Измерение параметров заземляющих устройств и удельного сопротивления грунта

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

где – ρэкв — эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.

В случае установки заземляющего устройства в неоднородный грунт (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:

где – Ψ — сезонный климатический коэффициент (таблица 2); ρ1, ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (таблица 1); Н – толщина верхнего слоя грунта, м; t — заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t = 0.7 м.

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Грунт Удельное сопротивление грунта, Ом·м
Торф 20
Почва (чернозем и др.) 50
Глина 60
Супесь 150
Песок при грунтовых водах до 5 м 500
Песок при грунтовых водах глубже 5 м 1000

Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:

Монтаж и установку заземления необходимо производить таким образом, чтобы заземляющий стержень пронизывал верхний слой грунта полностью и частично нижний.

Тип заземляющих электродов Климатическая зона
I II III IV
Стержневой (вертикальный) 1.8 ÷ 2 1.5 ÷ 1.8 1.4 ÷ 1.6 1.2 ÷ 1.4
Полосовой (горизонтальный) 4.5 ÷ 7 3.5 ÷ 4.5 2 ÷ 2.5 1.5
Климатические признаки зон
Средняя многолетняя низшая температура (январь) от -20+15 от -14+10 от -10 до 0 от 0 до +5
Средняя многолетняя высшая температура (июль) от +16 до +18 от +18 до +22 от +22 до +24 от +24 до +26

Количество стержней заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:

Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется исходя из правил ПТЭЭП (Таблица 3).

Характеристика электроустановки Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м Сопротивление Заземляющего устройства, Ом
Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В:
660/380 до 100 15
свыше 100 0.5·ρ
380/220 до 100 30
свыше 100 0.3·ρ
220/127 до 100 60
свыше 100 0.6·ρ

Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше 30 Ом. Поэтому Rн принимается равным Rн = 30 Ом.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

Lг, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηг – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 4).

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

— в ряд; — по контуру.

а – расстояние между заземляющими стержнями.

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего.

Расчет заземления по указанным выше формулам можно автоматизировать воспользовавшись для расчета специальной программой «Электрик v.6.6», скачать ее можно в интернете бесплатно.

Расчетное удельное электрическое сопротивление грунта (Ом*м) — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» земли как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземлителя.

Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Примеры расчёта контура заземления

Для лучшего освоения методов расчёта заземления лучше рассмотреть пример, а лучше – несколько.

Пример 1

Заземлители часто делают своими руками из стального уголка 50х50 мм длиной 2,5 м. Расстояние между ними выбирается равным длине – h=2.5м. Для глинистого грунта ρ = 60 Ом∙м. Коэффициент сезонности для средней полосы, выбранный по таблицам, равен 1,45. С его учётом ρ = 60∙1,45 = 87 Ом∙м.

Для заземления по контуру роется траншея глубиной 0,5 м и в дно забивается уголок.

Размер полки уголка приводится к условному диаметру электрода:

d = 0.95∙p = 0.995∙0.05 = 87 Ом∙м.

Глубина залегания средней точки уголка составит:

h = 0,5l+t = 0.5∙2.5+0.5 = 1.75 м.

Подставив значения в ранее приведённую формулу, можно определить сопротивление одного заземлителя:
R = 27.58 Ом.

По приближенной формуле R = 0.3∙87 = 26.1 Ом. Из расчёта следует, что одного стержня будет явно недостаточно, поскольку по требованиям ПУЭ величина нормированного сопротивления составляет R норм = 4 Ом (для напряжения сети 220 В).

Количество электродов определяется методом приближения по формуле:

n = R 1 /(k исп R норм) = 27,58/(1∙4) = 7 шт.

Здесь вначале принимается k исп = 1. По таблицам находим для 7 заземлителей k исп = 0,59. Если подставить это значение в предыдущую формулу и снова пересчитать, получится количество электродов n = 12 шт. Затем производится новый перерасчёт для 12 электродов, где опять по таблице находится k исп = 0,54. Подставив это значение в ту же формулу, получим n = 13.

Таким образом, для 13 уголков R n = R з /(n*η) = 27,58/(13∙0,53) = 4 Ом.

Пример 2

Нужно изготовить искусственное заземление с сопротивлением R норм = 4 Ом, если ρ = 110 Ом∙м.

Заземлитель изготавливается из стержней диаметром 12 мм и длиной 5 м. Коэффициент сезонности по таблице равен 1,35. Ещё можно учесть состояние грунта k г. Измерения его сопротивления производились в засушливый период. Поэтому коэффициент составил k г =0,95.

На основе полученных данных за расчётное значение удельного сопротивления земли принимается следующая величина:

ρ = 1,35∙0,95∙110 = 141 Ом∙м.

Для одиночного стержня R = ρ/l = 141/5 = 28,2 Ом.

Электроды располагаются в ряд. Расстояние между ними должно быть не меньше длины. Тогда коэффициент использования составит по таблицам:
k исп = 0,56.

Находим число стержней для получения
R
норм
= 4 Ом:

n = R 1 /(k исп R норм) = 28,2/(0,56∙4) = 12 шт.

После монтажа заземления производятся измерения электрических параметров на месте. Если фактическое значение R получается выше, ещё добавляются электроды.

Если рядом находятся естественные заземлители, их можно использовать.

Особенно часто это делается на подстанции, где требуется самая низкая величина R. Оборудование здесь используется максимально:
подземные трубопроводы, опоры линий электропередач и др. Если этого недостаточно, добавляется искусственное заземление.

Естественное заземление на даче через арматуру фундамента

Устройство размещается внутри фундамента, где шина для подключения выводится наружу.

Любой приведённый пример можно использовать как алгоритм расчёта. При этом для оценки правильности может быть применена онлайн-программа.

Как выглядит онлайн-программа, с помощью которой можно рассчитать заземление

Как проверить качество заземления

Согласно Правил устройства электроустановок, любые электрические сети и оборудование, работающее с напряжением свыше 50 вольт переменного и 120 вольт постоянного тока, должны иметь защитное заземление. Это касается помещений без признаков условий повышенной опасности. В опасных помещениях (повышенная влажность, токопроводящая пыль и прочее), требования еще жестче. Но мы в данном материале будем рассматривать в основном жилые дома. По умолчанию принимаем, что заземление должно быть.

При монтаже новых линий энергоснабжения, заземление будет установлено, и владелец помещения может за этим проследить (или подключить его самостоятельно). В случае, когда вы проживаете (работаете) в уже готовом помещении, возникает вопрос: как проверить заземление? В первую очередь, надо убедиться в том, что оно у вас есть. Вне зависимости от формального соблюдения ПУЭ, это касается жизни и здоровья людей.

Влияние почвенной влаги

Действительно ли карта поля, отражающая изменения в состоянии почвенных вод, показывает новые зоны, появившиеся вследствие изменения увлажненности? Чтобы карты электропроводимости почвы имели реальную ценность, обозначенные модели и участки должны быть устойчивыми и повторяющимися. Показатели электропроводности почвы должны быть нормализованы (стандартизированы) как для полей с разной историей выращивания зерновых, так и для случаев, когда данные о почвенной электропроводности снимались в разное время. Например, рассмотрим поле в Вирджинии. Оно было наполовину засеяно кукурузой, наполовину соей. Урожай кукурузы был снят за несколько недель до уборки урожая сои. У этих полей разные показатели электропроводности, но разница в показателях является следствием разного содержания воды в почве, а не следствием разных свойств почвы. В той части поля, где выращивалась кукуруза, в почве было много влаги благодаря прошедшим после уборки урожая дождям. В то же время соя поглотила большую часть почвенной влаги, и до почвы она не дошла. В результате на поле появились значительные различия во влажности почвы между той частью, где ничего не росло (после уборки кукурузы), и той частью, где росла соя, потреблявшая воду. Картирование поля сразу же после уборки сои дало карту с тремя отчетливо различающимися зонами. Но эти различия возникли в основном из-за содержания в почве воды, которое было разным из-за выращивания разных культур. Стандартизация электропроводности почвы обеих половин поля позволила устранить временное влияние содержания влаги.

После проведения стандартных измерений электропроводности полученные значения на обеих половинах поля оказались очень похожими и дали только две отчетливо различающиеся зоны на этом поле. Поля, картированные несколько раз в течение года при разном содержании влаги, показали изменение значения электропроводности, но не изменение характера зонирования. За исключением почти чистого песка электропроводность почвы колебалась от 5 до 10%. Таким образом, изменения в типе почвы можно обнаружить независимо от того, сколько влаги в данный момент в ней содержится. С другой стороны, это означает, что не следует использовать электропроводность для определения содержания влаги в почве. Для этой цели больше подходит исследование водоудерживающих способностей почвы.

Как проверить заземление в домашних розетках

После покупки жилья нередко оказывается, что все электромонтажные работы уже выполнены, и возникает проблема проверки заземления в розетках. Начинать проверку до измерения сопротивления заземления рекомендуется с визуального осмотра. Нужно обесточить квартиру и разобрать любую из розеток. Она должна быть оборудована необходимой клеммой с подключением заземлительного проводника желто-зеленого цвета. Если же в наличии только два провода коричневого и синего цвета (фаза и ноль), это значит, что заземление отсутствует.

Однако присутствие третьего проводника еще не означает, что заземление исправно и может полностью выполнять свои функции. Поэтому следует выполнить специальную проверку мультиметром. Все действия производятся в следующем порядке:

  • Вводный автомат нужно включить, чтобы в розетках было напряжение.
  • Тестер устанавливается в режим напряжения.
  • Касаетесь щупами фазного и нулевого замеренных контактов и измеряете напряжение между ними. Если все в порядке, на табло высвечивается 220В.
  • Точно такие же действия выполняются мультиметром относительно фазного и заземляющего контактов. Показатель напряжения будет немного отличаться, но его наличие уже свидетельствует о том, что заземление есть. Когда на экране прибора цифры отсутствуют, это значит, что контура заземления нет вообще или он неисправен.

При отсутствии измерительных приборов, проверку можно выполнить подручными средствами. Самодельный тестер состоит из патрона с лампочкой, проводов и концевиков со щупами. По сути, это обычная контролька, которую используют многие электрики.

Одним щупом нужно коснуться фазного, а другим – нулевого провода. При этом лампочка загорается. Далее щуп, прикасавшийся к нулю, нужно переместить на выступающий контакт заземления. Если лампочка вновь загорится, следовательно, защитная система находится в рабочем состоянии. Слабый свет указывает на плохое состояние контура, а отсутствие свечения – на его неисправность.

Как проверить контур заземления

Как измерить сопротивление мультиметром

Способы измерения сопротивления заземления

Измерение сопротивления заземляющих устройств

Как измерить силу постоянного и переменного тока мультиметром

Что такое заземление

Экономия времени

Фермеры, практикующие точное земледелие, сегодня могут получить более подробную информацию о пространственных характеристиках своих сельскохозяйственных операций, чем это было возможно прежде. Теперь в дополнение к картам урожайности, картам границ участка и различным картам полей разрабатываются новые электронные, механические и химические сенсоры, позволяющие замерять множество свойств почвы и растений, необходимых для уточнения параметров и составления карт. Электропроводность почвы — одна из простых в использовании и самых дешевых в измерении характеристик поля, имеющихся в распоряжении фермера. Замеры почвенной электропроводности могут за короткий промежуток времени дать больше данных, чем традиционный отбор почвенных образцов. Электропроводность почвы меняется в зависимости от количества влаги в частицах почвы. У песков низкая электропроводность, илистые почвы обладают средней электропроводностью, глинистые почвы — высокой. Следовательно, электропроводность устойчиво коррелирует с размерами и структурой составляющих почву частиц.

Значения электропроводности не только указывают на различия в структуре почвы,но и тесно связаны с другими свойствами почвы, используемыми для определения продуктивности почвы. Водоудерживающая способность/дренаж. Засушливые участки обычно отличаются заметными различиями в структуре почвы от участков, в которых воды в избытке. И это можно определить с помощью электропроводности. Почвы со средним уровнем электропроводности, имеющие среднюю структуру и среднюю водоудерживающую способность, часто оказываются наиболее плодородными. Поскольку водоудерживающая способность уже сама по себе оказывает сильнейшее влияние на урожай зерновых, то данные о ней — самая ценная информация, которую дают показатели электропроводности.

Измерение электропроводности в почве.

Электропроводность (soil conductivity) — это свойство материала передавать (проводить) электрический ток, измеряемое в сименсах на метр(См/м) или в миллисименсах на метр (мСм/м). Электропроводность почвы может выражаться также в децисименсах (дСм/м).

Что означает миллисименс на метр (мСм/м)

Это стандартная единица измерения величины электропроводности почвы. В сименсах измеряют электропроводность материалов. Преимущество стандартной единицы измерения в том, что она дает точные количественные данные. Визуальная оценка почвы позволяет легко выявить цветовые различия, но не дает количественного значения и объяснения сути цветовых различий. Карты электропроводности почвы показывают значение в мСм/м, что позволяет узнавать и одинаковым образом обрабатывать участки со сходными показателями электропроводности.

Электропроводность почвы

Емкость катионного обмена почвы (CEC) зависит от процента глины и органических веществ. С увеличением их содержания растет и емкость катионного обмена. Исследования подтверждают корреляцию между электропроводностью и показателем CEC. Глубина глинистого слоя или каменистой породы. Реакция электропроводности на присутствие глины используется для точного определения глубины пахотного слоя, лежащего над глинистым слоем или каменистой породой. Пористость. Чем выше общая пористость почвы, тем лучше она проводит электричество. При одинаковости всех остальных параметров почва с высоким содержанием глины отличается более высокой пористостью, нежели песчаные почвы.

Осолоненность. Избыток растворенных солей в почве легко определяется с помощью показателя электропроводности.

Температура. Снижение температуры до точки замерзания воды приводит к некоторому снижению электропроводности. Если температура опускается ниже точки замерзания, общая электропроводность почвы резко снижается.

Как понизить сопротивление

Традиционный способ снизить сопротивление заземлителя – увеличить число электродов и/или размер заземлителя.

Рост габаритов позволяет добиться многих преимуществ, поскольку глубинные слои мало зависят от сезонных колебаний. Так, при увеличении размеров заземлителя от 10 метров до 100 колебания сопротивления уменьшаются в десятки раз.

Однако в каменистых и вечномерзлых грунтах обычные методы сложны для реализации. Установка дополнительных электродов связана с трудностями и дополнительными тратами; кроме того, давление пластов грунта выталкивает горизонтальные электроды. Поэтому для таких грунтов нужны иные типы решений.

Замена грунта нужного объёма на грунт с более низким сопротивлением. Способ неплох для каменистых типов, но для вечномёрзлых польза метода ограничена: новый грунт тоже будет промерзать.

Объёмы заменяемого грунта зачастую огромны, а результат не всегда бывает удовлетворительным.

Установка выносного заземлителя в местах грунта, где сопротивление ниже, чем в других. Технологии позволяют устанавливать такое заземление на расстояниях до 2 км, но и такое решение требует большого объёма работ по установке дополнительных коммуникаций.

Электролитическое заземление. Совмещает в себе замену части грунта и действие электролитов. Для него используется особый электрод, наполненный смесью электролитов; они распределяются в рабочей области при прохождении тока, а стабилизируется процесс наполнителем.

Внимательно учитывайте удельное сопротивление при монтаже заземляющих устройств. Сделанные замеры позволят сэкономить вам много сил, времени и денег, а правильно смонтированное заземление обезопасит вас и вашу технику.

Глина, суглинок, супесь (различия)

Рыхлые осадочные грунты, состоящие из глины и песка, классифицируются по содержанию в них глинистых частиц:

глина — более 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур (между ладонями). Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям.

  • тяжелая — более 60%
  • обычная — от 30 до 60% с преобладанием глинистых частиц
  • пылеватая — от 30 до 60% с преобладанием песка

суглинок — от 10% до 30% глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку с образованием трещин по краям.

тяжелый — от 20 до 30%
средний — от 15 до 20%
легкий — от 10 до 15%

супесь (супесок) — менее 10% глины. Является переходной формой от глинистых к песчаным грунтам. Супесь наименее пластичная из всех глинистых грунтов; при ее растирании между пальцами чувствуются песчинки; она плохо скатывается в шнур. Скатанный из супеси шар рассыпается при сдавливании.

Величины расчетного электрического удельного сопротивления грунта (таблица)

Грунт

Удельное сопротивление, среднее значение (Ом* м )
Сопротивление заземления для комплекта ZZ-000-015, Ом
Сопротивление заземления для комплекта ZZ-000-030, Ом
Сопротивление заземления для комплекта ZZ-100-102, Ом
Асфальт
200 — 3 200
17 — 277
9,4 — 151
8,3 — 132

Базальт
2 000
Требуются специальные мероприятия (замена грунта)

Бентонит (сорт глины)
2 — 10
0,17 — 0,87
0,09 — 0,47
0,08 — 0,41

Бетон
40 — 1 000
3,5 — 87
2 — 47
1,5 — 41

Вода

Вода морская
0,2

Вода прудовая
40
3,5
2
1,7

Вода равнинной реки
50
4
2,5
2

Вода грунтовая
20 — 60
1,7 — 5
1 — 3
1 — 2,5

Вечномёрзлый грунт (многолетнемёрзлый грунт)

Вечномёрзлый грунт — талый слой (у поверхности летом)
500 — 1000


20 — 41

Вечномёрзлый грунт (суглинок)
20 000
Требуются специальные мероприятия (замена грунта)

Вечномёрзлый грунт (песок)
50 000
Требуются специальные мероприятия (замена грунта)

Глина

Глина влажная
20
1,7
1
0,8

Глина полутвёрдая
60
5
3
2,5

Гнейс разложившийся
275
24
12
11,5

Гравий

Гравий глинистый, неоднородный
300
26
14
12,5

Гравий однородный
800
69
38
33

Гранит
1 100 — 22 000
Требуются специальные мероприятия (замена грунта)

Гранитный гравий
14 500
Требуются специальные мероприятия (замена грунта)

Графитовая крошка
0,1 — 2

Дресва (мелкий щебень/крупный песок)
5 500
477
260
228

Зола, пепел
40
3,5
2
1,7

Известняк (поверхность)
100 — 10 000
8,7 — 868
4,7 — 472
4,1 — 414

Известняк (внутри)
5 — 4 000
0,43 — 347
0,24 — 189
0,21 — 166

Ил
30
2,6
1,5
1

Каменный уголь
150
13
7
6

Кварц
15 000
Требуются специальные мероприятия (замена грунта)

Кокс
2,5
0,2
0,1
0,1

Лёсс (желтозем)
250
22
12
10

Мел
60
5
3
2,5

Мергель

Мергель обычный
150
14
7
6

Мергель глинистый (50 — 75% глинистых частиц)
50
4
2
2

Песок

Песок, сильно увлажненный грунтовыми водами
10 — 60
0,9 — 5
0,5 — 3
0,4 — 2,5

Песок, умеренно увлажненный
60 — 130
5 — 11
3 — 6
2,5 — 5,5

Песок влажный
130 — 400
10 — 35
6 — 19
5 — 17

Песок слегка влажный
400 — 1 500
35 — 130
19 — 71
17 — 62

Песок сухой
1 500 — 4 200
130 — 364
71 — 198
62 — 174

Супесь (супесок)
150
13
7
6

Песчаник
1 000
87
47
41

Садовая земля
40
3,5
2
1,7

Солончак
20
1,7
1
0,8

Суглинок

Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами
10 — 60
0,9 — 5
0,5 — 3
0,4 — 2,5

Суглинок полутвердый, лесовидный
100
9
5
4

Суглинок при температуре минус 5 С°
150


6

Супесь (супесок)
150
13
7
6

Сланец
10 — 100

Сланец графитовый
55
5
2,5
2,3

Супесь (супесок)
150
13
7
6

Торф

Торф при температуре 10°
25
2
1
1

Торф при температуре 0 С°
50
4
2,5
2

Чернозём
60
5
3
2,5

Щебень

Щебень мокрый
3 000
260
142
124

Щебень сухой
5 000
434
236
207

Сопротивление заземления для комплектов ZZ-000-015 и ZZ-000-030, указанное в таблице, может использоваться при различных конфигурациях заземлителя — и точечной, и многоэлектродной.

Вместе с таблицей ориентировочных величин расчетного удельного сопротивления грунта предлагаем Вам воспользоваться географической картой уже смонтированных ранее заземлителей на базе готовых комплектов заземления ZANDZ с результатами замеров сопротивления заземления.

Как устроено заземление, и зачем проверять его параметры

Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что заземление нужно для соединения корпуса электроустановки с рабочим нулем. Глядя на несколько абзацев выше, можно подумать, что это абсурд. На самом деле имеется ввиду возможность протекания тока от защитного заземления, через физическую землю (грунт), до рабочего нуля ближайшей подстанции. Фактически, это будет короткое замыкание.

Соответственно, при попадании фазы на корпус электроустановки, сработает защитный автомат, и поражения электротоком не будет.

Зачем же нужна проверка сопротивления заземления? Для организации аварийного короткого замыкания, необходима большая сила тока. Если сопротивление контура заземления будет слишком велико, сила тока (в соответствии с законом Ома) снизится, и защитный автомат не сработает.

Еще одна опасность большого сопротивления защитной «земли» в том, что сопротивление тела человека может оказаться меньше. Тогда, при касании рукой аварийной электроустановки, вы гарантированно будете поражены электротоком.

Когда на корпусе электроустановки окажется фаза, часть напряжения уйдет на компенсацию утечки в физическую землю. Если остаток потенциала превысит 50 вольт, опасность сохранится.

Равно как и защитный автомат без заземления не отключит фазу при попадании на корпус. Он сработает лишь при замыкании нуля с фазой. Полную защиту дает установка автомата и одновременное подключение контура защитной «земли». Существенно повышает уровень безопасности еще и УЗО.

И, наконец о том, что представляет собой контур заземления.

Если вкратце, это несколько металлических штырей (при нормальных природных условиях — три), глубоко погруженных в грунт, соединенных проводниками между собой и шиной заземления в здании.

Ссылка на основную публикацию