Защитное заземление - расчет контура и сопротивления

• Примеры, свидетельствующие о необходимости заземления
• Правильные расчеты сопротивления заземляющего устройства
• Расчет заземляющего контура
• Видео: «Экранирование. Земляные контуры.»

Для большинства обывателей вопрос следует ли заземлять бытовую электротехнику, кажется несущественным и необязательным. Разве что к разряду приборов, подлежащих обязательному заземлению, они относят сверхмощные изделия и устройства. Такое пренебрежительное отношение к одному из основных законов электротехники и, соответственно, пожарной безопасности заложены в сознание человека теми еще недалекими временами, когда в электропроводке для обустройства электрической осветительной системы в жилом доме даже не предусматривался монтаж заземляющего провода.

Однако сегодня в современной квартире значительно возросло количество бытовых электроприборов, в том числе большой мощности, и, соответственно, возросло их энергопотребление, а значит, увеличилась нагрузка на электрическую сеть.

Это следует понимать так, что если даже заземление отсутствовало изначально, его необходимо обустроить своими силами (или с помощью соответствующих специалистов). Естественно, непосредственно работе предшествуют расчеты заземления. Всем, кто впервые сталкивается с необходимостью выполнения заземления, прежде всего, необходимо четко понять, зачем строят заземляющие спуски, какие факторы учитываются при расчетах и как это выполнить технически. Согласитесь, если получить исходные данные о заземлении посредством компьютерной программы, вам, как рядовому пользователю, не знакомому с основами электротехники, это практически не прибавит понимания.

Любому электротехническому устройству в процессе работы свойственно наличие напряжения на токопроводящем корпусе, что обусловлено прохождением тока по обмоткам трансформатора или электродвигателя. Даже если корпус не является частью общей электрической цепи, на нем в любом случае образуется напряжение, которое создает электромагнитное поле от токов, работающих внутри прибора. Для отвода напряжения с корпуса электрического прибора его надо соединить с землей, в прямом смысле этого слова, то есть, корпус прибора необходимо заземлить.
На примере расчета заземлений с помощью компьютерной программы Elcut рассмотрим, какие данные необходимо заложить в программу, чтобы она выдала исходные данные применительно к вашему случаю и условиям.

Примеры, свидетельствующие о необходимости заземления

Впоследствии вы сможете убедиться, что программа работает виртуозно и сбои практически исключены. Для того чтобы вы в совершенстве могли осмыслить выданные программой расчеты, необходимо разобраться с некоторыми тонкостями работы программы.

Почему и когда технически целесообразно обустраивать заземление наглядно видно на примере работы современного телевизора и сетевого фильтра. Телевизоры последних поколений оборудованы специальным устройством, отключающим телевизор в случае перенапряжения. Для срабатывания этой функции телевизор должен быть заземлен, в случае его отсутствия устройство при возникновении указанных аварийных ситуаций будет “молчать”, что приведет к поломке дорогостоящего прибора. Теперь сетевой фильтр подключения компьютера – он также работает при наличии заземления, а без него это просто удлинитель, на который вы в таком случае зря выбросили деньги.

Как видите, техническая необходимость заземления электроприборов обоснована. Однако кроме этого существует и более важная необходимость обустройства заземления – безопасная эксплуатация электроприборов. О том, насколько это существенно, видно из такого примера: незаземленный холодильник расположен рядом с отопительной батареей, на его корпусе возникло относительно небольшое напряжение порядка 50—100 вольт. Для взрослого человека это напряжение при случайном прикосновении будет почти не ощутимым. А вот если к прибору прикоснется ребенок и одновременно (случайно или непредумышленно) в это же время дотронется до батареи центрального отопления, которая обязательно заземлена, он окажется между заземлением (батарея) и напряжением (холодильник), то есть, своим организмом создаст электрическую цепь: корпус холодильника, находящийся под напряжением – организм человека – заземленная батарея. Неокрепший детский организм очень восприимчив к току даже в небольших величинах, при его прохождении через организм последствия могут быть очень серьезными и даже фатальными. Поэтому риторического вопроса быть или не быть заземлению, ответ однозначный – Люди! С помощью защитного заземления обезопасьте себя и своих близких от рисковых ситуаций.

Обустройство заземления в современных многоэтажных домах не требует значительных работ. Электрическая проводка в этих домах кроме рабочих электрических жил включает в себя также и заземляющий провод. И чтобы работа электроприборов была безопасной, достаточно будет того, что вы установите электрическую розетку с тремя контактами, один из которых как раз и предусмотрен для подключения заземляющего провода.

Что касается домов и квартир, в которых обустройство электрической системы было выполнено без заземляющего провода, его необходимо проложить. Для варианта, когда распределительный щиток с электрическими счетчиками находится на лестничной площадке, при котором заземляющий или нулевой провод (зависит от того, какая у дома схема электропитания – четырех или пятипроводная) подсоединяют к металлическому корпусу электрического щитка, необходимо только найти свободную клемму для подсоединения на корпус.

А вот таким же образом выполнить эту работу в старенькой хрущевке быстрее всего не получится, потому что использовать рабочий нулевой провод для заземления запрещено – для этого должен быть отдельный заземлитель. Выход один – использовать в качестве заземляющих устройств естественные элементы токопроводящих конструкций, имеющих надежный контакт с землей или специальные искусственные заземлители.

В качестве естественных заземлителей можно использовать арматуру фундамента, водопроводные трубы, исключая систему отопления, наружную металлическую оболочку бронированных кабелей (кроме алюминиевых кабелей).

Заземляющие устройства искусственного типа разделяются на вертикальные и горизонтальные: в одном случае это вбитые в грунт металлические стержни, соединенные между собой токопроводящей полосой, присоединенной к стержням сварным способом. В другом случае — металлические электроды, проложенные по горизонтальной схеме в земле. И располагать их необходимо обязательно ниже глубины промерзания грунта.

Правильные расчеты сопротивления заземляющего устройства

Эффективное заземление возможно только благодаря обоснованным предварительным расчетам, в которых основным изначальным параметром считается сопротивление заземляющего контура. Современными правилами электроустановок его значение не допускается больше 8 Ом для сети с напряжением 220 вольт и 4 Ом – при напряжении 380 вольт. Это требование к заземляющему устройству действует круглый год. Конечно, с уменьшением напряжения сети допускается увеличение сопротивления заземления контура до приемлемого значения, способного обеспечить безопасность людей, особенно детей, при соприкосновении с металлической поверхностью электроустановки в случае попадания на нее фазного напряжения. С уменьшением сопротивления заземления на корпусе электрического изделия, соответственно, будет оставаться меньшее напряжение.

Измеряют сопротивление заземления специальными измерительными приборами с высокой степенью точности.

Расчет заземляющего контура

Расчету контура заземления предшествует обработка и анализ грунта, в котором будет заложен контур заземления, потому что у каждой категории почвы свои показатели электрической проводимости. Удельное сопротивление почвы определяют на основе таких показателей:

• плотность грунта;
• химический и механический состав почвы;
• температурный режим;
• влажность.

Уже навскидку видно, что этот показатель в зависимости от погодных условий и времени года будет существенно меняться, поэтому при расчетах берутся за основу наивысшие сезонные характеристики удельного сопротивления.

При расчете сопротивления заземлителя вертикального одиночного типа применяют формулу:
где:

Расчет сопротивления заземлителя, который состоит из нескольких однотипных стержней, установленных на одной глубине, используют следующую формулу:


где:

Коэффициент воздействия электродов между собой зависит от расстояния между ними. Не допускайте, чтобы это расстояние было меньше их длины. Оптимальный вариант, когда оно равно 2,2 длины стержней. Соединяют стержни в заземлителе многоэлектродного типа металлической полосой с минимальным сечением 150 мм2.

Вышеперечисленные формулы показывают, что сопротивление заземляющего устройства зависит от того, какое сопротивление грунта и длина электродов, то есть с увеличением электрического сопротивления грунта необходимо увеличивать длину электродов в заземлителе. Если грунт тяжелый и не позволяет вбить электроды на нужную глубину, необходимо использовать большее количество электродов, а если устройство заземлителя выполняется в условиях скальных пород повышенной твердости, придется выполнять заземляющее устройство горизонтального типа или устраивать электролитические заземлители.

Видео: «Экранирование. Земляные контуры.»