Calcul du dispositif de mise à la terre du programme de boucle de terre. Calcul des dispositifs de mise à la terre

Le système de mise à la terre assure la sécurité des résidents et le fonctionnement ininterrompu des appareils électriques. La mise à la terre empêche les chocs électriques en cas de fuites d'électricité vers des éléments métalliques non porteurs de courant qui se produisent lorsque l'isolation est endommagée. La création d'un système de sécurité est un événement responsable, par conséquent, avant sa réalisation, il est nécessaire de calculer la mise à la terre.

Terrain naturel

À une époque où la liste des appareils électroménagers dans une maison se limitait à un téléviseur, un réfrigérateur et une machine à laver, les dispositifs de mise à la terre étaient rarement utilisés. La protection contre les fuites de courant a été attribuée aux conducteurs de mise à la terre naturelle, tels que :

• tuyaux métalliques non isolés;
• tubage de puits d'eau;
• éléments de clôtures métalliques, lampadaires;
• tressage de réseaux câblés;
• éléments en acier des fondations, des colonnes.

La meilleure option pour une mise à la terre naturelle est une conduite d'eau en acier. En raison de leur grande longueur, les conduites d'eau minimisent la résistance à la propagation du courant. L'efficacité des conduites d'eau est également obtenue en raison de leur pose en dessous du niveau de gel saisonnier, et donc ni la chaleur ni le froid n'affectent leurs qualités protectrices.

Les éléments métalliques des produits souterrains en béton conviennent à un système de mise à la terre s'ils satisfont aux exigences suivantes :

• il y a un contact suffisant (selon les normes des règles d'installation électrique) avec une base argileuse, limono-sableuse ou sableuse humide ;
• lors de la construction de la fondation, des armatures en deux sections ou plus ont été mises en évidence;
• les éléments métalliques ont des joints soudés ;
• la résistance des armatures est conforme à la réglementation du PUE ;
• il y a une connexion électrique avec le bus de terre.

Noter! De la liste complète des échouages ​​naturels ci-dessus, seules les structures souterraines en béton armé sont calculées.

L'efficacité du fonctionnement de la mise à la terre naturelle est établie sur la base de mesures effectuées par une personne autorisée (représentant d'Energonadzor). Sur la base des mesures prises, le spécialiste donnera des recommandations sur la nécessité d'installer un circuit supplémentaire à la boucle de terre naturelle. Si la protection naturelle répond aux exigences de la réglementation, les Règles d'Installation Electrique indiquent l'inopportunité d'une mise à la terre supplémentaire.

Calculs pour un dispositif de mise à la terre artificielle

Il est presque impossible de faire un calcul absolument précis de la mise à la terre. Même les concepteurs professionnels fonctionnent avec un nombre approximatif d'électrodes et des distances entre elles.

La raison de la complexité des calculs est un grand nombre de facteurs externes, chacun ayant un impact significatif sur le système. Par exemple, il est impossible de prédire le taux d'humidité exact, la densité réelle du sol, sa résistivité, etc. ne sont pas toujours connues. En raison de la certitude incomplète des données d'entrée, la résistance finale de la boucle de terre organisée diffère finalement de la valeur de base.

La différence entre les indicateurs conçus et réels est nivelée en installant des électrodes supplémentaires ou en augmentant la longueur des tiges. Néanmoins, les calculs préalables sont importants, car ils permettent :

• refuser les dépenses inutiles (ou du moins les réduire) pour l'achat de matériaux, pour les travaux de terrassement ;
• choisir la configuration la plus appropriée du système de mise à la terre ;
• choisir la bonne ligne de conduite.

Pour faciliter les calculs, il existe une variété de logiciels. Cependant, pour comprendre leur travail, certaines connaissances sur les principes et la nature des calculs sont nécessaires.

Composants de protection

La mise à la terre de protection comprend des électrodes installées dans le sol et connectées électriquement au bus de terre.

Le système comporte les éléments suivants :

1. Tiges métalliques. Une ou plusieurs tiges métalliques dirigent le courant de propagation dans le sol. Habituellement, des morceaux de métal long (tuyaux, cornières, produits métalliques ronds) sont utilisés comme électrodes. Dans certains cas, la tôle d'acier est utilisée.
2. Un conducteur métallique qui combine plusieurs conducteurs de mise à la terre en un seul système. Habituellement, un conducteur horizontal sous la forme d'un coin, d'une tige ou d'une bande est utilisé à ce titre. Une liaison métallique est soudée aux extrémités des électrodes enterrées dans le sol.
3. Un conducteur qui relie une électrode de terre située dans le sol à un bus qui a une connexion avec l'équipement protégé.

Les deux derniers éléments sont appelés de la même manière - le conducteur de mise à la terre. Les deux éléments remplissent la même fonction. La différence réside dans le fait que la liaison métallique est située dans le sol et que le conducteur de connexion du sol au bus est situé en surface. A cet égard, les conducteurs sont soumis à des exigences inégales en matière de résistance à la corrosion.

Principes et règles de calcul

Le sol est l'un des éléments constitutifs du système de mise à la terre. Ses paramètres sont importants et interviennent dans les calculs au même titre que la longueur des pièces métalliques.

Lors des calculs, les formules spécifiées dans les règles d'installation électrique sont utilisées. Des données variables collectées par l'installateur du système et des paramètres constants (disponibles dans les tableaux) sont utilisés. Les données constantes incluent, par exemple, la résistance du sol.

Détermination d'un contour approprié

Tout d'abord, vous devez choisir la forme du contour. Le dessin est généralement réalisé sous la forme d'une certaine figure géométrique ou d'une simple ligne. Le choix d'une configuration spécifique dépend de la taille et de la forme du site.

Le moyen le plus simple de mettre en œuvre un circuit linéaire, car pour l'installation d'électrodes, vous n'avez besoin de creuser qu'une seule tranchée droite. Cependant, les électrodes installées dans la ligne seront blindées, ce qui aggravera la situation avec le courant de propagation. À cet égard, lors du calcul de la mise à la terre linéaire, un facteur de correction est appliqué.

Le schéma le plus courant pour créer une mise à la terre de protection est la forme triangulaire du circuit. Des électrodes sont installées le long des sommets de la figure géométrique. Les broches métalliques doivent être suffisamment espacées pour ne pas gêner la dissipation des courants qui les traversent. Trois électrodes sont considérées comme suffisantes pour organiser le système de protection d'une maison privée. Pour organiser une protection efficace, il faut aussi choisir la bonne longueur des tiges.

Calcul des paramètres du conducteur

La longueur des tiges métalliques est importante car elle conditionne l'efficacité du système de protection. La longueur des éléments de liaison métallique est également importante. De plus, la consommation de matière et le coût total de mise à la terre dépendent de la longueur des pièces métalliques.

La résistance des électrodes verticales est déterminée par leur longueur. Un autre paramètre - les dimensions transversales - n'affecte pas de manière significative la qualité de la protection. Néanmoins, la section des conducteurs est réglementée par les Règles d'Installation Electrique, car cette caractéristique est importante en termes de résistance à la corrosion (les électrodes doivent servir 5 à 10 ans).

Sous réserve d'autres conditions, il existe une règle : plus il y a de produits métalliques impliqués dans le circuit, plus la sécurité du circuit est élevée. Le travail d'organisation de la mise à la terre est assez laborieux: plus il y a de conducteurs de mise à la terre, plus il y a de travaux de terrassement, plus les tiges sont longues, plus elles doivent être martelées profondément.

Que choisir: le nombre d'électrodes ou leur longueur - l'organisateur du travail décide. Cependant, il existe certaines règles à ce sujet :

1. Les tiges doivent être installées sous l'horizon de congélation saisonnier d'au moins 50 centimètres. Cela empêchera les facteurs saisonniers d'influencer l'efficacité du système.
2. Distance entre sectionneurs de mise à la terre installés verticalement. La distance est déterminée par la configuration du contour et la longueur des barres. Pour sélectionner la bonne distance, vous devez utiliser le tableau de référence approprié.

Le métal tranché est enfoncé dans le sol de 2,5 à 3 mètres à l'aide d'un marteau. C'est une tâche plutôt chronophage, même si l'on tient compte du fait qu'environ 70 centimètres de profondeur de tranchée doivent être soustraits de la valeur indiquée.

Consommation économique de matériel

Étant donné que la section métallique n'est pas le paramètre le plus important, il est recommandé d'acheter un matériau avec la plus petite surface de section. Cependant, vous devez rester dans les valeurs minimales recommandées. Les options matérielles les plus économiques (mais capables de résister aux coups de masse) :

• tuyaux d'un diamètre de 32 mm et d'une épaisseur de paroi de 3 mm;
• coin à étagère égale (côté - 50 ou 60 millimètres, épaisseur - 4 ou 5 millimètres);
• acier rond (diamètre de 12 à 16 millimètres).

En tant que liant métallique, une bande d'acier de 4 mm d'épaisseur sera le meilleur choix. Alternativement, une barre d'acier de 6 mm fera l'affaire.

Noter! Des tiges horizontales sont soudées au sommet des électrodes. Par conséquent, 18 à 23 centimètres supplémentaires doivent être ajoutés à la distance calculée entre les électrodes.

La section extérieure de mise à la terre peut être constituée d'une bande de 4 mm (largeur - 12 mm).

Formules de calcul

Une formule universelle convient, à l'aide de laquelle la résistance d'une électrode verticale est calculée.

Lors de la réalisation de calculs, on ne peut pas se passer de tableaux de référence, où des valeurs approximatives sont indiquées. Ces paramètres sont déterminés par la composition du sol, sa densité moyenne, sa capacité à retenir l'eau et la zone climatique.

Nous fixons le nombre de tiges requis, sans tenir compte de la résistance du conducteur horizontal.

Nous déterminons le niveau de résistance de la tige verticale en fonction de l'indice de résistance de l'électrode de terre de type horizontal.

Sur la base des résultats obtenus, nous acquérons la quantité de matériel requise et prévoyons de commencer à travailler sur la création d'un système de mise à la terre.

Conclusion

Étant donné que la résistance du sol la plus élevée est observée en période sèche et glaciale, il est préférable de planifier l'organisation du système de mise à la terre pour cette période. En moyenne, la construction de la mise à la terre prend 1 à 3 jours ouvrables.

Avant de remblayer la tranchée avec de la terre, le fonctionnement des dispositifs de mise à la terre doit être vérifié. L'environnement de test optimal doit être aussi sec que possible, avec peu d'humidité dans le sol. Étant donné que les hivers ne sont pas toujours sans neige, il est plus facile de commencer à construire un système de mise à la terre en été.

La mise à la terre est nécessaire pour assurer la sécurité en cas de dommages aux appareils électriques, d'isolation du câblage d'alimentation, de court-circuit des conducteurs. L'essence de la mise à la terre est de réduire le potentiel au point de contact avec une installation électrique mise à la terre aux valeurs maximales admissibles.

La réduction du potentiel est effectuée de deux manières :

• Mise à zéro - connexion du boîtier de l'appareil avec un conducteur neutre allant à la sous-station ;
• Mise à la terre - connexion du boîtier à une boucle de terre située dans le sol à l'extérieur du bâtiment.

La première option est plus simple, mais en cas d'endommagement du conducteur neutre, il cesse de remplir ses fonctions, ce qui est dangereux. Par conséquent, la présence d'une boucle de terre est une condition préalable pour assurer la sécurité.

Le calcul de la mise à la terre consiste à déterminer la résistance du dispositif de mise à la terre, qui ne doit pas être supérieure à celle spécifiée par les normes techniques.

Boucle de terre

La conception de la boucle souterraine, les types de matériaux utilisés, sont limités par les conditions contenues dans les documents, par exemple, dans le PUE, les règles pour les installations électriques.

Toutes les installations électriques, sans exception, doivent être mises à la terre, tant au poste qu'à l'entreprise ou au domicile.

La conception de boucle de mise à la terre la plus courante consiste en une ou plusieurs broches métalliques (électrodes de terre) enfouies dans le sol et interconnectées par un joint soudé. À l'aide d'un conducteur métallique, la boucle de terre est connectée à des appareils mis à la terre.

Des matériaux en acier non peint ou en acier cuivré sont utilisés comme conducteurs de mise à la terre, dont les dimensions ne doivent pas être inférieures à celles indiquées ci-dessous :

• Roulé rond - diamètre d'au moins 12 mm;
• Coin - au moins 50x50x4 mm;
• Tuyaux - d'un diamètre d'au moins 25 mm avec une épaisseur de paroi d'au moins 4 mm.

Plus la conductivité des électrodes de terre est bonne, plus la mise à la terre est efficace. Par conséquent, l'option la plus préférable est l'utilisation d'électrodes en cuivre, mais en pratique, cela ne se produit pas en raison du coût élevé du cuivre.

L'acier non revêtu a une corrosivité élevée, en particulier à la frontière du sol humide et de l'air, par conséquent, l'épaisseur minimale des parois métalliques (4 mm) est déterminée.

Le métal galvanisé résiste bien à la corrosion, mais pas au passage du courant. Même le plus petit courant provoquera un processus électrochimique, à la suite duquel une fine couche de zinc durera un minimum de temps.

Les systèmes de mise à la terre modernes sont fabriqués à base d'acier cuivré. Étant donné que la quantité de cuivre pour la fabrication est faible, le coût des matériaux finis n'est pas beaucoup plus élevé que celui de l'acier et la durée de vie augmente plusieurs fois.

Les conceptions les plus courantes de boucles de masse sont le placement triangulaire ou en ligne des électrodes. La distance entre les électrodes adjacentes doit être de 1,2 à 2 m et la profondeur de pose doit être de 2 à 3 m. La profondeur de pose (longueur des électrodes) dépend en grande partie des caractéristiques du sol. Plus sa résistance électrique est élevée, plus les électrodes doivent être profondes. Dans tous les cas, cette profondeur doit dépasser la profondeur de congélation du sol, car le sol gelé a une résistance ohmique élevée. Il en va de même pour les zones de terrain à faible humidité.

Lorsque des courants élevés sont susceptibles de circuler, comme dans une sous-station ou une usine avec de gros équipements, l'approche de sélection de la conception de la boucle de terre et de son calcul est très importante pour la sécurité.

Facteurs de résistance au sol

Le calcul d'un dispositif de mise à la terre de protection dépend de nombreuses conditions, parmi lesquelles on peut distinguer les principales, qui sont utilisées dans des calculs ultérieurs:

• Résistance au sol ;
• Matériau d'électrode ;
• Profondeur de pose des électrodes ;
• Emplacement des électrodes de masse les unes par rapport aux autres ;
• Temps.

Résistance au sol

Le sol lui-même, à quelques exceptions près, a une faible conductivité électrique. Cette caractéristique varie en fonction de la teneur en humidité, car l'eau contenant des sels dissous est un bon conducteur. Ainsi, les propriétés électriques du sol dépendent de la quantité d'humidité contenue, de la composition en sel et des propriétés du sol à retenir l'humidité.

Types de sol courants et leurs caractéristiques

Le type de sol	Résistivité ρ, Ohm·m
Rocher	4000
Terreau	100
Chernozem	30
Sable	500
loam sableux	300
Calcaire	2000
Terrain de jardin	50
Argile	70

Le tableau montre que la résistivité peut différer de plusieurs ordres de grandeur. Dans des conditions réelles, la situation est compliquée par le fait qu'à différentes profondeurs, le type de sol peut être différent et sans limites clairement définies entre les couches.

Matériau d'électrode

Cette partie des calculs est la plus simple, car seuls quelques types de matériaux sont utilisés dans la fabrication de la mise à la terre :

• Acier;
• Cuivre;
• acier cuivré;
• Acier galvanisé.

Le cuivre pur n'est pas utilisé en raison de son coût élevé, les matériaux les plus couramment utilisés sont l'acier pur et galvanisé. Récemment, les systèmes de mise à la terre sont devenus de plus en plus courants, qui utilisent de l'acier recouvert d'une couche de cuivre. De telles électrodes ont la résistance la plus faible, qui présente une bonne stabilité dans le temps, car la couche de cuivre résiste bien à la corrosion.

L'acier non revêtu présente les pires caractéristiques, car la couche de corrosion (rouille) augmente la résistance de contact à l'interface électrode-masse.

Profondeur des signets

L'étendue linéaire de la limite de contact entre l'électrode et le sol et la taille de la couche de terre, qui participe au circuit de circulation du courant, dépendent de la profondeur de pose des électrodes. Plus cette couche est grande, plus la valeur de résistance qu'elle aura sera faible.

Sur une note. De plus, lors de l'installation d'électrodes, il convient de garder à l'esprit que plus elles sont situées en profondeur, plus elles seront proches de l'aquifère.

Emplacement des électrodes

Cette caractéristique est la moins évidente et difficile à comprendre. Vous devez savoir que chaque électrode de masse a un certain effet sur les électrodes voisines, et plus elles sont proches, moins elles seront efficaces. La justification exacte de l'effet est assez compliquée, il suffit de la prendre en compte dans les calculs et la construction.

Il est plus facile d'expliquer la dépendance de l'efficacité sur le nombre d'électrodes. Ici, vous pouvez faire une analogie avec des résistances connectées en parallèle. Plus il y en a, moins la résistance totale est importante.

Temps

Le dispositif de mise à la terre a les meilleurs paramètres à une humidité élevée du sol. Par temps sec et glacial, la résistance du sol augmente fortement et, lorsque certaines conditions sont atteintes (séchage complet ou gel), elle prend une valeur maximale.

Noter! Afin de minimiser l'influence des conditions météorologiques, la profondeur de pose des électrodes doit être inférieure à la profondeur maximale de congélation en hiver ou atteindre l'aquifère pour éviter le dessèchement.

Important! Les calculs suivants doivent être effectués pour les conditions les plus défavorables, car dans tous les autres cas, la résistance de terre diminuera.

Méthode de calcul

Le paramètre de calcul principal est la valeur requise de la résistance de terre, qui est réglementée par des documents réglementaires, en fonction de l'amplitude de la tension d'alimentation, du type d'installations électriques et des conditions de leur utilisation.

Un calcul rigoureux de mise à la terre de protection qui donne le nombre et la longueur des électrodes n'existe pas, il est donc basé sur certaines approximations et tolérances.

Pour commencer, le type de sol est pris en compte et la longueur approximative des électrodes de terre, leur matériau et leur quantité sont déterminés. Ensuite, le calcul est effectué, dont l'ordre est le suivant:

• La résistance à l'étalement du courant pour une électrode est déterminée ;
• Le nombre de conducteurs de mise à la terre verticaux est calculé en tenant compte de leur position relative.

Mise à la terre simple

La résistance d'étalement actuelle est calculée selon la formule :

Dans cette expression :

ρ est la résistance équivalente spécifique du sol ;

l est la longueur de l'électrode ;

d est le diamètre ;

t est la distance entre la surface du sol et le centre de l'électrode.

Lorsqu'ils utilisent un coin au lieu d'un tuyau ou de produits laminés, ils acceptent :

d = b 0,95, où b est la largeur de l'étagère d'angle.

Résistance équivalente d'un sol multicouche :

• ρ1 et ρ2 sont les résistances spécifiques des couches de sol ;
• H est l'épaisseur de la couche supérieure ;
• Ψ est le facteur saisonnier.

Le coefficient saisonnier dépend de la zone climatique. Elle est également modifiée en fonction du nombre d'électrodes utilisées. Les valeurs indicatives du facteur saisonnier vont de 1,0 à 1,5.

Nombre d'électrodes

Le nombre d'électrodes requis est déterminé à partir de l'expression :

n \u003d Rz / (K R), où:

• Rz - résistance maximale admissible du dispositif de mise à la terre;
• K est le facteur d'utilisation.

Le facteur d'utilisation est sélectionnable. en fonction du nombre sélectionné d'électrodes de masse, de leur position relative et de la distance entre elles.

Disposition des rangées d'électrodes

	Quantité électrodes	Coefficient
1	4 6 10	0,66-0,72 0,58-0,65 0,52-0,58
2	4 6 10	0,76-0,8 0,71-0,75 0,66-0,71
3	4 6 10	0,84-0,86 0,78-0,82 0,74-0,78

positionnement des contoursélectrodes

Le rapport de la distance entre les électrodes à leur longueur	Quantité électrodes	Coefficient
1	4 6 10	0,84-0,87 0,76-0,80 0,67-0,72
2	4 6 10	0,90-0,92 0,85-0,88 0,79-0,83
3	4 6 10	0,93-0,95 0,90-0,92 0,85-0,88

Le calcul de la boucle de masse ne donne pas toujours la valeur requise, il peut donc être nécessaire de le faire plusieurs fois, en modifiant le nombre et les dimensions géométriques des électrodes de masse.

Mesure au sol

Pour mesurer la résistance du sol, des instruments de mesure spéciaux sont utilisés. Les organisations disposant de l'autorisation appropriée ont le droit de mesurer la mise à la terre. Il s'agit généralement d'organismes énergétiques et de laboratoires. Les paramètres mesurés sont entrés dans le protocole de mesure et stockés dans l'entreprise (dans l'atelier, au poste).

Le calcul de la résistance du sol est une tâche complexe dans laquelle de nombreuses conditions doivent être prises en compte, il est donc plus rationnel de prendre l'aide d'organismes spécialisés dans ce domaine. Pour résoudre le problème, vous pouvez effectuer des calculs sur une calculatrice en ligne, dont un exemple peut être trouvé sur Internet dans le domaine public. Le programme de calcul lui-même vous indiquera quelles données doivent être prises en compte dans les calculs.

Vidéo

Le calcul des dispositifs de mise à la terre se réduit principalement au calcul du conducteur de mise à la terre lui-même, car les conducteurs de mise à la terre sont dans la plupart des cas acceptés selon les conditions de résistance mécanique et de résistance à la corrosion selon PTE et PUE. Les seules exceptions sont les installations avec un dispositif de mise à la terre externe. Dans ces cas, les résistances connectées en série de la ligne de connexion et du conducteur de mise à la terre sont calculées de manière à ce que leur résistance totale ne dépasse pas celle autorisée.

Les problèmes de calcul des dispositifs de mise à la terre pour les régions polaires et nord-est de notre pays doivent être soulignés. Ils sont caractérisés par des sols de pergélisol, qui ont une résistance spécifique des couches superficielles d'un ou deux ordres de grandeur plus élevée que dans des conditions normales dans la zone centrale de l'URSS.

Le calcul de la résistance des conducteurs de mise à la terre dans d'autres régions de l'URSS est effectué dans l'ordre suivant:

1. La résistance admissible du dispositif de mise à la terre r zm, requise selon le PUE, est établie. Si le dispositif de mise à la terre est commun à plusieurs installations électriques, la résistance calculée du dispositif de mise à la terre est la plus petite de celles requises.

2. La résistance requise d'une prise de terre artificielle est déterminée, en tenant compte de l'utilisation de prises de terre naturelles connectées en parallèle, à partir des expressions

(8-14)

où r zm est la résistance admissible du dispositif de mise à la terre conformément à l'article 1, R et est la résistance de l'électrode de terre artificielle; R e-résistance d'une électrode de masse naturelle. La résistivité calculée du sol est déterminée en tenant compte des facteurs multiplicateurs qui tiennent compte de l'assèchement du sol en été et du gel en hiver.

En l'absence de données précises sur le sol, vous pouvez utiliser le tableau. 8-1, qui montre les données moyennes sur la résistance du sol recommandées pour les calculs préliminaires.

Tableau 8-1

Résistivité moyenne des sols et des eaux recommandée pour les calculs préliminaires

Noter. Les résistances spécifiques du sol sont déterminées à une teneur en humidité de 10-20% en poids du sol

La mesure de la résistivité pour obtenir des résultats plus fiables est effectuée pendant la saison chaude (mai - octobre) dans la zone centrale de l'URSS. À la valeur mesurée de la résistivité du sol, en fonction de l'état du sol et de la quantité de précipitations, des facteurs de correction k sont introduits, en tenant compte du changement dû à l'assèchement et au gel du sol, c'est-à-dire P calc \u003d P k

4. La résistance à l'étalement d'une électrode verticale R v.o. est déterminée. formules de tableau. 8-3. Ces formules sont données pour des électrodes tiges en acier rond ou en tube.

Lors de l'utilisation d'électrodes verticales en acier d'angle, le diamètre équivalent de l'angle est remplacé dans la formule au lieu du diamètre du tuyau, calculé par l'expression

(8-15)

où b est la largeur des côtés du coin.

5. Le nombre approximatif de conducteurs de mise à la terre verticaux est déterminé avec un facteur d'utilisation préalablement accepté

(8-16)

où R v.o. est la résistance d'étalement d'une électrode verticale telle que définie à l'article 4 ; R et - la résistance requise de l'électrode de masse artificielle; K et, dans, zm - le coefficient d'utilisation des électrodes de masse verticales.

Tableau 8-2

La valeur du coefficient multiplicateur k pour différentes zones climatiques

Les coefficients d'utilisation des conducteurs de mise à la terre verticaux sont indiqués dans le tableau. 8-4 lors de leur disposition en ligne et en tableau. 8-5 lors de leur placement le long du contour

6. La résistance à l'étalement des électrodes horizontales Rg est déterminée selon les formules du tableau. 8-3. Les coefficients d'utilisation d'électrodes horizontales pour un nombre précédemment accepté d'électrodes verticales sont tirés du tableau. 8-6 avec la disposition des électrodes verticales en ligne et selon le tableau. 8-7 avec la disposition des électrodes verticales le long du contour.

7. La résistance requise des électrodes verticales est spécifiée, en tenant compte de la conductivité des électrodes de connexion horizontales à partir des expressions

(8-17)

où R g - résistance à l'étalement des électrodes horizontales, définie au paragraphe 6; R et - la résistance requise de l'électrode de masse artificielle.

Tableau 8-3

Formules pour déterminer la résistance à la propagation du courant de diverses électrodes de masse

Tableau 8-4

Coefficients d'utilisation des conducteurs de mise à la terre verticaux, K et, in, gm, placés en ligne, sans tenir compte de l'influence des électrodes de communication horizontales

Tableau 8-5

Coefficients d'utilisation des conducteurs verticaux de mise à la terre, K et, in, zm, placés le long du contour, sans tenir compte de l'influence des électrodes de couplage horizontales

Tableau 8-6

Coefficients d'utilisation K et, g, zm des électrodes de connexion horizontales, dans une rangée d'électrodes verticales

Tableau 8-7

Coefficients d'utilisation K et, g, gm des électrodes de connexion verticales dans un circuit d'électrodes verticales

8. Le nombre d'électrodes verticales est spécifié en tenant compte des facteurs d'utilisation selon le tableau. 8-4 et 8-5 :

Le nombre d'électrodes verticales est finalement tiré des conditions de placement.

9. Pour les installations supérieures à 1000 V avec des courants de défaut à la terre élevés, la résistance thermique des conducteurs de raccordement est vérifiée selon la formule (8-11).

Exemple 1. Il est nécessaire de calculer le système de mise à la terre de la boucle d'une sous-station 110/10 kV avec les données suivantes : le courant maximal de mise à la terre pendant les défauts à la terre du côté 110 kV est de 3,2 kA, le courant maximal de mise à la terre pendant les défauts à la terre du côté 10 kV. côté kV est de 42 A ; sol sur le site de construction de la sous-station - limon; zone climatique 2; de plus, un système de câbles - supports avec une résistance de mise à la terre de 1,2 Ohm est utilisé comme mise à la terre.

Solution 1. Pour le côté 110 kV, il faut une résistance de terre de 0,5 Ohm. Pour le côté 10 kV, selon la formule (8-12), on a :

où la tension nominale au niveau du dispositif de mise à la terre U calc est supposée être de 125 V, puisque le dispositif de mise à la terre est également utilisé pour les installations de sous-station avec des tensions allant jusqu'à 1000 V.

Ainsi, la résistance rzm = 0,5 Ohm est prise comme valeur calculée.

2. La résistance de l'électrode de terre artificielle est calculée en tenant compte de l'utilisation du système de support de câble

Table 8-1 correspond à 1 000 ohms. 0,8 m

Résistances spécifiques estimées : pour les électrodes horizontales R calculées g = 4,5x100 = 450 Ohm m ; pour les électrodes verticales calc.v = 1,8x100 = 180 Ohm m.

4. La résistance à l'étalement d'une électrode verticale est déterminée - un coin n ° 50 de 2,5 m de long lorsqu'il est immergé sous le niveau du sol de 0,7 m selon la formule du tableau. 8-3 :

où d= dy, ed= 0,95 ; b = 0,95x0,95 = 0,0475m ; t \u003d 0,7 + 2,5 / 2 \u003d 1,95 m;

5. Le nombre approximatif de conducteurs verticaux de mise à la terre est déterminé avec un facteur d'utilisation K précédemment accepté et, en gm = 0,6 :

6. La résistance à l'étalement des électrodes horizontales (bandes de 40x4 mm 2) soudées aux extrémités supérieures des coins est déterminée. Le coefficient d'utilisation de la bande de connexion dans le circuit K et, g, gm avec le nombre de coins d'environ 100 et le rapport a / l \u003d 2 selon le tableau. 8-7 est égal à 0,24. Résistance à l'étalement de la bande le long du périmètre du contour (l = 500 m) selon la formule du tableau. 8-3 est égal à :

7. Résistance raffinée des électrodes verticales

8. Le nombre spécifié d'électrodes verticales est déterminé avec un facteur d'utilisation K et, g, zm = 0,52, extrait du tableau. 8-5 avec n = 100 et a/l = 2 :

116 corners sont finalement acceptés.

En plus du contour, une grille de bandes longitudinales est disposée sur le territoire, située à une distance de 0,8 à 1 m de l'équipement, avec des connexions transversales tous les 6 m. Ces électrodes horizontales non comptabilisées réduisent la résistance totale de mise à la terre, leur conductivité passe à la marge de sécurité.

9. La stabilité thermique de la bande 40 × 4 mm 2 est vérifiée.

La section minimale de la bande à partir des conditions de stabilité thermique au court-circuit. à la terre dans la formule (8-11) avec le court-circuit de temps de circulation du courant réduit. tp \u003d 1,1 est égal à :

Ainsi, la bande 40 x 4 mm 2 satisfait à la condition de stabilité thermique.

Exemple 2. Il est nécessaire de calculer la mise à la terre d'une sous-station avec deux transformateurs 6 / 0,4 kV d'une puissance de 400 kVA avec les données suivantes : le plus grand courant traversant la mise à la terre lors d'un défaut à la terre du côté de 6 kV 18 A ; sol sur le chantier - argile; zone climatique 3; de plus, une conduite d'eau avec une résistance de propagation de 9 ohms est utilisée comme mise à la terre.

Décision. Il est prévu de construire un système d'électrodes de terre à l'extérieur du bâtiment, auquel la sous-station est adjacente, avec la disposition d'électrodes verticales en une rangée de 20 m de long ; matériau - acier rond d'un diamètre de 20 mm, méthode d'immersion - vissage; les extrémités supérieures des tiges verticales, immergées à une profondeur de 0,7 m, sont soudées à une électrode horizontale réalisée dans le même acier.

1. Le côté 6 kV nécessite une résistance de terre définie par la formule (8-12) :

où la tension calculée sur le dispositif de mise à la terre est supposée être de 125 V, puisque le dispositif de mise à la terre est commun pour les côtés de 6 et 0,4 kV.

Selon le PUE, la résistance de mise à la terre ne doit pas dépasser 4 ohms. Ainsi, la résistance de terre calculée est rgm = 4 Ohm.

2. La résistance d'une électrode de terre artificielle est calculée en tenant compte de l'utilisation d'une conduite d'eau comme branche parallèle du sol

3. Résistance au sol recommandée pour les calculs sur le site de la construction de mise à la terre (argile) selon le tableau. 8-1 correspond à 70 Ohm*m. Coefficients croissants k pour la 3ème zone climatique selon le tableau. 8-2 sont pris égaux à 2,2 pour les électrodes horizontales avec une profondeur de pose de 0,7 m et 1,5 pour les électrodes verticales de 2 à 3 m de long avec une profondeur de pose de leur extrémité supérieure de 0,5 à 0,8 m.

Estimation de la résistance spécifique du sol :

pour les électrodes horizontales P calc.g = 2,2 × 70 = 154 Ohm * m;

pour les électrodes verticales P calc.v = 1,5x70 = 105 Ohm * m.

4. La résistance à l'écartement d'une tige d'un diamètre de 20 mm et d'une longueur de 2 m est déterminée lorsqu'elle est immergée sous le niveau du sol de 0,7 m selon la formule du tableau. 8-3 :

5. Le nombre approximatif de conducteurs de mise à la terre verticaux est déterminé avec un facteur d'utilisation K et précédemment accepté. zm = 0,9

6. La résistance à l'étalement d'une électrode horizontale en acier rond d'un diamètre de 20 mm, soudée aux extrémités supérieures des tiges verticales, est déterminée.

Le coefficient d'utilisation d'une électrode horizontale dans une rangée de tiges avec leur nombre d'environ 6 et le rapport de la distance entre les tiges à la longueur des tiges a/l = 20/5x2 = 2 conformément au tableau. 8-6 est pris égal à 0,85.

La résistance à l'étalement d'une électrode horizontale est déterminée par la formule du tableau. 8-3 et 8-8 :

Tableau 8-8

Coefficients d'augmentation de la résistance par rapport à la résistivité mesurée du sol (ou résistance du sol) pour la bande médiane de l'URSS

Notes : 1) s'applique à 1 si la valeur mesurée Р (Rх) correspond approximativement à la valeur minimale (le sol est humide - le temps de mesure a été précédé d'une grande quantité de précipitations) ;

2) k2 est appliqué si la valeur mesurée P (Rx) correspond approximativement à la valeur moyenne (sol d'humidité moyenne - le temps de mesure a été précédé d'une petite quantité de précipitations);

3) k3 est appliqué si la valeur mesurée Р (Rх) correspond approximativement à la valeur la plus élevée (sol sec - le moment des mesures a été précédé d'une quantité insignifiante de précipitations).

7. Amélioration de la résistance à l'étalement des électrodes verticales

8. Le nombre spécifié d'électrodes verticales est déterminé au facteur d'utilisation K et. g.zm = 0,83, extrait du tableau. 8-4 à n = 5 et a/l= 20/2x4 = 2,5 (n = 5 au lieu de 6 est déduit de la condition de réduction du nombre d'électrodes verticales en tenant compte de la conductivité de l'électrode horizontale)

Quatre tiges verticales sont finalement acceptées, tandis que la résistance à l'étalement est légèrement inférieure à celle calculée.

Extrait du manuel d'alimentation industrielle

sous la direction générale de A. A. Fedorov et G. V. Serbinovsky

Un circuit de protection créé autour de tout objet alimenté en électricité garantira que la haute tension s'écoule dans le sol via des électrodes spécialement installées. De telles conceptions protègent les équipements coûteux contre les courts-circuits et les épuisements dus aux surtensions. L'installation de la structure doit être effectuée conformément aux résultats des calculs du niveau de conductivité électrique des conducteurs.

But du calcul

Avant d'installer sur une installation résidentielle ou autre, il est nécessaire, ses dimensions standard. Cette conception se compose de :

• éléments installés verticalement au sol ;
• conducteur;
• bandes reliant le contour dans le plan horizontal.

Les électrodes sont enfoncées et connectées les unes aux autres à l'aide d'une électrode de masse horizontale. Après cela, le système de protection créé est connecté au panneau électrique.

De telles structures artificielles sont utilisées dans les réseaux électriques avec différents indicateurs de tension:

1. variable à partir de 380 V ;
2. constante à partir de 440 V ;

dans des installations de production dangereuses.

Des systèmes de protection sont installés à différents endroits de l'équipement. Selon le lieu d'installation, ils sont déportés ou contournés. Dans les structures ouvertes, les éléments sont connectés directement à l'élément de mise à la terre. Dans les appareils de contour, le placement se fait le long du périmètre extérieur ou à l'intérieur de l'appareil. Pour chaque type d'installations de protection, il est nécessaire d'effectuer un calcul afin d'établir la valeur de résistance des conducteurs verticaux de mise à la terre, le nombre de piquets nécessaires et la longueur des bandes pour leur connexion.

En plus des dispositifs spéciaux, des systèmes naturels peuvent être utilisés:

• communications à partir de tuyaux métalliques;
• structures métalliques;
• sous-stations ;
• les soutiens;
• gaine de câble métallique;
• enveloppe.

Des calculs de conductivité sont effectués pour des structures artificielles. Leur disposition sur le lieu d'utilisation des centrales électriques assure l'évacuation du courant électrique vers le sol, protégeant les personnes et les équipements des décharges à grande échelle résultant d'une surtension. Plus la conductivité électrique est faible, plus le niveau de courant électrique sortant de la structure de protection est faible.

Calcul pas à pas de la boucle de masse

Les calculs doivent être effectués en tenant compte du nombre d'éléments, de leur distance les uns des autres, de la conductivité actuelle du sol et de la profondeur de creusement dans l'électrode de terre verticale. À l'aide de ces paramètres, il sera possible d'effectuer un calcul précis de la mise à la terre de protection.

Tout d'abord, vous devez déterminer le type de sol à partir du tableau. Après cela, sélectionnez les matériaux appropriés pour la construction. Ensuite, des calculs sont effectués à l'aide de formules spéciales qui déterminent le nombre de tous les éléments, ainsi que leur capacité à conduire l'électricité.

Sur la base des résultats obtenus, l'installation de l'ensemble du système est effectuée, après quoi des mesures de contrôle sont effectuées pour sa conductivité actuelle.

Donnée initiale

Lors du calcul de la valeur de la force, il convient d'établir le rapport entre leur nombre, la longueur des bandes de connexion et la distance à laquelle le creusement est effectué.

De plus, il faudra tenir compte de la résistance spécifique du sol, qui est déterminée par le niveau de sa teneur en humidité. Pour obtenir une valeur stable, il est nécessaire d'enterrer les électrodes dans le sol à une profondeur d'au moins 0,7 mètre. Il est également important de ne pas s'écarter de la taille du dispositif de protection lui-même établie par GOST.Lors du calcul, il est nécessaire d'utiliser des tableaux prêts à l'emploi avec des indicateurs déjà disponibles pour les matériaux utilisés et la conductivité électrique de certains types de sols.

Tableau des indicateurs de conductivité électrique de divers sols

La profondeur requise à laquelle une électrode verticale est enterrée dans le sol est calculée par la formule :

Lors de l'installation d'une structure de protection, il est nécessaire de s'assurer que les tiges métalliques sont complètement incluses dans la couche supérieure de la terre et partiellement dans ses niveaux inférieurs. Lors des calculs, il faudra utiliser les coefficients moyens du niveau de conductivité électrique du sol à différentes saisons dans certaines zones climatiques, présentés dans ce tableau :

Résistance du sol dans différentes zones climatiques

Pour déterminer avec précision le nombre d'éléments verticaux dans la structure assemblée, sans tenir compte des indicateurs de bandes étroites les reliant, vous devez utiliser la formule:

Dans celui-ci, Rí, désignant la force du courant se propageant sur le sol d'un certain type, dont le coefficient de résistance est tiré du tableau.

Pour calculer les paramètres physiques du matériau, il convient de prendre en compte les dimensions des éléments du système utilisés :

• pour bandes 12x4 - 48 mm2;
• aux coins 4x4 mm;
• pour un cercle en acier - 10 mm2;
• pour les tuyaux dont les parois ont une épaisseur de 3,5 mm.

Exemple de calcul de mise à la terre

Il est nécessaire de calculer la conductivité des conducteurs utilisés, en tenant compte des caractéristiques du sol, pour chaque électrode séparément selon la formule :

Où:

• Ψ est le coefficient climatique, issu de la littérature de référence ;
• ρ1, ρ2 - la valeur de la conductivité des couches supérieure et inférieure de la terre;
• H est l'épaisseur de la couche supérieure du sol ;
• t est la profondeur de l'élément vertical dans la tranchée.

Les tiges de ces structures sont enterrées à un niveau d'au moins 0,7 mètre, conformément à la réglementation en vigueur.

Que devrions-nous avoir à la fin du calcul

Après avoir effectué des calculs à l'aide des formules utilisées, il est possible d'obtenir la résistance exacte d'un dispositif de mise à la terre artificielle. Il est souvent impossible de mesurer ces indicateurs dans les systèmes naturels en raison de l'impossibilité d'obtenir les dimensions exactes des communications enterrées, des ornières, des câbles ou des structures métalliques déjà installées.

Une fois les calculs terminés, il est possible d'obtenir le nombre exact de tiges et de bandes pour le contour, ce qui contribuera à créer un système de protection fiable pour l'équipement utilisé et l'ensemble de l'objet dans son ensemble. Les calculs aideront également à établir la longueur exacte des bandes reliant les tiges. Le résultat principal de tous les calculs sera d'obtenir la valeur finale des propriétés des conducteurs utilisés dans le circuit créé, qui détermine la force du courant électrique qui les traverse. Il s'agit de la norme PES la plus importante, qui a certaines valeurs pour les réseaux avec différents indicateurs de tension.

Valeurs admissibles de résistance au sol, selon la réglementation

Il existe des valeurs normatives uniformes selon lesquelles la résistance de propagation du courant pour un réseau électrique avec une certaine valeur de tension ne doit pas dépasser les normes GOST établies. Dans les réseaux avec une tension de 220 V, elle ne doit pas dépasser 8 ohms. À une tension de 380 V, sa valeur ne doit pas dépasser 4 ohms.

Pour calculer les indicateurs de l'ensemble du circuit, vous pouvez utiliser la formule R \u003d R0 / ηv * N, dans laquelle :

• R0 est le niveau de conductance pour une électrode ;
• R - indication du niveau d'obstruction au passage du courant pour l'ensemble du système ;
• ηv - coefficient d'utilisation du dispositif de protection;
• N est le nombre d'électrodes dans l'ensemble du circuit.

Matériel requis pour l'appareil de contour

Vous pouvez assembler le circuit à partir d'un matériau métallique:

1. coin,
2. rayures avec des dimensions spécifiques.

Ensuite, il doit être vérifié par un expert d'un laboratoire de mesure indépendant. L'armature du bâtiment peut être utilisée comme contour naturel si elle est présente dans les structures porteuses du bâtiment. PES contient une liste spéciale de structures pouvant être utilisées comme contour naturel lors de la création de systèmes de protection.

Pour vérifier le fonctionnement de l'ensemble de la structure, il est nécessaire de vérifier la valeur totale et la résistance des conducteurs de mise à la terre verticaux et de l'ensemble du système avec des dispositifs spéciaux. Ce travail doit être confié à des experts indépendants du laboratoire électrique. Pour que la structure protège de manière fiable l'ensemble de l'objet, des mesures doivent être prises régulièrement, en vérifiant leur valeur par rapport aux normes établies.

) pour une seule prise de terre profonde basée sur mise à la terre modulaire est faite comme un calcul d'une électrode de masse verticale classique constituée d'une tige métallique d'un diamètre de 14,2 mm.

La formule de calcul de la résistance de mise à la terre d'une seule électrode de terre verticale :

où:
ρ - résistivité du sol (Ohm*m)
L - longueur de l'électrode de terre (m)
d - diamètre de l'électrode de terre (m)
T - pénétration de l'électrode de terre (distance entre la surface du sol et le milieu de l'électrode de terre)(m)
π - constante mathématique Pi (3,141592)
ln - logarithme naturel

Pour la mise à la terre électrolytique ZANDZ, la formule de calcul de la résistance de mise à la terre est simplifiée sous la forme :

- pour l'ensemble ZZ-100-102

La contribution du conducteur de terre de liaison n'est pas prise en compte ici.

Distance entre les électrodes de masse

Avec une configuration multi-électrodes de l'électrode de terre, un autre facteur commence à influencer la résistance de terre finale - la distance entre les électrodes de terre. Dans les formules de calcul de mise à la terre, ce facteur est décrit par la valeur "facteur d'utilisation".

Pour une mise à la terre modulaire et électrolytique, ce coefficient peut être négligé (c'est-à-dire qu'il vaut 1) sous réserve d'une certaine distance entre les électrodes de masse :

• pas moins que la profondeur d'immersion de l'électrode - pour les modules
• pas moins de 7 mètres - pour électrolytique

Connexion des électrodes à l'électrode de masse

Pour connecter les électrodes de mise à la terre entre elles et à l'objet, une tige de cuivre ou une bande d'acier est utilisée comme conducteur de mise à la terre.

La section du conducteur est souvent choisie - 50 mm² pour le cuivre et 150 mm² pour l'acier. Il est courant d'utiliser une bande d'acier classique de 5*30 mm.

Pour une maison privée sans paratonnerre, un fil de cuivre d'une section de 16-25 mm² suffit.

Vous trouverez plus d'informations sur la pose du conducteur de terre sur une page séparée "Installation de la mise à la terre".

Service de calcul de la probabilité d'un coup de foudre sur un objet

Si, en plus du dispositif de mise à la terre, vous devez installer un système externe de protection contre la foudre, vous pouvez utiliser les paratonnerres uniques et protégés. Le service a été développé par l'équipe ZANDZ en collaboration avec l'Institut de l'énergie du nom de G.M. Krzhizhanovsky (JSC ENIN)

Cet outil permet non seulement de vérifier la fiabilité du système de protection contre la foudre, mais également de réaliser la conception la plus rationnelle et la plus correcte de la protection contre la foudre, en fournissant :

• réduction du coût des travaux de construction et d'installation, réduction des stocks inutiles et utilisation de paratonnerres moins élevés et moins coûteux à installer ;
• moins de coups de foudre dans le système, réduisant les conséquences négatives secondaires, ce qui est particulièrement important dans les installations comportant de nombreux appareils électroniques (le nombre de coups de foudre diminue avec la diminution de la hauteur des paratonnerres).

• la probabilité d'une percée de foudre dans les objets du système (la fiabilité du système de protection est définie comme 1 moins la valeur de probabilité) ;
• le nombre de coups de foudre dans le système par an ;
• le nombre de percées de foudre, contournant la protection, par an.

Disposant de ces informations, le concepteur peut comparer les exigences de la documentation client et réglementaire avec la fiabilité obtenue et prendre des mesures pour modifier la conception de la protection contre la foudre.

Pour lancer le calcul, .