Как выполнить расчет заземления для контура частного жилого здания

Владельцы отдельных домов и дач все больше начинают понимать, что пользование электроэнергией не только значительно облегчает выполнение повседневных бытовых потребностей, но и представляет определённые риски для человека. В жизни всегда существует возможность возникновения аварийной ситуации, которая может привести к получению электротравмы.

Электрическая безопасность отдельного здания требует постоянного пристального внимания со стороны владельца. Одним из вопросов ее обеспечения является эксплуатация индивидуального контура заземления, который необходимо не только создать по определённой методике, но и правильно выбрать конструкцию, выполнив надежный расчет всех ее элементов.

Сразу оговоримся, что осуществить его своими руками может любой человек, знакомый с основами электротехнических расчетов. Для этого ниже приведена методика его выполнения.

Однако, она носит рекомендательный, ознакомительный характер и требует уточнения полученного результата в специализированной лаборатории, обладающей лицензией на право проведения экспертизы подготовленным персоналом проектировщиков, периодически подтверждающих свою квалификацию сдачей экзаменов в инспектирующих государственных органах.

Выбор конструкции заземления для расчета

В электрической схеме зданий разного назначения работает большое количество различных видов заземлительных устройств. Среди них для бытовых целей лучше подходят изделия с:

• одиночным глубинным заземлителем;

• несколькими электродами модульного типа вертикального расположения;

• электролитическим заземлением горизонтальной ориентации.

Последняя конструкция еще не обладает такой широкой известностью, как первые две перечисленные, но вполне может конкурировать с ними, выступать альтернативой.

Предварительный расчет электрических характеристик каждой модели поможет определиться с наиболее подходящим типом заземления и остановить на нем свой выбор для дальнейшего монтажа, наладки, эксплуатации.

Кратко на примерах рассмотрим методику их расчета.

Расчет контуров заземлений для жилых зданий

Назначение

Расчет помогает проанализировать габариты и форму создаваемого контура для обеспечения допустимого электрического сопротивления аварийному току, отводимого от дома на потенциал земли.

Заземление призвано снизить напряжение прикосновения человека до безопасного значения за счет растекания от него недопустимых токов и перераспределения опасных потенциалов.

Для жилых зданий сопротивление контура не должно превышать 8 Ом при эксплуатации однофазной сети 220 вольт и 4 Ома — для трехфазной 380.

Факторы, влияющие на расчет контура

Величина электрического сопротивления заземления зависит от:

1. проводимости грунта;

2. применяемого в конструкции металла;

3. формы и количества электродов;

4. расстояния между заземлителями;

5. глубины залегания контура.

Характеристики грунтов

Для учета их влияния на протекание токов используется термин «Удельное сопротивление грунта», единицей которого выбран «Ом∙м». Он обозначается латинской буквой ρ. Этот показатель зависит от многих факторов, включая влажность почвы и ее состав, изменяется в определённых пределах даже с учетом погодных условий.

Величина удельного сопротивления грунта определяется измерением на местности, а его усредненные значения для предварительных ориентировочных расчетов сведены в таблицы. Электроды заземлителей с целью уменьшения климатического воздействия заглубляют в землю на 0,7 метра или больше.

Сравнить влияние состава грунтов, влажности, температуры рабочей среды на величину этого показателя можно на основе предлагаемой таблицы.

Таблица приближенных значений удельного сопротивления для грунтов и воды

№ п/п	Рабочая среда	-20°С	-10°С	-5°С	Талый грунт
1	Песок	11500	8000	5000	500
2	Песок глинистый с примесями кварца (пылеватый)	3000	1200	1100	45
3	Супесь	1500	1000	500	800
4	Суглинок тяжелый	3500	—	1200	50
5	Глина с влажностью от 6% до 40%	3000	3000	550	70
6	Глина каменистая (слой 1÷3 м, а далее гравий)	12000	—	1000	100
7	Известняк	12600	7940	3000	2000
8	Чернозем	—	1000	800	500
9	Торф	—	1000	500	20
10	Вода речная	—	—	—	50-400
11	Вода озерная	—	—	—	50
Размерность в Ом∙м

Металл заземлителя

Для изготовления электродов контура обычно выбирают:

• нержавеющие легированные сорта стали;

• обычные стальные сплавы, используемые для изготовления труб, уголков, прутков;

• омедненные методами гальванопластики стальные сплавы.

Величину их проводимости легко найти в технических справочниках.

Параметры контура, влияющие на расчет сопротивления заземления R

Кроме удельного сопротивления грунта ρ, при проведении анализа необходимо учитывать:

1. длину электрода L;

2. его диаметр D;

3. глубину залегания электрода от поверхности почвы до его середины T;

4. общее количество электродов N;

5. коэффициент использования Ки;

6. коэффициент содержания электролитов в грунте C.

Методика расчета заземления из одиночного глубинного электрода

Устройство заземлителя может быть цельным либо создано из сборной конструкции, выполненной сваркой или на основе соединения резьбой рабочих деталей.

Для расчета его электрического сопротивления используют формулу, приведенную на картинке.

Методика расчета заземления из нескольких заглубленных электродов

Электрическое сопротивление единичного электрода определяется по ранее приведенной формуле, а для расчета их общего влияния на конечный результат используется соотношение, показанное на очередной картинке.

Электроды могут располагаться в линию или образовывать треугольник либо другую симметричную геометрическую фигуру.

Методика расчета заземления из электролитических заземлителей

Для его проведения используются те же принципы, что и при вычислении сопротивления горизонтальных электродов, выполненных в форме обычной трубы. Только учитывается влияние электролита на окружающую его почву. Для этого вводится поправка коэффициента С. Она может изменяться в разных условиях от 0,05 до 0,5.

Формула расчета сопротивления представлена на картинке.

Электролитическое заземление изготавливается в виде горизонтального отрезка полой трубы из нержавеющей легированной стали или медных сплавов, устойчивых к процессам коррозии. Через нее происходит насыщение почвы сквозь электроды минеральными солями, обладающими электролитическими свойствами.

Соли, попадая в грунт, преобразуются под действием влаги почвы в электролит, который:

1. повышает электропроводящие свойства грунта;

2. снижает температуру замерзания почвы около электрода и этим дополнительно уменьшает электрическое сопротивление контура заземления.

Эффективным приемом повышения работоспособности подобных конструкций является использование активаторов — специальных заполнителей с пониженным удельным сопротивлением. Их размещение снаружи электрода уменьшает переходное сопротивление в направлении от заземлителя к грунту и увеличивает площадь поверхности, с которой происходит токоотдача от электрода.

Характерной особенностью подобных конструкций является то, что коэффициент С с течением времени постепенно уменьшается: сказывается медленное проникновение электролита в толщу грунта и увеличение его объема в нем.

Электролит постепенно выщелачивает соли электрода даже в плотном грунте и понижает коэффициент С от 0,5 до 0,125 уже через полгода после ввода в эксплуатацию.

Все эти особенности работы электролитических заземлителей более точно учитываются при расчете специалистами электротехнических лабораторий.

Методика упрощенного расчета заземления для домашнего мастера

Домашнему электрику без специальных знаний довольно сложно ориентироваться во всех этих технологиях, требующих постоянного введения в расчет различных поправок и коэффициентов. Ему предлагается простое и доступное решение на основе уже разработанной компьютерной программы.

Она представляет собой утилиту, которая называется просто: «Электрик» и свободно распространяется разработчиком на бесплатной основе через интернет ресурсы. Однако, ему можно помочь, перечислив небольшую денежную сумму, которую он израсходует на совершенствование алгоритмов работы.

Программа для скачивания помещена в архив, который занимает 15,9 Мб. При установке на компьютер она создает папку CU, расположенную в директории “Program Files” диска С и занимает 55,5 Мб.

Как выполнить расчет сопротивления заземления с помощью программы «Электрик»

После открытия утилиты в нижней части ее окна необходимо выбрать режим расчета «Заземление».

Откроется окно, в котором потребуется указать тип конструкции заземлительного устройства.

Возьмем для примера рекомендуемый разработчиком метод №1 и выделим его точкой, а затем нажмем кнопку «Выбрать».

Откроется окно ввода данных конструкции используемого нами контура заземления и характеристик климатических особенностей зоны нашего проживания. Вводим усредненные параметры, как показано в примере дополнительными сносками, проверяем их и нажимаем на кнопку «Расчет контура».

Программа «Электрик» самостоятельно и довольно быстро выполняет весь расчет контура заземления, предлагает схему распределения и количество заземлителей, геометрические размеры всех элементов конструкции.

Здесь же предлагается возможность проведения дополнительной корректировки рассчитанных характеристик и выносится предупреждение о необходимости подтверждения предоставленных результатов лицензионными электротехническими лабораториями, допущенными к проектированию контуров заземлений.

Без этой проверки возможна ошибка в работе заземлителей, которая способна причинить большой материальный ущерб владельцу и нанести электротравмы рядом оказавшимся людям при возникновении аварийных ситуаций.

Внимание! Даже самый точный и правильно выполненный расчет не способен исключить ошибки монтажа и подключения контура заземления.

Их может выявить только лаборатория выполнением электрических измерений на своем специализированном оборудовании.

Как проверить качество смонтированного контура заземления

Правильность отвода опасных токов от здания можно узнать только двумя путями:

1. возникновением реальной аварийной ситуации и проверкой последствий ее прохождения;

2. электрическими измерениями.

Первый способ самый точный и действенный, но он не позволяет устранить неисправности и часто приводит к печальным последствиям при наличии ошибок. На практике применяют второй метод: привлечение специалистов подготовленных электрических подразделений.

Какие измерения выполняет лаборатория

Среди непосвященных людей часто возникает путаница с основными работами и терминами, выполняемых подобными организациями. Поэтому заострим внимание на их трактовке:

1. измерение сопротивления заземления;

2. проверка сопротивления заземления;

3. измерение сопротивления изоляции.

Как видим, все три вида работ очень похожи по названию, но они выполняются по разным технологиям, преследуя собственные, уникальные цели.

Измерения сопротивления заземления предназначены выявить качество связей корпусов металлических приборов, к которым может прикоснуться человек, с потенциалом земли через заземлительное устройство. При этом измеряется электрическое сопротивление этого участка специальными приборами типа М416 или его современными аналогами различных модификаций.

Проверки сопротивления заземления используются для анализа состояния молниезащиты здания. Ее оценка проводится для определения сопротивления контура при наихудших условиях эксплуатации с целью определения степени износа всей конструкции и предоставления рекомендаций по ее восстановлению.

Для замера устанавливают штыри-электроды в нескольких точках местности и подают между ними и контуром разность потенциалов.

Измерения сопротивления изоляции подразумевают:

1. определения тангенса потерь диэлектрического слоя изоляции путем проведения испытаний повышенным напряжением;

2. замеры мегаомметром.

Все эти работы требуют специального дорогостоящего оборудования, которого у обычного электрика нет в пользовании.