Металлическая цепь для заземления

Обновлено: 22.01.2025

Без грамотно рассчитанного контура заземления (ЗК) надеяться на эффективность работы защитной конструкции было бы большой ошибкой. Только убедившись в том, что для токов стекания подготовлена цепочка с минимальным сопротивлением можно быть уверенным в безопасности людей, работающих на линии. Поэтому так важно сразу же разобраться со всеми тонкостями и особенностями расчета контуров заземления.

Цель расчета защитного заземления

Обустраиваемое на стороне потребителя заземляющее устройство предназначено для защиты не только персонала, обслуживающего электроустановки, но и рядовых пользователей.

Важно! Опасный потенциал может попасть на металлические части оборудования во время работы с ним совершенно случайно (из-за повреждения изоляции проводов, например).

Полноценный расчет заземления гарантирует образование надежного контакта защитного устройства с землей, приводящего к растеканию тока и снижению уровня опасного напряжения.

Таким образом, назначение расчета заземляющих устройств – создание условий, исключающих риск поражения живых организмов высоким потенциалом путем его снижения в точке замыкания. В отсутствие хорошо просчитанного и функционального заземлителя любое прикосновение к корпусу поврежденного оборудования равнозначно прямому контакту с фазной жилой.

Выбор контура

Перед расчетом контура Вам предоставляется возможность выбрать один из следующих вариантов заземляющих устройств:

Треугольная конструкция, параметры которой определяются еще на этапе проектирования.
Линейное сооружение протяженного типа, монтируемое по периметру защищаемого объекта.
Модульно-штыревая заземляющая конструкция.

Каждый из перечисленных выше способов сборки и последующего монтажа заземляющих устройств нуждается в подробном рассмотрении.

Треугольная конструкция

Этот вариант изготовления ЗК – самый известный и распространенный среди профессионалов и любителей. Для обустройства такой конструкции потребуется приготовить следующие элементы:

Двухметровые металлические стержни (арматурные прутья) в количестве 3-х штук.
Столько же стальных перемычек, предназначенных для объединения прутьев в единую конструкцию.
Медная шина, необходимая для соединения ЗК с точкой сбора жил от заземляемого оборудования в распределительном шкафу (ГЗШ – главная заземляющая шина).

Плоскость сварного контура с уже вбитыми в землю штырями при обустройстве ЗУ должна располагаться на глубине примерно 30-60 см.

Линейный контур

Линейное заземление выбирается в случае, когда к защитному сооружению требуется подключить несколько единиц оборудования, размещенных на удалении один от другого. Оно состоит из нескольких вбитых в землю штырей (3), расположение которых относительно друг друга выбирается из расчетных данных.

От собранной по этой схеме конструкции, как и в случае с треугольником в сторону распределительного щитка с ГЗШ делается отвод (2). Перед тем как рассчитать такой ЗК – следует учесть, что общее число штырей ограничено взаимным влиянием аварийных токов, протекающих в каждом одиночном заземлителе.

Модульно-штыревое заземление

Модульный тип ЗУ применяется в ситуациях, когда площадь на участке перед домом ограничена небольшими размерами и допускается обустройство одной штыревой конструкции.

Она содержит в своем комплекте следующие элементы:

Стальной стержень полутораметровой длины с медным покрытием и имеющейся на
рабочей части резьбой.
Специальную муфту из латуни, обеспечивающую получение резьбового соединения вертикально вбиваемого штыря с заземляющим отводом.
Латунные зажимы особой конструкции, гарантирующие надежное сочленение металлических штырей с соединительной полосой.
Наконечники для самих заземляющих стержней.
Насадку с ударной площадкой, позволяющую передавать импульс от забивающего инструмента (вибромолота).

Обратите внимание: Для надежной защиты от коррозии все резьбовые элементы стержней покрываются графитной пастой, входящей в комплект фирменной поставки.

Подробно о монтаже модульно-штыревого заземления читайте на этой странице.

Исходные данные для расчета заземления

Перед началом обустройства заземления расчет которого нужно провести, необходимо заранее определиться с такими исходными данными, как:

Линейные размеры забиваемых в грунт стальных штырей.
Расстояние между ними (шаг монтажа).
Допустимая глубина погружения.
Характеристики почвы в месте обустройства заземления.

Дополнительное замечание: Перед проведением расчета также потребуется знать величину сопротивления грунта Ом на участке проведения монтажных работ.

При его определении важно помнить о том, что он сильно отличается от места к месту и в значительной степени зависит от климатической зоны, к которой относится регион. Помимо этих данный придется учесть конфигурацию и материал заготовок, из которых сваривается готовое сооружение (либо обычный стальной уголок, либо медная широкая полоска).

Согласно ПУЭ минимальные размеры элементов для треугольной или линейной контурной конструкции должны быть:

полоса – сечение 48 мм2;
уголок 4х4 мм;
круглый брусок – сечение 10 мм2;
стальная труба диаметром 2,5 см со стенками толщиной не менее 3,5 мм.

Полезное замечание: Минимальную длину штырей вычисляют с учетом технических требований (необходимостью получения требуемого сопротивления стеканию в землю).

В соответствие с этими требованиями ее выбирают не менее 2-2,5 метра. Расстояние между соседними точками погружения стержней должно быть кратным их длине. В зависимости от размеров и конфигурации площадки для обустройства ЗУ элементы конструкции устанавливаются либо в ряд, либо в виде правильного треугольника (иногда для этого выбирается квадратная форма). Используемые в этом случае методики расчета различных вариантов ЗУ ставят своей задачей получение данных по числу стержней и параметрам соединительной полосы (ее длины и сечения).

Расчет элементов заземляющего устройства

Определение параметров проводников, используемых в конструкции любого заземлителя, проводится с учетом следующих соображений:

Длина металлических стержней или штырей в значительной мере определяет эффективность всей системы защитного заземления.
Большое значение имеет и протяженность элементов металлических связей.
От линейных размеров этих конструктивных составляющих зависят расход материала, а также суммарные затраты на обустройство ЗУ.
Сопротивление вертикально забиваемых электродов в первую очередь определяется длиной.
Их поперечные размеры не оказывают существенного влияния на качество и эффективность обустраиваемой защиты.

Обратите внимание: Порядок выбора сечения проводников определяется в ПУЭ, поскольку этот показатель характеризует устойчивость к коррозии (электроды должны служить 5-10 лет).

Помимо этого всегда нужно помнить о «золотом» правиле, согласно которому чем больше металлических заготовок предусмотрено в схеме – тем лучше характеристики безопасности контура.

Также следует учесть, что мероприятия по организации заземления нельзя назвать легким занятием. При большом количестве составляющих системы увеличиваются объемы земляных работ. А решение вопроса о том, каким конкретно способом улучшать качество заземления (за счет длины или количества электродов) остается за самим исполнителем.

В любом случае при обустройстве ЗУ произвольного типа рекомендуется придерживаться следующих правил:

стержни необходимо вбивать до отметки, находящейся ниже уровня промерзания почвы минимум на 50 сантиметров;
такое их расположение позволит учесть сезонные факторы и исключить их влияние на работоспособность защитной системы;
расстояние между вертикально вбитыми элементами зависит от формы выбранной конструкции и длины самих стержней.

Для корректного выбора этого показателя рекомендуется воспользоваться справочными таблицами.

С целью сокращения объема предстоящих расчетов (их упрощения) сначала желательно определить величину сопротивления
стеканию токов КЗ для одиночного стержня.

С учетом влияния, оказываемого на искомую величину горизонтальными элементами конструкции, сопротивление для вертикальных штырей вычисляется по следующей формуле:

Если монтируемое ЗУ обустраивается в разнородном грунте (другое его название – двухслойный), удельное сопротивление можно определить так:

где Ψ – это так называемый «сезонный» коэффициент;

ρ1 и ρ2– удельные сопротивления слоев почвы (верхней и нижней прослойки соответственно), учитываемые при расчетах в Омах на•метр;

Н – толщина слоя грунта в метрах, расположенного в верхней части земляного покрова;

t – заглубление вертикальных штырей или стержней (оно соответствует глубине подготовленной траншеи), равное 0,7 метрам.

Достаточное для получения эффективного заземления число стержней (горизонтальные составляющие пока не учитываются) определяется так:

где Rн – это нормируемое ПТЭЭП сопротивление растеканию.

С учетом горизонтальных элементов ЗУ формула для определения количества вертикальных штырей принимает такой вид:

где под ηв понимается коэффициент использования конструкции, указывающий на взаимное влияние токов стекания различных единичных элементов друг на друга.

Дополнительная информация: При обустройстве системы из линейно расположенных штырей следует помнить о том, что в этом случае их взаимное влияние проявляется особенно сильно.

При уменьшении шага монтажа этих элементов защитного контура его общее сопротивление растеканию тока заметно увеличивается. Число элементов заземляющего сооружения, полученное по результатам описанных выкладок, следует округлить до большего значения.

Расчеты заземления онлайн удается автоматизировать, если воспользоваться разработанным для этого специальным онлайн калькулятором на нашем ресурсе.

Пример расчета заземления

В качестве «классического» примера расчета заземления рассмотрим вариант ЗУ с учетом заданных исходных данных, то есть проведем вычисления для одиночного металлического штыря. Сразу оговоримся, что такие простейшие конструкции применяются при организации повторного заземления высоковольтных опор. В рассматриваемой ситуации согласно положениям ПУЭ (смотрите п.1.7.103.) сопротивление растеканию тока не может быть более 15, 30 и 60 Ом для напряжений 660, 380 и 220 Вольт соответственно.

Расчет одиночного заземляющего элемента для опоры ВЛ 380 Вольт

Согласно оговоренной ранее методике сначала по таблице выбирается тип вертикального штыря со следующими характеристиками:

Материал – сталь.
Форма – округлый стержень диаметром 16 мм.
Длина L — 2,5 метра.

Обратите внимание: В качестве грунта в соответствие с таблицей выбирается полутвердая глина с удельным сопротивлением ρ, равным 60 Ом на•метр.

Глубина траншеи берется равной полметра. Затем из той же таблицы находится поправочный коэффициент, вводимый для средней климатической зоны. Его значение при фактической длине стержней до 2,5 метров с учетом промерзания грунта в данной местности составляет ψ=1,45. Показатель нормированного сопротивления для этого типа ЗУ равен 30 Омам. Следующий показатель – удельное сопротивление грунта находится по формуле:

ρ (по факту) = ψ•ρ = 1.45х60 = 87 Ом•метр

Полученные расчетные данные выглядят так:

заглубление одиночного штыря в грунт составляет h = 0,5l + t = 0,5х2,5 + 0,5 = 1,75 метра;
его сопротивление для нашего примера (смотрите формулы выше) составляет не более 30 Ом, что соответствует требования ПУЭ для данного напряжения.

Когда одного заземляющего штыря для опоры ВЛ недостаточно – допускается добавлять еще один или даже несколько прутьев. В этом случае потребуется другая методика, используемая для линейного контура или треугольной конструкции.

Расчет переносного заземления

Перед расчетом переносного заземления (ПЗ) следует учесть, что для этого типа защитных приборов требования к сопротивлению стеканию тока еще более высокие, чем у стационарных ЗУ (фото ниже).

Обратите внимание: Самое главное в этой ситуации – правильно рассчитать сечение заземляющих проводов переносного устройства, определяющих эффективность его действия.

При решении этой проблемы, прежде всего, следует научиться различать сети и установки с различными действующими напряжениями. Провода ПЗ (согласно требованиям действующих стандартов) должны выдерживать продолжительный нагрев при замыкании в питающих линиях трехфазного и однофазного напряжения. Для электроустановок с этим показателем до 1000 Вольт выбирается шина сечением не менее 16 кв. мм.

В сетях, где напряжение превышает 1000 Вольт, предельная величина сечения проводов ПЗ не должна быть менее 25 мм2. Точный расчет этого значения производится обычно по следующей формуле:

S = ( Iуст √tф ) / 272

где Iуст – это ток короткого замыкания;

tф – время его действия в секундах;

272– коэффициент, указывающий на тип металла проводника и отличающийся для разных токов КЗ (для меди, в частности он равен 250, а в расчетах взят с небольшим запасом).

В случаях, когда действующее напряжение не превышает 6-10 кВ – требуемое для надежной защиты сечение провода колеблется в пределах от 120 до 185 мм2. Поскольку комплект переносных заземлений с такими шинами будет очень тяжелым и неудобным в работе – согласно ПУЭ допускается использовать несколько ПЗ с меньшим сечением. При подготовке рабочего места такие заземления включаются в защищаемую цепь параллельно.

В последнем случае в формулу подставляются максимальные значения по времени воздействия тока короткого замыкания, а в трехфазных цепях искомая величина определяется для каждой их фаз. Во втором случае особое внимание уделяется аккуратности обустройства ПЗ, чтобы избежать недопустимого в условиях наложения защитного заземления межфазного замыкания.

Дополнительная информация: При обустройстве переносной конструкции не допускается применять кабель в изоляции, не позволяющей визуально контролировать состояние рабочих жил.

Помимо этого комплект такого заземления обязательно оснащается достаточно «мощными» зажимами, посредством которых элементы переносной конструкции надежно закрепляются на токопроводящих частях. Для их фиксации на заземляющих проводах должны применяться крепления, позволяющие обходиться без переходных элементов. Такая предусмотрительность позволит увеличить площадь контакта и повысить надежность имеющегося соединения. В этом случае конструкция способна выдержать значительные по величине токи и сохранить свою работоспособность в течение длительного времени.

При наложении такого заземления в трехфазных силовых цепях с напряжениями выше 1000 Вольт для получения более надежного контакта допускается использовать сварку. В исключительных случаях согласно ПУЭ разрешено болтовое сочленение, но только при условии предварительной пайки контактной зоны. В заключение отметим, что в рассмотренной ситуации для образования надежного соединения потребуется комплексный подход (ограничиваться только одной пайкой, например, не допускается).

Расчет заземления

Заземление. Что это такое и как его сделать (часть 1)

В первой части (теория) я опишу терминологию, основные виды заземления (назначение) и предъявляемые к заземлению требования.
Во второй части (практика) будет рассказ про традиционные решения, применяемые при строительстве заземляющих устройств, с перечислением достоинств и недостатков этих решений.
Третья часть (практика) в некотором смысле продолжит вторую. В ней будет содержаться описание новых технологий, используемых при строительстве заземляющих устройств. Как и во второй части, с перечислением достоинств и недостатков этих технологий.

Если читатель обладает теоретическими знаниями и интересуется только практической реализацией — ему лучше пропустить первую часть и начать чтение со второй части.

Если читатель обладает необходимыми знаниями и хочет познакомиться только с новинками — лучше пропустить первые две части и сразу перейти к чтению третьей.

Мой взгляд на описанные методы и решения в какой-то степени однобокий. Прошу читателя понимать, что я не выдвигаю свой материал за всеобъемлющий объективный труд и выражаю в нём свою точку зрения, свой опыт.

Некоторая часть текста является компромиссом между точностью и желанием объяснить “человеческим языком”, поэтому допущены упрощения, могущие “резать слух” технически подкованного читателя.

1 часть. Заземление

В этой части я расскажу о терминологии, об основных видах заземления и о качественных характеристиках заземляющих устройств.

А. Термины и определения
Б. Назначение (виды) заземления

Б1. Рабочее (функциональное) заземление
Б2. Защитное заземление

Б2.1. Заземление в составе внешней молниезащиты
Б2.2. Заземление в составе системы защиты от перенапряжения (УЗИП)
Б2.3. Заземление в составе электросети

В. Качество заземления. Сопротивление заземления.

В1. Факторы, влияющие на качество заземления

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом
В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

В2. Существующие нормы сопротивления заземления
В3. Расчёт сопротивления заземления

А. Термины и определения

Чтобы избежать путаницы и непонимания в дальнейшем рассказе — начну с этого пункта.
Я приведу установленные определения из действующего документа “Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ)” в последней редакции (глава 1.7 в редакции седьмого издания).

Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.28).

Грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток. Также он являться некоторой “общей” точкой в электросхеме, относительно которой воспринимается сигнал.

Заземляющее устройство — совокупность заземлителя/ заземлителей и заземляющих проводников (ПУЭ 1.7.19).

Это устройство/ схема, состоящее из заземлителя и заземляющего проводника, соединяющего этот заземлитель с заземляемой частью сети, электроустановки или оборудования. Может быть распределенным, т.е. состоять из нескольких взаимно удаленных заземлителей.

На рисунке оно показано толстыми красными линиями:

Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с грунтом (ПУЭ 1.7.15).

Проводящая часть — это металлический (токопроводящий) элемент/ электрод любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро :-) и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.
Конфигурация заземлителя (количество, длина, расположение электродов) зависит от требований, предъявляемых к нему, и способности грунта “впитывать” в себя электрический ток идущий/ “стекающий” от электроустановки через эти электроды.

На рисунке он показан толстыми красными линиями:

Сопротивление заземления — отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю (ПУЭ 1.7.26).

Сопротивление заземления — основной показатель заземляющего устройства, определяющий его способность выполнять свои функции и определяющий его качество в целом.
Сопротивление заземления зависит от площади электрического контакта заземлителя (заземляющих электродов) с грунтом (“стекание” тока) и удельного электрического сопротивления грунта, в котором смонтирован этот заземлитель (“впитывание” тока).

Заземляющий электрод (электрод заземлителя) — проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с локальной землей (ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 3.21)

Повторюсь: в качестве проводящей части может выступать металлический (токопроводящий) элемент любого профиля и конструкции (штырь, труба, полоса, пластина, сетка, ведро :-) и т.п.), находящийся в грунте и через который в него “стекает” электрический ток от электроустановки.

На рисунке они показаны толстыми красными линиями:

Далее определения, не встречающиеся или не описанные достаточно точно в стандартах и нормах, поэтому имеющие только мое описание.

Контур заземления — “народное” название заземлителя или заземляющего устройства, состоящего из нескольких заземляющих электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг объекта по его периметру/ контуру.

На рисунке объект обозначен серым квадратом в центре,
а контур заземления — толстыми красными линиями:

Удельное электрическое сопротивление грунта — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» грунта как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземляющего электрода.
Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности
прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Б. Назначение (виды) заземления

Заземление делится на два основных вида по выполняемой роли — на рабочее (функциональное) и защитное. Также в различных источниках приводятся дополнительные виды, такие как: “инструментальное”, “измерительное”, “контрольное”, “радио”.

Б1. Рабочее (функциональное) заземление

Это заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) (ПУЭ 1.7.30).

Рабочее заземление (электрический контакт с грунтом) используется для нормального функционирования электроустановки или оборудования, т.е. для их работы в ОБЫЧНОМ режиме.

Б2. Защитное заземление

Это заземление, выполняемое в целях электробезопасности (ПУЭ 1.7.29).

Защитное заземление обеспечивает защиту электроустановки и оборудования, а также защиту людей от воздействия опасных напряжений и токов, могущих возникнуть при поломках, неправильной эксплуатации техники (т.е. в АВАРИЙНОМ режиме) и при разрядах молний.
Также защитное заземление используется для защиты аппаратуры от помех при коммутациях в питающей сети и интерфейсных цепях, а также от электромагнитных помех, наведенных от работающего рядом оборудования.

в составе внешней молниезащитной системы в виде заземленного молниеприёмника
в составе системы защиты от импульсного перенапряжения
в составе электросети объекта

Б2.1. Заземление в составе молниезащиты

Молния — это разряд или другими словами «пробой», возникающий ОТ облака К земле, при накоплении в облаке заряда критической величины (относительно земли). Примерами этого явления в меньших масштабах является “пробой” (wiki) в конденсаторе и газовый разряд (wiki) в лампе.

Воздух — это среда с очень большим сопротивлением (диэлектрик), но разряд преодолевает его, т.к. обладает большой мощностью. Путь разряда проходит по участкам наименьшего сопротивления, таким как капли воды в воздухе и деревья. Этим объясняется корнеобразная структура молнии в воздухе и частое попадание молнии в деревья и здания (они имеют меньшее сопротивление, чем воздух в этом промежутке).
При попадании в крышу здания, молния продолжает свой путь к земле, также выбирая участки с наименьшим сопротивлением: мокрые стены, провода, трубы, электроприборы — таким образом представляя опасность для человека и оборудования, находящихся в этом здании.

Молниезащита предназначена для отвода разряда молнии от защищаемого здания/ объекта. Разряд молнии, идущий по пути наименьшего сопротивления попадает в металлический молниеприёмник над объектом, затем по металлическим молниеотводам, расположенным снаружи объекта (например, на стенах), спускается до грунта, где и расходится в нём (напоминаю: грунт является средой, имеющей свойство “впитывать” в себя электрический ток).

Для того, чтобы сделать молниезащиту «привлекательной» для молнии, а также для исключения распространения молниевых токов от деталей молниезащиты (приёмник и отводы) внутрь объекта, её соединение с грунтом производится через заземлитель, имеющий низкое сопротивление заземления.

Заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает полный и быстрый переход молниевых токов в грунт, не допуская их распространение по объекту.

Б2.2. Заземление в составе системы защиты от импульсного перенапряжения (УЗИП)

УЗИП предназначено для защиты электронного оборудования от заряда, накопленного на каком-либо участке линии/сети в результате воздействия электромагнитного поля (ЭМП), наведенного от рядом стоящей мощной электроустановки (или высоковольтной линии) или ЭМП, возникшего при близком (до сотен метров) разряде молнии.

Ярким примером этого явления является накопление заряда на медном кабеле домовой сети или на “пробросе” между зданиями во время грозы. В какой-то момент приборы, подключенные к этому кабелю (сетевая карта компьютера или порт коммутатора), не выдерживают «размера» накопившегося заряда и происходит электрический пробой внутри этого прибора, разрушающий его (упрощенно).
Для “стравливания” накопившегося заряда параллельно “нагрузке” на линию перед оборудованием ставит УЗИП.

Классический УЗИП представляет собой газовый разрядник (wiki), рассчитанный на определенный «порог» заряда, который меньше “запаса прочности” защищаемого оборудования. Один из электродов этого разрядника заземляется, а другой — подключается к одному из проводов линии/ кабеля.

При достижении этого порога внутри разрядника возникает разряд :-) между электродами. В результате чего накопленный заряд сбрасывается в грунт (через заземление).

Как и в молниезащите — заземление в такой системе является обязательным элементом, т.к. именно оно обеспечивает своевременное и гарантированное возникновение разряда в УЗИПе, не допуская превышение заряда на линии выше безопасного для защищаемого оборудования уровня.

Б2.3. Заземление в составе электросети

Третий пример защитной роли заземления — это обеспечение безопасности человека и электрооборудования при поломках/ авариях.

Проще всего такая поломка описывается замыканием фазного провода электросети на корпус прибора (замыкание в блоке питания или замыкание в водонагревателе через водную среду). Человек, коснувшийся такого прибора, создаст дополнительную электрическую цепь, через которую побежит ток, вызывающий в теле повреждения внутренних органов — прежде всего нервной системы и сердца.

Для устранения таких последствий используется соединение корпусов с заземлителем (для отвода аварийных токов в грунт) и защитные автоматические устройства, за доли секунды отключающие ток при аварийной ситуации.

Например, заземление всех корпусов, шкафов и стоек телекоммуникационного оборудования.

Для корректного выполнения заземлением своих функций оно должно иметь определенные параметры/ характеристики. Одним из главных свойств, определяющих качество заземления, является сопротивление растеканию тока (сопротивление заземления), определяющее способность заземлителя (заземляющих электродов) передавать токи, поступающие на него от оборудования в грунт.
Это сопротивление имеет конечные значения и в идеальном случае представляет собой нулевую величину, что означает отсутствие какого-либо сопротивления при пропускании «вредных» токов (это гарантирует их ПОЛНОЕ поглощение грунтом).

площадь ( S ) электрического контакта заземлителя с грунтом
электрическое сопротивление ( R ) самого грунта, в котором находятся электроды

В1.1. Площадь контакта заземлителя с грунтом.

Увеличить площадь контакта заземлителя с грунтом можно либо увеличив количество электродов, соединив их вместе (сложив площади нескольких электродов), либо увеличив размер электродов. При применении вертикальных заземляющих электродов последний способ очень эффективен, если глубинные слои грунта имеют более низкое электрическое сопротивление, чем верхние.

В1.2. Электрическое сопротивление грунта (удельное)

Напомню: это величина, определяющая — как хорошо грунт проводит ток через себя. Чем меньшее сопротивление будет иметь грунт, тем эффективнее/ легче он будет “впитывать” в себя ток от заземлителя.

Примерами грунтов, хорошо проводящих ток, является солончаки или сильно увлажненная глина. Идеальная природная среда для пропускания тока — морская вода.
Примером “плохого” для заземления грунта является сухой песок.

(Если интересно, можно посмотреть таблицу величин удельного сопротивления грунтов, используемых в расчётах заземляющих устройств).

Возвращаясь к первому фактору и способу уменьшения сопротивления заземления в виде увеличения глубины электрода можно сказать, что на практике более чем в 70% случаев грунт на глубине более 5 метров имеет в разы меньшее удельное электрическое сопротивление, чем у поверхности, за счет большей влажности и плотности. Часто встречаются грунтовые воды, которые обеспечивают грунту очень низкое сопротивление. Заземление в таких случаях получается очень качественным и надежным.

В2. Существующие нормы сопротивления заземления

Так как идеала (нулевого сопротивления растеканию) достигнуть невозможно, все электрооборудование и электронные устройства создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления, например 0.5, 2, 4, 8, 10, 30 и более Ом.

для подстанции с напряжением 110 кВ сопротивление растеканию токов должно быть не более 0,5 Ом (ПУЭ 1.7.90)
при подключении телекоммуникационного оборудования, заземление обычно должно иметь сопротивление не более 2 или 4 Ом
для уверенного срабатывания газовых разрядников в устройствах защиты воздушных линий связи (например, локальная сеть на основе медного кабеля или радиочастотный кабель) сопротивление заземления, к которому они (разрядники) подключаются должно быть не более 2 Ом. Встречаются экземпляры с требованием в 4 Ом.
у источника тока (например, трансформаторной подстанции) сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока или 220 В источника однофазного тока (ПУЭ 1.7.101)
у заземления, использующегося для подключения молниеприёмников, сопротивление должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п. 8)
для частных домов, с подключением к электросети 220 Вольт / 380 Вольт:
- при использовании системы TN-C-S необходимо иметь локальное заземление с рекомендованным сопротивлением не более 30 Ом (ориентируюсь на ПУЭ 1.7.103)
- при использовании системы TT (изолирование заземления от нейтрали источника тока) и применении устройства защитного отключения (УЗО) с током срабатывания 100 мА необходимо иметь локальное заземление с сопротивлением не более 500 Ом (ПУЭ 1.7.59)
В3. Расчёт сопротивления заземления

Для успешного проектирования заземляющего устройства, имеющего необходимое сопротивление заземления, применяются, как правило, типовые конфигурации заземлителя и базовые формулы для расчётов.

Конфигурация заземлителя обычно выбирается инженером на основании его опыта и возможности её (конфигурации) применения на конкретном объекте.

Выбор формул расчёта зависит от выбранной конфигурации заземлителя.
Сами формулы содержат в себе параметры этой конфигурации (например, количество заземляющих электродов, их длину, толщину) и параметры грунта конкретного объекта, где будет размещаться заземлитель. Например, для одиночного вертикального электрода эта формула будет такой:

Точность расчёта обычно невысока и зависит опять же от грунта — на практике расхождения практических результатов встречается в почти 100% случаев. Это происходит из-за его (грунта) большой неоднородности: он изменяется не только по глубине, но и по площади — образуя трёхмерную структуру. Имеющиеся формулы расчёта параметров заземления с трудом справляются с одномерной неоднородностью грунта, а расчёт в трёхмерной структуре сопряжен с огромными вычислительными мощностями и требует крайне высокую подготовку оператора.
Кроме того, для создания точной карты грунта необходимо произвести большой объем геологических работ (например, для площади 10*10 метров необходимо сделать и проанализировать около 100 шурфов длиной до 10 метров), что вызывает значительное увеличение стоимости проекта и чаще всего не возможно.

В свете вышесказанного почти всегда расчёт является обязательной, но ориентировочной мерой и обычно ведётся по принципу достижения сопротивления заземления “не более, чем”. В формулы подставляются усредненные значения удельного сопротивления грунта, либо их наибольшие величины. Это обеспечивает “запас прочности” и на практике выражается в заведомо более низких (ниже — значит лучше) значениях сопротивления заземления, чем ожидалось при проектировании.

Строительство заземлителей

При строительстве заземлителей чаще всего применяются вертикальные заземляющие электроды. Это связано с тем, что горизонтальные электроды трудно заглубить на большую глубину, а при малой глубине таких электродов — у них очень сильно увеличивается сопротивление заземления (ухудшение основной характеристики) в зимний период из-за замерзания верхнего слоя грунта, приводящее к большому увеличению его удельного электрического сопротивления.

В качества вертикальных электродов почти всегда выбирают стальные трубы, штыри/ стержни, уголки и т.п. стандартную прокатную продукцию, имеющую большую длину (более 1 метра) при сравнительно малых поперечных размерах. Этот выбор связан с возможностью легкого заглубления таких элементов в грунт в отличии, например, от плоского листа.

Зарываемся в грунт, или заземление ИЖС. Часть 2(Практика) ⁠ ⁠

Доброго времени суток всем. Как мы выяснили в первой части статьи, выбор системы заземления для частного дома не велик, либо TN-C-S, либо TT.

На какой из этих систем остановиться зависит от качества линии до вашего столба учета от ТП: 1. Если ваши линия элекропередачи, на обозримом расстоянии, больше похожа на вар.1 с картинки выше - смело используйте систему TN-C-S. Это убережет вас от лишних работ и затрат.

2. Если у вас древняя воздушная линия, на деревянных опорах, а ТП видела еще Ленина, то разумнее и безопаснее использовать систему TT.

Конечно, это два крайних случая и конкретно ваш может быть где-то посередине. В самих деревянных опорах нет ничего плохого, и некоторые новые поселки их активно используют вместе с СИП, по экономическим соображениям.

Стоит пройтись вдоль всей линии и оценить количество и качество мест повторного заземления хотя-бы визуально. В идеале, сопротивление участков повторного заземления не должно превышать 30Ом. ПУЭ 1.8.39, таблица 1.8.38, п. 3 При измерении в непосредственной близости к трансформаторной подстанции, сопротивление контура заземления должно быть: 15, 30 или 60 Ом, при измерении с учетом естественных заземлителей и повторных заземлителей отходящих линий: 2, 4 или 8 Ом соответственно для напряжений 660, 380 и 220 Вольт.

ПУЭ 2.4.38. На опорах ВЛ должны быть выполнены заземляющие устройства, предназначенные для повторного заземления, защиты от грозовых перенапряжений, заземления электрооборудования, установленного на опорах ВЛ. Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 30 Ом.

ПУЭ 2.4.46. В населенной местности с одно- и двухэтажной застройкой ВЛ должны иметь заземляющие устройства, предназначенные для защиты от атмосферных перенапряжений. Сопротивления этих заземляющих устройств должны быть не более 30 Ом, а расстояния между ними должны быть не более 200 м для районов с числом грозовых часов в году до 40, 100 м – для районов с числом грозовых часов в году более 40.

Конечно, без специального оборудования вы не поверите сопротивление, но если у вас обычные глинистые грунты, нету визуальных разрывов в линии заземления и заземление не шатается в грунте рукой, скорее всего 30 Ом там есть. :) Возможно вам, повезло и узел повторного заземления находится на одном столбе с вашим с узлом учета, и вам остается лишь разделить PEN в вашем щите(скорее всего PEN проводник будет типа СИП-4) и получить рабочую систему TN-C-S. Физически разделение можно выполнить с помощью распределительных блоков (РБ), о которых я писал в статье "ЩУ или ввод электричества в дом. Часть 2". Так же хорошим решением будет использовать серию клемм Ensto Clampo Pro, для перехода с СИП4 на ПуВ, наиболее подходит серия KE61R. Подобные клеммы выпускают IEK, TDM, EKF, выбирайте по наличию и бюджету. Также, напоминаю, про Ensto КЕ 12.12 и аналогичные, например, клемма вводная IEK КВМ 4-25мм. Вводные клеммы, как и РБ обеспечивают более высокое усилие прижима, чем клеммы модульного оборудования и даже без обжима СИП-4 хорошо показывают себя при нагрузках до 15кВт в рамках ИЖС. В качестве ГЗШ (Главной Заземляющей Шины) в ИЖС можно использовать болт заземления металлического щита, шину или подходящий РБ.

Все сильно зависит от вашего щита, его материала и размеров. Иногда встречаются по истине промышленные решения, как на фото ниже :) Это не плохо, но явно избыточно. Если у вас небольшой щит, хорошо показывает себя комбинированная схема, когда PEN проложенный СИП-4соединяется через вводную клемму на DIN-рейку внутри пломбировочного бокса. Обычно, такое решение не встречает неодобрения с принимающей щит стороны, сильно экономит место в щите и является довольно надежным.

Если вам повезло меньше, и точки повторного заземления у вашего и ближайших столбов нету, или они не вызывают у вас доверия - стоит ее организовать. Проще всего использовать для этих целей готовый комплект модульно-штыревого заземления. В настоящее время, выпускается огромное количество различных комплектов отличающие по количеству, толщине и материалу изготовления штырей. Для целей повторного заземления подойдет самый распространенный комплект: 6 омедненных стальных штырей по 1,5 м. диаметром 14 мм. Стоимость подобных комплектов находится в диапазоне от 5000 до 10000руб. Часто, в профильных магазинах можно собрать подобный комплект значительно дешевле. Выглядеть это будет так-то так:)

Комплекты могут отличаться количеством муфт и зажимов, так как есть два способа монтажа:

1. Глубинное заземление (вертикальный заземлитель) - представляет из себя один штырь, забитый на большую глубину. Существуют комплекты рассчитанные на заглубление от 6 до 30м.

2. Рядное заземление (поверхностный заземлитель) - два или более штырей забитые на некотором расстоянии друг от друга на небольшую глубину (обычно 2-3 м.) и соединенные в одну цепь. "Классический" треугольник из уголков черного металла, сваренных между собой, будет простейшим и худшим вариантом рядного заземления.

Помните: сделать из комплекта глубинного заземления рядное - не получится, вам просто не хватит муфт и наконечников. А вот обратно - запросто, поэтому если у вас сложный каменистый грунт и вы не уверены, что у вас получится углубиться на 6-8м., - используйте комплект рядного. C ним вы всегда сможете сдвинуться на метр-полтора и продолжить.

Не забудьте отступить от опоры как минимум пол метра, иначе рискуете попасть в фундамент опоры. Если вы выполняете повторное заземление не у опоры - тщательно выбирайте место. Оно должно быть максимально непроходным, находиться достаточно близко к щиту и отстоять от фундамента здания на метр. С подобными муками вы столкнетесь, если ваш щит учета будет расположен на фасаде или внутри дома. Напоминаю: заводить СИП-4 в дом нельзя, он горюч!

Стоит перейти на негорючий кабель, ниже несколько удачных примеров. Также всегда можно использовать вводные клеммы и любой герметичный бокс. В нем же можно и произвести разделение PEN, это сэкономит вам кабель и место в щите.

Я сознательно не рассматриваю вариант "сделай сам" из уголков, арматуры, ведер и прочего хлама. Проблема всех подобных конструкций - непредсказуемость и недолговечность. Самодельные системы заземления, из-за использования черного металла, обладают очень плохой коррозионной устойчивостью, особенно в кислых грунтах, и не могут обеспечить стабильных показателей сопротивления. Учитывая объемы земляных работ, трудо- и время-затраты, а главное - низкое качество и недолговечность подобных решений, не рекомендую их к применению. Также, я не рассматриваю переход с алюминия на медь с помощью комбинированных гильз, потому что, для выполнения качественного соединения, требуется навык и спец. инструмент.

В случае питающей линии выполненной СИП применение устройство защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) в системе TN-C-S не является необходимым в рамках ИЖС. Если же питающая воздушная линия выполнена неизолированным проводом, разумно установить УЗИП II класса, они не так дороги, как совмещенные устройства I+II+III и I+II класса, но уберегут проводку здания от повреждения и возгорания. К сожалению, устройства УЗИП класса II не гарантируют сохранность приборов подключенных в сеть, но согласитесь, лучше расстаться с телевизором и УЗИП в щите, чем с домом :) И УЗИП класса II - разумный компромисс, не так уж часто молнии бьют в частные дома, как правило, рядом есть более высокие и привлекательные для молний объекты :) Вообще, тема УЗИП в ИЖС очень обширна, а стоимость оборудования сильно отпугивает потребителей. Если сообществу будет интересно, я сделаю краткий обзор на системы УЗИП и их применение. Но в целом, комплекс оборудования УЗИП II+Вводное УЗО+УЗМ обеспечивают надежную защиту от большинства возможных аварийных ситуаций, и обеспечат сохранность имущества и проводки частного дома.

Если вы решили использовать систему TT - лучше обратиться к специалистам. Требования к контуру заземления в системе ТТ значительно выше, как и цена ошибки. Использование системы ТТ без проведения регулярных замеров сопротивления - небезопасно! Она требует обязательной установки УЗИП класса I+II, а лучше I+II+III класса, который защитит и от возгорания, и от выхода из строя оборудования.

И последнее. Всегда! Всегда соединяйте PEN c повторным заземлителем на ГЗШ, иначе вместо TN-C-S вы получите TT систему в худшем ее исполнении. Разность потенциалов между N и PE опасна как для человека так и для строения, из-за повышенной пожароопасности (искры в месте контакта N и PE), вызывают неадекватную работу УЗО и другого защитного оборудования, выводят из строя электронику. Следите за этим!

Всем надежной электрики, надеюсь, был полезен:)Критика и обсуждение в комментариях, как всегда, приветствуется.

Моя VK группа inakipelo. Там я выкладываю советы и материалы, не дотягивающие до формата полноценной статьи.

3.6K постов 22.1K подписчиков

Правила сообщества

Запрещён оффтоп, нарушение основных правил пикабу

Объясняю мат.часть:
1) Сечение проводника значения практически не имеет. Есть ебанутый стандарт по минимальному сечению, который увы надо соблюдать (или хотя бы спиздеть что соблюли - откапывать и проверять вряд ли будут). Проволока 6мм заземлит не хуже этой обмеднённой залупы.
2) Основное сопротивление имеет ЗЕМЛЯ. Мало того, нужна ещё и площадь рассеивания. Правильное расстояние между электродами - 5.5 метров, если меньше - они сильно пересекаются площадями.
3) Тот же подзалупный стандарт требует не менее чем на 2.5 метра забивать электроды. Так вот, это тоже нахуй не надо с точки зрения физики, 1-1.5м с головой. Проще забить 2 по 1.25 чем 1 на 2.5, и опять же выгода от разнесения.
Стандарт сделан европейскими бюрократами и адаптирован нашими. Зачем было копипастить, когда свои разработки лучше - а ХЗ.
4) Обмедняют только пидарасы. К воздействию почвы устойчив ЦИНК, а медь - нет, она окисляется, притом непрерывно, и окисел имеет высокое сопротивление. Цинк же создаёт плёнку. Плюс имеет и сам достаточно низкую реакционную способность по сравнению с медью.
Вот позолотить медь - смысл имеет. Оооочень тонким слоем. Но жаба ж задавит. Но как по мне, здесь проще компенсировать количеством.
5) Хорошее заземление, как ни странно, даёт. бетон! Мокрый бетон имеет сопротивление, соизмеримое с почвой. Потому лучший анкер заземления - это железобетонный столб, а ещё лучше несколько. Но где вы видели, чтобы на столбы шла оцинковка. Соответственно гниёт оно лет за 50 на уровне земли - там и кислород есть, и вода. Технически можно было бы покрасить - так опять же, ЖАДНОСТЬ.

Если для себя делаете:
- тупо землитесь на фундаментные блоки, будете иметь от 10 Ом и ниже.
Если для других:
- никакой самодеятельности, пусть проектанты пишут чё надо. Если где накосячили с расчётом или вообще его забыли - нихера не знаем, вот проект.
Если вы сам проектант:
- не читайте этой херни, учите стандарты и реальное применение. И ПОМЕНЬШЕ смотрите "информацию" от продажников, они пиздят многовато. Есть реальные формулы расчёта, и не удивляйтесь что они дают совсем другие цифры, чем обещают продаваны.

PS. Лучший проводник для молнии по цене-качеству - конечно алюминий. Но его нельзя голым в землю, там есть соли, которые катализируют его окисление и разрушают плёнку. Потому лучший результат даст гальванизированный алюминий.
Увы, в наших краях такое редкость. Потому кладём обычную оцинковку и не ебём себе мозг.
Но сразу предупреждение: первая же серьёзная молния НАХЕР СЖИГАЕТ что слой цинкования, что слой омедления. Из-за скин-эффекта. Весь ток течёт в очень тонком пограничном слое, и греет этот слой до 600 градусов примерно раз в 10 лет (это рассчитываемо, просто указал порядок цифр) и до 1000+ градусов раз в 100 лет. А дальше идёт старая добрая коррозия обычной стали. Слой меди обычно меньше, потому температура в нём выше.

Алюминий скин-эффекта практически не имеет. Его имеет железо. Потому идеальный с точки зрения экономического показателя заземлитель - это алюминиевый проводник, завёрнутый в фольгу из нержавейки или очень тонкую трубку (лучше опрессованный). Где такое делают - а хер его знает. Стандарт такого тоже не предусматривает. Но так существенно дешевле выходит, чем гальванизация. Для лучшего сцепления можно дать клея с алюминиевой пудрой (она обеспечит проводимость).

Гальванизация алюминия хромом уже существует в мире. Но вот есть ли электроды в продаже здесь, изготовленные таким способом - вероятно нет. Потому что ЗЛОЕБУЧИЙ СТАНДАРТ.

PPS. Не спрашивайте, как жизнь заставила это узнать. Если кратко, проектанты пидарасы не хотели защищать важный для меня объект от молнии как годится. При том что у него металлическая кровля планировалась взамен шифера, и лишь вопрос времени когда по ней ебанёт как следует, да с пожаром. Через обращение в соответствующее ведомство пидарасы попустились.

Читайте также: