Здесь я обещал следующее: «Если будут такие пожелания, можно рассчитать [заземляющее устройство] на примере реально существующего объекта». Пожеланий хоть и не скопилось, но появился повод для расчёта, а также не появился подходящий реально существующий объект. Поводом для написания сей статьи стал типовой проект «Серия 5.407-155.94. ТИПОВЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ИЗДЕЛИЯ И УЗЛЫ. ВВОДЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ДО 1 кВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ, АДМИНИСТРАТИВНЫЕ, БЫТОВЫЕ И ЖИЛЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ В СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ». То есть мне захотелось проверить сей проект, и, забегая несколько вперед, результаты будут так себе. А если учесть, что такой расчёт, обычно, дает ошибку, результаты будут даже печальными.
Надоели мне со своими треугольниками «строители» контуров заземления, всё же правильно было бы заземляющих устройств. Кто в лес, кто по дрова, кто влез, а кто вылез – в итоге вводят людей в заблуждение своей самодеятельностью.
Тема сложная, редактора что предоставляет Дзен, в котором можно что-то объяснить, не особо хватает, поэтому, кому неймется, грубить не следует. Думаю, скоро на этой странице я увижу родственника автора, указанного ТПР.
НА ПАЛЬЦАХ
Заземление – это действие, как плаванье, чтение, пение, то есть комплекс мероприятий в сфере электробезопасности при эксплуатации электроустановок и электрооборудования. Кроме электробезопасности, как основное предназначение, заземление в большей своей части ни к чему не приспособлено. А основной частью заземления является заземляющее устройство (ЗУ).
НЕМНОГО ОЧЕНЬ НУЖНОЙ ВОДЫ ДЛЯ ПОНИМАНИЯ
Ранее в сжатой форме я делал попытку объяснить, что заземляющее устройство сложная электроустановка, к которой не нужно относиться с легкомыслием, а осознавать необходимость ЗУ. Для строительства ЗУ, в первую очередь, требуется провести проектно-изыскательские работы (ПИР) и расчёт. На основании полученных данных нужно попробовать подобрать типовой проект (ТПР), а если он (типовой проект) не проходит, значит необходимо выполнить проектирование ЗУ. Типовой проект, который подходит для жилого дома, «Серия 5.407-155.94. ТИПОВЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ИЗДЕЛИЯ И УЗЛЫ. ВВОДЫ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ДО 1 кВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ, АДМИНИСТРАТИВНЫЕ, БЫТОВЫЕ И ЖИЛЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ В СЕЛЬСКОЙ МЕСТНОСТИ». Воспользуемся этим ТПР, и кое-что проверим. В целом, к данному ТПР претензий нет: он не отменен и во многом правильный, но в нём есть кое-какие нестыковки.
Во-первых, обратите внимание на год издания, а это 1994 год, то есть ТПР выпущен ранее Правил устройства электроустановок (ПУЭ) издания 7. Напомню, что ПУЭ не отменены, в издании 7 введены понятия системы заземления нейтрали. В этой части ПУЭ не противоречат законам и современным стандартам, а значит должны быть выполнены в полном объеме.
Во-вторых, в таблице на странице ~57, указанного ТПР, обозначен скудный список грунтов, точнее, удельных сопротивлений чего-то там. Этот список куда больше, а значит могут быть неточности. Да, на этой же странице ~57 есть небольшое как бы примечание, которому мы обязательно вернемся: «Сопротивление заземляющего устройства замеряется после окончания монтажа и засыпки траншеи. Если сопротивление заземлителя превышает норму, установленную для грунтов, забивается вертикальный электрод». Вот незадача, если не пройдет, значит нужно откопать ЗУ, забить электрод, снова закопать, снова замерить и т.д. И даже это всё бы ничего, но дополнительный электрод (может два, а то и три, и четыре, и более, кто знает) вносит изменение в типовой проект, который уже утвержден. Это напрямую повлияет на сдачу и ввод электроустановки в эксплуатацию в документальной части исполнительной документации, что может повлиять на ряд событий. Есть типовой проект, где указано количество вертикальных заземлителей, их 3, устанавливаем дополнительный, и тут появляется законный вопрос: откуда он (дополнительный) взялся? Ответ: …?
В-третьих, в данном ТПР никак не оговариваются климатические условия и глубина промерзания грунта. Вертикальные электроды должны быть длиннее на 1 м глубины промерзания почвы. На странице ~57 указаны схемы ЗУ и длины вертикальных электродов. Смотрим п. 1, где длина 1,5 м при сопротивлении грунта до 50 Ом·м. А если это где-нибудь в Сибири, где промерзание грунта 2 м при том же удельном сопротивлении грунта? Значит данное ЗУ из типового проекта при удельном сопротивлении грунта 50 Ом·м в зимний период работать не будет, так как уже должно быть, как минимум 3 м. Этот показатель в 3 м напрямую влияет на общий расчёт ЗУ. В общем, какая-то неувязочка в ТПР: удельные сопротивления грунтов имеются, а климатические условия никак не обозначены.
Не проще ли сначала рассчитать, сверить с ТПР и принять решение о применении ТПР с возможными изменениями или о создании нового проекта со всеми вытекающими? Вообще, заземляющее устройство должно быть спроектировано в общем проекте электромонтажных работ. Если проекта не было, то не нужно строить ЗУ. Хотя при трехфазном вводе в любом случае придется строить ЗУ, но это будет требование и проект от электросбытовой организации (ЭСО). Но пока нас интересует ЗУ для однофазного ввода. Собственно, что для трёх фаз, что для одной фазы, ЗУ будет одинаковым, так как требования ПУЭ не более 30 Ом для повторного заземления распространяется для напряжений трёхфазного 380 В и однофазного 220 В.
РАСЧЁТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ИЗ ТИПОВОГО ПРОЕКТА
Самый лучший показатель – это пример. Поэтому возьмем определенные местность, грунт и проверим, насколько типовой проект 5.407-155.94 соответствует реальности и современности. То есть если наш расчёт не совпадает, значит необходимо выполнить проект отдельно. Всё это мы увидим в процессе расчётов.
Для расчёта будем использовать «Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудования / Под ред. Ю. Г. Барыбина и др. – М: Энергоатомиздат, 1991 г. – 464 с», далее справочник.
Типовой проект 5.407-155.94, точнее таблица на странице ~57 заканчивается на удельном сопротивлении какого-то грунта до 700 Ом·м, скорее всего песок, для которого удельное сопротивление от 400 до 1000 Ом·м принято 700 Ом·м. Но есть грунты, которые имеют удельное сопротивление куда выше, чем 700 Ом·м. В грунты скальные и вечной мерзлоты мы не полезем, а возьмем следующее:
- климатическая зона I (таблица 7.7 справочника), где глубина промерзания явно 2 м и более;
- диаметр вертикального электрода из 5.407-155.94-57 п. 6 dв=12 мм;
- длина вертикального электрода из 5.407-155.94-57 п. 6 Lв=5 м;
- диаметр горизонтального электрода из 5.407-155.94-57 п. 6 dг=10 мм;
- длина горизонтального электрода из 5.407-155.94-57 п. 6 Lг=12 м;
- конфигурация – треугольник (как все делают и как в ТПР);
- сопротивление растеканию тока для повторного заземления нейтрали по ПУЭ, п. 1.7.101 не более Rзу=30 Ом.
Постановка задачи и конфигурация заземляющего устройства
Конфигурация – треугольник, как в типовом проекте 5.407-155.94 или как делают все (рис. 1), но с одним условием, что горизонтальные и вертикальные электроды из ТПР.
Исходные данные
ρ=700 Ом·м – удельное сопротивление грунта максимально по ТПР. Вообще, удельное сопротивление грунта рекомендуется использовать в расчётах после реальных замеров, то есть после ПИР. Но у нас нет такой возможности, значит руководствуемся ТПР.
Lг=12 м – длина горизонтального электрода.
Lгс=36 м – суммарная длина горизонтальных электродов.
Lв=5 м – длина вертикального электрода.
n=3 – количество вертикальных электродов.
T=0,7 м – глубина залегания горизонтальных электродов.
dв=0,012 м – диаметр круглой стали, из которой изготовлен вертикальные электроды.
dг=0,01 м – диаметр круглой стали, из которой изготовлен горизонтальные электроды.
Kв=1,65 – поправочный коэффициент (для вертикальных заземлителей), учитывающий изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района (таблица 7.7 справочника).
ηв – коэффициент использования вертикальных электродов (без учета влияния полосы связи), см. таблицу 7.10 справочника для случая «Трубы размещены по контуру» при отношении расстояния между электродами (длины горизонтального электрода) к длине вертикального электрода Lг/Lв=12/5=2,4. И тут первая проблема: для этого контура из трёх электродов нет коэффициента использования, так как таблица начинается с 4-х вертикальных электродов. Если взять из таблицы 7.10 справочника «Трубы размещены в ряд», то ηв находится в пределах от 0,87 до 0,91. Но пока этого коэффициента нет, то есть опускаем его.
Kг=5,5 – поправочный коэффициент (для горизонтальных заземлителей), учитывающий изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района, см. таблицу 7.7 справочника.
ηг – коэффициент использования горизонтальных электродов, см. таблицу 7.12 справочника. Снова нет возможности узнать данный коэффициент по той же причине, что и для ηв. Значит и этот коэффициент пока опустим.
Расчет заземляющего устройства
Рекомендуется начинать делать расчёт с одного вертикального электрода. Из таблицы 7.9 справочника сопротивление вертикального электрода Rв считается по формуле:
где t – глубина заложения вертикального электрода (считается расстояние от поверхности земли до середины электрода), то есть t=Lв/2+T=5/2+0,7=3,2 м. В формуле (1) из справочника не хватает удельного сопротивления грунта ρ, ниже эта ошибка исправлена:
Rв=0,366*ρ/Lв*(lg(2Lв/dв)+0,5*(lg((4*t+Lв)/(4*t-Lв))) (1)
Rв=0,366*700/5*(lg(2*5/0,012)+0,5*(lg((4*3,2+5)/(4*3,2-5)))=158,83 Ом
Забегая несколько вперед, при таком сопротивлении единичного вертикального электрода, общее сопротивление растеканию тока заземляющего устройства при трёх вертикальных электродах будет выше 30 Ом. Продолжим и проверим.
Суммарное сопротивление части заземлителя, состоящей из вертикальных электродов, электрически связанных между собой, без учета сопротивления соединяющей их полосы:
Rвс=Rв*Kв/(n*ηв) (2)
У нас нет ηв, значит опустим этот коэффициент, хотя он может сильно повлиять на суммарное сопротивление вертикальных электродов, а значит и на общее сопротивление ЗУ:
Rвс=158,83*1,65/3=87,36 Ом
Сопротивление горизонтальных электродов из круглой арматурной стали вычисляется по формуле из таблицы 7.9 справочника:
Несколько изменим формулу (3) к тексту нашей статьи и сделаем расчёт сопротивления заземлителя:
Rг=(0,366*ρ/(Lгс))*lg(Lгс²/(d*T)) (3)
Rг=(0,366*700/36)*lg(36^2/(0,01*0,7))=37,5 Ом
Рассчитаем сопротивление растеканию тока горизонтального электрода с учетом Kг и ηг:
Rгс=Rг*Kг/ηг (4)
У нас нет ηг, значит опустим и этот коэффициент, хотя и этот коэффициент может повлияет на суммарное сопротивление горизонтальных электродов, а значит и на общее сопротивление ЗУ:
Rгс=37,5*5,5=206 Ом
Полное сопротивление растеканию тока заземляющего устройства вычисляется по формуле для нахождения эквивалентного сопротивления при параллельном соединении сопротивлений:
Rзу=Rвс*Rгс/(Rвс+Rгс) (5)
Rзу=87,36*206/(87,36+206)=61,34 Ом
Найденное значение уже явно превышает 30 Ом, но мы в расчётах не учитывали два важнейших коэффициента, то есть коэффициент использования вертикальных электродов ηв и коэффициент использования горизонтальных электродов ηг, которые сильно повлияют на расчёт.
На этом этапе уже можно сделать некоторый вывод: применять типовой проект нельзя, он не дает возможности более точно спланировать заземляющее устройство, а также неизвестно, сколько ещё придется добавлять электродов после измерения и испытания. Ах, да, я забыл про примечание в ТПР, тогда пусть примечание мне ответит:
- сколько потребуется добавить вертикальных электродов?
- один? Два? А может 100?
Заземляющее устройство – это безопасность прежде всего. К тому же все считают деньги, металл дорогой. Не очень-то хочется выделять деньги вне сметы, которая, как правило, составляется на стадии проектирования. Ведь каждый лишний электрод – это минус из заработка монтажной организации или из бюджета заказчика.
Сделаем грубые отклонения и возьмем примерные значения из «Трубы размещены в ряд» таблицы 7.10 для Lг/Lв=12/5=2,4 ηв=0,89, а ηг=0,85 по таблице 7.12. Коэффициенты ηв и ηг, можно сказать, я взял «от фонаря» просто для того, чтобы узнать насколько изменится Rзу в целом, то есть сделаем оценку расчётов (значения по формулам 1 и 3 уже рассчитаны) и увидим насколько будет увеличение сопротивления растеканию ЗУ от нормы по ПУЭ:
Rвс=158,83*1,65/(3*0,89)=98,15 Ом (2)
Rгс=37,5*5,5/0,85=242,65 Ом (4)
Rзу=98,15*242,65/(98,15+242,65)=69,88 Ом (5)
Добавилось еще 8 Ом.
ВЫВОД
Типовой проект действующий, но я бы поостерегся применять сей документ так сразу. Также не следует тупо строить в качестве заземляющих устройств ничем не обоснованные «треугольники». То есть расчёт выше это показал. Примерно такие же значения расчётов будут, если пересчитать по справочнику Федорова и Сербиновского.
Кстати, если есть у кого «Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. 2е изд., перераб. и доп. / Под общ. ред. А.А. Федорова и Г.В. Сербиновского. – М.: Энергия, 1980. – 576 с.», и есть возможность поделиться, выложите на облако и дайте ссылку. Только обязательно должен быть год издания 1980. Думаю, имея этот справочник, получится очень интересная и полезная статья.
Ещё я думаю, что сделаю статью с расчётами для «треугольника», который найду в глобальной сети Интернет, а Вы посмотрите, стоит ли доверять таким строителям заземляющих устройств.
ОГРАНИЧЕНИЯ
СТАТЬЯ НАПИСАНА НА УСЛОВИЯХ "КАК ЕСТЬ". АВТОР СТАТЬИ НЕ ПРЕДОСТАВЛЯЕТ ОТНОСИТЕЛЬНО СТАТЬИ НИКАКИХ ГАРАНТИЙ, ЯВНЫХ ИЛИ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ, И НЕ НЕСЕТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗА КАКОЙ-ЛИБО ЯВНЫЙ, СЛУЧАЙНЫЙ, КОСВЕННЫЙ ИЛИ ИНОЙ УЩЕРБ, ВОЗНИКШИЙ В РЕЗУЛЬТАТЕ ПРОЧТЕНИЯ ИЛИ НЕВОЗМОЖНОСТИ ПРОЧТЕНИЯ СТАТЬИ.
Подписывайтесь и оставляйте свой комментарий.
Если Вам понравилась статья, поддержите проект некоторой суммой на карту Сбербанка: 2202203947334258