Obliczanie uziemienia prywatnego domu, budynku, podstacji, sprzętu elektrycznego, ochrony odgromowej, kabli, warsztatów: GOST, przykład
Przewód uziemiający jest żółty z jasnozielonym paskiem. Każdy, kto choć raz zainstalował okablowanie w swoim domu, zastanawiał się: "Dlaczego tak naprawdę jest potrzebny?". Czy ważne jest, aby skomplikować projekt, ponieść dodatkowe koszty? Jaki jest cel uziemienia i jak go poprawnie zamontować, aby wykonywał przypisane zadania?
Na czym polega uziemienie ludzi?
Nie było innej elektryczności, poza atmosferą, w życiu naszych odległych przodków. A pierwsze systemy uziemiające służyły jedynie ochronie przed piorunem. Znaleziska, które można zaklasyfikować jako przewodniki piorunów, odkryte przez archeologów podczas wykopalisk w starożytnych osadach egipskich. Są to długie miedziane pręty, jeden koniec zanurzony w ziemi i górujący nad budynkami.
Istnieją dowody na to, że nawet trzeci Ramzes nakazał instalację masztów ozdobionych szlachetnymi metalami, aby chronić świątynie przed piorunem. Jednak po piorunochronu nie słychać było aż do XVIII wieku, kiedy stały się powszechne i opierały się na nauce.
Jednak wraz z rozwojem technologii opartych na wykorzystaniu energii elektrycznej, naukowcy skonfrontowali się z kwestią ochrony ludzi przed szkodliwymi czynnikami prądu elektrycznego, ale tym razem nie atmosferycznymi, ale "domowymi" generowanymi przez maszyny zbudowane przez tę samą osobę. Rozwiązanie okazało się być na powierzchni.
Rzeczywiście, uziemienie - prawie dokładna kopia projektu piorunochronu. Ze strefy niebezpiecznej prąd jest kierowany do ziemi za pomocą podajnika - metalowego pręta, drutu, kabla. Za pomocą uziemienia chronią urządzenia elektryczne, sieci domowe, urządzenia domowe i przemysłowe. W przypadku pożaru w obiektach zasilających pompy strażackie, a nawet podręczne lufy (węże pożarnicze) używane przez strażaków do gaszenia ognia są uziemione za pomocą specjalnych urządzeń.
Zasada ochronnego działania uziemienia
Zasada uziemienia jest niezwykle prosta. Co to jest szkodliwa (destrukcyjna) siła prąd elektryczny? Wszystko zaczyna się od faktu, że bardzo duża liczba ujemnie naładowanych cząstek - elektronów - gromadzi się w jednym miejscu podczas tworzenia warunków specjalnych. Ale ponieważ wszystko w naturze dąży do równowagi, ten nadmiar cząstek zmierza tam, gdzie jest ich niewiele. To nie brzmi zbyt przerażająco, ale kiedy strumień elektronów pędzi na ziemię z naelektryzowanych chmur, one, te maleńkie cząsteczki, rozgrzewają warstwy atmosfery do milionów stopni.
Wynalazcy nauczyli się pozwalać temu strumieniowi iść w spokojnym kierunku - przez przewody elektryczne. Przechodząc przez drut, elektrony powodują jego nagrzewanie się, czasami świecąc jasno od gorąca, lub wytwarzają pola elektromagnetyczne napędzające wirniki silników o dużej mocy.
Ale maszyny czasami zawodzą, a przepływ elektronów, szukając drogi, przepływa przez ludzkie ciało. Uziemienie zapewnia jedynie naładowane cząstki, jeśli można tak powiedzieć, alternatywną ścieżkę - wygodniejszą drogę o mniejszym oporze.
Tak więc większość elektronów przechodzi przez pętlę gruntu, zmniejszając siłę prądu przepływającego przez ludzkie ciało. Instalacja i właściwe wyliczenie uziemienia instalacji odgromowej - niezbędny warunek bezpieczeństwa mieszkania w domu.
Wymagania dotyczące uziemienia
Jeżeli obliczenia dotyczące uziemienia prywatnego domu, a także decyzja o potrzebie jego zainstalowania opierają się całkowicie na sumieniu właściciela, to nie jest tak w przypadku budynków przemysłowych i pomieszczeń. Tak więc, zgodnie z istniejącymi zasadami dotyczącymi instalacji elektrycznej, obecność i charakterystyka układu uziemiającego zależy nie tylko od napięcia, pod którym działają maszyny, ale także od mikroklimatu.
Obliczenia uziemienia elektrycznego dokonuje się na etapie projektowania. W pomieszczeniach, w których stosuje się prąd przemienny o napięciu wyższym niż 50 V lub stałym o wartości większej niż 120 V, urządzenie uziemiające jest obowiązkowe we wszystkich przypadkach. Przy niższym napięciu - od 25 V do 50 V AC lub 60 ... 120 V DC - obliczenia uziomu GOST wymagają tylko w pomieszczeniach o podwyższonym zagrożeniu. Urządzenia uziemiające są również uziemione.
Maszyny działające na energii elektrycznej o napięciu mniejszym niż określone wartości są uziemione tylko w warsztatach o wysokiej wilgotności lub w fabrykach, w których istnieje niebezpieczeństwo powstania mieszanin wybuchowych gaz-powietrze lub pył gazowy.
Numeryczne charakterystyki uziemienia
Obliczenie uziemienia budynku dla dowolnego celu rozpoczyna się od określenia wymaganych cech systemu. Pojęcie oporu urządzenia uziemiającego nie ma sensu szczegółowo omawiać. Jest to tylko opór samego uziemienia (rurociąg, stalowa rama zbrojenia, metalowy pręt uziemiający) połączony z przewodem uziemiającym. Uwzględnij przy obliczaniu uziemienia te dane nie są tego warte ze względu na ich mały rozmiar.
Głównym przedmiotem zainteresowania jest odporność na uziemienie na obecne rozprzestrzenianie. Ta rezystancja jest mierzona między samym uziemieniem a glebą. I punkt ziemi jest pobierany na powierzchnię.
Standardowe wartości rezystancji uziemienia do rozprzestrzeniania:
- prąd trójfazowy 660 V lub jednofazowy 380 V - 2 Ohm;
- prąd trójfazowy 380 V lub jednofazowy 220 V - 4 Ohmy;
- prąd trójfazowy 220 V lub jednofazowy 127 V - 8 omów.
Naturalne uziemienie
Obliczenie uziemienia zależy od rodzaju i charakterystyki chronionego obiektu. Jednak w przypadku niektórych rodzajów budynków, w szczególności domów prywatnych i domków, wydaje się możliwe zastosowanie naturalnego gruntu.
Za najlepszy z nich uważa się każdy rodzaj komunikacji prowadzonej do domu za pomocą metalowych rur ułożonych pod ziemią. Właściciele domów do dyspozycji, dla których takie okablowanie jest dostępne, w zasadzie nie mogą obliczyć uziemienia. Przykładem może być instalacja wodociągowa z rur stalowych lub linia kanalizacyjna z domu do szamba wykonana z żeliwa.
Ze względu na swoją długość taka komunikacja jest zwykle doskonała pod względem odporności na rozprzestrzenianie się. Szczególnie dobrze działa linia hydrauliczna. Faktem jest, że w celu uniknięcia zamarzania rur w zimie, takie linie są zakopywane poniżej głębokości maksymalnego zamarzania gleby w tym obszarze. A to z kolei chroni system przed wzrostem oporu spowodowanym przemianą wód gruntowych w lód i odwrotnie - suszeniem gleby.
Drugi wariant naturalnego uziemienia może służyć jako wzmocnienie fundamentu betonowego. Jest jednak jeden warunek - tylko łączniki ze spawaną ramą są odpowiednie, tak jak między prętami połączonymi drut dziewiarski, Nie ma wystarczającej niezawodności kontaktu.
Sztuczne uziemienie
Ostatnio jednak komunikacja jest niezwykle rzadko układana w rurach metalowych bezpośrednio w ziemię ze względu na kruchość tej metody. Najczęściej elementy uziemiające są wykonane i zainstalowane specjalnie, co jest poprzedzone obliczeniem uziemienia. Przykładem najczęściej spotykanej konstrukcji są metalowe pręty wbite w ziemię. Końce prętów wystających z ziemi są połączone w jeden obwód elektryczny. Niezawodne połączenia uzyskuje się na różne sposoby - spawanie łukiem elektrycznym, połączenia gwintowe itp.
Ten projekt jest uniwersalny i najbardziej powszechny. Powinien się nad tym rozwodzić. Jaka jest jego wszechstronność? Chodzi o pręty - jeśli opór przed rozprzestrzenianiem się prądu elektrycznego jest wyższy niż wymagany, system jest po prostu powiększany o dodatkowe elementy. Ponadto niezwykła prostota takiego uziemienia i możliwość zamontowania go z dostępnych dostępnych materiałów odgrywają ważną rolę.
Podstawą uziemienia są metalowe pręty. Jak pokazuje praktyka, produkcja i eksploatacja uziemienia, główny wymóg dla nich - powinny być łatwo wbijane w ziemię za pomocą tradycyjnego młota o długości około 1,5 metra.
Do tych celów najczęściej używana jest stalowa rura calowa lub pręt centymetrowy (pręt zbrojeniowy). Innymi słowy - wszystko to pozostaje na budowie po wybudowaniu domu.
Cała konstrukcja jest zamontowana w odległości około 2 metrów od budynku. Pręty są wbijane w ziemię w odległości 1,5 metra od siebie w postaci linii prostej lub zamkniętego konturu. Pomiędzy końcami drążków wykopuje się rowek o małej głębokości i szerokości, w którym drut stalowy lub zbrojenie układa się około 4 ... 6 mm i spawany na przemian z końcem każdego pręta. Następnie wszystkie pręty są wbijane głębiej, tak że łączący je kontur pogrąża się w ziemi, a cała struktura jest wypełniona. Na powierzchni pozostaje koniec pręta najbliżej domu - do podłączenia uziemionego obwodu elektrycznego.
Obliczanie systemu uziemienia
Obliczenia są zredukowane do obliczenia liczby prętów niezbędnych do osiągnięcia określonych parametrów uziemienia. W celu dokonania obliczeń konieczne jest poznanie oporu jednego pręta. Opór ten można zmierzyć lub obliczyć.
Pomiar wykonuje się za pomocą metody pokazanej na rysunku.
Opór pręta jest określony przez formułę
R = U / I, gdzie
U jest napięciem mierzonym woltomierzem, V;
I to aktualna siła mierzona amperomierzem, A.
Obliczenia uziemienia można wykonywać bez pomiarów, w tym celu należy zastosować raczej złożoną formułę, uniwersalną dla każdego pionowego uziemienia.
Aby obliczyć za pomocą tego wzoru, konieczne są następujące dane początkowe:
ρ eq - ekwiwalentny opór właściwy gruntu, Ohm ∙ m;
L - długość pręta, m;
d - średnica pręta, m;
T jest odległością od powierzchni ziemi do środka uziemienia (geometryczny środek pręta), m
Równoważny rezystywność gleba - wartość jest znormalizowana dla znanych rodzajów gleby:
- torfowiska, złoża leśne - 15 ... 25 Ohm ∙ m;
- humus, czarnoziem - 45 ... 55 Ω m;
- glina i ił - 55 ... 65 Ω ∙ m;
- gleby piaszczysto-gliniaste - 140 ... 160 Ω ∙ m;
- piaskowce o głębokości wody gruntowej do 5m - 500 Ohm m;
- piaskowce o wodzie gruntowej o głębokości większej niż 5 m - 1000 Ohm ∙ m;
Gdy znana jest rezystancja pojedynczego pręta pionowego, można obliczyć ich wymaganą liczbę.
R n - znormalizowana odporność na rozprzestrzenianie się prądu urządzenia uziemiającego, Ohm;
ψ jest sezonowym współczynnikiem klimatycznego oporu gleby, dla środkowej strefy Federacji Rosyjskiej może wynosić 1,7.
Jak to wygląda w praktyce?
Obliczanie uziemienia elektrycznego. Przykładem jest prywatny dom, wykorzystywana jest jednofazowa sieć elektryczna, wymagana rezystancja rozprzestrzeniania nie jest większa niż 4 omy. Położenie - Czarnoziem: równowartość rezystywności gleby wynosi 50 Ω ∙ m. Do wyposażenia systemu uziemiającego stosowane są rury stalowe o długości 160 cm i średnicy 32 mm.
Obliczanie jednego uziemienia:
Znając odporność na rozłożenie n-tego uziemienia, łatwo obliczyć wymaganą liczbę:
Odpowiedź: 11 uziemienia.
Wskazówki
Sucha gleba jest bezużytecznym przewodnikiem prądu elektrycznego, więc na glebach piaszczystych im dłuższe są pręty gruntowe, tym lepiej.
Będąc stale w mokrym podłożu, konstrukcja cienkiego metalu bardzo szybko zapadnie się w wyniku korozji i przestanie pełnić swoje funkcje. Dlatego pręty uziemiające muszą być wykonane z odpowiednio grubych materiałów walcowanych.
Doskonałe uziemienie może być warstwą wodonośną, jeśli obudowa jest metalowa.
Jeśli dach domu jest wykonany z metalu (falistego), musi być uziemiony. Taki projekt stanowi doskonałą ochronę odgromową budynku.
Gotowe błyskawice można uzyskać przez uziemienie metalowego masztu anteny telewizyjnej, jeśli taka istnieje.
Cechy obliczania uziemienia przemysłowego
Obliczanie podstacji uziemienia jest koniecznością. Na terenie stacji elektroenergetycznej znajduje się duża ilość sprzętu pracującego z wysokim napięciem. Prawie wszystkie urządzenia (transformatory, tarcze elektryczne maszyny żelbetowe i żelazne, złącza kablowe, pokrywy kanałów kablowych i odłączniki) muszą być uziemione.
Rezystancja rozpływu prądu w rozpatrywanych obiektach nie powinna przekraczać 0,5 Ohm. Aby uzyskać daną figurę, podczas korzystania ze sprzętu stacyjnego, maksymalne wykorzystanie jest wykonane z uziemienia naturalnego, takiego jak rurociągi podziemnych kanałów kablowych, metalowe słupy energetyczne i podtrzymujące je kable.
Opór takich systemów oblicza się za pomocą następującego wzoru:
gdzie
R Tr - rezystancja pojedynczych linii transmisyjnych kabli, Ohm;
R op - rozkładanie prądu rozpierającego wsparcie, Ohm.
Obliczenie zakładu gruntowania przedsiębiorstwa przemysłowego dokonuje się w zależności od dostępności i ilości zainstalowanego w nim sprzętu. Sam algorytm obliczeniowy nie różni się od rozważanego przykładu. Zgodnie z rozważanym schematem wykonuje się także obliczenia uziemienia kablowego.