אחת הסיבות החשובות ביותר לחישוב הארקה והתקנה היא שהיא מגינה על אנשים, מכשירי חשמל בבית מפני מתח יתר. אם פתאום ברק פוגע בבית או מסיבה כלשהי יש נחשול חשמל ברשת, אבל במקביל מערכת החשמל מקורקעת, כל עודף החשמל הזה ייכנס לאדמה, אחרת יהיה פיצוץ שיכול להרוס הכל בדרכו.
ציוד הגנה חשמלי
הצמיחה בצריכת החשמל בכל תחומי החיים, בבית ובעבודה, מחייבת כללי בטיחות ברורים לחיי אדם. תקנים לאומיים ובינלאומיים רבים מסדירים את הדרישות לבניית מערכות חשמל כדי להבטיח את בטיחותם של אנשים, חיות מחמד ורכוש בעת שימוש במכשירים חשמליים.
ציוד הגנה חשמלי המותקן במהלך בניית מבני מגורים וציבור חייב להיבדק באופן קבוע כדי להבטיח פעולה אמינה למשך שנים רבות. להפרות של כללי בטיחות במערכות חשמל יכולות להיות השלכות שליליות: איום על חיים של אנשים, הרס רכוש אוהרס חיווט.
תקנות הבטיחות קובעות את הגבול העליון הבא למגע אנושי בטוח עם משטחים חיים: 36 VAC בבניינים יבשים ו-12 VAC באזורים רטובים.
מערכת הארקה
מערכת הארקה היא ציוד טכני חיוני לחלוטין לכל בניין, ולכן היא רכיב ההתקנה החשמלי הראשון שהותקן במתקן חדש. המונח הארקה משמש בהנדסת חשמל כדי לחבר בכוונה רכיבים חשמליים לאדמה.
הארקה מגן מגנה על אנשים מפני התחשמלות בעת נגיעה בציוד חשמלי במקרה של תקלה. תרנים, גדרות, שירותים כגון צינורות מים או צינורות גז חייבים להיות מחוברים באמצעות כבל מגן על ידי חיבור למסוף או לבר הארקה.
בעיות של הגנה תפקודית
הארקה פונקציונלית אינה מספקת בטיחות כפי שהשם מרמז, במקום זאת היא יוצרת פעולה ללא הפרעה של מערכות וציוד חשמליים. הארקה פונקציונלית מפזרת זרמים ומקורות רעש למתאמי בדיקת הארקה, אנטנות והתקנים אחרים הקולטים גלי רדיו.
הם קובעים את פוטנציאל הייחוס המשותף בין ציוד חשמלי והתקנים ובכך מונעים תקלות שונות בבתים פרטיים, כמו טלוויזיה או הבהוב אור. הארקה פונקציונלית לעולם לא יכולה לבצע משימות הגנה.
כל הדרישות להגנה מפני התחשמלות ניתן למצוא בתקנים לאומיים. הקמת כדור הארץ מגן הוא חיוני ולכן תמיד יש עדיפות על פני פונקציונלי.
התנגדות אולטימטיבית של התקני הגנה
במערכת בטוחה לאנשים, התקני הגנה חייבים לפעול ברגע שמתח התקלה במערכת מגיע לערך שעלול להיות מסוכן עבורם. כדי לחשב פרמטר זה, אתה יכול להשתמש בנתוני מגבלת המתח לעיל, בחר את הערך הממוצע U=25 VAC.
מפסקי זרם שייר המותקנים באזורי מגורים בדרך כלל לא יתקעו לאדמה עד שזרם הקצר יגיע ל-500 mA. לכן, לפי חוק אוהם, עם U=R1 R=25 V / 0.5 A=50 אוהם. לכן, על מנת להגן כראוי על בטיחות האנשים והרכוש, על כדור הארץ להיות בעל התנגדות של פחות מ-50 אוהם, או R earth<50.
גורמי אמינות אלקטרודה
בהתאם לסטנדרטים של המדינה, האלמנטים הבאים יכולים להיחשב כאלקטרודות:
- כלונסאות או צינורות פלדה מוכנסים אנכית;
- רצועות פלדה או חוטים מונחים אופקית;
- לוחות מתכת שקועים;
- טבעות מתכת ממוקמות סביב יסודות או מוטבעות ביסודות.
צינורות מים ורשתות הנדסיות תת-קרקעיות אחרות של פלדה (אם יש הסכמה עם הבעלים).
הארקה אמינה עם התנגדות של פחות מ-50 אוהם תלויה בשלושה גורמים:
- נוף יבשתי.
- עמידות לסוג ואדמה.
- התנגדות לקו הקרקע.
חישוב התקן ההארקה חייב להתחיל בקביעת ההתנגדות של הקרקע. זה תלוי בצורת האלקטרודות. התנגדות כדור הארץ r (אות יוונית Rho) מתבטאת במטרים אוהם. זה מתאים להתנגדות התיאורטית של גליל הארקה באורך 1 מ'2, שהחתך והגובה שלו הם 1 מ' הולך וגדל). דוגמאות של התנגדות קרקע ב- Ohm-m:
- אדמה ביצתית מ-1 עד 30;
- אדמה לס מ-20 עד 100;
- חומוס מ-10 עד 150;
- חול קוורץ מ-200 עד 3000;
- אבן גיר רכה מ-1500 עד 3000;
- אדמה עשבונית מ-100 עד 300;
- אדמה סלעית ללא צמחייה - 5.
התקנה של התקן הארקה
לולאת ההארקה מורכבת ממבנה המורכב מאלקטרודות פלדה ורצועות חיבור. לאחר הטבילה באדמה, המכשיר מחובר ללוח החשמל הביתי באמצעות חוט או פס מתכת דומה. לחות הקרקע משפיעה על רמת המיקום של המבנה.
יש קשר הפוך בין אורך המוט למפלס מי התהום. המרחק המרבי מאתר הבנייה נע בין 1 מ' ל-10 מ'.אלקטרודות לחישוב הארקה צריכות להיכנס לקרקע מתחת לקו הקפאת הקרקע. עבור קוטג'ים, המעגל מורכב באמצעות מוצרי מתכת: צינורות, חיזוק חלק, זווית פלדה, I-beam.
יש להתאים את צורתם לכניסה עמוקה לקרקע, שטח החתך של החיזוק הוא יותר מ-1.5 ס מ2. החיזוק ממוקם בשורה או בצורה של צורות שונות, התלויות ישירות במיקום בפועל של האתר ובאפשרות של הרכבה של התקן מגן. לעתים קרובות נעשה שימוש בסכימה סביב היקף האובייקט, עם זאת, מודל הארקה המשולש הוא עדיין הנפוץ ביותר.
למרות העובדה שניתן לייצר את מערכת ההגנה באופן עצמאי באמצעות החומר הזמין, בוני בתים רבים רוכשים ערכות מפעל. למרות שהם לא זולים, הם קלים להתקנה ועמידים בשימוש. בדרך כלל, ערכה כזו מורכבת מאלקטרודות מצופות נחושת באורך 1 מ', המצוידת בחיבור הברגה להרכבה.
חישוב רצף כולל
אין כלל כללי לחישוב המספר המדויק של החורים והממדים של רצועת ההארקה, אך פריקת זרם הדליפה תלויה בהחלט בשטח החתך של החומר, כך שלכל ציוד, גודל רצועת הקרקע מחושב על פי הזרם שיישא ברצועה זו.
כדי לחשב את לולאת ההארקה, מחשבים תחילה את זרם הדליפה ונקבע גודל הרצועה.
לרוב הציוד החשמלי כגון שנאי,גנרטור דיזל וכו', גודל פס ההארקה הנייטרלי חייב להיות כזה שיוכל להתמודד עם הזרם הנייטרלי של ציוד זה.
לדוגמה, עבור שנאי 100kVA, זרם העומס הכולל הוא בערך 140A.
הרצועה המחוברת חייבת להיות מסוגלת לשאת לפחות 70A (זרם ניטרלי), כלומר רצועה בגודל 25x3 מ מ מספיקה כדי לשאת את הזרם.
פס קטן יותר משמש להארקת המארז, שיכול לשאת זרם של 35 A, בתנאי ש-2 בורות אדמה משמשים לכל אובייקט כהגנה לגיבוי. אם פס אחד הופך לבלתי שמיש עקב קורוזיה, אשר שוברת את שלמות המעגל, זרם הדליפה זורם דרך המערכת השנייה, ומספק הגנה.
חישוב מספר צינורות ההגנה
התנגדות הארקה של מוט או צינור אלקטרודה בודדים מחושבת לפי:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (לוג (8xL / d) -1)
איפה:
ρ=התנגדות קרקע (אוהםמטר), L=אורך האלקטרודה (מטר), D=קוטר האלקטרודה (מטר).
חישוב קרקע (דוגמה):
חשב את ההתנגדות של מוט בידוד הקרקע. יש לו אורך של 4 מטרים וקוטר של 12.2 מ מ, משקל סגולי של 500 אוהם.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (לוג (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
התנגדות ההארקה של אלקטרודה בודדת של מוט או צינור מחושב באופן הבא:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (לוג (4xL / d))
איפה:
ρ=התנגדות קרקע (אוהםמטר), L=אורך האלקטרודה (ס"מ), D=קוטר האלקטרודה (ס"מ).
הגדרהמבנה הארקה
חישוב הארקה של מתקן חשמלי מתחיל בקביעת מספר צינורות הארקה בקוטר 100 מ מ באורך 3 מטר. למערכת זרם תקלה של 50 KA למשך שנייה אחת והתנגדות הארקה של 72.44 אוהם.
צפיפות זרם על פני אלקטרודת האדמה:
פרג. צפיפות זרם מותרת I=7.57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
פרג. צפיפות זרם מותרת=7.57 × 1000 / (√72.44X1)=889.419 A / m2
שטח הפנים של קוטר אחד הוא 100 מ מ. צינור 3 מ'=2 x 3, 14 ל'=2 x 3, 14 x 0.05 x 3=0.942 m2
פרג. זרם מתפזר על ידי צינור הארקה אחד=צפיפות זרם x שטח פני האלקטרודה.
מקסימום זרם מתפזר על ידי צינור הארקה אחד=889.419x 0.942=838A, נדרש מספר צינור הארקה=זרם תקלה / מקסימום
מספר צינור ההארקה הנדרש=50000/838=60 חתיכות.
התנגדות צינור כדור הארץ (מבודד) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
התנגדות צינור הקרקע (מבודד) R=100 × 72.44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (לוג (4X300 / 10))=7.99 Ω / Pipe
התנגדות כוללת של 60 חלקי אדמה=7.99 / 60=0.133 Ohm.
התנגדות פס הקרקע
התנגדות פס הקרקע (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (לוג (2xLxL / wt))
דוגמה לחישוב הארקת לולאה ניתנת להלן.
חשב רצועה ברוחב 12 מ"מ, אורך 2200 מטר,קבור באדמה בעומק של 200 מ"מ, התנגדות הקרקע היא 72.44 אוהם.
התנגדות פס הקרקע (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (לוג (2x2200x2200 /.2x.012))=0, 050 Ω
מההתנגדות הכוללת שלעיל של 60 חתיכות של צינורות הארקה (Rp)=0.133 אוהם. וזה נובע מרצועת הקרקע הגסה. כאן התנגדות כדור הארץ נטו=(RpxRe) / (Rp + Re)
התנגדות נטו=(0.133 × 0.05) / (0.133 + 0.05)=0.036 Ohm
עכבת קרקע ומספר אלקטרודות לקבוצה (חיבור מקביל). במקרים בהם אלקטרודה אחת אינה מספיקה לספק את התנגדות הארקה הנדרשת, יש להשתמש ביותר מאלקטרודה אחת. ההפרדה בין האלקטרודות צריכה להיות כ-4 מ' ההתנגדות המשולבת של האלקטרודות המקבילות היא פונקציה מורכבת של מספר גורמים כמו מספר ותצורת האלקטרודה. התנגדות כוללת של קבוצת אלקטרודות בתצורות שונות לפי:
Ra=R (1 + λa / n), כאשר a=ρ / 2X3.14xRxS
היכן: S=מרחק בין כיוון גבעול (מטר).
λ=הפקטור המוצג בטבלה למטה.
n=מספר האלקטרודות.
ρ=התנגדות קרקע (אוהםמטר).
R=התנגדות של מוט בודד בבידוד (Ω).
| גורמים עבור אלקטרודות מקבילות בשורה | |
| מספר האלקטרודות (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 |
כדי לחשב את ההארקה של אלקטרודות ברווח שווה סביב ריבוע חלול, כגון היקף בניין, נעשה שימוש במשוואות לעיל עם ערך של λ שנלקח מהטבלה הבאה. עבור שלושה מוטות הממוקמים במשולש שווה צלעות או בתצורת L, הערך λ=1, 66
| גורמים לאלקטרודות מרובעות חלול | |
| מספר האלקטרודות (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 |
חישוב הארקת הגנת לולאה עבור ריבועים חלולים מתבצע לפי הנוסחה של המספר הכולל של האלקטרודות (N)=(4n-1). כלל האצבע הוא שמוטות מקבילים צריכים להיות מרווחים לפחות פי שניים כדי לנצל את מלוא היתרונות של האלקטרודות הנוספות.
אם ההפרדה בין האלקטרודות גדולה בהרבה מאורכן, ורק כמה אלקטרודות נמצאות במקביל, אזי ניתן לחשב את התנגדות האדמה המתקבלת באמצעות המשוואה הרגילה להתנגדות. בפועל, התנגדות האדמה האפקטיבית תהיה לרוב גבוהה מזו המחושבת.
בדרך כלל, מערך של 4 אלקטרודות יכול לספק שיפור פי 2.5-3.
מערך של 8 אלקטרודות נותן בדרך כלל שיפור של אולי פי 5-6. ההתנגדות של מוט הארקה המקורי תופחת ב-40% עבור הקו השני, 60% עבור הקו השלישי, 66% עבור הרביעי.
דוגמה לחישוב אלקטרודה
חישוב ההתנגדות הכוללת של מוט הארקה 200 יחידות במקביל, במרווחים של 4 מטר כל אחת, ואם הן מחוברות בריבוע. מוט הקרקע הוא 4מטר וקוטר 12.2 מ מ, התנגדות פני השטח 500 אוהם. ראשית, ההתנגדות של מוט הארקה בודד מחושבת: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (לוג (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 אוהם.
הבא, ההתנגדות הכוללת של מוט הארקה בכמות של 200 יחידות במקביל: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0.146 Ra (קו מקביל)=136.23x (1 + 10 × 0.146 / 200)=1.67 אוהם.
אם מוט ההארקה מחובר לאזור חלול 200=(4N-1), Ra (על ריבוע ריק)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 Ohm.
מחשבון קרקע
כפי שאתה יכול לראות, חישוב ההארקה הוא תהליך מורכב מאוד, הוא משתמש בגורמים רבים ובנוסחאות אמפיריות מורכבות הזמינות רק למהנדסים מיומנים עם מערכות תוכנה מורכבות.
המשתמש יכול לבצע חישוב גס רק באמצעות שירותים מקוונים, למשל, Allcalc. לחישובים מדויקים יותר, עדיין צריך לפנות לארגון העיצוב.
מחשבון מקוון Allcalc יעזור לכם לחשב במהירות ובדייקנות את הארקת ההגנה באדמה דו-שכבתית המורכבת מקרקע אנכית.
חישוב של פרמטרי מערכת:
- שכבת האדמה העליונה היא חול לח מאוד.
- מקדם אקלימי- 1.
- שכבת האדמה התחתונה היא חול לח מאוד.
- מספר הארקות אנכיות - 1.
- עומק האדמה העליון H (מ') - 1.
- אורך קטע אנכי, L1 (מ') - 5.
- עומק הקטע האופקי h2 (מ')- 0.7.
- אורך פס חיבור, L3 (מ') - 1.
- קוטר של החתך האנכי, D (m) - 0.025.
- רוחב המדף האופקי, b (m) - 0.04.
- התנגדות אדמה חשמלית (אוהם/מ') - 61.755.
- התנגדות של קטע אנכי אחד (אוהם) - 12.589.
- אורך הקטע האופקי (מ') - 1,0000.
התנגדות הארקה אופקית (אוהם) - 202.07.
חישוב התנגדות כדור הארץ המגן הושלם. ההתנגדות הכוללת להתפשטות זרם חשמלי (אוהם) - 11.850.
הקרקע מספקת נקודת ייחוס משותפת למקורות מתח רבים במערכת חשמלית. אחת הסיבות לכך שהארקה עוזרת לשמור על בטיחות האדם היא שכדור הארץ הוא המוליך הגדול בעולם, וחשמל עודף תמיד לוקח את הנתיב של ההתנגדות הקטנה ביותר. על ידי הארקת מערכת החשמל בבית, אדם מאפשר לזרם להיכנס לאדמה, מה שמציל את חייו וחיי אחרים.
ללא מערכת חשמל מוארקת כהלכה בבית, המשתמש מסכן לא רק מכשירי חשמל ביתיים, אלא גם את חייו. לכן בכל בית יש צורך לא רק ליצור רשת הארקה, אלא גם לנטר מדי שנה את הביצועים שלה באמצעות מכשירי מדידה מיוחדים.
