Jednym z najważniejszych powodów obliczania uziemienia i instalacji jest to, że chroni ludzi i urządzenia w domu przed przepięciem. Jeśli nagle w dom uderzy piorun lub z jakiegoś powodu nastąpi przepięcie w sieci, ale jednocześnie system elektryczny jest uziemiony, cały ten nadmiar prądu trafi do ziemi, w przeciwnym razie nastąpi eksplozja, która może wszystko zniszczyć na swojej drodze.
Elektryczny sprzęt ochronny
Wzrost zużycia energii elektrycznej we wszystkich dziedzinach życia, w domu iw pracy, wymaga jasnych zasad bezpieczeństwa życia ludzkiego. Liczne krajowe i międzynarodowe normy regulują wymagania dotyczące budowy systemów elektrycznych, aby zapewnić bezpieczeństwo ludzi, zwierząt i mienia podczas korzystania z urządzeń elektrycznych.
Sprzęt ochrony elektrycznej instalowany podczas budowy budynków mieszkalnych i publicznych musi być regularnie sprawdzany, aby zapewnić niezawodne działanie przez wiele lat. Naruszenie zasad bezpieczeństwa w instalacjach elektrycznych może mieć negatywne konsekwencje: zagrożenie życia ludzi, zniszczenie mienia lubzniszczenie przewodów.
Przepisy bezpieczeństwa określają następujące górne limity bezpiecznego kontaktu ludzi z powierzchniami pod napięciem: 36 VAC w suchych budynkach i 12 VAC w mokrych pomieszczeniach.
System uziemiający
Uziemienie jest absolutnie niezbędnym wyposażeniem technicznym każdego budynku, dlatego jest to pierwszy element instalacji elektrycznej instalowany w nowym obiekcie. Termin uziemienie jest używany w elektrotechnice do celowego łączenia elementów elektrycznych z ziemią.
Uziemienie ochronne chroni ludzi przed porażeniem prądem podczas dotykania sprzętu elektrycznego w przypadku awarii. Maszty, ogrodzenia, media, takie jak rury wodociągowe lub gazociągi, muszą być połączone kablem ochronnym poprzez podłączenie do terminala lub listwy uziemiającej.
Problemy ochrony funkcjonalnej
Uziemienie funkcjonalne nie zapewnia bezpieczeństwa, jak sugeruje nazwa, zamiast tego zapewnia nieprzerwane działanie systemów i sprzętu elektrycznego. Uziemienie funkcjonalne rozprasza prądy i źródła zakłóceń do adapterów testowych, anten i innych urządzeń odbierających fale radiowe.
Wyznaczają wspólne potencjały odniesienia między sprzętem elektrycznym i urządzeniami, a tym samym zapobiegają różnym awariom w domach prywatnych, takim jak migotanie telewizora lub światła. Uziemienie funkcjonalne nigdy nie może wykonywać zadań ochronnych.
Wszystkie wymagania dotyczące ochrony przed porażeniem elektrycznym można znaleźć w normach krajowych. Ustanowienie uziemienia ochronnego jest niezbędne i dlatego zawsze ma pierwszeństwo przed funkcjonalnością.
Maksymalna odporność urządzeń ochronnych
W systemie, który jest bezpieczny dla ludzi, urządzenia ochronne muszą działać, gdy tylko napięcie zwarcia w systemie osiągnie wartość, która może być dla nich niebezpieczna. Aby obliczyć ten parametr, możesz użyć powyższych danych granicznych napięcia, wybierz wartość średnią U=25 VAC.
Wyłączniki różnicowoprądowe instalowane w obszarach mieszkalnych zwykle nie wyzwalają się do ziemi, dopóki prąd zwarciowy nie osiągnie 500 mA. Dlatego zgodnie z prawem Ohma, przy U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 omów. Dlatego, aby odpowiednio chronić bezpieczeństwo ludzi i mienia, uziemienie musi mieć rezystancję mniejszą niż 50 omów lub R uziemienie<50.
Współczynniki niezawodności elektrod
Zgodnie z normami państwowymi, następujące elementy można uznać za elektrody:
- wstawione pionowo stalowe pale lub rury;
- poziomo ułożone stalowe taśmy lub druty;
- wpuszczane płytki metalowe;
- metalowe pierścienie umieszczone wokół fundamentów lub osadzone w fundamentach.
Rury wodociągowe i inne podziemne stalowe sieci inżynieryjne (jeśli istnieje umowa z właścicielami).
Niezawodne uziemienie o rezystancji poniżej 50 omów zależy od trzech czynników:
- Widok lądu.
- Rodzaj i odporność gleby.
- Rezystancja linii uziemienia.
Obliczenia urządzenia uziemiającego muszą rozpocząć się od określenia rezystywności gruntu. To zależy od kształtu elektrod. Rezystywność ziemi r (grecka litera Rho) jest wyrażona w omomierzach. Odpowiada to teoretycznej rezystancji 1 m cylindra uziemiającego2, którego przekrój i wysokość wynoszą 1 m. wzrasta). Przykłady rezystywności gleby w Ohm-m:
- gleba bagienna od 1 do 30;
- gleba lessowa od 20 do 100;
- humus od 10 do 150;
- piasek kwarcowy od 200 do 3000;
- miękki wapień od 1500 do 3000;
- trawiasta gleba od 100 do 300;
- Kraina skalista bez roślinności - 5.
Instalacja urządzenia uziemiającego
Pętla uziemienia jest zamontowana na konstrukcji składającej się ze stalowych elektrod i pasków łączących. Po zanurzeniu w ziemi urządzenie łączy się z domowym panelem elektrycznym za pomocą drutu lub podobnej metalowej taśmy. Wilgotność gleby wpływa na poziom ułożenia konstrukcji.
Istnieje odwrotna zależność między długością pręta zbrojeniowego a poziomem wód gruntowych. Maksymalna odległość od placu budowy waha się od 1 m do 10 m. Elektrody do obliczeń uziemienia powinny wejść w ziemię poniżej linii zamarzania gleby. W przypadku domków obwód jest montowany za pomocą wyrobów metalowych: rur, gładkiego wzmocnienia, kątownika stalowego, belki dwuteowej.
Ich kształt musi być dostosowany do głębokiego wejścia w ziemię, powierzchnia przekroju zbrojenia jest większa niż 1,5 cm2. Zbrojenie układane jest w rzędzie lub w postaci o różnych kształtach, które bezpośrednio zależą od faktycznego położenia terenu i możliwości zamontowania zabezpieczenia. Schemat wokół obwodu obiektu jest często używany, jednak trójkątny model uziemienia jest nadal najbardziej powszechny.
Pomimo faktu, że system ochronny można wykonać niezależnie przy użyciu dostępnych materiałów, wielu producentów domów kupuje zestawy fabryczne. Chociaż nie są tanie, są łatwe w montażu i trwałe w użytkowaniu. Zazwyczaj taki zestaw składa się z elektrod miedzianych o długości 1 m, wyposażonych w gwintowane przyłącze do montażu.
Całkowite obliczenia smugi
Nie ma ogólnej zasady obliczania dokładnej liczby otworów i wymiarów listwy uziemiającej, ale odprowadzanie prądu upływowego jest zdecydowanie zależne od pola przekroju materiału, a więc dla dowolnego sprzętu, rozmiar paska uziemienia jest obliczany na podstawie prądu, który będzie niesiony przez ten pasek.
Aby obliczyć pętlę uziemienia, najpierw obliczany jest prąd upływu i określany jest rozmiar paska.
W przypadku większości urządzeń elektrycznych, takich jak transformator,generatora diesla itp., rozmiar neutralnej listwy uziemiającej musi być taki, aby mógł wytrzymać prąd neutralny tego sprzętu.
Na przykład dla transformatora 100kVA całkowity prąd obciążenia wynosi około 140A.
Podłączony pasek musi być w stanie przenosić co najmniej 70A (prąd neutralny), co oznacza, że pasek 25x3mm jest wystarczający do przenoszenia prądu.
Do uziemienia obudowy używany jest mniejszy pasek, który może przenosić prąd 35 A, pod warunkiem, że dla każdego obiektu zostaną użyte 2 dołki uziemiające jako zabezpieczenie rezerwowe. Jeśli jeden pasek stanie się bezużyteczny z powodu korozji, która przerywa integralność obwodu, prąd upływu przepływa przez drugi system, zapewniając ochronę.
Obliczanie liczby rur ochronnych
Rezystancja uziemienia pojedynczego pręta elektrody lub rury jest obliczana zgodnie z:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Gdzie:
ρ=Rezystancja uziemienia (omomierz), L=Długość elektrody (w metrach), D=Średnica elektrody (w metrach).
Obliczanie podłoża (przykład):
Oblicz rezystancję pręta izolującego grunt. Ma długość 4 metrów i średnicę 12,2 mm, ciężar właściwy 500 omów.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
Rezystancję uziemienia pojedynczej elektrody prętowej lub rurowej oblicza się w następujący sposób:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))
Gdzie:
ρ=Rezystancja uziemienia (omomierz), L=Długość elektrody (cm), D=Średnica elektrody (cm).
Definicjakonstrukcja uziemiająca
Obliczenie uziemienia instalacji elektrycznej rozpoczyna się od określenia ilości rur uziemiających o średnicy 100 mm i długości 3 metrów. System ma prąd zwarciowy 50 KA przez 1 sekundę i rezystancję uziemienia 72,44 oma.
Gęstość prądu na powierzchni uziomu:
Mak. dopuszczalna gęstość prądu I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
Mak. dopuszczalna gęstość prądu=7,57 × 1000 / (√72,44X1)=889,419 A / m2
Powierzchnia jednej średnicy wynosi 100 mm. 3m rury=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
Mak. prąd rozpraszany przez jedną rurę uziemiającą=gęstość prądu x powierzchnia elektrody.
Maks. prąd rozpraszany przez jedną rurkę uziemiającą=889,419x 0,942=838A, Liczba wymaganej rury uziemiającej=Prąd usterki / Maks.
Liczba wymaganych rur uziemiających=50000/838=60 sztuk.
Rezystancja rury uziemiającej (izolowanej) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Rezystancja rury uziemiającej (izolowanej) R=100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300/10))=7,99 Ω / Rura
Całkowita rezystancja 60 kawałków uziemienia=7,99 / 60=0,133 Ohm.
Rezystancja taśmy uziemiającej
Rezystancja taśmy uziemiającej (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / wt))
Przykład obliczania uziemienia pętli podano poniżej.
Oblicz pas o szerokości 12 mm i długości 2200 metrów,zakopany w ziemi na głębokości 200 mm, rezystywność gruntu wynosi 72,44 oma.
Rezystancja uziemienia (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 /.2x.012))=0,050 Ω
Z powyższej całkowitej rezystancji 60 sztuk rurek uziemiających (Rp)=0,133 oma. A to z powodu szorstkiego pasa gruntu. Tutaj rezystancja uziemienia netto=(RpxRe) / (Rp + Re)
Rezystancja sieci=(0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05)=0,036 Ohm
Impedancja uziemienia i liczba elektrod na grupę (połączenie równoległe). W przypadkach, gdy jedna elektroda jest niewystarczająca do zapewnienia wymaganej rezystancji uziemienia, należy użyć więcej niż jednej elektrody. Odległość elektrod powinna wynosić około 4 m. Łączna rezystancja elektrod równoległych jest złożoną funkcją kilku czynników, takich jak liczba i konfiguracja elektrody. Całkowita rezystancja grupy elektrod w różnych konfiguracjach wg:
Ra=R (1 + λa / n), gdzie a=ρ / 2X3,14xRxS
Gdzie: S=Odległość między regulowanym trzpieniem (metr).
λ=Współczynnik pokazany w poniższej tabeli.
n=Liczba elektrod.
ρ=Rezystancja uziemienia (omomierz).
R=Rezystancja pojedynczego pręta w izolacji (Ω).
| Współczynniki dla elektrod równoległych w linii | |
| Liczba elektrod (n) | Współczynnik (λ) |
| 2 | 1, 0 |
| 3 | 1, 66 |
| 4 | 2, 15 |
| 5 | 2, 54 |
| 6 | 2, 87 |
| 7 | 3.15 |
| 8 | 3, 39 |
| 9 | 3, 61 |
| 10 | 3, 8 |
Aby obliczyć uziemienie elektrod rozmieszczonych równomiernie wokół pustego kwadratu, takiego jak obwód budynku, stosuje się powyższe równania z wartością λ zaczerpniętą z poniższej tabeli. Dla trzech prętów znajdujących się w trójkącie równobocznym lub w formacji L, wartość λ=1, 66
| Współczynniki dla pustych elektrod kwadratowych | |
| Liczba elektrod (n) | Współczynnik (λ) |
| 2 | 2, 71 |
| 3 | 4, 51 |
| 4 | 5, 48 |
| 5 | 6, 13 |
| 6 | 6, 63 |
| 7 | 7, 03 |
| 8 | 7, 36 |
| 9 | 7, 65 |
| 10 | 7, 9 |
| 12 | 8, 3 |
| 14 | 8, 6 |
| 16 | 8, 9 |
| 18 | 9, 2 |
| 20 | 9, 4 |
Obliczenie uziemienia ochronnego pętli dla pustych kwadratów odbywa się według wzoru na całkowitą liczbę elektrod (N)=(4n-1). Ogólna zasada jest taka, że równoległe pręty powinny być rozmieszczone co najmniej dwa razy dłużej, aby w pełni wykorzystać dodatkowe elektrody.
Jeżeli odległość między elektrodami jest znacznie większa niż ich długość i tylko kilka elektrod jest połączonych równolegle, wynikową rezystancję uziemienia można obliczyć przy użyciu zwykłego równania rezystancji. W praktyce efektywna rezystancja uziemienia będzie zwykle wyższa niż obliczona.
Zazwyczaj układ 4-elektrodowy może zapewnić 2,5-3-krotną poprawę.
Układ 8 elektrod zwykle daje poprawę około 5-6 razy. Rezystancja pierwotnego pręta uziemiającego zostanie zmniejszona o 40% dla drugiej linii, 60% dla trzeciej linii, 66% dla czwartej.
Przykład obliczania elektrod
Obliczanie całkowitej rezystancji pręta uziemiającego 200 jednostek równolegle, w odstępach 4m, jeśli są one połączone w kwadracie. Pręt uziemiający to 4metrów i średnicy 12,2 mm, rezystancja powierzchniowa 500 omów. Najpierw obliczana jest rezystancja pojedynczego pręta uziemiającego: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 omów.
Następnie całkowita rezystancja uziomu w ilości 200 jednostek równolegle: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0,146 Ra (linia równoległa)=136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200)=1,67 Ohm.
Jeśli pręt uziemiający jest podłączony do pustego obszaru 200=(4N-1), Ra (na pustym kwadracie)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146/200)=1, 61 Ohm.
Kalkulator gruntu
Jak widać, obliczenie uziemienia jest bardzo złożonym procesem, wykorzystuje wiele czynników i złożone wzory empiryczne, które są dostępne tylko dla przeszkolonych inżynierów ze złożonymi systemami oprogramowania.
Użytkownik może wykonać tylko przybliżone obliczenia, korzystając z usług online, na przykład Allcalc. Aby uzyskać dokładniejsze obliczenia, nadal musisz skontaktować się z organizacją projektową.
Kalkulator online Allcalc pomoże Ci szybko i dokładnie obliczyć uziemienie ochronne w glebie dwuwarstwowej składającej się z gruntu pionowego.
Obliczanie parametrów systemu:
- Górna warstwa gleby to silnie nawilżony piasek.
- Współczynnik klimatyczny- 1.
- Dolna warstwa gleby to silnie nawilżony piasek.
- Liczba uziemień pionowych - 1.
- Górna głębokość gleby H (m) - 1.
- Długość przekroju pionowego, L1 (m) - 5.
- Głębokość sekcji poziomej h2 (m)- 0.7.
- Długość listwy przyłączeniowej, L3 (m) - 1.
- Średnica przekroju pionowego, D (m) - 0,025.
- Szerokość półki o przekroju poziomym, b (m) - 0,04.
- Elektryczna rezystancja gruntu (om/m) - 61.755.
- Rezystancja jednego odcinka pionowego (Ohm) - 12.589.
- Długość odcinka poziomego (m) - 1.0000.
Pozioma rezystancja uziemienia (Ohm) - 202.07.
Obliczanie rezystancji uziemienia ochronnego zostało zakończone. Całkowita odporność na propagację prądu elektrycznego (Ohm) - 11.850.
Uziemienie zapewnia wspólny punkt odniesienia dla wielu źródeł napięcia w systemie elektrycznym. Jednym z powodów, dla których uziemienie pomaga zapewnić ludziom bezpieczeństwo, jest to, że ziemia jest największym przewodnikiem na świecie, a nadmiar energii elektrycznej zawsze podąża drogą najmniejszego oporu. Uziemiając system elektryczny w domu, osoba pozwala, aby prąd przedostał się do ziemi, co ratuje jego życie i życie innych.
Bez prawidłowo uziemionego systemu elektrycznego w domu, użytkownik ryzykuje nie tylko sprzęt AGD, ale także swoje życie. Dlatego w każdym domu konieczne jest nie tylko stworzenie sieci uziemiającej, ale także coroczne monitorowanie jej działania za pomocą specjalnych przyrządów pomiarowych.
