Заземление зданий. Расчет системы заземления

Цвет провода заземления — желтый с салатовой полосой. Каждый, кто самостоятельно монтировал хоть раз проводку, задавался вопросом: «А зачем, собственно, он нужен?». Так ли важно усложнять конструкцию и нести лишние расходы? С какой целью делается заземление зданий? А если оно, заземление, действительно необходимо, то как смонтировать эту систему правильно, чтобы она выполняла свои функции?

Для чего нужно заземление зданий

Наши далекие предки сталкивались только с проявлениями атмосферного электричества. Но уже тогда люди знали, насколько опасными могут быть разряды молнии и называли их «гневом богов». Раскопки археологов показали, что уже в те далекие времена люди понимали некоторые принципы действия атмосферного электричества и пытались создавать примитивные системы защиты.  Эти находки представляли собой длинные медные прутья, возвышающиеся над зданиями, противоположным концом погруженные в грунт.

Однако с развитием человеческого общества, технологий, электричество прочно вошло в наш быт. И тут же остро встал вопрос о защите человека от поражающих факторов электрического тока, но на этот раз не атмосферного, а «домашнего», сгенерированного машинами, построенными самим же человеком. Решение оказалось лежащим на поверхности.

Действительно, заземление зданий — практически точная копия конструкции громоотвода. Из опасной зоны ток отводится в землю с помощью фидера — металлического стержня, проволоки, кабеля.

С помощью заземления защищают электрические агрегаты, домашние сети, бытовую и промышленную технику. В случаях, когда на объектах электроснабжения случается пожар, насосы пожарных автомобилей и даже ручные стволы (брандспойты), которыми пожарные бойцы тушат пожар, должны быть заземлены с помощью специальных устройств.

Принцип действия системы заземления

Принцип действия системы заземления чрезвычайно прост. В чем состоит поражающая (разрушающая) сила электрического тока? Все начинается с того, что в одном месте при создании особых условий, накапливается очень большое количество отрицательно заряженных частиц — электронов. Но так как все в природе стремится к равновесию, то этот избыток частиц устремляется туда, где их недостаточно. Звучит не очень пугающе, но когда поток электронов мчится к земле от наэлектризованных облаков, они, эти крошечные частицы, умудряются нагревать слои атмосферы до миллиона градусов по Цельсию.

Изобретатели научились пускать этот поток в мирное русло — по электрическим проводам. Проходя через проволоку, электроны заставляют её нагреваться и иногда от перегрева она, проволока, начинает ярко светиться. Поток электронов создает и электромагнитное поле, приводящее в движение роторы мощных моторов.

Но машины иногда выходят из строя и поток электронов, прокладывают свой путь через любой предмет, проводящий электрический ток, иногда подобным проводником становится и тело человека. Таким образом, заземление зданий предназначено для предоставления заряженным частицам, электронам, образно говоря, альтернативного пути — более удобной, с меньшим сопротивлением, дороги к выходу. В результате, большая часть электронов проходит по защитному контуру заземления и уменьшает силу тока, направленного на человеческое тело.

Установка и правильный расчет заземления, молниезащиты — необходимое условие безопасности проживающих в доме.

Заземление зданий. Требования

Если расчет заземления частного дома, как и решение о необходимости его монтажа, полностью лежит на совести владельца, то о производственных зданиях и помещениях, многоквартирных жилых домах этого не скажешь. Так, согласно существующим правилам устройства электроустановок, наличие и характеристики системы заземления зависят не только от напряжения, под которым работают машины, но также и от микроклимата внутри конкретных помещений здания.

Расчет заземления электрооборудования производится на стадии проектирования. Согласно ГОСТ 12.1.030-81, в помещениях, где пользуются переменным током с напряжением 380 В и выше или постоянным более 440 В, устройство заземления или зануления обязательно во всех случаях. При напряжении от 42 В до 380 В переменного тока или от 110 В до 440 В постоянного тока заземление устраивается в случае, если работа в помещении сопряжена с условиями повышенной опасности или особо опасными по ГОСТ 12.1.013-78.

Обязательному заземлению подлежат и электроустановки, расположенные под открытым небом.

Машины, работающие от электрической сети с напряжением, менее указанных величин, должны быть заземлены только в помещениях с большой влажностью или на производствах, где есть опасность образования газовоздушных или газопылевых взрывоопасных смесей.

Расчет системы заземления

Методика сводится к расчету количества стержней, необходимых для достижения заданных параметров заземления. Для того чтобы сделать подобный расчет, необходимо знать сопротивление одного стержня. Это сопротивление можно измерить или рассчитать.

Замер производится методом, показанным на рисунке ниже.

Сопротивление стержня определяют по формуле R = U / I, где:

• U — напряжение, измеренное вольтметром, В;
• I — сила тока, измеренная амперметром, А.

Расчет заземления можно сделать и без замеров, для этого можно воспользоваться достаточно сложной формулой, но универсальной для любых вертикальных заземлителей.

Для расчета с помощью этой формулы необходимы следующие исходные данные:

• ρ-экв — эквивалентное удельное сопротивление почвы, Ом×м;
• L — длина стержня, м;
• d — диаметр стержня, м;
• Т — расстояние от поверхности грунта до середины заземлителя (геометрическая середина стержня), м.

Таблица 1. Эквивалентное удельное сопротивление почвы – значения, нормированные для известных видов почв.

В таблице: Ψ₁— очень влажный грунт, Ψ₂ – грунт средней влажности, Ψ₃ – сухой грунт.

После того, как стало известно сопротивление одного вертикального стержня, можно рассчитать их необходимое количество, без учета сопротивления горизонтального заземления:

где:

• Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющих устройств, Ом;
• Ψ — сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта, для средней полосы Российской Федерации, может приниматься как 1,7.

Таблица 2. Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (согласно ПТЭЭП), в формуле выше обозначено как Rн.

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:

где:

• Т – расстояние от поверхности земли до геометрической середины заземлителя, м.;
• L – длина заземлителя, м;
• t — минимальное заглубление заземлителя (глубина траншеи), принимается равным 0.7 м.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

где:

• L_г, b – длина и ширина заземлителя;
• Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя;
• η_г – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 3).

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

 — в ряд; — по контуру,

где а – расстояние между заземляющими стержнями.

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

где η_в – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица).

Таблица 3. Коэффициент использования заземлителей.

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего

Пример расчета

Расчет заземления электрооборудования. Пример — частный дом, используется однофазная электрическая сеть, требуемое сопротивление растеканию не выше 4 Ом. Место расположения — черноземье: эквивалентное удельное сопротивление грунта равно 50 Ом м. Для оборудования системы заземления используются стальные трубы длиной 160 см, диаметром 32 мм.

Расчет одного заземлителя:

Зная сопротивление растеканию, одного заземлителя, нетрудно рассчитать необходимое их количество:

Ответ: 11 заземлителей.

Советы

Сухой грунт — плохой проводник электрического тока, поэтому на песчаных почвах чем глубже забиты заземляющие стержни, тем лучше.

Находясь постоянно во влажной почве, конструкция из тонкого металла очень быстро разрушится в результате коррозии и перестанет выполнять возложенные на нее функции. Поэтому, во влажных грунтах, заземляющие стержни должны быть выполнены из достаточно толстых прокатных материалов.

На фото: заземляющий контур здания выполнен из стальной полосы.

Отличным заземлением может послужить водоносная скважина, если обсадочная труба выполнена из металла.

Если крыша дома выполнена из металлочерепицы (профнастила), ее в обязательном порядке заземляют. Подобная конструкция будет прекрасной молниезащитой здания.

Готовый молниеотвод можно получить, заземлив металлическую мачту телевизионной антенны, если таковая имеется.

Заземление зданий промышленных объектов

Расчет заземления электроподстанции просто необходим, на её территории находится большое количество оборудования, работающего с большим напряжением. Поэтому, практически все оборудование подстанции (трансформаторы, электрические щиты, железобетонные и железные опоры машин, муфты кабелей, кожухи кабельных каналов и размыкателей) заземляется в обязательном порядке.

Сопротивление растекания тока на рассматриваемых объектах не должно превышать 0,5 Ома. Для достижения заданной цифры при устройстве оборудования подстанций по максимуму пользуются естественными заземлителями, такими как трубопроводы подземных кабельных каналов, металлическими опорами электропередач и поддерживают их тросами.

Сопротивление подобных систем рассчитывается по формуле:

где:

• R тр — сопротивление троса одной опоры ЛЭП, Ом;
• R оп — сопротивление растеканию тока самой опоры, Ом.

Заземление зданий цехов промышленного предприятия производится в зависимости от наличия и количества установленного в нем оборудования. Сам алгоритм расчета ничем не отличается от рассмотренного выше примера. По рассматриваемой схеме производится и расчет заземления электрических кабелей.

Произвести необходимые расчеты и составить полный пакет документации по заземлению здания Вам помогут квалифицированные специалисты нашей компании.

Как заказать услугу?

Заказать услугу, рассчитать стоимость работ или уточнить дополнительную информацию вы можете:

оставив заявку на сайте, через форму обратной связи «Заказать звонок»,

позвонив нам по контактному телефону 8 (495) 669 31 74 

или же написать нам на почту: info@bta.ru

Будем рады ответить на все интересующие вопросы!