Jedním z nejdůležitějších důvodů pro výpočet uzemnění a instalace je, že chrání lidi, spotřebiče v domě před přepětím. Pokud náhle udeří blesk do domu nebo z nějakého důvodu dojde k přepětí v síti, ale zároveň je elektrický systém uzemněn, všechna tato přebytečná elektřina půjde do země, jinak dojde k výbuchu, který může zničit vše v jeho cestě.
Elektrická ochranná zařízení
Růst spotřeby elektřiny ve všech oblastech života, doma i v práci, vyžaduje jasná bezpečnostní pravidla pro lidský život. Četné národní a mezinárodní normy upravují požadavky na konstrukci elektrických systémů k zajištění bezpečnosti lidí, domácích zvířat a majetku při používání elektrických spotřebičů.
Elektrická ochranná zařízení instalovaná během výstavby obytných a veřejných budov musí být pravidelně kontrolována, aby byl zajištěn spolehlivý provoz po mnoho let. Porušení bezpečnostních pravidel v elektrických systémech může mít negativní důsledky: ohrožení života osob, ničení majetku popřzničení kabeláže.
Bezpečnostní předpisy stanovují následující horní limity pro bezpečný kontakt člověka s živými povrchy: 36 VAC v suchých budovách a 12 VAC ve vlhkých prostorách.
Uzemňovací systém
Uzemňovací systém je naprosto nezbytným technickým vybavením každé budovy, jde tedy o první elektroinstalační prvek, který se instaluje v novém objektu. Termín uzemnění se v elektrotechnice používá k účelovému spojení elektrických součástí se zemí.
Ochranné uzemnění chrání lidi před úrazem elektrickým proudem při dotyku s elektrickým zařízením v případě poruchy. Stožáry, ploty, inženýrské sítě, jako jsou vodovodní potrubí nebo plynovody, musí být propojeny ochranným kabelem připojením ke svorce nebo zemnící liště.
Problémy s funkční ochranou
Funkční uzemnění nezajišťuje bezpečnost, jak název napovídá, místo toho vytváří nepřetržitý provoz elektrických systémů a zařízení. Funkční uzemnění rozptyluje proudy a zdroje šumu do uzemňovacích testovacích adaptérů, antén a dalších zařízení, která přijímají rádiové vlny.
Určují společné referenční potenciály mezi elektrickými zařízeními a zařízeními a zabraňují tak různým poruchám v soukromých domech, jako je blikání televizoru nebo světla. Funkční uzemnění nikdy nemůže vykonávat ochranné úkoly.
Všechny požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem lze nalézt v národních normách. Vytvoření ochranného uzemnění je životně důležité, a proto má vždy přednost před funkčním.
Maximální odolnost ochranných zařízení
V systému, který je bezpečný pro lidi, musí ochranná zařízení fungovat, jakmile poruchové napětí v systému dosáhne hodnoty, která pro ně může být nebezpečná. Pro výpočet tohoto parametru můžete použít výše uvedené limity napětí, zvolte průměrnou hodnotu U=25 VAC.
Jističe zbytkového proudu instalované v obytných oblastech normálně nevypadnou k zemi, dokud zkratový proud nedosáhne 500 mA. Proto, podle Ohmova zákona, s U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 ohmů. Proto, aby byla přiměřeně chráněna bezpečnost lidí a majetku, musí mít země odpor menší než 50 ohmů nebo R earth<50.
Faktory spolehlivosti elektrody
Podle státních norem lze za elektrody považovat následující prvky:
- vertikálně vložené ocelové piloty nebo trubky;
- horizontálně položené ocelové pásy nebo dráty;
- zapuštěné kovové desky;
- kovové kroužky umístěné kolem základů nebo zapuštěné do základů.
Vodovody a další podzemní ocelové inženýrské sítě (pokud je dohoda s vlastníky).
Spolehlivé uzemnění s odporem menším než 50 ohmů závisí na třech faktorech:
- Výhled na krajinu.
- Typ a odolnost vůči půdě.
- Odpor zemnícího vedení.
Výpočet uzemňovacího zařízení musí začít určením měrného odporu půdy. Záleží na tvaru elektrod. Zemní odpor r (řecké písmeno Rho) se vyjadřuje v ohmech. To odpovídá teoretickému odporu 1 m zemnicího válce2, jehož průřez a výška jsou o 1 m vyšší). Příklady odporu půdy v Ohm-m:
- bažinatá půda od 1 do 30;
- sprašová půda od 20 do 100;
- humus od 10 do 150;
- křemenný písek od 200 do 3000;
- měkký vápenec od 1500 do 3000;
- travnatá půda od 100 do 300;
- skalnatá země bez vegetace - 5.
Instalace uzemňovacího zařízení
Uzemňovací smyčka je namontována z konstrukce sestávající z ocelových elektrod a spojovacích pásků. Po ponoření do země je zařízení připojeno k domácímu elektrickému panelu pomocí drátu nebo podobného kovového pásku. Půdní vlhkost ovlivňuje úroveň uložení konstrukce.
Mezi délkou výztuže a hladinou podzemní vody existuje nepřímý vztah. Maximální vzdálenost od staveniště se pohybuje od 1 m do 10 m. Elektrody pro výpočet uzemnění by měly vstupovat do země pod čárou zamrzání půdy. Pro chaty se obvod montuje pomocí kovových výrobků: trubky, hladká výztuž, ocelový úhelník, I-nosník.
Jejich tvar musí být přizpůsoben pro hluboký vstup do země, plocha průřezu výztuže je větší než 1,5 cm2. Výztuž je umístěna v řadě nebo ve formě různých tvarů, které přímo závisí na skutečné poloze místa a možnosti montáže ochranného zařízení. Často se používá schéma po obvodu objektu, nicméně stále nejběžnější je trojúhelníkový model uzemnění.
Navzdory skutečnosti, že ochranný systém lze vyrobit nezávisle s použitím dostupného materiálu, mnoho stavitelů domů nakupuje tovární sady. Přestože nejsou levné, snadno se instalují a jsou odolné při používání. Obvykle se taková sada skládá z poměděných elektrod o délce 1 m, vybavených závitovým připojením pro montáž.
Výpočet celkové série
Neexistuje žádné obecné pravidlo pro výpočet přesného počtu otvorů a rozměrů zemnící lišty, ale svod svodového proudu je rozhodně závislý na ploše průřezu materiálu, takže pro jakékoli zařízení, velikost zemnícího pásu se vypočítá na základě proudu, který bude přenášen tímto páskem.
Pro výpočet zemní smyčky se nejprve vypočítá svodový proud a určí se velikost pásu.
U většiny elektrických zařízení, jako je transformátor,dieselový generátor atd., velikost neutrálního zemnicího pásu musí být taková, aby zvládla neutrální proud tohoto zařízení.
Například pro 100kVA transformátor je celkový zatěžovací proud asi 140A.
Připojený pásek musí být schopen přenášet alespoň 70A (nulový proud), což znamená, že pro přenos proudu stačí pásek 25x3mm.
Pro uzemnění skříně je použit menší pásek, který může vést proud 35 A za předpokladu, že pro každý objekt jsou použity 2 zemnící jímky jako záložní ochrana. Pokud se jeden pásek stane nepoužitelným kvůli korozi, která naruší integritu obvodu, svodový proud protéká druhým systémem a poskytuje ochranu.
Výpočet počtu ochranných trubek
Uzemňovací odpor jedné elektrodové tyče nebo trubky se vypočítá podle:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Kde:
ρ=Zemní odpor (ohmmetr), L=Délka elektrody (metr), D=Průměr elektrody (metr).
Výpočet terénu (příklad):
Vypočítejte odpor zemní izolační tyče. Má délku 4 metry a průměr 12,2 mm, specifickou hmotnost 500 ohmů.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
Uzemňovací odpor jedné tyčové nebo trubkové elektrody se vypočítá následovně:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))
Kde:
ρ=Zemní odpor (ohmmetr), L=Délka elektrody (cm), D=Průměr elektrody (cm).
Definicezemnící struktura
Výpočet uzemnění elektrické instalace začíná určením počtu zemnících trubek o průměru 100 mm, délce 3 metry. Systém má poruchový proud 50 KA po dobu 1 sekundy a zemní odpor 72,44 ohmů.
Hustota proudu na povrchu zemnící elektrody:
Poppy. přípustná proudová hustota I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
Poppy. přípustná proudová hustota=7,57 × 1000 / (√72,44X1)=889,419 A / m2
Povrch jednoho průměru je 100 mm. 3m potrubí=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
Poppy. proud rozptýlený jednou zemnicí trubkou=proudová hustota x plocha elektrody.
Max. proud rozptýlený jedním uzemňovacím potrubím=889,419x 0,942=838A, Počet požadovaných zemnících trubek=Chybový proud / Max.
Potřebný počet zemní trubky=50000/838=60 kusů.
Odpor zemní trubky (izolované) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Odpor zemnící trubky (izolované) R=100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10))=7,99 Ω / trubka
Celkový odpor 60 kusů země=7,99 / 60=0,133 Ohm.
Odpor zemnící lišty
Odpor zemnící lišty (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / hm.))
Příklad výpočtu uzemnění smyčky je uveden níže.
Vypočítejte pás 12 mm široký, 2200 metrů dlouhý,zakopaný v zemi v hloubce 200 mm, odpor půdy je 72,44 ohmů.
Odpor zemnící lišty (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 / 0,2x,012))=0, 050 Ω
Z výše uvedeného celkového odporu 60 kusů zemnících trubek (Rp)=0,133 ohmů. A to díky hrubému broušenému pásu. Zde čistý zemní odpor=(RpxRe) / (Rp + Re)
Čistý odpor=(0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05)=0,036 Ohm
Uzemňovací impedance a počet elektrod na skupinu (paralelní zapojení). V případech, kdy jedna elektroda nestačí k zajištění požadovaného zemního odporu, je nutné použít více než jednu elektrodu. Vzdálenost elektrod by měla být asi 4 m. Kombinovaný odpor paralelních elektrod je komplexní funkcí několika faktorů, jako je počet a konfigurace elektrody. Celkový odpor skupiny elektrod v různých konfiguracích podle:
Ra=R (1 + λa / n), kde a=ρ / 2X3,14xRxS
Kde: S=Vzdálenost mezi nastavovacím stonkem (metr).
λ=Faktor uvedený v tabulce níže.
n=Počet elektrod.
ρ=Zemní odpor (ohmmetr).
R=Odpor jedné tyče v izolaci (Ω).
| Faktory pro paralelní elektrody v řadě | |
| Počet elektrod (n) | Faktor (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 |
Pro výpočet uzemnění elektrod rovnoměrně rozmístěných kolem dutého čtverce, jako je obvod budovy, jsou použity výše uvedené rovnice s hodnotou λ převzatou z následující tabulky. Pro tři tyče umístěné v rovnostranném trojúhelníku nebo v útvaru L je hodnota λ=1, 66
| Faktory pro duté čtvercové elektrody | |
| Počet elektrod (n) | Faktor (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 |
Výpočet ochranného uzemnění smyčky pro duté čtverce se provádí podle vzorce celkového počtu elektrod (N)=(4n-1). Základním pravidlem je, že paralelní tyče by měly být rozmístěny alespoň dvakrát tak dlouho, aby bylo možné plně využít výhody přídavných elektrod.
Pokud je vzdálenost elektrod mnohem větší než jejich délka a pouze několik elektrod je paralelně, pak lze výsledný zemní odpor vypočítat pomocí obvyklé rovnice pro odpor. V praxi bude efektivní zemní odpor obvykle vyšší než vypočítaný.
Pole se 4 elektrodami může obvykle poskytnout 2,5–3násobné zlepšení.
Pole 8 elektrod obvykle poskytuje zlepšení asi 5-6krát. Odpor původní zemnící tyče bude snížen o 40 % u druhého vedení, o 60 % u třetího vedení, 66 % u čtvrtého.
Příklad výpočtu elektrody
Výpočet celkového odporu zemnící tyče 200 paralelně zapojených jednotek, každá ve 4m intervalech, a pokud jsou zapojeny do čtverce. Zemnící tyč je 4metrů a průměru 12,2 mm, povrchový odpor 500 ohmů. Nejprve se vypočítá odpor jedné zemnící tyče: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 ohmů.
Dále celkový odpor zemnící tyče ve výši 200 jednotek paralelně: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0,146 Ra (paralelní vedení)=136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200)=1,67 Ohm.
Pokud je zemnicí tyč připojena k duté oblasti 200=(4N-1), Ra (na prázdném čtverci)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 Ohm.
Pozemní kalkulačka
Jak vidíte, výpočet uzemnění je velmi složitý proces, využívá mnoho faktorů a složité empirické vzorce, které jsou dostupné pouze vyškoleným inženýrům se složitými softwarovými systémy.
Uživatel může provést pouze hrubý výpočet pomocí online služeb, například Allcalc. Pro přesnější výpočty stále musíte kontaktovat projekční organizaci.
Online kalkulačka Allcalc vám pomůže rychle a přesně vypočítat ochranné uzemnění ve dvouvrstvé půdě sestávající z vertikálního terénu.
Výpočet parametrů systému:
- Svrchní vrstva půdy je vysoce navlhčený písek.
- Klimatický koeficient- 1.
- Spodní vrstva půdy je vysoce navlhčený písek.
- Počet vertikálních uzemnění - 1.
- Hloubka horní půdy H (m) - 1.
- Svislá délka řezu, L1 (m) - 5.
- Hloubka vodorovného řezu h2 (m)- 0,7.
- Délka spojovací lišty, L3 (m) - 1.
- Průměr svislé části, D (m) - 0,025.
- Šířka police vodorovné sekce, b (m) - 0,04.
- Elektrický odpor půdy (ohm/m) - 61,755.
- Odpor jedné vertikální sekce (Ohm) - 12,589.
- Délka vodorovného řezu (m) - 1.0000.
Horizontální zemnící odpor (Ohm) - 202.07.
Výpočet odporu ochranného uzemnění je dokončen. Celkový odpor proti šíření elektrického proudu (Ohm) - 11.850.
Uzemnění poskytuje společný referenční bod pro mnoho zdrojů napětí v elektrickém systému. Jedním z důvodů, proč uzemnění pomáhá udržet člověka v bezpečí, je to, že země je největší vodič na světě a přebytek elektřiny se vždy ubírá cestou nejmenšího odporu. Uzemněním elektrického systému doma člověk dovolí proudu jít do země, což zachrání jeho život i životy ostatních.
Bez řádně uzemněného elektrického systému doma uživatel riskuje nejen domácí spotřebiče, ale i své životy. Proto je v každém domě nutné nejen vytvořit zemnící síť, ale také každoročně sledovat její výkon pomocí speciálních měřicích přístrojů.
