Считает сопротивление контура заземления по формуле Огнева: одиночный вертикальный электрод с учётом климатического коэффициента, контур с коэффициентом использования η, сравнение с целевым 4/10/30 Ом по ПУЭ 7 и СП 62.13330.2011 (TN, TT, газ).
Расчёт по числу электродов
| Число штырей | η (a = L) | R контура | В норме |
|---|
Частые вопросы
Откуда берётся формула Огнева?
Это базовая инженерная формула для одиночного вертикального электрода в однородном грунте: R₁ = (ρ × K / (2π × L)) × [ln(2L/d) + 0,5 × ln((4t+L)/(4t-L))]. Первое слагаемое отражает растекание тока вдоль электрода, второе — поправку на глубину залегания: чем глубже верх электрода, тем стабильнее сопротивление в годовой динамике (грунт у поверхности промерзает и пересыхает). Для прутка d — диаметр в метрах; для уголка с шириной полки b эквивалентный диаметр d = 0,95 × b. Источник: методические указания по проектированию заземляющих устройств электроустановок до 1 кВ.
Что такое коэффициент использования η?
При нескольких электродах в одном контуре они частично экранируют друг друга — поле растекания пересекается, и каждый штырь работает на чуть меньшее сопротивление, чем расчётное. Эффект тем сильнее, чем ближе штыри. Для шага a = L (вплотную) и 4 электродов η ≈ 0,73; при шаге a = 2L и тех же 4 штырях η ≈ 0,83; при a = 3L — 0,89. Значения взяты из таблиц Рязановского, входящих в типовые методические указания. Без учёта η расчётный контур окажется до 1,4 раза хуже фактического.
Какое сопротивление нужно по ПУЭ?
Зависит от системы заземления. ПУЭ 7, п. 1.7.101 для TN при 380 В — общее сопротивление всех заземлений нейтрали трансформатора и повторных заземлений потребителей не более 4 Ом. ПУЭ 7, п. 1.7.103 — повторное заземление PEN на ВЛ 0,38 кВ отдельно не более 30 Ом. Для TT (ввод по кабелю или ненадёжный PEN на воздушке) расчёт по 1.7.59: R × Iсраб_УЗО ≤ 50 В, при 30 мА УЗО получается ≤ 1666 Ом, но на практике берут до 30 Ом для надёжности. При наличии газа правила Госгортехнадзора и СП 62.13330.2011 ужесточают до 10 Ом, чтобы исключить искрообразование.
Зачем климатический коэффициент K?
Грунт промерзает зимой и пересыхает летом — удельное сопротивление меняется в 1,5–2,5 раза по сравнению с эталонной влажностью. Чтобы контур работал круглый год, расчётное сопротивление умножают на коэффициент K по климатической зоне. В I зоне (Север, мерзлота) K = 1,8 для штырей длиной 2–3 м; во II зоне (Сибирь, Урал) K = 1,5; в III (центр, юг европейской части) K = 1,4; в IV (юг РФ) K = 1,2. Для горизонтальных полос на глубине 0,5–0,8 м коэффициент в 2–6 раз выше — поэтому горизонтальный электрод в качестве основного не применяется.
Шаг между электродами — почему 2L или 3L?
Рекомендация большинства методичек: при минимальном шаге a = L два соседних электрода теряют до 35% эффективности из-за взаимного экранирования. При шаге a = 2L потери падают до 15%, при a = 3L — до 7%. На небольшом участке частного дома часто приходится ставить электроды на a = L (просто нет места), и тогда добавление каждого следующего штыря даёт меньше пользы. Если позволяет участок — закладывать a = 2,5–3 длины электрода: вместо 6 штырей на 1,5 м хватит 4 штыря на 3 м, и контур получится дешевле.
Можно ли использовать арматуру фундамента?
Да. Сварная арматура железобетонного фундамента, прошедшая через бетон в землю, по ГОСТ Р 50571.5.54-2013 признаётся естественным заземлителем. Сопротивление контура фундамента ленточного дома 10×10 м обычно 1–5 Ом — лучше любых штырей. Условия: арматура соединена в единый сварной каркас, выводы сделаны в нескольких точках, бетон не имеет полной гидроизоляции с грунтом. Если фундамент уже залит без выводов — добавлять штыри обязательно. Подробно про связку фундамента и контура — в нашей статье системы заземления TN-C-S для частного дома.
Контур заземления частного дома считается по формуле Огнева для одиночного вертикального электрода в однородном грунте: R₁ = (ρ × K / (2π × L)) × [ln(2L / d) + 0,5 × ln((4t + L) / (4t − L))]. Первое слагаемое отвечает за растекание тока вдоль электрода, второе — поправка на глубину заложения. Для контура из N штырей вертикальные сопротивления складываются параллельно с поправкой на коэффициент использования η, который учитывает взаимное экранирование соседних электродов: R_контур = R₁ / (N × η).
Пример: суглинок, 3 штыря 2,5 м
- Удельное сопротивление суглинка ρ = 100 Ом·м, климатическая зона III (центр РФ) K = 1,4.
- Электрод 16 мм круглого прутка длиной 2,5 м, верх на уровне грунта (t = 1,25 м).
- R₁ = (100 × 1,4 / (2π × 2,5)) × [ln(2 × 2,5 / 0,016) + 0,5 × ln((4 × 1,25 + 2,5) / (4 × 1,25 − 2,5))] = 8,91 × (5,75 + 0,55) = 56,1 Ом.
- 3 штыря в ряд с шагом a = L (вплотную), η = 0,78. R_контур = 56,1 / (3 × 0,78) = 24,0 Ом.
- Цель для повторного заземления TN-C-S по ПУЭ 7, п. 1.7.103 — не более 30 Ом. Контур проходит. Для газифицированного дома цель 10 Ом — не проходит, нужно 6 штырей или больший шаг.
Целевое сопротивление по системе заземления
- TN-C-S или TN-S — повторное заземление
- ПУЭ 7, п. 1.7.103: для повторного заземления PEN-проводника на ВЛ 0,38 кВ — не более 30 Ом. Общее сопротивление нейтрали трансформатора плюс всех повторных заземлений потребителей — не более 4 Ом (п. 1.7.101), но эта цифра достигается за счёт всей сети, а не локально на участке. Подробнее про системы TN-C-S, TN-S и TT для частного дома.
- TT — отдельный контур
- Применяется, когда ввод по кабелю или PEN на воздушке ненадёжен. Формальный расчёт по ПУЭ 7, п. 1.7.59: R × Iсраб_УЗО ≤ 50 В. При 30 мА это даёт 1666 Ом. На практике берут не выше 30 Ом для гарантированного срабатывания УЗО при любых условиях; подбор УЗО делается параллельно с контуром.
- Газифицированный дом
- СП 62.13330.2011 «Газораспределительные системы» и правила Госгортехнадзора требуют ужесточения до не более 10 Ом. Связано с потенциалом катодной защиты газопровода и риском искрообразования на стыке заземляющего проводника с газовой трубой. Замер сопротивления контура входит в перечень обязательных проверок при сдаче газового оборудования.
Удельное сопротивление грунтов
| Грунт | ρ, Ом·м |
|---|---|
| Чернозём | 50 |
| Глина | 60 |
| Суглинок | 100 |
| Супесь | 300 |
| Песок влажный | 200–300 |
| Песок сухой | 500 |
| Песок крупный, гравий | 700–1000 |
| Скала | 2000–4000 |
Значения справочные, для проектных расчётов измеряют ρ конкретно на участке методом ВЭЗ или четырёхэлектродным замером по ГОСТ Р 50571.5.54-2013. Колебание ρ в одном и том же грунте сезонно достигает 2–3 раз; для запаса вводится климатический коэффициент K по таблицам ПУЭ.
Климатический коэффициент K
Зависит от климатической зоны и состояния грунта при измерении. Для вертикальных электродов 2–3 м: I зона (Север, мерзлота) K = 1,8; II зона (Сибирь, Урал) K = 1,5; III зона (центр и юг европейской части) K = 1,4; IV зона (юг РФ) K = 1,2. Если измерения делались в сухой период (август), коэффициент берут больший — до 2,5. Для длинных электродов 5–6 м коэффициент ниже на 0,2–0,4, так как нижняя часть всегда во влажном слое.
Коэффициент использования η
При сближении электродов их поля растекания пересекаются, и каждый штырь работает на меньшее сопротивление, чем рассчитанное по одиночной формуле. Эффект учитывается коэффициентом использования η из таблиц Рязановского:
| Штырей N | a = L | a = 2L | a = 3L |
|---|---|---|---|
| 4 | 0,73 | 0,83 | 0,89 |
| 6 | 0,65 | 0,77 | 0,85 |
| 10 | 0,59 | 0,74 | 0,81 |
| 20 | 0,48 | 0,67 | 0,76 |
Где a — шаг между электродами, L — длина электрода. На небольшом участке шаг часто равен длине (a = L) — это даёт максимальные потери на экранирование. Если место позволяет, лучше реже и крупнее: вместо 6 штырей на 1,5 м обычно эффективнее 4 штыря на 3 м с шагом 6 м, и контур дешевле по работе и материалу.
Частые ошибки
- Не учитывают климатический коэффициент. Расчёт «по таблице ρ × формула без K» даёт занижение на 20–80%, и в зимний период контур не работает. Для центра РФ K = 1,4 минимум.
- Берут 3 штыря «как у соседа». Соседний участок может быть на другом грунте, или сосед сделал замер один раз летом во влажную погоду. Без расчёта по формуле и без контрольного замера прибором результат непредсказуемый.
- Используют горизонтальную полосу как основной заземлитель. Соединительная полоса 40×4 мм на глубине 0,5–0,8 м работает плохо: поверхностный слой грунта промерзает и пересыхает. Климатический коэффициент K для полосы 3–9 против 1,2–1,8 для вертикальных электродов. Полоса нужна для соединения штырей, а не как самостоятельный заземлитель.
- Не делают контрольный замер. Расчётное сопротивление расходится с фактическим на ±20–30% — состав грунта на глубине забивки штыря может отличаться от справочного. Прибор измерения сопротивления заземления даёт точное значение. Без замера протокол на пуск газа и приёмку электрики не подпишут. Контур заземления работает в связке с защитной автоматикой — расчёт номинала автомата и УЗО на групповые линии делается отдельно.