Расчет защитного заземления произвести самостоятельно сможет только специалист, который знаком с законами электричества и имеет профессиональные навыки в данном ответственном деле. Надеемся, что информация, которая будет представлена ниже, поможет людям, не являющимся в данном вопросе профессионалами, а приведенные примеры вычислений ускорят правильные расчеты. 
Лет 20 назад в жилых домах/квартирах (особенно в сельской местности) никто не делал заземления электрической проводки: строители – электрики подводили в помещение только фазу и ноль. На промышленных объектах такого «безобразия» не было: расчет защитного заземления производился профессионально и в необходимом объеме. На промышленных предприятиях, там, где это было возможно, производили зануление электрического контура. При однофазной проводке для того, чтобы произвести «зануление» необходим третий провод (третья жила в кабеле).
Содержание
Необходимые сведения для самостоятельного расчета заземления
Фундаментальные требования, которых необходимо придерживаться при изготовлении заземляющих конструкций — это размеры металлических элементов.
В зависимости от применяемого материала (уголка, полосы, арматуры/прутка) минимальные показатели элементов должны быть не меньше:
- Полоса 12х4 – 4,8 см2;
- Уголок 4х4;
- Арматура/пруток – диаметр от 1,0 см;
- Труба (толщина стенки) – 3,5 мм.
Наименьшие размеры металлических элементов, из которых монтируются заземляющие контуры
- Длина заземляющего элемента должна быть не менее 1,5 – 2 м.
- Интервал между металлическими элементами контура берется из соотношения их метража, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.
В зависимости от имеющейся на участке площадки и возможности проведения монтажных работ, заземляющие элементы контура можно устанавливать любым способом: в ряд, или другим методом (треугольником, квадратом и т.п.).
Для точности вычислений необходимо знать удельные показатели сопротивляемости различных видов почвы и водной среды.
Таблица № 1
Показатели (приблизительные) удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом•м
| Наименование почвы/водной среды | Удельное сопротивление, Ом•м |
| Песок | 700 |
| Супесок | 300 |
| Суглинок | 100 |
| Глина | 40 |
| Почва на приусадебных участках | 40 |
| Глина (слой 7-10 м) или гравий | 70 |
| Мергель, известняк, крупный песок с валунами | 1000-2000 |
| Скальная порода | 2000-4000 |
| Чернозём | 20 |
| Торф | 20 |
| Вода в реках, протекающих по равнинам | 10-100 |
| Морская вода | 0,2-1 |
С какой целью необходимо произвести расчет защитного заземления
Расчет заземления производится для того, чтобы определить число металлических элементов, их рабочие характеристики, а также необходимый метраж полосы, которая их соединяет, для качественного производства заземляющего контура.
Пример расчета заземления
Сопротивление растекания тока одного вертикального металлического элемента определяется по формуле:
где – ρэкв — эквивалентное удельное сопротивление почвы, Ом•м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – интервал от поверхности почвы до середины металлического элемента контура, м.
Когда необходимо установить заземляющий контур в неоднородный грунт (двухслойный), равнозначное удельное сопротивление почвы вычисляется по формуле:
где – Ψ — сезонный климатический коэффициент; ρ1, ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя почвы соответственно, Ом•м (таблица 1); Н – толщина верхнего слоя почвы, м; t — заглубление вертикального металлического элемента заземляющей конструкции (наименьшая глубина траншеи) t = 0.7 м.
Сведения о допустимых значениях сопротивления заземляющей конструкции в электрических узлах (агрегатов) до и выше 1000 Вольт
| Наибольшие допустимые значения Rз, Ом | Характеристика электрических узлов (агрегатов) |
| Rз < 0,5 | Для электрических агрегатов рабочими характеристиками выше 1000 Вольт и расчётным током замыкания на грунт Iз < 500А |
| Rз = 250 / Iз < 10 | Для электрических устройств рабочими характеристиками выше 1000 Вольт и расчётным током замыкания на грунт Iз < 500А |
| Rз = 125 / Iз < 10 | При условии, что заземляющая конструкция является общим для злектрических агрегатов рабочим напряжением до и выше 1000 Вольт и расчётном токе замыкания на грунт Iз < 500 |
| Rз < 2 | В электрических устройствах рабочими характеристиками 660/380 Вольт |
| Rз < 4 | В электрических агрегатах рабочими характеристиками 380/220 Вольт |
| Rз < 8 | В электрических агрегатах рабочими характеристиками 220/127 Вольт |
Расчет зануления
Данные математические действия производятся для того, чтобы определить сечение нулевого провода, при котором 100% произойдет срабатывание максимальной токовой защиты. Предохранитель определяется рабочими характеристиками подключенной электроустановки (потребителя).
Пример расчета зануления
Порядок расчета примера такой.
- Вычисляется номинальный ток предохранителя, исходя из рабочих характеристик подключаемого электроагрегата — Jп.
- Вычисляется сопротивление фазного и нулевого проводов Rпров (R ф,Rн ):
- Рассчитывается полное сопротивление петли «фаза-нуль»:
- Вычисляется расчетный ток короткого замыкания с учетом полного сопротивления петли «фаза-нуль» Zп:
Rпров = пров (L/S), Ом
где:
пров — удельное сопротивление цветных металлов, Ом•м;
L и S — длина линии (м) и сечение проводов (мм2).
где Rф, Rн , Xп — активные сопротивления фазного и нулевого электропроводов, индуктивное сопротивление петли «фаза-нуль» соответственно.
Xп = Xф + Xн + Xп ‘,
где: Xп ‘- сопротивление взаимоиндукции между проводами, Ом.
где: µо – магнитная проницаемость воздуха, которая равна 4 •10-7 Гн/м;
L — длина линии, м;
d – интервал между проводами, м;
D – диаметр провода, мм.
Индуктивные сопротивления проводов из цветных металлов малы и эти показатели можно не учитывать во время производимых вычислений. В случае, когда нулевые провода прокладываются отдельно, принимается Xп = 0.6 l, при прокладке кабелем или в стальных трубах значение Xп можно не брать во внимание.
где: Zф.пр и Zн — сопротивление фазного и нулевого провода соответственно, Ом;
Zт — полное сопротивление трансформатора (таблица 2), Ом.
Т а б л и ц а 2
| Рабочие характеристики трансформатора, кВ•А | Схема соединения обмоток | Zт /3, Ом | Рабочие характеристики трансформатора, кВ•А | Схема соединения обмоток | Zт /3, Ом |
| 160 | «D»/YО | 0,055 | 560 | Y/YО | 0.0434 |
| 180 | Y/YО | 0,151 | 630 | «D»/ YО | 0.014 |
| 250 | «D»/YО | 0,0354 | 750 | Y/YО | 0,0364 |
| 320 | Y/YО | 0,0847 | 1000 | «D»/ YО | 0,009 |
| 400 | «D»/YО | 0,022 |
«D» — дельта
При общепринятом в электротехнике сечении нулевого провода в конце расчета должно соблюдаться условие
Jном < Jп < Jкз >3Jп < Jрасч ,
где: Jном , Jрасч — номинальный ток потребителя, ток петли «фаза-нуль», полученный по расчету.
Профессиональный расчет защитного заземления жилого/нежилого помещения избавит умного человека (ответственного за техническое состояние здания) и его сотрудников/знакомых/родственников от отрицательного воздействия электрического тока на них. Если у читателя нет возможности самостоятельно произвести нужные вычисления для осуществления качественной заземляющей конструкции, тогда необходимо обращаться к профессиональным электрикам.
Качественный расчет заземляющей конструкции – это не пример на бумаге решать, В таком деле нужны не только математические способности, но и профессиональные навыки, которые вырабатываются годами успешной профессиональной работы.