Расчёт заземления частного дома

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).

Сопротивление контура заземления
Детализация расчёта
Удельное сопротивление ρ:
Климатический коэффициент K:
R одного электрода (Огнев):
Коэффициент использования η:
R контура из N штырей:
Целевое сопротивление:

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.

Скачайте этот калькулятор и считайте офлайн · без рекламы · PDF/JPGПодключить за 50 ₽/мес

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

  1. Удельное сопротивление суглинка ρ = 100 Ом·м, климатическая зона III (центр РФ) K = 1,4.
  2. Электрод 16 мм круглого прутка длиной 2,5 м, верх на уровне грунта (t = 1,25 м).
  3. 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.
  4. 3 штыря в ряд с шагом a = L (вплотную), η = 0,78. R_контур = 56,1 / (3 × 0,78) = 24,0 Ом.
  5. 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.