imnot50 & suite412

1

Earthing

Earthing

 

 

Calculati

Calculati

ons

ons

 

imnot50 & suite412

2

Ze

Ze

R

1

R

2

imnot50 & suite412

3

Z

Z

e

R

1

R

2

Z

s

Total Impedance

Total Impedance

  

  Zs = Ze + (R

Zs = Ze + (R

1

1

+R

+R

2

2

)

)

 

 

imnot50 & suite412

4

Where:

Ze is the external earth fault 

loop impedance

  

 

()

Typical values based on a 
100A service are:

imnot50 & suite412

5

      

      

TN-S system

 

 

            

            

0.8 

0.8 





     

     

TN-C-S system

 

 

         

         

0.35 

0.35 





imnot50 & suite412

6

R1

R1

 

 The resistance of the final

The resistance of the final

           

           

circuit phase conductor

circuit phase conductor

R2

R2

 

 The resistance of the final

The resistance of the final

           

           

circuit protective conductor

circuit protective conductor

Unit of measurement, the

Unit of measurement, the

 

 





imnot50 & suite412

7

Indirect shock calculations

Indirect shock calculations

A circuit is wired in pvc/pvc 70C sheath with 

copper 

conductors having phase and cpc  sizes of 

2.5/1.0mm

2 

respectively.

The length of circuit is 30 metres and 

protection

is by a 20A BS 88 cartridge fuse.

If the value of Ze = 0.7 and disconnection 

is to occur

within 0.4 seconds check for indirect shock 

protection.

imnot50 & suite412

8

Length of final circuit 30 metres

2.5/1.0mm

2.5/1.0mm

2 

2 

70

70





C sheath

C sheath

imnot50 & suite412

9

Cross-sectional area

(mm

2)

Resistance/metre

or (R1+R2)/metre 

m/m

)

)

Phase

conduct

or

Protecti

ve
conduct

or

Copper

Aluminiu

m

1
1

1.5
1.5
2.5
2.5
2.5
2.5

4

-

1

-

1.5

-

1

1.5
2.5

-

18.10
36.20
12.10

24.2
7.41

25.51
19.51
14.82

4.61

TABLE 1A

TABLE 1A

     

     

(Page 107 Guidance Notes 3)

(Page 107 Guidance Notes 3)

Values of resistance for copper and aluminium 

Values of resistance for copper and aluminium 

conductors and of R1 + R2 at 20ºC in m

conductors and of R1 + R2 at 20ºC in m





/metre

/metre

25.5

1m

25.5

1m





per 

met

re

per 

met

re

imnot50 & suite412

10

Tot

al R

1 +

 R2

 =

 

76

5.3

 m



at 2

0C

els

ius

 

 

30 metres

30 metres

25.51m

25.51m





per 

per 

metre

metre

Total R1 + R2 = 25.51 m x 30 metres = 765.3 m

 

imnot50 & suite412

11

Ambient temperature

Ambient temperature

Heat generated by

Heat generated by

current flow

current flow

Heat produced by 

Heat produced by 

other circuit conductors

other circuit conductors

Electrical resistance 

Electrical resistance 

increases with 

increases with 

temperature rise

temperature rise

imnot50 & suite412

12

20

20





C

C

70

70





C

C

    R1 + R2 @ 20C

Multiplied by 1.2 gives

   R1 + R2 @ 70C

Increase of resistance with temperature

Increase of resistance with temperature

Remember! Resistance 
increases with 
temperature rise

imnot50 & suite412

13

Conductor 

Conductor 

installation

installation

    

    

Conductor 

Conductor 

insulation

insulation

70

70





C

C

 

 

pvc

pvc

  

  

85

85





C

C

 

 

rubber

rubber

        

        

90

90





C

C

 

 

thermosetting

thermosetting

Not incorporated in a 

Not incorporated in a 

cable and not bunched

cable and not bunched

- notes 1,3

- notes 1,3

1.04

1.04

  

  

1.04

1.04

      

      

1.04

1.04

Incorporated in a cable

Incorporated in a cable

or bunched - note 2, 3

or bunched - note 2, 3

1.2

1.2

1.26

1.26

1.28

1.28

Table 1C

Table 1C

     

     

(Page 109 Guidance Notes 3)

(Page 109 Guidance Notes 3)

Conductor temperature factors

Conductor temperature factors

imnot50 & suite412

14

Value of R1 + R2 calculated at 

Value of R1 + R2 calculated at 

20

20





C

C

  

  

To allow for temperature rise 

To allow for temperature rise 

multiply 

multiply 

                                 

                                 

by 

by 

1.2

1.2

  

  

Therefore 765.3 m

Therefore 765.3 m





 x 1.2 = 

 x 1.2 = 

918.36 m

918.36 m





 

 

  

  

Convert to ohms (

Convert to ohms (





) = 918.36 

) = 918.36 

m

m





/1000

/1000

                      

                      

0.918

0.918





  

  

  

  

imnot50 & suite412

15

Calculating Zs

Calculating Zs

Corrected value of R1+R2

Corrected value of R1+R2

 = 

 = 

0.918

0.918





Zs = Ze + (R1 + R2) =  0.7 + 0.918

Zs = Ze + (R1 + R2) =  0.7 + 0.918

 = 

 = 

1.618

1.618





imnot50 & suite412

16

Comparing Results

Comparing Results

imnot50 & suite412

17

The calculated value of 

The calculated value of 

total 

total 

impedance Zs must not be 

impedance Zs must not be 

greater than tabulated 

greater than tabulated 

values in

values in

BS 7671

BS 7671

imnot50 & suite412

18

Maximum permitted values 

Maximum permitted values 

of Zs

of Zs

41b1 - maximum values of Z

41b1 - maximum values of Z

s 

s 

for fuses

for fuses

where disconnection is to be within 0.4 

where disconnection is to be within 0.4 

seconds

seconds

 

 

41b2 - maximum values of Z

41b2 - maximum values of Z

s 

s 

for circuit 

for circuit 

breakers

breakers

41d - maximum values of Z

41d - maximum values of Z

s 

s 

for fuses

for fuses

where disconnection is to be within 5.0 

where disconnection is to be within 5.0 

seconds

seconds

 

 

imnot50 & suite412

19

Where to find maximum values of  Zs

Where to find maximum values of  Zs

Tables 41b1 - 

Tables 41b1 - 

page 41

page 41

Tables 41b2 - 

Tables 41b2 - 

page 42

page 42

Tables 41d - 

Tables 41d - 

page 44

page 44

B

S

 

B

S

 

7

6

7

1

7

6

7

1

imnot50 & suite412

20

Table 41 B1

Table 41 B1

(a) General purpose (gG) fuses to BS 88 Parts 2 and 6

(a) General purpose (gG) fuses to BS 88 Parts 2 and 6

Rating          6

Rating          6

10

10

16

16

20

20

25

25

32

32

(amperes

(amperes

)

)

Zs (ohms)  8.89     5.33    2.82    1.85   1.50    1.09

Zs (ohms)  8.89     5.33    2.82    1.85   1.50    1.09

Extract only - Not full table

Extract only - Not full table

Values of Zs for 0.4 seconds disconnection

Values of Zs for 0.4 seconds disconnection

imnot50 & suite412

21

Calculating Zs

Calculating Zs

Corrected value of R1+R2 =

Corrected value of R1+R2 =

 

 

0.918

0.918





Zs = Ze + (R1 + R2) =  0.7 + 0.918 =

Zs = Ze + (R1 + R2) =  0.7 + 0.918 =

 

 

1.618

1.618





To allow disconnection to be achieved 

To allow disconnection to be achieved 

within 0.4 seconds the calculated value

within 0.4 seconds the calculated value

must be within the tabulated value

must be within the tabulated value

Tabulated value

Tabulated value

 

 

1.85

1.85





Therefore circuit complies

Therefore circuit complies

Greater  Than

Greater  Than

imnot50 & suite412

22

Disconnection

Disconnection

      

      

times

times

imnot50 & suite412

23

Rooms containing a bath tub or shower

Rooms containing a bath tub or shower

0.4 seconds

0.4 seconds

imnot50 & suite412

24

Fixed equipment within the main 

Fixed equipment within the main 

equipotential zone

equipotential zone

5.0 seconds

5.0 seconds

imnot50 & suite412

25

Fixed equipment outside the main equipotential zone

Fixed equipment outside the main equipotential zone

0.4 Seconds

imnot50 & suite412

26

Socket outlet circuits feeding equipment 

located within the  main earthed 

equipotential zone

 

 

0.4 Seconds

imnot50 & suite412

27

Socket outlet circuits feeding portable 

equipment intended to be used outside 

of the  main earthed equipotential zone

 

 

Rcd Protected