Uno dei motivi più importanti per il calcolo della messa a terra e dell'installazione è che protegge le persone e gli elettrodomestici dalla sovratensione. Se all'improvviso un fulmine colpisce una casa o per qualche motivo si verifica uno sbalzo di tensione nella rete, ma allo stesso tempo l'impianto elettrico è collegato a terra, tutta questa elettricità in eccesso andrà nel terreno, altrimenti si verificherà un'esplosione che può distruggere tutto nel suo cammino.
Apparecchiature di protezione elettrica
La crescita del consumo di elettricità in tutti gli ambiti della vita, a casa e al lavoro, richiede regole di sicurezza chiare per la vita umana. Numerosi standard nazionali e internazionali regolano i requisiti per la realizzazione di impianti elettrici per garantire la sicurezza di persone, animali e cose durante l'utilizzo di apparecchi elettrici.
Le apparecchiature di protezione elettrica installate durante la costruzione di edifici residenziali e pubblici devono essere controllate regolarmente per garantire un funzionamento affidabile per molti anni. Le violazioni delle norme di sicurezza negli impianti elettrici possono avere conseguenze negative: minaccia per la vita delle persone, distruzione di proprietà odistruzione del cablaggio.
Le norme di sicurezza stabiliscono i seguenti limiti massimi per il contatto umano sicuro con superfici vive: 36 V CA negli edifici asciutti e 12 V CA nelle aree umide.
Sistema di messa a terra
Il sistema di messa a terra è un'apparecchiatura tecnica assolutamente essenziale per ogni edificio, quindi è il primo componente dell'impianto elettrico ad essere installato in una nuova struttura. Il termine messa a terra è usato nell'ingegneria elettrica per collegare intenzionalmente i componenti elettrici a terra.
La messa a terra di protezione protegge le persone da scosse elettriche quando si toccano apparecchiature elettriche in caso di malfunzionamento. Pali, recinzioni, utenze come tubazioni dell'acqua o gasdotti devono essere collegati con un cavo di protezione collegandolo a un terminale o una barra di messa a terra.
Problemi di protezione funzionale
La messa a terra funzionale non fornisce sicurezza come suggerisce il nome, ma crea un funzionamento ininterrotto di impianti e apparecchiature elettriche. La messa a terra funzionale dissipa le correnti e le sorgenti di rumore verso adattatori per test di terra, antenne e altri dispositivi che ricevono onde radio.
Determinano i potenziali di riferimento comuni tra apparecchiature elettriche e dispositivi e quindi prevengono vari malfunzionamenti nelle abitazioni private, come TV o sfarfallio della luce. La messa a terra funzionale non può mai svolgere compiti di protezione.
Tutti i requisiti per la protezione contro le scosse elettriche possono essere trovati negli standard nazionali. Stabilire una terra protettiva è vitale e quindi ha sempre la precedenza su funzionale.
Massima resistenza dei dispositivi di protezione
In un sistema sicuro per le persone, i dispositivi di protezione devono entrare in funzione non appena la tensione di guasto nel sistema raggiunge un valore che può essere pericoloso per loro. Per calcolare questo parametro, è possibile utilizzare i dati del limite di tensione sopra indicati, scegliere il valore medio U=25 VAC.
Gli interruttori automatici differenziali installati in aree residenziali normalmente non scattano verso terra fino a quando la corrente di cortocircuito non raggiunge 500 mA. Pertanto, secondo la legge di Ohm, con U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 ohm. Pertanto, al fine di tutelare adeguatamente l'incolumità di persone e cose, la terra deve avere una resistenza inferiore a 50 ohm, ovvero R terra<50.
Fattori di affidabilità degli elettrodi
Secondo gli standard statali, i seguenti elementi possono essere considerati elettrodi:
- pali o tubi in acciaio inseriti verticalmente;
- Nastri o fili di acciaio posati orizzontalmente;
- piastre metalliche da incasso;
- anelli di metallo posizionati attorno alle fondamenta o incorporati nelle fondamenta.
Condutture dell'acqua e altre reti sotterranee di ingegneria in acciaio (se c'è un accordo con i proprietari).
La messa a terra affidabile con resistenza inferiore a 50 ohm dipende da tre fattori:
- Vista terra.
- Tipo e resistenza del suolo.
- Resistenza della linea di terra.
Il calcolo del dispositivo di messa a terra deve iniziare con la determinazione della resistività del terreno. Dipende dalla forma degli elettrodi. La resistività terrestre r (lettera greca Rho) è espressa in ohm metri. Ciò corrisponde alla resistenza teorica di un cilindro di messa a terra da 1 m2, la cui sezione trasversale e altezza sono 1 m. Esempi di resistività del suolo in Ohm-m:
- terreno paludoso da 1 a 30;
- Loess soil da 20 a 100;
- humus da 10 a 150;
- sabbia di quarzo da 200 a 3000;
- calcare tenero da 1500 a 3000;
- terreno erboso da 100 a 300;
- terra rocciosa senza vegetazione - 5.
Installazione del dispositivo di messa a terra
Il circuito di terra è montato su una struttura composta da elettrodi in acciaio e strisce di collegamento. Dopo l'immersione nel terreno, il dispositivo viene collegato al quadro elettrico di casa con un filo o una simile striscia metallica. L'umidità del suolo influisce sul livello di posizionamento della struttura.
C'è una relazione inversa tra la lunghezza dell'armatura e il livello delle acque sotterranee. La distanza massima dal cantiere varia da 1 m a 10 m. Gli elettrodi per il calcolo della messa a terra devono entrare nel terreno al di sotto della linea di congelamento del suolo. Per i cottage, il circuito viene montato utilizzando prodotti in metallo: tubi, rinforzo liscio, angolo in acciaio, trave a I.
La loro forma deve essere adattata per l'ingresso in profondità nel terreno, l'area della sezione trasversale del rinforzo è superiore a 1,5 cm2. Il rinforzo è disposto in fila o sotto forma di varie forme, che dipendono direttamente dalla posizione effettiva del sito e dalla possibilità di montare un dispositivo di protezione. Viene spesso utilizzato lo schema attorno al perimetro dell'oggetto, tuttavia, il modello di messa a terra triangolare è ancora il più comune.
Nonostante il fatto che il sistema di protezione possa essere realizzato indipendentemente utilizzando il materiale disponibile, molti costruttori di case acquistano kit di fabbrica. Sebbene non siano economici, sono facili da installare e durevoli nell'uso. Tipicamente, un tale kit è composto da elettrodi ramati lunghi 1 m, dotati di una connessione filettata per il montaggio.
Calcolo della serie totale
Non esiste una regola generale per calcolare il numero esatto di fori e le dimensioni della striscia di terra, ma lo scarico della corrente di dispersione dipende sicuramente dall'area della sezione trasversale del materiale, quindi per qualsiasi attrezzatura, la dimensione della striscia di terra è calcolata sulla corrente che sarà trasportata da questa striscia.
Per calcolare il circuito di terra, viene prima calcolata la corrente di dispersione e viene determinata la dimensione della striscia.
Per la maggior parte delle apparecchiature elettriche come trasformatori,generatore diesel, ecc., la dimensione della striscia di terra neutra deve essere tale da poter gestire la corrente neutra di questa apparecchiatura.
Ad esempio, per un trasformatore da 100kVA, la corrente di carico totale è di circa 140A.
La striscia collegata deve essere in grado di trasportare almeno 70 A (corrente neutra), il che significa che una striscia di 25x3 mm è sufficiente per trasportare la corrente.
Una striscia più piccola viene utilizzata per mettere a terra la custodia, che può trasportare una corrente di 35 A, a condizione che 2 pozzi di messa a terra siano utilizzati per ogni oggetto come protezione di backup. Se una striscia diventa inutilizzabile a causa della corrosione, che interrompe l'integrità del circuito, la corrente di dispersione scorre attraverso l' altro sistema, fornendo protezione.
Calcolo del numero di tubi di protezione
La resistenza di messa a terra di un singolo elettrodo o tubo viene calcolata in base a:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Dove:
ρ=Resistenza di terra (ohmmetro), L=Lunghezza elettrodo (metro), D=Diametro elettrodo (metro).
Calcolo del terreno (esempio):
Calcola la resistenza del tirante isolante da terra. Ha una lunghezza di 4 metri e un diametro di 12,2 mm, un peso specifico di 500 ohm.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
La resistenza di messa a terra di un singolo elettrodo a barra o tubo viene calcolata come segue:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))
Dove:
ρ=Resistenza di terra (ohmmetro), L=Lunghezza elettrodo (cm), D=Diametro elettrodo (cm).
Definizionestruttura di messa a terra
Il calcolo della messa a terra di un impianto elettrico inizia con la determinazione del numero di tubi di messa a terra con un diametro di 100 mm, lunghi 3 metri. Il sistema ha una corrente di guasto di 50 KA per 1 secondo e una resistività di terra di 72,44 ohm.
Densità di corrente sulla superficie del dispersore:
Poppy. densità di corrente ammissibile I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
Poppy. densità di corrente consentita=7,57 × 1000 / (√72,44X1)=889,419 A / m2
La superficie di un diametro è di 100 mm. Tubo da 3 m=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
Poppy. corrente dissipata da un tubo di terra=densità di corrente x superficie dell'elettrodo.
Max. corrente dissipata da un tubo di messa a terra=889,419x 0,942=838A, Numero del tubo di terra richiesto=Corrente di guasto / Max.
Numero di tubi di messa a terra necessari=50000/838=60 pezzi.
Resistenza del tubo di terra (isolato) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Resistenza del tubo di terra (isolato) R=100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10))=7,99 Ω / Tubo
Resistenza totale di 60 pezzi di terra=7,99 / 60=0,133 Ohm.
Resistenza della striscia di terra
Resistenza della striscia di terra (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / peso))
Di seguito è riportato un esempio di calcolo della messa a terra del circuito.
Calcola una striscia larga 12 mm, lunga 2200 metri,sepolto nel terreno a una profondità di 200 mm, la resistività del suolo è di 72,44 ohm.
Resistenza della striscia di terra (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 /.2x.012))=0, 050 Ω
Dalla resistenza totale sopra di 60 pezzi di tubi di messa a terra (Rp)=0,133 ohm. E questo è dovuto alla striscia di terra ruvida. Qui resistenza di terra netta=(RpxRe) / (Rp + Re)
Resistenza netta=(0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05)=0,036 Ohm
Impedenza di massa e numero di elettrodi per gruppo (connessione in parallelo). Nei casi in cui un elettrodo non è sufficiente per fornire la resistenza di terra richiesta, è necessario utilizzare più di un elettrodo. La distanza degli elettrodi dovrebbe essere di circa 4 M. La resistenza combinata degli elettrodi paralleli è una funzione complessa di diversi fattori come il numero e la configurazione dell'elettrodo. Resistenza totale di un gruppo di elettrodi in varie configurazioni secondo:
Ra=R (1 + λa / n), dove a=ρ / 2X3.14xRxS
Dove: S=Distanza tra stelo di regolazione (metro).
λ=Fattore mostrato nella tabella seguente.
n=Numero di elettrodi.
ρ=Resistenza di terra (ohmmetro).
R=Resistenza di un singolo stelo in isolamento (Ω).
| Fattori per elettrodi paralleli in linea | |
| Numero di elettrodi (n) | Fattore (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 |
Per calcolare la messa a terra di elettrodi uniformemente distanziati attorno a un quadrato vuoto, come il perimetro di un edificio, si utilizzano le equazioni di cui sopra con un valore di λ preso dalla tabella seguente. Per tre aste situate in un triangolo equilatero o in una formazione a L, il valore λ=1, 66
| Fattori per elettrodi quadrati cavi | |
| Numero di elettrodi (n) | Fattore (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 |
Il calcolo della messa a terra di protezione del circuito per i quadrati cavi viene effettuato secondo la formula del numero totale di elettrodi (N)=(4n-1). La regola pratica è che le aste parallele dovrebbero essere distanziate almeno il doppio per sfruttare appieno gli elettrodi aggiuntivi.
Se la separazione degli elettrodi è molto maggiore della loro lunghezza e solo pochi elettrodi sono in parallelo, la resistenza di terra risultante può essere calcolata usando la consueta equazione per la resistenza. In pratica, la resistenza di terra effettiva sarà generalmente superiore a quella calcolata.
In genere, un array a 4 elettrodi può fornire un miglioramento di 2,5-3 volte.
Un array di 8 elettrodi di solito fornisce un miglioramento di forse 5-6 volte. La resistenza della barra di messa a terra originale sarà ridotta del 40% per la seconda linea, del 60% per la terza linea, del 66% per la quarta.
Esempio di calcolo degli elettrodi
Calcolo della resistenza totale di un picchetto di terra 200 unità in parallelo, a intervalli di 4 m ciascuna, e se sono collegate in un quadrato. L'asta di terra è 4metri e un diametro di 12,2 mm, resistenza superficiale 500 ohm. Innanzitutto, viene calcolata la resistenza di una singola barra di messa a terra: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 ohm.
Successivamente, la resistenza totale della barra di messa a terra per un importo di 200 unità in parallelo: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0,146 Ra (linea parallela)=136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200)=1,67 Ohm.
Se il picchetto di messa a terra è collegato a un'area cava 200=(4N-1), Ra (su un quadrato vuoto)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 Ohm.
Calcolatore di terra
Come puoi vedere, il calcolo della messa a terra è un processo molto complesso, utilizza molti fattori e formule empiriche complesse che sono disponibili solo per ingegneri addestrati con sistemi software complessi.
L'utente può eseguire solo un calcolo approssimativo utilizzando i servizi online, ad esempio Allcalc. Per calcoli più accurati, è comunque necessario contattare l'organizzazione di progettazione.
Il calcolatore online Allcalc ti aiuterà a calcolare in modo rapido e accurato la messa a terra protettiva in un terreno a due strati costituito da un terreno verticale.
Calcolo dei parametri di sistema:
- Lo strato superiore del terreno è costituito da sabbia molto inumidita.
- Coefficiente climatico- 1.
- Lo strato inferiore del terreno è costituito da sabbia molto inumidita.
- Numero di messe a terra verticali - 1.
- Profondità del suolo superiore H (m) - 1.
- Lunghezza della sezione verticale, L1 (m) - 5.
- Profondità del tratto orizzontale h2 (m)- 0,7.
- Lunghezza striscia di collegamento, L3 (m) - 1.
- Diametro della sezione verticale, D (m) - 0,025.
- Larghezza del ripiano della sezione orizzontale, b (m) - 0,04.
- Resistenza elettrica al suolo (ohm/m) - 61.755.
- Resistenza di una sezione verticale (Ohm) - 12.589.
- Lunghezza della sezione orizzontale (m) - 1.0000.
Resistenza di messa a terra orizzontale (Ohm) - 202.07.
Il calcolo della resistenza di terra di protezione è completato. La resistenza totale alla propagazione della corrente elettrica (Ohm) - 11.850.
Ground fornisce un punto di riferimento comune per molte sorgenti di tensione in un sistema elettrico. Uno dei motivi per cui la messa a terra aiuta a mantenere una persona al sicuro è che la terra è il conduttore più grande del mondo e l'elettricità in eccesso prende sempre il percorso di minor resistenza. Collegando a terra l'impianto elettrico di casa, una persona consente alla corrente di entrare nel terreno, salvando la sua vita e quella degli altri.
Senza un impianto elettrico domestico adeguatamente messo a terra, l'utente rischia non solo gli elettrodomestici, ma anche la propria vita. Ecco perché in ogni casa è necessario non solo creare una rete di messa a terra, ma anche monitorarne annualmente le prestazioni utilizzando appositi strumenti di misura.
