує ряд факторів, що впливають на остаточний результат розрахунку заземляющей конструкції, а саме:

  • Використовувані матеріали (вирішальне значення має вид металу, але важливим можуть бути і показники електроліту);
  • Форма елементів-електродів (впливає незначно);
  • Відстань між елементами електродами;
  • Глибина, на яку занурюється монтується контур.

Необхідно відзначити, що для отримання системи, що має опір в 4-8 Ом, що застосовуються металеві елементи повинні володіти певними мінімальними параметрами:

  • Плоска балка – 12 мм в ширину, 4 мм у висоту;
  • Куточок – 4 мм у висоту
  • Жердина – діаметр не менше 10 мм;
  • Труба – товщина не менше 3.5 мм.

Розрахунок захисного заземлення можна провести за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення або онлайн-калькуляторів. Але для їх правильного використання необхідно знати загальну формулу, по якій проводяться обчислення і значення всіх змінних. Традиційно в розглянутій формулі можуть використовуватися такі символи:

  • R – розрахунковий заземлення (Ом);
  • L – довжина заземлення елемента-заземлювача (м);
  • d – діаметр елемента (м);
  • T – заглиблення: відстань між від середини кожного заземлюючого елемента до поверхні грунту (м);
  • ρ – опір грунту (Ом × м). Дивіться таблицю.
  • π – число Пі (3.14)

Розрахунок такого типу контуру заземлення проводиться за такою формулою:

Виміряти всі перераховані значення не скласти великих труднощів, за винятком хіба що параметра ρ. Провести цю процедуру можна самостійно за допомогою омметра, але потрібно розуміти, що отримані дані можуть істотно змінюватися при зміні температури, вологості та інших параметрів навколишнього середовища. Тому набагато зручніше буде скористатися усередненими табличними даними:

Тип грунту Параметр опір ґрунту в діапазоні від -5 до -20 ° С
пісок 5000-11000
супісок 1100-1500
волога глина 550-3000
кам’яниста глина 1000-12000
вапняк 3000-12500
торф 500-1000
суглинок 1200-3500

Формула розрахунку системи заземлювачів

З метою досягнення оптимального значення опору створюваної конструкції поодинокі заземлювачі можна розташувати в ряд або сформувати з них замкнутий контур (коло, прямокутник або будь-яку іншу фігуру). Для розрахунку такого заземлення в зазначену вище формула увійдуть додаткові параметри:

  • R1 – шуканий опір (Ом);
  • R – опір, обчислена за базову формулу (Ом);
  • N – число елементів в системі заземлювачів;
  • Кі – коефіцієнт використання.

Про останній параметрі необхідно розповісти докладніше. Навколо кожного електрода, що використовується для заземлення електричного струму, можна уявити уявну зону, в якій його ефективність досягає 90%. Вона формується з усіх точок, віддалених від поверхні електрода на відстань, рівну його довжині. При розрахунку заземлення необхідно уникати перетину цих зон, що дозволяє досягти максимального коефіцієнта корисної дії формованої системи.

Для підрахунків найзручніше користуватися табличними значеннями, отриманих в результаті практичного застосування формули.

Система заземлення при розташуванні електродів послідовно
Відстань між електродами (де L це довжина використовуваного електрода) Кількість заземлюючих елементів в системі коефіцієнт використання
L 5 0.7
L 10 0.6
L 15 0.53
L 20 0.5
2L 5 0.81
2L 10 0.75
2L 15 0.7
2L 20 0.67
Система заземлення при розміщенні електродів в замкнутий контур
Відстань між електродами (де L це довжина використовуваного електрода) Кількість заземлюючих елементів в системі коефіцієнт використання
L 5 0.65
L 10 0.55
L 15 0.51
L 20 0.45
2L 5 0.75
2L 10 0.69
2L 15 0.66
2L 20 0.63

Сама ж формула виглядає наступним чином:

Таким чином, якщо попередньо обчислити зміну і взяти її за константу, то по цій формулі можна обчислити оптимальний набір електродів, необхідний для створення заземляющей конструкції:

При це варто враховувати, що швидше за все отримане значення буде дробовим, тому його необхідно буде округлити в більшу сторону.

Формула розрахунку електролітичного заземлення

У спрощеній моделі велектролітичні систему заземлення можна описати як металеву трубу, заповнену речовиною-електролітом. Ця речовина підвищує опір всієї конструкції і, що більш важливо, сприяє збереженню її параметрів з плином часу. Це досягається за рахунок того, що з часом електроліт проникає в грунт і накопичується в ній.

Крім описаних вище параметрів у формулі розрахунку електролітичного заземлення використовується параметр C, який описує концентрацію електроліту в грунті. Його допустимі значення можуть коливатися в проміжку між 0.5 і 0.05. Чим довше розглянута система знаходиться в грунті, тим менше стає значення цього параметра: якщо при початку установки він дорівнював 0.5, то через півроку він скласти всього 0.125 (але подальше його падіння припинитися).

У цьому випадку необхідна формула буде такою:

Якщо в монтируемой системі присутні кілька електродів електролітичного типу, тоді її опір може бути розрахований за формулою з попереднього розділу. З тією лише різницею, що коефіцієнт використання тут буде дещо іншою:

Система заземлення при використанні електролітичних електродів
кількість електродів коефіцієнт використання
2 1
5 0.99
10 0.93
20 0.8

У даній статті ми розглянули основні типи електричного заземлення та всі необхідні формули для їх розрахунку. Очевидно, що в основі всіх обчислень лежить розрахунок контуру одиночного заземлення, в той час як два основних види виходять за допомогою його розширення і доопрацювання. Варто ще раз вказати на те, що більшу одну з ключових ролей в організації ефективного заземлення грає відстань між електродами, який мав би бути менше їх окремої довжини. Всі наведені вище обчислення можна істотно спростити, якщо скористатися спеціалізованим програмним забезпеченням або онлайн-інструментами. Володіючи мінімум знань про те, які параметри беруть участь в розрахунку заземлення, ці утиліти дозволять істотно скоротити час проведення робіт, при цьому забезпечуючи досить високу точність.

Ссылка на основную публикацию