Как провести расчет заземления — бытовые случаи, необходимые для устройства эффективной защиты

Вопрос заземления бытовой электротехники большинству обывателей кажется второстепенным и необязательным, ведь не так давно в электропроводке домов даже не предусматривалась прокладка заземляющего провода. В наше время количество бытовых электроприборов в каждой семье значительно возросло, увеличилось их энергопотребление, значит, возросла нагрузка на электросеть. Игнорировать очевидное было бы верхом безответственности, поэтому современные требования электробезопасности регламентируют нормы, согласно которым защитному заземлению подлежат все бытовые электроприборы мощностью более 1,3 кВт. Таким образом, если даже заземление не предусмотрено изначально, то оно должно быть обустроено собственными силами, что, прежде всего, предусматривает расчет заземления. Каждому, кто столкнулся с подобной проблемой важно понимать суть происходящего, ведь если расчет заземления онлайн выполнит программа на компьютере, то понимания основных принципов электротехники простому пользователю этот расчет не прибавит. Ответственному за жизнь и здоровье своих близких пользователю, несомненно, будет полезна нижеизложенная информация. Она поможет утвердиться в необходимости обустройства заземления, что в конечном итоге, позволит избежать неприятных и опасных моментов во время эксплуатации электроприборов в быту. Рассмотрим необходимые формулы расчетов, постараемся разобраться в специфике вопроса наиболее подробно.

В процессе работы электрических устройств на их токопроводящем корпусе появляется напряжение, обусловленное прохождением тока по обмоткам трансформаторов или электродвигателей. Даже если корпус не имеет прямого подключения к силовой линии, на нем образуется напряжение, вызванное электромагнитным полем от таких токов. Чтобы отвести напряжение с корпуса электроприбора, его необходимо соединить с землей, то есть заземлить.

Рассмотрим, компьютерный расчет заземления — пример работы программы Elcut.

Пример работы программы

Как видите, расчет заземления программа выполняет виртуозно, но прежде следует разобраться с особенностями работы программы.

Рассмотрим техническую целесообразность заземления на примере работы современных телевизоров и сетевых фильтров. В современных телевизорах есть устройства аварийного отключения при перенапряжении, для обеспечения его работы требуется заземление, в противном случае устройство не будет реагировать на превышение допустимых параметров напряжения, что станет причиной поломки дорогостоящего прибора. Сетевые фильтры для подключения компьютеров также требуют для эффективной работы устройства заземления, в противном случае фильтр будет работать как простой удлинитель.

Сетевой фильтр с заземляющими контактами для работы и заземления бытовой техники

Кроме технической необходимости заземления существует более важная задача — безопасность эксплуатации электроприборов. Для наглядности рассмотрим распространенную ситуацию: холодильник стоит рядом с батареей, прибор не заземлен должным образом и на корпусе возникло небольшое напряжение, около 50—100 В, взрослый человек прикоснувшись к корпусу, возможно, даже не почувствует какого-либо дискомфорта, но если к корпусу прибора прикоснется ребенок, одновременно прикоснувшись (случайно или намеренно) к батарее центрального отопления, то он окажется между заземленным проводником (батареей) и источником напряжения (холодильник) в результате электрическая цепь замкнется через тело ребенка. Прохождение тока через детский организм может привести к необратимым последствиям, поэтому к устройству защитного заземления необходимо относиться крайне серьезно.

В современных многоэтажках выполнение заземления не составит большого труда. Электропроводка в таких домах уже включает в себя заземляющий провод, проложенный параллельно с силовой линией. Для безопасной работы электроприборов достаточно будет установить и правильно подключить трехконтактную розетку.

Трехконтактная розетка, стрелками указаны контакты заземления

В тех домах, где заземление цепи розеток не было предусмотрено при строительстве, его можно сделать собственноручно, если щиток со счетчиками находится в подъезде на лестничной клетке. В таком щитке заземляющий провод или ноль (в зависимости от схемы электропитания дома — четырех или пятипроводной) подсоединен к металлическому корпусу щитка, для подключения к нему необходимо найти лишь свободную клемму на корпусе. При этом должно соблюдаться правило — каждый заземляющий провод должен подсоединяться отдельным винтом.

А вот устроить, таким образом, заземление или зануление в старой «хрущевке» навряд ли получится, использование рабочего нулевого провода с целью зануления запрещено, для этого необходим отдельный заземлитель. В качестве заземлителей могут использоваться естественные токопроводящие конструкции, имеющие непосредственный контакт с землей и специально созданные устройства, именуемые искусственными заземлителями. Естественными заземлителями могут служить: арматура фундамента, водопроводные трубы (кроме системы отопления), наружная металлическая оболочка бронированных кабелей (кроме алюминиевой). Искусственные заземляющие устройства бывают вертикальные и горизонтальные. То есть производиться в в виде вбитых в грунт металлических стержней, соединенных между собой сварным способом проводящей полосой, или в виде металлических электродов проложенных в земле горизонтально, ниже уровня промерзания грунта.

Расчет сопротивления заземления

Для устройства эффективного заземления необходимо произвести предварительные расчеты, главным числовым параметром заземляющего контура является его сопротивление, современные правила устройства электроустановок регламентируют его значение не более 8 Ом в сети с напряжением 220 В и 4 Ом при напряжении 380 В. Данные параметры сопротивления контура должны соблюдаться во все времена года. Естественно, что при меньшем напряжении допустимо большее значение сопротивления, так как задачей заземления является обеспечение безопасности людей при соприкосновении с корпусом электроустановки в случае попадания на него фазного напряжения.

При меньшем сопротивлении заземления на корпусе прибора окажется меньшая часть электрического потенциала. Измерение сопротивления заземлителя производится специальными измерителями.

Измеритель сопротивления заземления

Расчет контура заземления

Расчет контура заземления производится на основе измерения удельного сопротивления грунта, это характеристика, определяющая уровень электрической проводимости земли. Удельное сопротивление грунта зависит от его плотности, химического и механического состава, температуры и влажности. Из этого видно, что данный показатель будет существенно отличаться при разных погодных условиях и в разное время года, поэтому для расчетов берутся наибольшие сезонные показатели удельного сопротивления.

Удельное сопротивление грунтов

Расчет сопротивления вертикального одиночного заземлителя производится по формуле:

где:

R₁ — рассчитываемое сопротивление одиночного стержня (Ом)

∏ — константа (3,141592)

ρ — удельное сопротивление грунта (Ом∙м)

L — длина стержня заземлителя (м)

ln — натуральный логарифм

T — расстояние от середины стержня до поверхности земли (м)

d — диаметр стержня (м)

Для расчета сопротивления заземлителя состоящего из нескольких одинаковых стержней и находящихся на одной глубине используется следующая формула:

где:

R — рассчитываемое сопротивление заземлителя состоящего из нескольких стержней

R₁ — сопротивление одиночного стержня (Ом)

K₁ — коэффициент взаимного влияния электродов

N — количество стержней в заземлителе

Коэффициент взаимного влияния электродов зависит от расстояния между электродами, помните, что оно не должно быть меньшим их длины. Оптимальным считается расстояние, равное 2,2 длины стержней. Соединение стержней в многоэлектродном заземлителе производят металлической полосой сечением 150 мм2.

Как видно из вышеприведенных формул, общее сопротивление заземлителя зависит от удельного сопротивления грунта и длины электродов, т. е. чем больше электрическое сопротивление грунта, тем длиннее должны быть электроды в заземлителе. Если характер грунтов не позволяет вбить длинные электроды, их необходимо использовать в большем количестве, а в сильно каменистых скальных породах, быть может, придется применить горизонтальные или электролитические заземлители