L'une des raisons les plus importantes pour calculer la mise à la terre et l'installation est qu'elle protège les personnes et les appareils de la maison contre les surtensions. Si soudainement la foudre frappe une maison ou pour une raison quelconque il y a une surtension dans le réseau, mais en même temps le système électrique est mis à la terre, tout cet excès d'électricité ira dans le sol, sinon il y aura une explosion qui peut tout détruire dans son chemin.
Équipement de protection électrique
La croissance de la consommation d'électricité dans tous les domaines de la vie, à la maison comme au travail, nécessite des règles de sécurité claires pour la vie humaine. De nombreuses normes nationales et internationales régissent les exigences de construction des systèmes électriques pour assurer la sécurité des personnes, des animaux domestiques et des biens lors de l'utilisation d'appareils électriques.
Les équipements de protection électrique installés lors de la construction de bâtiments résidentiels et publics doivent être vérifiés régulièrement pour assurer un fonctionnement fiable pendant de nombreuses années. Les violations des règles de sécurité dans les systèmes électriques peuvent avoir des conséquences négatives: menace pour la vie des personnes, destruction de biens oudestruction du câblage.
Les règles de sécurité fixent les limites supérieures suivantes pour un contact humain sûr avec des surfaces sous tension: 36 VAC dans les bâtiments secs et 12 VAC dans les zones humides.
Système de mise à la terre
Le système de mise à la terre est un équipement technique absolument essentiel pour chaque bâtiment, c'est donc le premier composant d'installation électrique à être installé dans une nouvelle installation. Le terme mise à la terre est utilisé en génie électrique pour connecter à dessein des composants électriques à la terre.
La mise à la terre de protection protège les personnes contre les chocs électriques lorsqu'elles touchent un équipement électrique en cas de dysfonctionnement. Les mâts, les clôtures, les services publics tels que les conduites d'eau ou les conduites de gaz doivent être connectés avec un câble de protection en se connectant à une borne ou à une barre de mise à la terre.
Problèmes de protection fonctionnelle
La mise à la terre fonctionnelle n'assure pas la sécurité comme son nom l'indique, mais crée un fonctionnement ininterrompu des systèmes et équipements électriques. La mise à la terre fonctionnelle dissipe les courants et les sources de bruit vers les adaptateurs de test de terre, les antennes et autres appareils qui reçoivent des ondes radio.
Ils déterminent les potentiels de référence communs entre les équipements et appareils électriques et préviennent ainsi divers dysfonctionnements chez les particuliers, tels que le scintillement de la télévision ou de la lumière. La mise à la terre fonctionnelle ne peut jamais effectuer de tâches de protection.
Toutes les exigences de protection contre les chocs électriques se trouvent dans les normes nationales. L'établissement d'une terre de protection est vital et prime donc toujours sur le fonctionnel.
Résistance ultime des dispositifs de protection
Dans un système sûr pour les personnes, les dispositifs de protection doivent fonctionner dès que la tension de défaut dans le système atteint une valeur qui peut être dangereuse pour eux. Pour calculer ce paramètre, vous pouvez utiliser les données de limite de tension ci-dessus, choisissez la valeur moyenne U=25 VAC.
Les disjoncteurs différentiels installés dans les zones résidentielles ne se déclenchent normalement pas à la terre tant que le courant de court-circuit n'a pas atteint 500 mA. Donc, selon la loi d'Ohm, avec U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 ohms. Ainsi, afin de protéger adéquatement la sécurité des personnes et des biens, la terre doit avoir une résistance inférieure à 50 ohms, soit R terre<50.
Facteurs de fiabilité des électrodes
Selon les normes nationales, les éléments suivants peuvent être considérés comme des électrodes:
- pieux ou tuyaux en acier insérés verticalement;
- bandes ou fils d'acier posés horizontalement;
- plaques métalliques encastrées;
- anneaux métalliques placés autour des fondations ou encastrés dans les fondations.
Conduites d'eau et autres réseaux d'ingénierie souterrains en acier (s'il y a accord avec les propriétaires).
Une mise à la terre fiable avec une résistance inférieure à 50 ohms dépend de trois facteurs:
- Vue sur les terres.
- Type et résistance du sol.
- Résistance de la ligne de terre.
Le calcul du dispositif de mise à la terre doit commencer par la détermination de la résistivité du sol. Cela dépend de la forme des électrodes. La résistivité terrestre r (lettre grecque Rho) est exprimée en ohmmètres. Cela correspond à la résistance théorique d'un cylindre de mise à la terre de 1 m2, dont la section et la hauteur sont de 1 m. devient plus élevé). Exemples de résistivité du sol en Ohm-m:
- sol marécageux de 1 à 30;
- sol de loess de 20 à 100;
- humus de 10 à 150;
- sable de quartz de 200 à 3000;
- calcaire tendre de 1500 à 3000;
- sol herbeux de 100 à 300;
- terrain rocheux sans végétation - 5.
Installation du dispositif de mise à la terre
La boucle de terre est montée à partir d'une structure composée d'électrodes en acier et de bandes de connexion. Après immersion dans le sol, l'appareil est connecté au panneau électrique de la maison avec un fil ou une bande métallique similaire. L'humidité du sol affecte le niveau de placement de la structure.
Il existe une relation inverse entre la longueur des barres d'armature et le niveau de la nappe phréatique. La distance maximale du chantier de construction varie de 1 m à 10 m. Les électrodes pour le calcul de mise à la terre doivent entrer dans le sol sous la ligne de congélation du sol. Pour les chalets, le circuit est monté à l'aide de produits métalliques: tuyaux, armature lisse, cornière en acier, poutre en I.
Leur forme doit être adaptée pour une pénétration profonde dans le sol, la section transversale du renfort est supérieure à 1,5 cm2. Le renfort est placé en rangée ou sous différentes formes, qui dépendent directement de l'emplacement réel du site et de la possibilité de monter un dispositif de protection. Le schéma autour du périmètre de l'objet est souvent utilisé, cependant, le modèle de mise à la terre triangulaire est toujours le plus courant.
Malgré le fait que le système de protection peut être fabriqué indépendamment à l'aide du matériel disponible, de nombreux constructeurs de maisons achètent des kits d'usine. Bien qu'ils ne soient pas bon marché, ils sont faciles à installer et durables. Typiquement, un tel kit se compose d'électrodes cuivrées de 1 m de long, équipées d'un raccord fileté pour le montage.
Calcul de la séquence totale
Il n'y a pas de règle générale pour calculer le nombre exact de trous et les dimensions de la bande de terre, mais la décharge du courant de fuite dépend définitivement de la section transversale du matériau, donc pour tout équipement, la taille de la bande de terre est calculée sur le courant qui sera transporté par cette bande.
Pour calculer la boucle de terre, le courant de fuite est d'abord calculé et la taille de la bande est déterminée.
Pour la plupart des équipements électriques tels que les transformateurs,générateur diesel, etc., la taille de la bande de terre neutre doit être telle qu'elle puisse supporter le courant neutre de cet équipement.
Par exemple, pour un transformateur de 100 kVA, le courant de charge total est d'environ 140 A.
La bande connectée doit pouvoir supporter au moins 70A (courant neutre), ce qui signifie qu'une bande de 25x3mm est suffisante pour transporter le courant.
Une bande plus petite est utilisée pour mettre à la terre le boîtier, qui peut transporter un courant de 35 A, à condition que 2 fosses de terre soient utilisées pour chaque objet comme protection de secours. Si une bande devient inutilisable en raison de la corrosion, qui rompt l'intégrité du circuit, le courant de fuite circule dans l'autre système, assurant une protection.
Calcul du nombre de tubes de protection
La résistance de mise à la terre d'une tige ou d'un tube d'électrode unique est calculée selon:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Où:
ρ=Résistance de terre (ohmmètre), L=Longueur de l'électrode (mètre), D=Diamètre de l'électrode (mètre).
Calcul au sol (exemple):
Calculez la résistance de la tige isolante de terre. Il a une longueur de 4 mètres et un diamètre de 12,2 mm, une densité de 500 ohms.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
La résistance de mise à la terre d'une seule électrode à tige ou à tube est calculée comme suit:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / j))
Où:
ρ=Résistance de terre (ohmmètre), L=Longueur de l'électrode (cm), D=Diamètre de l'électrode (cm).
Définitionstructure de mise à la terre
Le calcul de la mise à la terre d'une installation électrique commence par la détermination du nombre de tuyaux de mise à la terre d'un diamètre de 100 mm et d'une longueur de 3 mètres. Le système a un courant de défaut de 50 KA pendant 1 seconde et une résistivité de terre de 72,44 ohms.
Densité de courant à la surface de la prise de terre:
Coquelicot. densité de courant admissible I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
Coquelicot. densité de courant admissible=7,57 × 1000 / (√72,44X1)=889,419 A / m2
La surface d'un diamètre est de 100 mm. Tuyau de 3 m=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
Coquelicot. courant dissipé par un tuyau souterrain=densité de courant x surface d'électrode.
Max. courant dissipé par un tuyau de mise à la terre=889,419x 0,942=838A, Nombre de conduite de terre nécessaire=Courant de défaut / Max.
Nombre de tuyaux souterrains requis=50000/838=60 pièces.
Résistance du tuyau de terre (isolé) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Résistance du tuyau de terre (isolé) R=100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10))=7,99 Ω / Pipe
Résistance totale de 60 pièces de masse=7,99 / 60=0,133 Ohm.
Résistance de la bande de terre
Résistance de la bande de terre (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / poids))
Un exemple de calcul de mise à la terre de boucle est donné ci-dessous.
Calculer une bande de 12 mm de large, 2200 mètres de long,enterré dans le sol à une profondeur de 200 mm, la résistivité du sol est de 72,44 ohms.
Résistance de la bande de terre (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 /.2x.012))=0, 050 Ω
De la résistance totale ci-dessus de 60 morceaux de tuyaux de mise à la terre (Rp)=0,133 ohms. Et cela est dû à la bande de sol rugueuse. Ici résistance de terre nette=(RpxRe) / (Rp + Re)
Résistance nette=(0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05)=0,036 Ohm
Impédance de terre et nombre d'électrodes par groupe (connexion parallèle). Dans les cas où une électrode est insuffisante pour fournir la résistance de terre requise, plusieurs électrodes doivent être utilisées. La séparation des électrodes doit être d'environ 4 m. La résistance combinée des électrodes parallèles est une fonction complexe de plusieurs facteurs tels que le nombre et la configuration de l'électrode. Résistance totale d'un groupe d'électrodes dans diverses configurations selon:
Ra=R (1 + λa / n), où a=ρ / 2X3.14xRxS
Où: S=Distance entre la tige de réglage (mètre).
λ=Facteur indiqué dans le tableau ci-dessous.
n=Nombre d'électrodes.
ρ=Résistance de terre (Ohmmètre).
R=Résistance d'une seule tige dans l'isolation (Ω).
| Facteurs pour électrodes parallèles en ligne | |
| Nombre d'électrodes (n) | Facteur (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 |
Pour calculer la mise à la terre d'électrodes régulièrement espacées autour d'un carré creux, tel que le périmètre d'un bâtiment, les équations ci-dessus sont utilisées avec une valeur de λ tirée du tableau suivant. Pour trois tiges situées dans un triangle équilatéral ou dans une formation en L, la valeur λ=1, 66
| Facteurs pour électrodes carrées creuses | |
| Nombre d'électrodes (n) | Facteur (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 |
Le calcul de la mise à la terre de protection de boucle pour les carrés creux est effectué selon la formule du nombre total d'électrodes (N)=(4n-1). La règle d'or est que les tiges parallèles doivent être espacées d'au moins deux fois plus longtemps pour tirer pleinement parti des électrodes supplémentaires.
Si la séparation des électrodes est bien supérieure à leur longueur et que seules quelques électrodes sont en parallèle, la résistance de terre résultante peut être calculée à l'aide de l'équation habituelle de la résistance. En pratique, la résistance de terre effective sera généralement supérieure à celle calculée.
En règle générale, un réseau à 4 électrodes peut fournir une amélioration de 2,5 à 3 fois.
Un réseau de 8 électrodes donne généralement une amélioration de peut-être 5 à 6 fois. La résistance de la tige de terre d'origine sera réduite de 40 % pour la deuxième ligne, 60 % pour la troisième ligne, 66 % pour la quatrième.
Exemple de calcul d'électrode
Calcul de la résistance totale d'un piquet de terre 200 unités en parallèle, à des intervalles de 4 m chacune, et si elles sont connectées en carré. La tige de terre est 4mètres et un diamètre de 12,2 mm, résistance de surface 500 ohms. Tout d'abord, la résistance d'une seule tige de terre est calculée: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 ohms.
Ensuite, la résistance totale de la tige de terre d'un montant de 200 unités en parallèle: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0,146 Ra (ligne parallèle)=136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200)=1,67 Ohm.
Si le piquet de terre est relié à une zone creuse 200=(4N-1), Ra (sur une case vide)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 Ohm.
Calculateur de sol
Comme vous pouvez le voir, le calcul de la mise à la terre est un processus très complexe, il utilise de nombreux facteurs et des formules empiriques complexes qui ne sont disponibles que pour les ingénieurs formés avec des systèmes logiciels complexes.
L'utilisateur ne peut effectuer qu'un calcul approximatif à l'aide de services en ligne, par exemple, Allcalc. Pour des calculs plus précis, vous devez toujours contacter l'organisme de conception.
Le calculateur en ligne Allcalc vous aidera à calculer rapidement et précisément la mise à la terre de protection dans un sol à deux couches constitué d'un sol vertical.
Calcul des paramètres système:
- La couche supérieure du sol est constituée de sable très humide.
- Coefficient climatique- 1.
- La couche inférieure du sol est constituée de sable très humide.
- Nombre d'échouements verticaux - 1.
- Hauteur du sol H (m) - 1.
- Longueur de la section verticale, L1 (m) - 5.
- Profondeur de la section horizontale h2 (m)- 0.7.
- Longueur de la bande de connexion, L3 (m) - 1.
- Diamètre de la section verticale, D (m) - 0,025.
- Largeur de l'étagère de la section horizontale, b (m) - 0,04.
- Résistance électrique du sol (ohm/m) - 61.755.
- Résistance d'une section verticale (Ohm) - 12.589.
- Longueur de la section horizontale (m) - 1.0000.
Résistance de mise à la terre horizontale (Ohm) - 202.07.
Le calcul de la résistance de terre de protection est terminé. La résistance totale à la propagation du courant électrique (Ohm) - 11.850.
Ground fournit un point de référence commun pour de nombreuses sources de tension dans un système électrique. L'une des raisons pour lesquelles la mise à la terre aide à assurer la sécurité d'une personne est que la terre est le plus grand conducteur au monde et que l'excès d'électricité emprunte toujours le chemin de la moindre résistance. En mettant à la terre le système électrique de la maison, une personne permet au courant de pénétrer dans le sol, ce qui lui sauve la vie et celle des autres.
Sans un système électrique correctement mis à la terre à la maison, l'utilisateur risque non seulement les appareils électroménagers, mais aussi sa vie. C'est pourquoi dans chaque maison, il est nécessaire non seulement de créer un réseau de mise à la terre, mais également de surveiller annuellement ses performances à l'aide d'instruments de mesure spéciaux.
