Оборудованная заземлением электросеть частного дома по статистике работает более безопасно, чем устаревшая система, в которой защита не предусмотрена. Во-первых, контур препятствует поражению человека током при случайном контакте с металлическими частями бытовых приборов. Такой вариант событий возможен при повреждении изоляции проводов, когда вытекающий заряд начинает искать наименьший путь к земле.
Кроме этого, заземление оберегает и саму технику от преждевременного выхода из строя по причине перенапряжения. Большинство современных приборов комплектуются чувствительной к повышению токов электроникой, которая первой ломается, если сеть работает нестабильно.
Монтаж системы заземления в частном секторе выполняется по желанию самих владельцев. Ее устройство и способ исполнения могут быть разнообразными. Различают естественные и искусственные варианты заземлителей.
К первым относят металлосодержащие элементы конструкции самого здания, например арматуру фундамента, и коммуникации — трубопроводы, вентиляцию и т. д. Если общее значение их сопротивления при измерении приборами показывает менее 4 Ом, что является максимально допустимым значением для домашних сетей, дополнительно ничего делать не требуется. Все функционирует нормально, и защита имеется в наличии.
К монтажу искусственного заземления обращаются во всех остальных случаях. И хотя конструктивно это достаточно простое приспособление, для его корректной работы необходимо сначала провести ряд вычислений.
Расчет заземления — процесс сложный, требующий применения ряда формул и табличных значений для получения результата. При этом точные данные вывести весьма затруднительно, если вообще возможно. Дело в том, что в реальных условиях на работу установки влияют множество посторонних природных факторов, которые в каждом конкретном случае будут иметь индивидуальную величину. Расчеты же проводятся по усредненным данным и для идеальных условий, чего в жизни, конечно, не бывает. Неточности вычислений корректируются по месту при монтаже приспособления.
Однако совсем отказываться от предварительных вычислений, несмотря на их приблизительный ответ, все-таки не стоит. Их цель дать — представление о необходимом количестве материалов и объеме работ, которые придется выполнить. Кроме того, с их помощью можно подобрать оптимальную конфигурацию заземляющего контура в соответствии с исходными данными и до минимума сократить расходы на сооружения защитной системы.
Как рассчитать заземление: формулы, таблицы, порядок вычислений
В частном секторе чаще всего используют вариант приспособления, состоящий из некоторого количества вбитых вертикально в землю стержней, которые соединены горизонтальной линией ближе к поверхности грунта и при помощи токоотвода соединяются со щитом дома. Для монтажа применяют различные материалы.
Защитный контур можно делать из стального уголка, арматуры, полосы, металлической трубы. Обычно каждый хозяин использует то, что у него есть под рукой. Однако чтобы заземление работало исправно, есть и минимальные требования к строительному материалу. Так для разных элементов они должные составлять:
- труба — диаметр произвольный, минимальная толщина стенок 3, 2 мм;
- арматура — сечение от 16 мм;
- уголок — любая ширина граней, толщина от 4 мм;
- полоса для соединения деталей — ширина от 12 мм, сечение — от 4 мм.
Минимальная длина при использовании изделий в качестве вертикальных стержней в конструкции заземляющего устройства составляет не менее 1500 — 2000 мм.
Методика расчета заключается в следующем:
- находят значение, соответствующее сопротивлению для одного электрода, расположенного вертикально;
- рассчитывают приблизительное количество стержней без учета дополнительных факторов;
- узнают сопротивление горизонтальных элементов системы;
- корректируют значение сопротивления стержней с вертикальным расположением с поправкой на сопротивление горизонтальных соединительных полос;
- вычисляют уточненное число вертикальных проводников в конструкции.
Расчет сопротивления заземления и другие вычисления выполняют по специальным формулам и вспомогательным таблицам.
Значение сопротивления свободному растеканию тока для одиночного вертикально расположенного электрода:
Где переменные:
P экв — табличное значение, обозначающее показатель эквивалентного удельного сопротивления однослойного грунта для региона монтажа;
L — длина используемого вертикального электрода в метрах;
d — сечение проводника в метрах;
T- величина, выраженная расстоянием от середины заглубленного электрода до поверхности почвы.
Таблица №1
Формула для нахождения P экв в случае установки заземлителя в неоднородную двухслойную почву:
Где переменные:
Ψ — табличное значение сезонного климатического коэффициента для зоны застройки, требуемая цифра находится в таблице № 2;
ρ1, ρ2 — табличные значения удельного сопротивления каждого из слоев грунта, число берется из таблицы № 1;
H — значение, определяющее толщину верхнего слоя почвы в метрах ;
t — глубина траншеи для установки электродов, средне значение равно 0, 7 м.
Таблица № 2
Теоретическое количество электродов без учета влияния горизонтальных элементов в заземлителе вычисляют по формуле:
Где переменные:
P0— сопротивление одиночного вертикально расположенного электрода
Rн — табличное значение, обозначающее максимально допустимое общее сопротивление заземлителя, число находится в таблице №3.
Ψ — климатический коэффициент, который берется из таблицы №2
Таблица №3
Значение сопротивления для горизонтально расположенных элементов заземления считают по формуле:
Где переменные:
Lr- длина полос заземлителя;
b- их ширина;
Ψ — климатический коэффициент из таблицы № 2;
ηг — значение коэффициента спроса горизонтальных заземлителей, который можно посмотреть в таблице 4.
Таблица №4
Значение Lr вычисляют по формуле:
при рядовом расположении электродов;
если заземляющие элементы предполагается располагать по контуру.
Величину сопротивления вертикальных стержней с поправкой на сопротивление горизонтальных деталей заземлителя находят, решив такое уравнение:
Где переменные:
Rг — значение из формулы 4;
Rн — выбранное значение из таблицы № 3.
Уточненное проектное количество вертикально расположенных электродов в конструкции заземлителя устанавливают по формуле:
Где переменные:
R0 — величина из примера 1;
Rb — значение, которое получено в примере 5;
ηв – величина из таблицы 4.
Полученное значение максимально соответствует тому количеству электродов, которое необходимо установить, чтобы смонтированное защитное устройство при контрольном аппаратном измерении выдавало требуемые по нормативам значения.
Если при расчетах получается не целое число, его округляют в большую сторону.
Расчет заземления в примерах
Если для самостоятельных вычислений нет необходимости в получении предельно точных значений, достаточно обойтись только некоторыми из вышеперечисленных формул. Как это сделать, можно посмотреть на примере расчета заземления электрооборудования в придуманном частном домовладении.
Исходные данные:
- Грунт на месте расположения усадьбы — чернозем. Показатель удельного сопротивления почвы равен 50 Ом м.
- Для электропитания участка используется однофазная сеть. Нормативное сопротивление защитных устройств тут не должно превышать 4 Ом.
- Для монтажа заземляющего контура владелец выбрал стальные трубы сечением 32 мм и длиной 1600 мм (1, 6 м.).
Решение:
Сначала стоит найти значение сопротивления одиночного горизонтального электрода. В формулу
подставляем имеющиеся значения. Получаем уравнение:
Зная цифру по формуле:
находим приблизительное количество стержней для установки.
Округляем полученный результат в большую сторону. Получаем значение равное 11 стержням. Для частного сектора на этом расчеты можно заканчивать и приступать к монтажу заземлителя. Измерив прибором общее сопротивление собранной конструкции, уже по месту можно вносить те или иные коррективы. Например, добавить еще один или несколько стержней или увлажнить грунт вокруг заземляющего устройства крепким соляным раствором.
Последнее действие на некоторых почвах сильно снижает контрольные показания, без необходимости вносить дополнения в конфигурацию системы. Только после достижения положенных по нормативам 4 Ом монтажную яму засыпают грунтом.
Для более точного результата можно продолжить расчеты по всем формулам, а также удобно воспользоваться онлайн-сервисами, где, после ввода необходимых параметров, ответ появляется моментально.
