Розрахунок захисного заземлення
Розрахунок захисного заземлення можна виконувати за допустимим опором пристрою, що заземлюється Rз або за допустимими значеннями напруг дотику і кроку 
і 
.
Допустимі значення опору пристроїв, що заземлюються, згідно з “Правилами устройства электроустановок” дорівнюють:
Для установок до 1000 В:
- 
– якщо сумарна потужність джерел струму, що живлять мережу, не більш 100 кВ·А;
- 
– у всіх інших випадках.
Для установок вище 1000 В:
- 
– у мережах з ізольованою нейтралью при малих струмах заземлення за умови використання пристроїв, що заземлюють, тільки для електроустановок напругою вище 1000 В;
- 
– теж у мережах з ізольованою нейтралью і малими струмами заземлення, але з використанням пристроїв, що заземлюють, одночасно і для електроустановок напругою до 1000 В;
- 
– у мережах з ефективно заземленою нейтралью при великих струмах замикання.
Струм замикання на землю 
в установках напругою більш 1000 В без компенсації ємнісних струмів визначається за рівнянням
(40)
де U – лінійна напруга мережі, кВ.
– довжина кабельних ліній, км.
– довжина повітряних ліній, км.
В установках напругою більш 1000 В без компенсації ємнісних складових струм замикання на землю береться дорівненим
Iз=1,25lном (41)
де lном – номінальний струм споживачів мережі.
Розрахунок заземленняздійснюється у такій послідовності:
- визначають допустимий опір пристрою, що заземлює Rз;
- визначають розрахунковий питомий опір ґрунту;
- розраховують опір розтіканню струму одного вертикального заземлювача;
- визначають необхідну кількість заземлювачів та орієнтовне їх розташування за периметром приміщення або вряд з визначенням відстані між ними;
- розраховують опір розтіканню з'єднувальної шини;
- розраховують загальний опір заземлюючого пристрою з урахуванням з'єднувальної шини.
Розрахунковий питомий опір ґрунту (Ом×м) визначають за формулою
rp=r·φ, (42)
де r – питомий опір ґрунту за вимірами або орієнтовно за даними таблиці 26;
φ – кліматичний коефіцієнт, що залежить від кліматичної зони та вологості ґрунту (табл.27).
Таблиця 26 – Орієнтовні значення питомого опору ґрунтів
| Грунт | Питомий опір, Ом×м | |
| Можливі межі коливань | При середній вологості ґрунту | |
| Пісок | 400 – 700 | |
| Супісок | 150 – 400 | |
| Кам’янистий грунт | 500 – 800 | - |
| Суглинок | 40 – 150 | |
| Глина | 8 – 70 | |
| Чорнозем | 9 – 53 | |
| Садова земля | 30 – 60 | |
| Торф | 10 – З0 |
Таблиця 27 – Коефіцієнти сезонності для однорідного ґрунту
| Кліматична зона | Стан ґрунту під час виміру його опору при вологості | ||
| підвищеній | нормальній | зниженій | |
| Вертикальний електрод довжиною 3 м | |||
| I | 1,9 | 1,7 | 1,5 |
| II | 1,7 | 1,5 | 1,3 |
| III | 1,5 | 1,3 | 1,2 |
| IV | 1,3 | 1,1 | 1,0 |
| Вертикальний електрод довжиною 5 м | |||
| I | 1,5 | 1,4 | 1,3 |
| II | 1,4 | 1,3 | 1,2 |
| III | 1,3 | 1,2 | 1,1 |
| IV | 1,2 | 1,1 | 1,0 |
| Горизонтальний електрод довжиною 10 м | |||
| I | 9,3 | 5,5 | 4,1 |
| II | 5,9 | 3,5 | 2,6 |
| III | 4,2 | 2,5 | 2,0 |
| IV | 2,5 | 1,5 | 1,1 |
| Горизонтальний електрод довжиною 50 м | |||
| I | 7,2 | 4,5 | 3,6 |
| II | 4,8 | 3,0 | 2,4 |
| III | 3,2 | 2,0 | 1,6 |
| IV | 2,2 | 1,4 | 1,12 |
Кліматичні зони виділяються у залежності від середніх багаторічної нижчої і вищої температур, а також від середньорічної кількості опадів і тривалості замерзання води.
Опір розтіканню струму одного вертикального стрижневого (трубчатого) заземлювача (у омах):
, (43)
або при заглибленні заземлювача на h м
, (44)
де l – довжина заземлювача, м;
d – діаметр заземлювача, м;
t – відстань від поверхні землі до середини заземлювача, м.
 |
Рисунок 13 – Схема розташування електродів захисного заземлення в ґрунті
Для горизонтальних смуг, заглублених у ґрунті, опір розтіканню струму одного вертикального стрижневого (трубчатого) заземлювача визначається за формулою
, (45)
де l, b і h – відповідно довжина, ширина і глибина закладення смуги у ґрунті, як показано на рисунку 13, м.
Якщо загальний опір Rод менше чи дорівнює припустимому опору Rз, то беремо один заземлювач. Якщо загальний опір Rод більше припустимого опору Rз, то необхідно взяти декілька заземлювачів.
Орієнтовна кількість вертикальних заземлювачів визначається за формулою
, (46)
де Rз – найбільший допустимий опір заземлюючого пристрою (згідно з "Правилами устройства электроустановок").
Шляхом розташування отриманої кількості заземлювачів на плані визначають орієнтовну відстань між ними і за табличними даними визначають коефіцієнт використання заземлювачів (табл. 28,29) залежно від кількості стрижнів і відношення відстані між ними до їх довжини.
Визначають загальну кінцеву кількість заземлювачів:
- для вертикальних заземлювачів, заглиблених у ґрунті
де 
– коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів, визначається за таблицею 28;
- для горизонтальних заземлювачів, заглиблених у ґрунті
де 
– коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів, визначається за таблицею 29.
Опір розтіканню з'єднувальної шини для вертикальних заземлювачів з урахуванням коефіцієнта її використання ηш (табл. 30), (у омах), визначається за формулою
(47)
або при заглибленні
, (48)
де L – довжина шини, м;
bш – ширина шини, м;
h – глибина закладання шини, м.
Довжина шини у випадку вертикальних заземлювачів визначається за формулою
(49)
де а – відстань між заземлювачами, м.
Таблиця 28 – Коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів ηВ групового заземлювача без урахування шини
| Відношення відстані між трубами (стержнями) до їх довжини | При розташуванні у ряд | При розташуванні по контуру | ||
| Кількість заземлювачів | ηВ | Кількість заземлювачів | ηВ | |
| 0,85 | – | |||
| 0,73 | 0,69 | |||
| 0,65 | 0,61 | |||
| I0 | 0,59 | 0,56 | ||
| 0,48 | 0,47 | |||
| – | – | 0,41 | ||
| – | – | 0,39 | ||
| – | – | 0,36 | ||
| 0,91 | – | |||
| 0,83 | 0,78 | |||
| 0,77 | 0,73 | |||
| I0 | 0,74 | 0,68 | ||
| 0,67 | 0,63 | |||
| – | – | 0,58 | ||
| – | – | 0,55 | ||
| – | – | 0,52 | ||
| 0,94 | – | |||
| 0,89 | 0,85 | |||
| 0,85 | 0,80 | |||
| I0 | 0,81 | 0,76 | ||
| 0,76 | 0,71 | |||
| – | – | 0,66 | ||
| – | – | 0,64 | ||
| – | – | 0,62 |
Таблиця 29 – Коефіцієнт використання паралельно розташованих
горизонтальних заземлювачів ηГ групового заземлювача
| Довжина кожної смуги, м | Кількість паралель-них смуг | Відстань між паралельними смугами, м | ||||
| 2,5 | ||||||
| 0,37 | 0,49 | 0,60 | 0,73 | 0,79 | ||
| 0,25 | 0,37 | 0,49 | 0,64 | 0,72 | ||
| 0,16 | 0,27 | 0,39 | 0,57 | 0,64 | ||
| 0,35 | 0,45 | 0,55 | 0,66 | 0,73 | ||
| 0,23 | 0,31 | 0,43 | 0,57 | 0,66 | ||
| 0,14 | 0,23 | 0,33 | 0,47 | 0,57 | ||
| 0,33 | 0,40 | 0,48 | 0,58 | 0,65 | ||
| 0,20 | 0,27 | 0,35 | 0,46 | 0,53 | ||
| 0,12 | 0,19 | 0,25 | 0,36 | 0,44 | ||
| 0,31 | 0,38 | 0,45 | 0,53 | 0,58 | ||
| 0,18 | 0,25 | 0,31 | 0,41 | 0,47 | ||
| 0,11 | 0,16 | 0,22 | 0,31 | 0,38 |
Таблиця 30 – Коефіцієнт використання шини ηш
| Відношення відстані між заземлювачами до їх довжини | Кількість заземлювачів | |||||||
| При розташуванні стрижнів у ряд | ||||||||
| 0,85 | 0,77 | 0,72 | 0,62 | 0,42 | – | – | – | |
| 0,94 | 0,80 | 0,84 | 0,75 | 0,66 | – | – | – | |
| 0,96 | 0,92 | 0,88 | 0,82 | 0,68 | – | – | – | |
| При розташуванні стрижнів по контуру | ||||||||
| – | 0,45 | 0,40 | 0,34 | 0,27 | 0,22 | 0,20 | 0,19 | |
| – | 0,55 | 0,48 | 0,40 | 0,32 | 0,29 | 0,27 | 0,23 | |
| – | 0,70 | 0,64 | 0,56 | 0,45 | 0,39 | 0,36 | 0,33 |
Загальний опір заземлюючого пристрою для вертикальних заземлювачів, (у омах), визначається за формулою
. (50)
Загальний опір заземлюючого пристрою для горизонтальних заземлювачів, (у омах), визначається за формулою
. (51)
Якщо загальний опір більш нормативного, необхідно збільшити кількість заземлювачів або змінити їх розташування.
Приклад розрахунку. Розрахувати захисне заземлення для електромережі 380 В, для якої сумарна потужність джерел струму, що живлять мережу, дорівнює 50 кВ·А. В якості заземлювачів використати круглі стрижні з вертикальним заглибленням. Діаметр одного стрижня d=0,05 м, довжина l=3 м, відстань між заземлювачами a=6 м, глибина заглиблення h=1,7 м, ширина шини b=0,03 м. Тип ґрунту – пісок, кліматична зона – II. Вологість ґрунту – середня.
Рішення. Згідно з “Правилами устройства электроустановок” Rз для даного типу електромережі дорівнює 10 Ом.
Розраховуємо питомий опір ґрунту за формулою (42). Питомий опір піску за таблицею 26 дорівнює 700 Ом·м, коефіцієнти сезонності для кліматичної зони II при нормальної вологості ґрунту дорівнює 1,5
rp=r·φ=700·1,5=1050 Ом·м.
Опір розтіканню струму одного вертикального стрижневого (трубчатого) заземлювача розраховуємо за формулою (44):
Ом.
Визначаємо орієнтовну кількість вертикальних заземлювачів за формулою (46):
шт.
Розташовуємо заземлювачі по контуру. Коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів 
визначаємо за таблицею 28 за допомогою лінійної екстраполяції ηВ=0,61.
Визначають загальну кінцеву кількість заземлювачів n=28/0,65=43 шт.
Довжина шини визначається за формулою (49):
м.
За даними таблиці 30 коефіцієнт використання шини ηш=0,29.
Визначаємо опір розтіканню з'єднувальної шини для вертикальних заземлювачів, (у омах), за формулою (48):
Ом.
Загальний опір заземлюючого пристрою визначається за формулою(50):
.
Розраховане значення опору відповідає нормам. Тобто для заземлення треба взяти 43 стрижня.