Большинство электроприборов не могут быть использованы без предварительного заземления. Эта процедура, состоящая из нескольких этапов, требует тщательной подготовки. В ходе такой подготовки необходимо провести расчёт заземляющего устройства, который поможет исключить ошибки в процессе выбора и установки заземляющей конструкции.
Необходимость заземления
Несмотря на всю важность, расчёт защитного заземления и его установка стали обязательными относительно недавно. Ещё несколько десятилетий назад при обеспечении электроэнергией деревянных жилых домов проводили только нулевой провод и фазу, в то время как на производствах с целью обеспечения безопасности уже использовали заземление и зануление оборудования. В основе этих процессов лежит понятие нейтрали.
Этим термином в электрике принято обозначать место схождения трёх фаз, соединённых звездой. Вместе с заземлением эта точка образует глухозаземлённую нейтраль трансформатора. Чтобы заземлить электроприборы, их нужно соединить с нейтралью посредством специально приваренной шины. Для зануления оборудования нейтраль требуется соединить с нулевой шиной.
Сегодня в жилых и общественных зданиях заземляют водопроводные, канализационные, газопроводные трубы, а также распределительные электрощитки. Защитное заземление создают путём соединения с землёй металлических, не проводящих ток конструкций, которые могут оказаться под напряжением. Оно является обязательным для сетей:
- Переменного тока — при напряжении от 380 В.
- Постоянного тока — при напряжении от 440 В.
В наружных установках и помещениях повышенной опасности заземляющие конструкции устанавливаются при напряжении выше 42 В для переменного тока и выше 110 В — для постоянного. Помещения, в которых существует риск возникновения взрыва, заземляются при любом уровне напряжения.
Виды заземляющих конструкций
Расчёт заземления следует проводить с учётом того, где оно будет располагаться. По месту расположения заземляющая конструкция может быть:
- Выносной. Заземлитель устанавливается за пределами площади, на которой находятся приборы, нуждающиеся в отведении электрического заряда.
- Контурной. Электроды размещаются по контуру площади с оборудованием, а также внутри неё.
Заземление приборов, находящихся в закрытых помещениях, осуществляется путём прокладывания специальных магистралей для укладки проводов. Если электрооборудование располагается на открытой местности, необходимости в оборудовании магистралей нет, корпусы приборов могут соединяться с заземлительным контуром напрямую с помощью кабеля.
В качестве основных деталей в контурах могут использоваться естественные и искусственные заземлители. К первому типу относятся:
металлические корпуса зданий, соединённые с землёй;- свинцовые оболочки кабелей, колодцев, скважин;
- подземные металлические коммуникации (кроме труб теплотрасс и магистралей для взрывчатых и горючих веществ).
Для отведения заряда от распределительных устройств и подстанций естественным путём обычно используются опоры отводящих воздушных линий электропередач. В качестве соединительных элементов в таких случаях выступают громозащитные тросы.
Когда возможность использования естественных элементов заземления отсутствует или они не дают нужного результата, их заменяют стержнями из угловой стали, стальными трубами или прутьями из стали.
Все заземлители искусственного типа должны иметь определённые размеры, которые следует учитывать, проводя расчёт контура заземления. В противном случае их использование не принесёт результата.
Расчёт сопротивления
Правильный расчёт защитного заземления заключается в точном определении сопротивления растекания тока (Rз), которое зависит от множества факторов (влажности и плотности грунта, количества солей, конструктивных особенностей заземлительного устройства, диаметра и глубины погружения подключённого провода и др.).
Работа заземлительного контура характеризуется шаговым напряжением и напряжением прикосновения. Чтобы эксплуатация электрического оборудования была безопасна для человека, эти параметры не должны превышать установленных значений.
Их снижение достигается путём уменьшения сопротивления растекания тока. Результатом такого снижения является уменьшение тока, проходящего сквозь тело человека при аварии.
В процессе расчёта заземления необходимо учитывать такой важный показатель, как удельное сопротивление грунта. Таблица ПУЭ позволяет узнать его для разных видов почвы:
- Песка с разным уровнем залегания подземных вод.
- Водонасыщенной супеси (пластинчатой и текучей).
- Пластичной и полутвёрдой глины.
- Суглинка.
Торфа.- Садовой земли.
- Чернозёма.
- Кокса.
- Гранита.
- Каменного угля.
- Мела.
- Глинистого мергеля.
- Пористого известняка.
Все представленные в таблице разновидности грунта отличаются разным уровнем влажности, которая также сказывается на конечном значении сопротивления растекания тока. Для его точного определения удельное сопротивление умножают на коэффициент сезонности. Эта цифра зависит от низшей температуры и способа расположения электродов (вертикального или горизонтального).
Помимо удельного сопротивления почвы (ρ), для подсчёта сопротивления растекания (Rз) необходимо знать длину электрода (l), диаметр прута (d) и глубину расположения средней точки заземлителя (h). Взаимосвязь этих величин отражается в формуле Rз = ρ/2πl∙ (ln (2l/d)+0.5ln ((4h+l)/(4h-l)).
Если основой заземлительной установки являются сваренные сверху вертикальные электроды (n), целесообразнее будет использовать формулу Rn = Rз/(n∙ Kисп), в которой буквами Kисп обозначается коэффициент использования электрода (с учётов влияния соседних). Его также легко найти в специальной таблице.
Независимо от выбранной формулы, при подсчёте защитного заземления следует принимать во внимание нормированное сопротивление заземлителя (для частного дома, источника тока или подстанции), размеры основных деталей конструкции и соединительных элементов, а также количество и метод соединения электродов (в ряд или в форме замкнутого контура).
Проводить расчёт заземлительного контура имеет смысл только в том случае, если в качестве заземлителей используются искусственные элементы. Формул для определения сопротивления естественных заземлителей не существует.
