Een van de belangrijkste redenen voor het berekenen van aarding en installatie is dat het mensen en apparaten in huis beschermt tegen overspanning. Als plotseling de bliksem inslaat in een huis of om wat voor reden dan ook een stroomstoot in het netwerk is, maar tegelijkertijd het elektrische systeem is geaard, zal al deze overtollige elektriciteit de grond in gaan, anders zal er een explosie zijn die alles kan vernietigen op zijn pad.
Elektrische beveiligingsapparatuur
Groei van het elektriciteitsverbruik op alle gebieden van het leven, thuis en op het werk, vereist duidelijke veiligheidsregels voor het menselijk leven. Talrijke nationale en internationale normen bepalen de vereisten voor de constructie van elektrische systemen om de veiligheid van mensen, huisdieren en eigendommen te garanderen bij het gebruik van elektrische apparaten.
Elektrische beveiligingsapparatuur die tijdens de bouw van woningen en openbare gebouwen is geïnstalleerd, moet regelmatig worden gecontroleerd om een betrouwbare werking gedurende vele jaren te garanderen. Overtredingen van veiligheidsregels in elektrische systemen kunnen negatieve gevolgen hebben: levensgevaar voor mensen, vernieling van eigendommen ofbedrading vernietiging.
Veiligheidsvoorschriften stellen de volgende bovengrenzen voor veilig menselijk contact met onder spanning staande oppervlakken: 36 VAC in droge gebouwen en 12 VAC in natte ruimtes.
Aardingssysteem
Aardingssysteem is een absoluut essentiële technische uitrusting voor elk gebouw, dus het is het eerste elektrische installatieonderdeel dat in een nieuwe faciliteit wordt geïnstalleerd. De term aarding wordt in de elektrotechniek gebruikt om elektrische componenten doelbewust met aarde te verbinden.
Beschermende aarding beschermt mensen tegen elektrische schokken bij het aanraken van elektrische apparatuur in het geval van een storing. Masten, hekken, nutsvoorzieningen zoals waterleidingen of gasleidingen moeten worden aangesloten met een beschermende kabel door verbinding te maken met een terminal of aardingsstaaf.
Problemen met functionele bescherming
Functionele aarding biedt geen veiligheid zoals de naam doet vermoeden, maar zorgt in plaats daarvan voor een ononderbroken werking van elektrische systemen en apparatuur. Functionele aarding dissipeert stromen en ruisbronnen naar aardingstestadapters, antennes en andere apparaten die radiogolven ontvangen.
Ze bepalen de gemeenschappelijke referentiepotentialen tussen elektrische apparatuur en apparaten en voorkomen zo verschillende storingen in privéwoningen, zoals tv of lichtflikkering. Functionele aarding kan nooit beschermende taken uitvoeren.
Alle vereisten voor bescherming tegen elektrische schokken zijn te vinden in nationale normen. Het tot stand brengen van een beschermende aarde is van vitaal belang en heeft daarom altijd voorrang op functioneel.
Ultieme weerstand van beschermende apparaten
In een systeem dat veilig is voor mensen, moeten beveiligingsapparatuur in werking treden zodra de foutspanning in het systeem een waarde bereikt die gevaarlijk voor hen kan zijn. Om deze parameter te berekenen, kunt u de bovenstaande spanningslimietgegevens gebruiken, kies de gemiddelde waarde U=25 VAC.
Residuele stroomonderbrekers die in woonwijken zijn geïnstalleerd, zullen normaal gesproken niet naar de aarde worden uitgeschakeld totdat de kortsluitstroom 500 mA bereikt. Daarom, volgens de wet van Ohm, met U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 ohm. Om de veiligheid van mensen en eigendommen adequaat te beschermen, moet de aarde daarom een weerstand hebben van minder dan 50 ohm, of R earth<50.
Elektrodebetrouwbaarheidsfactoren
Volgens staatsnormen kunnen de volgende elementen als elektroden worden beschouwd:
- verticaal geplaatste stalen palen of buizen;
- horizontaal gelegde stalen strips of draden;
- verzonken metalen platen;
- metalen ringen geplaatst rond funderingen of ingebed in funderingen.
Waterleidingen en andere ondergrondse staalconstructienetwerken (als er overeenstemming is met de eigenaren).
Betrouwbare aarding met een weerstand van minder dan 50 ohm hangt af van drie factoren:
- Landzicht.
- Type en bodemweerstand.
- Grondlijnweerstand.
De berekening van het aardingsapparaat moet beginnen met het bepalen van de soortelijke weerstand van de grond. Het hangt af van de vorm van de elektroden. Aardweerstand r (Griekse letter Rho) wordt uitgedrukt in ohm-meters. Dit komt overeen met de theoretische weerstand van een aardingscilinder van 1 m2, waarvan de doorsnede en hoogte 1 m zijn. wordt hoger). Voorbeelden van bodemweerstand in Ohm-m:
- drassige bodem van 1 tot 30;
- lössgrond van 20 tot 100;
- humus van 10 tot 150;
- kwartszand van 200 tot 3000;
- zachte kalksteen van 1500 tot 3000;
- grasbodem van 100 tot 300;
- rotsachtig land zonder vegetatie - 5.
Installatie van aardingsapparaat
De aardlus is gemonteerd op een structuur die bestaat uit stalen elektroden en verbindingsstrips. Na onderdompeling in de grond wordt het apparaat met een draad of een soortgelijke metalen strip verbonden met het elektrische paneel van het huis. Bodemvocht beïnvloedt het plaatsingsniveau van de constructie.
Er is een omgekeerd verband tussen de lengte van de wapening en het grondwaterpeil. De maximale afstand tot de bouwplaats varieert van 1 m tot 10 m. Elektroden voor aardingsberekening moeten de grond onder de grondbevriezingslijn ingaan. Voor huisjes wordt het circuit gemonteerd met behulp van metalen producten: buizen, gladde wapening, stalen hoek, I-balk.
Hun vorm moet worden aangepast voor diepe intrede in de grond, het dwarsdoorsnede-oppervlak van de wapening is meer dan 1,5 cm2. De wapening wordt in een rij of in de vorm van verschillende vormen geplaatst, die direct afhankelijk zijn van de werkelijke locatie van de site en de mogelijkheid om een beveiligingsapparaat te monteren. Het schema rond de omtrek van het object wordt vaak gebruikt, maar het driehoekige aardingsmodel is nog steeds het meest gebruikelijk.
Ondanks het feit dat het beveiligingssysteem onafhankelijk kan worden gemaakt met behulp van het beschikbare materiaal, kopen veel huizenbouwers fabriekskits. Hoewel ze niet goedkoop zijn, zijn ze eenvoudig te installeren en duurzaam in gebruik. Typisch bestaat zo'n kit uit verkoperde elektroden van 1 m lang, voorzien van een schroefdraadverbinding voor montage.
Total streak berekening
Er is geen algemene regel voor het berekenen van het exacte aantal gaten en afmetingen van de aardingsstrip, maar de ontlading van de lekstroom is absoluut afhankelijk van de dwarsdoorsnede van het materiaal, dus voor alle apparatuur, wordt de grootte van de aardstrip berekend op basis van de stroom die door deze strip wordt gevoerd.
Om de aardlus te berekenen, wordt eerst de lekstroom berekend en wordt de stripgrootte bepaald.
Voor de meeste elektrische apparatuur zoals transformator,dieselgenerator, enz., moet de grootte van de neutrale aardstrip zodanig zijn dat deze de neutrale stroom van deze apparatuur aankan.
Voor een 100kVA transformator is de totale belastingsstroom bijvoorbeeld ongeveer 140A.
De aangesloten strip moet minimaal 70A (nulstroom) kunnen dragen, wat betekent dat een strip van 25x3mm voldoende is om de stroom te dragen.
Een kleinere strip wordt gebruikt om de behuizing te aarden, die een stroom van 35 A kan voeren, op voorwaarde dat er voor elk object 2 aardingsputten worden gebruikt als back-upbeveiliging. Als een strip onbruikbaar wordt door corrosie, die de integriteit van het circuit verbreekt, vloeit de lekstroom door het andere systeem en biedt bescherming.
Berekening van het aantal beschermingsbuizen
De aardingsweerstand van een staaf of buis met enkele elektrode wordt berekend volgens:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Waar:
ρ=Aardingsweerstand (ohmmeter), L=Elektrodelengte (meter), D=Elektrodediameter (meter).
Grondberekening (voorbeeld):
Bereken de weerstand van de aardingsisolatiestaaf. Het heeft een lengte van 4 meter en een diameter van 12,2 mm, een soortelijk gewicht van 500 ohm.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
De aardingsweerstand van een enkele staaf- of buiselektrode wordt als volgt berekend:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))
Waar:
ρ=Aardingsweerstand (ohmmeter), L=Elektrodelengte (cm), D=Elektrodediameter (cm).
Definitieaardingsstructuur
Het berekenen van de aarding van een elektrische installatie begint met het bepalen van het aantal aardingsbuizen met een diameter van 100 mm, 3 meter lang. Het systeem heeft een foutstroom van 50 KA gedurende 1 seconde en een aardingsweerstand van 72,44 ohm.
Stroomdichtheid aan het oppervlak van de aardelektrode:
Poppy. toelaatbare stroomdichtheid I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
Poppy. toegestane stroomdichtheid=7.57 × 1000 / (√72.44X1)=889.419 A / m2
Het oppervlak van één diameter is 100 mm. 3m leiding=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
Poppy. stroom gedissipeerd door één aardleiding=stroomdichtheid x elektrode-oppervlak.
Max. stroom gedissipeerd door één aardleiding=889.419x 0,942=838A, Aantal benodigde aardleiding=Foutstroom / Max.
Aantal grondleiding nodig=50000/838=60 stuks.
Weerstand aardleiding (geïsoleerd) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Weerstand aardleiding (geïsoleerd) R=100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10))=7,99 Ω / Leiding
Totale weerstand van 60 stukjes aarde=7,99 / 60=0,133 Ohm.
Aardstripweerstand
Aardstripweerstand (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / wt))
Een voorbeeld van berekening van de aarding van de lus wordt hieronder gegeven.
Bereken een strook van 12 mm breed, 2200 meter lang,begraven in de grond op een diepte van 200 mm, is de bodemweerstand 72,44 ohm.
Aardstripweerstand (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 /.2x.012))=0, 050 Ω
Van de bovenstaande totale weerstand van 60 stuks aardingsbuizen (Rp)=0,133 ohm. En dit komt door de ruwe grondstrook. Hier netto aardingsweerstand=(RpxRe) / (Rp + Re)
Netto weerstand=(0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05)=0,036 Ohm
Grondimpedantie en aantal elektroden per groep (parallelle aansluiting). In gevallen waarin één elektrode onvoldoende is om de vereiste aardingsweerstand te bieden, moeten meer dan één elektrode worden gebruikt. De afstand tussen de elektroden moet ongeveer 4 m zijn. De gecombineerde weerstand van de parallelle elektroden is een complexe functie van verschillende factoren, zoals het aantal en de configuratie van de elektrode. Totale weerstand van een groep elektroden in verschillende configuraties volgens:
Ra=R (1 + λa / n), waar a=ρ / 2X3.14xRxS
Waar: S=Afstand tussen stelpen (meter).
λ=Factor weergegeven in de onderstaande tabel.
n=Aantal elektroden.
ρ=Aardingsweerstand (Ohmmeter).
R=Weerstand van een enkele staaf in isolatie (Ω).
| Factoren voor parallelle elektroden in lijn | |
| Aantal elektroden (n) | Factor (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 |
Om de aarding te berekenen van elektroden die gelijkmatig zijn verdeeld rond een hol vierkant, zoals de omtrek van een gebouw, worden de bovenstaande vergelijkingen gebruikt met een waarde van λ uit de volgende tabel. Voor drie staven die zich in een gelijkzijdige driehoek of in een L-formatie bevinden, is de waarde λ=1, 66
| Factoren voor holle vierkante elektroden | |
| Aantal elektroden (n) | Factor (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 |
Berekening van lusbeschermende aarding voor holle vierkanten wordt uitgevoerd volgens de formule van het totale aantal elektroden (N)=(4n-1). De vuistregel is dat parallelle staven minstens twee keer zo lang uit elkaar moeten worden geplaatst om optimaal te profiteren van de extra elektroden.
Als de scheiding van de elektroden veel groter is dan hun lengte, en er zijn maar een paar elektroden parallel, dan kan de resulterende aardingsweerstand worden berekend met behulp van de gebruikelijke vergelijking voor weerstand. In de praktijk zal de effectieve aardingsweerstand meestal hoger zijn dan de berekende.
Normaal gesproken kan een array met 4 elektroden zorgen voor een verbetering van 2,5 tot 3 keer.
Een array van 8 elektroden geeft gewoonlijk een verbetering van misschien wel 5-6 keer. De weerstand van de originele aardingspen wordt verminderd met 40% voor de tweede lijn, 60% voor de derde lijn, 66% voor de vierde.
Elektrodeberekeningsvoorbeeld
De totale weerstand van een aardingsstaaf berekenen 200 eenheden parallel, met intervallen van elk 4 m, en als ze in een vierkant zijn verbonden. De aardingsstaaf is 4meter en een diameter van 12,2 mm, oppervlakteweerstand 500 ohm. Eerst wordt de weerstand van een enkele aardpen berekend: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 ohm.
Vervolgens, de totale weerstand van de aardingsstaaf in een hoeveelheid van 200 eenheden parallel: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0,146 Ra (parallelle lijn)=136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200)=1,67 Ohm.
Als de aardingsstaaf is verbonden met een holle ruimte 200=(4N-1), Ra (op een leeg vierkant)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 Ohm.
Grondcalculator
Zoals je kunt zien, is de berekening van aarding een zeer complex proces, het maakt gebruik van veel factoren en complexe empirische formules die alleen beschikbaar zijn voor getrainde ingenieurs met complexe softwaresystemen.
De gebruiker kan alleen een ruwe berekening maken met behulp van online services, bijvoorbeeld Allcalc. Voor nauwkeurigere berekeningen moet u nog steeds contact opnemen met de ontwerporganisatie.
Allcalc online calculator helpt u snel en nauwkeurig de beschermende aarding te berekenen in een tweelaagse grond bestaande uit een verticale grond.
Berekening van systeemparameters:
- De bovenste laag grond is sterk bevochtigd zand.
- Klimatologische coëfficiënt- 1.
- De onderste laag grond is sterk bevochtigd zand.
- Aantal verticale aardingen - 1.
- Bovengronddiepte H (m) - 1.
- Verticale sectielengte, L1 (m) - 5.
- Diepte van de horizontale sectie h2 (m)- 0.7.
- Lengte verbindingsstrip, L3 (m) - 1.
- Diameter van de verticale sectie, D (m) - 0,025.
- Breedte van de horizontale sectieplank, b (m) - 0,04.
- Elektrische bodemweerstand (ohm/m) - 61.755.
- Weerstand van één verticale sectie (Ohm) - 12.589.
- Lengte van de horizontale sectie (m) - 1.0000.
Horizontale aardingsweerstand (Ohm) - 202.07.
Berekening van de beschermende aardingsweerstand is voltooid. De totale weerstand tegen de voortplanting van elektrische stroom (Ohm) - 11.850.
Ground biedt een gemeenschappelijk referentiepunt voor veel spanningsbronnen in een elektrisch systeem. Een van de redenen waarom aarding helpt om een persoon veilig te houden, is dat de aarde de grootste geleider ter wereld is en dat overtollige elektriciteit altijd de weg van de minste weerstand kiest. Door het elektrische systeem thuis te aarden, laat een persoon de stroom de grond in gaan, wat zijn leven en dat van anderen redt.
Zonder een goed geaard elektrisch systeem in huis, riskeert de gebruiker niet alleen huishoudelijke apparaten, maar ook zijn leven. Daarom is het in elk huis noodzakelijk om niet alleen een aardingsnetwerk aan te leggen, maar ook om jaarlijks de prestaties ervan te controleren met behulp van speciale meetinstrumenten.
