Калькулятор заземления

Нормативная база

ПУЭ, 7-е изд.: гл. 1.7 — заземление и защитные меры; п. 1.7.111 и табл. 1.7.4 — наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле (сталь чёрная, сталь оцинкованная, медь; проверяются диаметр, толщина стенки трубы, толщина полки и сечение). Омеднённой стали в табл. 1.7.4 нет — для неё ГОСТ Р 50571.5.54: круглый стержень вертикально ⌀ 14 мм при медном покрытии не менее 250 мкм. Значение перенесено из ГОСТ Р 50571.5.54-2013 (МЭК 60364-5-54:2011), табл. 54.1, а эта редакция отменена: с 01.08.2024 действует ГОСТ Р 50571.5.54-2024 (МЭК 60364-5-54:2021), введённый приказом Росстандарта от 04.07.2024 № 898-ст. Текст действующей редакции дословно не сверялся, поэтому номер таблицы в ней не называется, а на лист расчёта уходит оговорка: размеры омеднённой стали проверяются по изданию. Внимание: коэффициенты использования η и климатические коэффициенты Kсез в ПУЭ не нормированы — приняты по справочным таблицам (вертикальные в ряд до n = 20, по контуру до n = 100; Kсез табулирован для вертикальных 3 и 5 м, горизонтальных 20 и 50 м при заложении верха 0,7-0,8 м). За границами таблиц расчёт не выполняется

Как считается

Метод и нормативная база

Сопротивление заземляющего устройства из вертикальных электродов с полосой связи. Требования к заземляющим устройствам — ПУЭ, 7-е издание, глава 1.7: сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль источника, в любое время года не более 2, 4 и 8 Ом при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В (п. 1.7.101); общее сопротивление всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ — не более 5, 10 и 20 Ом, а каждого повторного заземления в отдельности — не более 15, 30 и 60 Ом при тех же напряжениях (п. 1.7.103). Норма, по которой проверяется результат, выбирается из этого ряда.

Наименьшие размеры заземлителей, проложенных в земле, проверяются по п. 1.7.111, таблица 1.7.4 (сталь чёрная, сталь оцинкованная, медь): диаметр круглого электрода, толщина стенки трубы, толщина полки уголка и сечение полосы. Для омеднённой стали таблицы 1.7.4 нет вовсе — её размеры приняты по ГОСТ Р 50571.5.54, и на лист расчёта уходит оговорка, потому что редакция 2013 года отменена с 01.08.2024, а действующая дословно не сверялась.

Одиночный вертикальный электрод считается по формуле для стержня, погружённого ниже поверхности земли: в неё входит эквивалентный диаметр профиля (у уголка 0,95 ширины полки, у полосы на ребро 0,5 ширины) и заглубление центра электрода t = hверха + L/2. Расчётное удельное сопротивление грунта получается умножением табличного ρ на климатический коэффициент Kсез, отдельный для вертикальных и для горизонтальных заземлителей.

Группа электродов учитывается коэффициентами использования η, отдельно для вертикальных электродов и для полосы связи, по расположению (в ряд или по контуру), отношению шага к длине электрода и числу электродов. Коэффициенты использования и климатические коэффициенты в ПУЭ не нормированы — это справочные таблицы; вертикальные электроды в ряд табулированы до 20 штук, по контуру до 100, и за границей таблицы расчёт не выполняется, а выдаётся отказ: продолжение таблицы последним значением занизило бы сопротивление.

Формулы

ρв = ρ · Kсез.в; ρг = ρ · Kсез.г

расчётное удельное сопротивление грунта, Ом·м

R1 = ρв/(2πL) · (ln(2L/d) + 0,5 · ln((4t + L)/(4t − L)))

одиночный вертикальный электрод, t = hверха + L/2

Rв = R1/(n · ηв)

группа вертикальных электродов

Rг = ρг/(2πLг) · ln(2Lг²/(b · hверха))

горизонтальная полоса связи шириной b

R = Rв · (Rг/ηг)/(Rв + Rг/ηг)

параллельное соединение вертикальных электродов и полосы связи

Что вводится

• Грунт из таблицы удельных сопротивлений (песок 500, супесь 300, суглинок 100, глина 60, чернозём 50, торф 25 Ом·м) и климатическая зона I-IV.
• Вертикальный электрод: профиль (пруток, труба, уголок, полоса на ребро), размер и толщина, длина, глубина заложения верха, число электродов, расположение в ряд или по контуру, шаг.
• Полоса связи: профиль, длина, ширина и толщина; материал заземлителя (сталь чёрная, оцинкованная, омеднённая, медь).
• Норма сопротивления и, при необходимости, коэффициент использования вертикальных электродов вручную.

Что получается

• Расчётное удельное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных заземлителей с климатическими коэффициентами.
• Сопротивление одиночного электрода, группы вертикальных электродов, полосы связи и заземлителя в целом; коэффициенты использования.
• Сравнение с нормой, предупреждения о наименьших размерах по ПУЭ таблица 1.7.4 и об области применимости справочных таблиц; выгрузка в PDF.

Пример расчёта

Суглинок ρ = 100 Ом·м, климатическая зона II, 12 вертикальных прутков ⌀16 мм длиной 3 м в ряд с шагом 6 м, верх электродов на 0,7 м, полоса связи 40 × 4 мм длиной 66 м, сталь оцинкованная, норма 4 Ом.

1. Климатические коэффициенты зоны II: для вертикального электрода 3 м — 1,45, поэтому ρв = 145 Ом·м; для полосы 66 м берётся табличное значение для 50 м — 3, поэтому ρг = 300 Ом·м.
2. Заглубление центра электрода t = 0,7 + 3/2 = 2,2 м; одиночный электрод R1 = 145/(2π · 3) · (ln(2 · 3/0,016) + 0,5 · ln((4 · 2,2 + 3)/(4 · 2,2 − 3))) = 48,32 Ом.
3. При шаге 6 м отношение шага к длине равно 2, для 12 электродов в ряд ηв = 0,726, и группа даёт Rв = 48,32/(12 · 0,726) = 5,55 Ом.
4. Полоса связи Rг = 300/(2π · 66) · ln(2 · 66²/(0,04 · 0,7)) = 9,15 Ом; с ηг = 0,712 в расчёт идёт 9,15/0,712 = 12,85 Ом.
5. Параллельно: R = 5,55 · 12,85/(5,55 + 12,85) = 3,87 Ом, норма 4 Ом выполнена; ⌀16 мм больше наименьшего 12 мм для оцинкованной стали по ПУЭ таблица 1.7.4.

Заземлитель из 12 прутков ⌀16 мм длиной 3 м с шагом 6 м и полосой связи 40 × 4 мм длиной 66 м даёт 3,87 Ом при норме 4 Ом.

Окончательные значения принимаются в составе проектной документации — с учётом задания, местных условий и решений смежных разделов.

Границы применимости

• Коэффициенты использования η и климатические коэффициенты Kсез в ПУЭ не нормированы и взяты из справочных таблиц. Kсез табулирован для заложения верха 0,7-0,8 м и для вертикальных электродов 3 и 5 м, горизонтальных 20 и 50 м; вне этих длин берётся ближайшее табличное значение, при меньшем заложении расчётное ρ занижено, и коэффициент принимают по своему справочнику.
• Удельное сопротивление грунта из таблицы — ориентир. Расчётное ρ принимается по результатам измерений на площадке, а не по названию грунта: по ПУЭ сопротивление должно быть обеспечено в любое время года, и разброс ρ по сезонам и по глубине перекрывает любую табличную оценку.
• Допущение ПУЭ п. 1.7.103 об увеличении норм при ρ > 100 Ом·м в 0,01ρ раз, но не более десятикратного, не применяется: проверка идёт по введённой норме, то есть в запас. Выбор самой нормы (4, 10 или 30 Ом) остаётся за проектировщиком по системе заземления и напряжению.
• Не рассчитываются: напряжение прикосновения и шага, термическая стойкость заземлителя к току замыкания, естественные заземлители (фундаменты, оболочки кабелей), выравнивание потенциалов, заземляющие проводники внутри здания и коррозионная стойкость в агрессивном грунте.
• Заземляющее устройство молниезащиты и его совмещение с защитным заземлением проверяются по СО 153-34.21.122-2003 и СП 437.1325800.2018 отдельно; наименьшие размеры омеднённой стали приняты по отменённой редакции ГОСТ Р 50571.5.54 и проверяются по изданию.

Смежные расчёты: Электроснабжение (ЭОМ)

• Щит 0,4 кВ: автоматы и кабели
• Освещённость (СП 52)
• Молниезащита
• Компенсация реактивной мощности
• Выбор трансформатора