Розрахунок заземлення приватного будинку, будівлі, підстанції, електрообладнання, блискавкозахисту, кабелів, цехи: ГОСТ, приклад

Провід заземлення жовтий з салатовою смугою. Кожен, хто своїми руками монтував хоч раз проводку в своєму будинку, задавався питанням: «А навіщо, власне, він потрібен?». Так важливо ускладнювати конструкцію, нести зайві витрати? З якою метою робиться заземлення і як змонтувати його правильно, щоб воно виконувало покладені завдання?

Від чого рятує людей заземлення?

Ніякого іншого електрики, крім атмосферного, в житті наших далеких предків не було. І перші системи заземлень служили тільки для захисту від блискавок. Знахідки, які можна класифікувати як громовідводи, виявлені археологами при розкопках давньоєгипетських поселень. Це якісь довгі мідні прути, одним кінцем занурені в грунт і підносяться над будівлями. Збереглися свідчення, що ще Рамзес третій наказував встановлювати щогли, прикрашені дорогоцінними металами, для захисту храмів від блискавок. Однак після про громоотводах нічого не було чути аж до вісімнадцятого століття, коли вони отримали широке розповсюдження і були науково обґрунтовані.




Проте з розвитком технологій, заснованих на використанні електрики, перед вченими постало питання про захист людини від уражаючих факторів електричного струму, але на цей раз не атмосферного, а «домашнього», згенерованого машинами, побудованими самою ж людиною. Рішення виявилося лежить на поверхні. Дійсно, заземлення – практично точна копія конструкції блискавковідводу. З небезпечної зони струм відводиться в землю за допомогою фідера – металевого стрижня, дроту, кабелю. За допомогою заземлення захищають електричні агрегати, домашні мережі, побутову та промислову техніку. У випадках, коли на об'єктах електропостачання трапляється пожежа, насоси пожежних автомобілів і навіть ручні стволи (брандспойти), якими пожежники бійці гасять пожежу, заземлюються за допомогою спеціальних пристроїв.

Принцип захисної дії заземлення

Принцип дії заземлення надзвичайно простий. У чому вражає (руйнівна) сила електричного струму? Все починається з того, що в одному місці при створенні особливих умов накопичується дуже велика кількість негативно заряджених частинок – електронів. Але так як все в природі прагне до рівноваги, то цей надлишок частинок прагне туди, де їх мало. Звучить не дуже страшно, але коли потік електронів несеться до землі від наелектризованих хмар, вони, ці крихітні частинки, примудряються нагрівати шари атмосфери до мільйонів градусів. Винахідники навчилися пускати цей потік в мирне русло – по електричних проводах. Проходячи через дріт, електрони змушують її нагріватися, іноді від нагрівання яскраво світитися, або створювати електромагнітні поля, що приводять у рух ротори потужних моторів. Але машини іноді виходять з ладу і потік електронів, шукаючи собі шлях, прокладає його через тіло людини. Заземлення всього-навсього лише надає зарядженим частинкам, якщо так можна висловитися, альтернативний шлях – більш зручну дорогу з меншим опором. Таким чином, більша частина електронів проходить по заземлювального контуру, зменшуючи силу струму, що проходить через людське тіло. Установка і правильний розрахунок заземлення блискавкозахисту – необхідна умова безпеки проживаючих в будинку.

Вимоги до систем заземлення

Якщо розрахунок заземлення приватного будинку, як і рішення про необхідність його монтажу цілком лежить на совісті власника, то про виробничих будівлях і приміщеннях цього не скажеш. Так, згідно з існуючими правилами пристрою електроустановок, наявність та характеристики заземлительной системи залежать не тільки від напруги, під яким працюють машини, але також і від мікроклімату. Розрахунок заземлення електрообладнання проводиться на стадії проектування. У приміщеннях, де користуються змінним струмом з напругою вище 50В або постійним більш 120В, пристрій заземлення обов'язково у всіх випадках. З напругою нижче - від 25 до 50В змінного струму або 60120В постійного – розрахунок заземлення ГОСТ вимагає тільки в кімнатах з підвищеною небезпекою. Заземлюються також установки, розташовані під відкритим небом. Машини, що працюють від електрики напруга менше зазначених величин, заземлюються тільки в цехах з великою вологістю або на виробництвах, де є небезпека освіти газоповітряних або газопилевих вибухонебезпечних сумішей.

Числові характеристики заземлень

Розрахунок заземлення будівлі будь-якого призначення починається з визначення необхідних характеристик системи. Поняття опору заземлюючого пристрою не має сенсу розглядати докладно. Це не що інше як опір самого заземлювача (трубопроводу, сталевого каркасу арматури, металевого заземлюючого стрижня) укупі з заземлюючим проводом. Включати в розрахунок заземлення ці дані не варто через їх незначної величини. Основний інтерес представляє опір заземлювача розтіканню струму. Дане опір заміряється між самим заземлювачем і грунтом. Причому точка грунту береться на поверхні. Нормативні величини опору заземлення розтіканню: - трифазний струм 660В або однофазний 380В – 2 Ома; - трифазний струм 380В або однофазний 220В – 4 Ома; - трифазний струм 220В або однофазний 127В – 8 Ом.

Природні заземлювачі

Розрахунок заземлення залежить від типу і характеристик об'єкта, що захищається. Однак для деяких типів будівель, зокрема приватних будинків і котеджів, видається цілком можливим скористатися природними заземлювачами. Самим кращим з них по праву вважається будь-яка комунікація, проведена в будинок за допомогою металевих труб, прокладених під землею. Домовласникам, в розпорядженні яких така підводка є, в принципі, можна і не проводити розрахунок заземлення. Приклад – водопровід із сталевих труб або лінія каналізації від будинку до септика, виконана з чавуну. За рахунок своєї протяжності такі комунікації мають зазвичай відмінні показники по величині опору розтіканню. Особливо добре працює саме водопровідна лінія. Справа в тому, що щоб уникнути перемораживания труб в зимовий час такі лінії закопують нижче максимальної глибини промерзання грунту в даній місцевості. А це, в свою чергу, захищає систему від зростання опору, викликаного як перетворенням грунтової вологи в лід, так і навпаки – пересиханням грунту. Другим варіантом природного заземлювача може служити арматура бетонного фундаменту. Однак є одна умова – годиться тільки арматура зі зварним каркасом, так як між прутами, пов'язаними за допомогою в'язального дроту, немає досить надійного контакту.

Штучні заземлювачі

Проте останнім часом комунікації надзвичайно рідко прокладаються металевими трубами безпосередньо в грунті зважаючи на недовговічність такого способу. Найчастіше елементи заземлення виготовляються і встановлюються спеціально, чому передує розрахунок заземлення. Приклад найпоширенішою конструкції – забиті в грунт металеві стрижні. Кінці стрижнів, виступаючі з грунту, з'єднуються в єдину електричну ланцюг. Надійного з'єднання досягають різними способами – електродуговим зварюванням, різьбовим з'єднанням і т. д. Така конструкція є універсальною і найбільш поширеною. На ній варто зупинитися детальніше. У чому ж її універсальність? Вся справа в стрижнях – якщо опір розтіканню електричного струму виявляється вище необхідного, систему просто нарощують додатковими елементами. До того ж відіграє роль надзвичайна простота такого заземлення і можливість змонтувати його з будь-яких наявних підручних матеріалів. Основа заземлення – металеві стрижні. Як показує практика виготовлення і експлуатації заземлювачів, основна вимога, що пред'являється до них – вони повинні легко збиратися в грунт за допомогою звичайної кувалди при довжині близько 15 метра. Для цих цілей найчастіше береться дюймова труба сталева або сантиметровий пруток (арматура). Іншими словами – все, що залишилося на будмайданчику після зведення будинку. Вся конструкція монтується на відстані близько 2 метрів від будівлі. Прути забиваються в грунт на відстані 15 метрів один від одного у вигляді прямої лінії або замкнутого контуру. Між кінцями прутів прокапивается канавка невеликий глибини і ширини, в яку вкладається сталевий дріт або арматура приблизно 46 мм і приварюється по черзі до кінця кожного стержня. Потім всі стрижні забиваються глибше, так щоб їх з'єднує контур поринув у грунт, і вся конструкція засипається. На поверхні залишається кінець стрижня, найближчого до будинку – для підключення заземлюючого контуру електропроводки.

Розрахунок системи заземлення

Розрахунок зводиться до розрахунку кількості стрижнів, необхідних для досягнення заданих параметрів заземлення. Для того щоб зробити розрахунок необхідно знати опір одного стрижня. Цей опір можна виміряти або розрахувати. Замір проводиться методом, показаним на малюнку. Опір стрижня визначають за формулою R = U /I, де U – напруга, виміряна вольтметром, В; I – сила струму, виміряна амперметром, А. Розрахунок заземлення можна зробити і без замірів, для цього необхідно скористатися досить складною формулою, універсальної для будь-яких вертикальних заземлювачів. Для розрахунку за допомогою даної формули необхідні наступні вихідні дані: ? екв – еквівалентний питомий опір грунту, Ом•м; L – довжина стрижня, м; d – діаметр стрижня, м; Т – відстань від поверхні грунту до середини заземлювача, (геометрична середина стрижня), м. Еквівалентний питомий опір ґрунту – нормоване значення для відомих видів грунтів: - торфовища, лесові відклади – 1525 Ом•м; - гумус, чорнозем – 4555 Ом•м; - глини і суглинки – 5565 Ом•м; - піщано-глинисті грунти – 140160 Ом•м; - пісковики при глибині ґрунтових вод до 5м – 500 Ом•м; - пісковики з грунтовими водами глибше 5м – 1000 Ом•м; Після того, як відомо опір одного вертикального стрижня, можна розрахувати їх необхідну кількість. R н – нормований опір розтіканню струму заземлюючого пристрою, Ом; ? – сезонний кліматичний коефіцієнт опору ґрунту, для середньої смуги Російської федерації може прийматися рівним 17.

Як це виглядає практично?

Розрахунок заземлення електрообладнання. Приклад – приватний будинок, використовується однофазна електрична мережа, необхідний опір розтіканню – не вищий 4 Ом. Місце розташування – черноземье: еквівалентний питомий опір грунту дорівнює 50 Ом•м Для обладнання системи заземлення використовуються сталеві труби завдовжки 160 см, діаметром 32 мм Розрахунок одного заземлювача:
Знаючи опір розтіканню n-ного заземлювача, неважко розрахувати необхідну їх кількість: Відповідь: 11 заземлювачів.

Поради

Сухий ґрунт – нікудишній провідник електричного струму, тому на піщаних ґрунтах чим довше заземлюючі стрижні, тим краще. Перебуваючи постійно у вологому грунті, конструкція з тонкого металу дуже швидко руйнуватиметься в результаті корозії і перестане виконувати покладені на неї функції. Тому заземлюючі стрижні повинні бути виконані з досить товстих прокатних матеріалів. Відмінним заземленням може послужити водоносна свердловина, якщо обсадна труба – метал. Якщо дах будинку виконана з металочерепиці (профнастилу), її в обов'язковому порядку заземлюють. Така конструкція – прекрасна блискавкозахист будівлі. Готовий блискавковідвід можна отримати, заземлив металеву щоглу телевізійної антени, якщо така є.

Особливості розрахунку заземлення промислових об'єктів

Розрахунок заземлення підстанції просто необхідний. На території електричної підстанції знаходиться велика кількість обладнання, що працює з великим напруженням. Майже все обладнання (трансформатори, електричні щити, залізобетонні і залізні опори машин, муфти кабелів, кожухи кабельних каналів і розмикачів) в обов'язковому порядку заземлюється. Опір розтікання струму на розглянутих об'єктах не повинно перевищувати 05 Ом. Для досягнення заданої цифри при влаштуванні обладнання підстанцій по максимуму користуються природними заземлювачами, такими як трубопроводи підземних кабельних каналів, металевими опорами електропередач та підтримують їх тросами. Опір таких систем розраховується за формулою: де R тр – опір троса однієї опори ЛЕП, Ом; R вп – опір розтікання струму самої опори, Ом. Розрахунок заземлення цеху промислового підприємства проводиться в залежності від наявності та кількості встановленого в ньому обладнання. Сам алгоритм розрахунку нічим не відрізняється від розглянутого прикладу. За розглянутою схемою проводиться і розрахунок заземлення кабелів.