Какие разновидности систем заземления существуют, и какие применимы в частном доме?

 Содержание статьи:
  1. Задачи заземления. Физические принципы его работы 
  2. Какие разновидности систем заземления существуют, и какие применимы в частном доме?
    1. Система TN-C
    2. Система TN-S
    3. Система TN-C-S
    4. Система TT
    5. Система IT
  3. Как сделать заземляющий контур в частном доме?О системе уравнивания потенциалов

 О заземлении

Любая электропроводка, в квартире или доме, кроме выполнения своих прямых функций, должна еще быть и безопасной. И одна из главных систем безопасности – это заземление. Некоторые электрики «старой закалки» вспоминают времена СССР, когда использовалась двухпроводная система электроснабжения и в целях экономии они готовы сделать так же и сейчас. Как только такой «горе-электрик» появится и предложит свои услуги, сразу надо гнать его в шею подальше и еще рассказать максимальному количеству людей о том, что не стоит связываться с таким «специалистом».

Определимся с терминологией в вопросе заземления, введем некоторые понятия и определения.

  • Согласно ПУЭ заземлением называют преднамеренное электрическое соединение оборудования, электроустановки, какого-либо участка электросети с заземляющим устройством.
  • Заземляющее устройство – это совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
  • Заземлитель – проводящая часть или комплекс проводящих частей, которые находятся в прямом (или через промежуточную среду) электрическом контакте с землей.
  • Заземляющий проводник – проводник, который соединяет заземляемую часть электропроводки с заземлителем.
  • Защитный (PE) проводник – проводник в системе электроснабжения специально предназначенный для целей электробезопасности.
  • Защитный проводник уравнивания потенциалов – специальный проводник, предназначенный для уравнивания потенциалов.

Задачи заземления. Физические принципы его работы

Заземление подразделяется на рабочее и защитное.

  • Рабочее заземление предназначено для нормальной работы каких-либо электроустановок. Это могут быть электрические машины, трансформаторы, различные устройства измерения и контроля. В бытовых электропроводках рабочее заземление не применяется.
  • Защитное заземление делается только для обеспечения электробезопасности и его применение в бытовых электропроводках обязательно.

Главная задача защитного заземления – это обезопасить человека от поражения электрическим током. Известно, что начиная с тока 0,6—1,5 мА начинает ощущаться воздействие электричества на организм, при значении 2—4 мА начинается дрожание пальцев, а при 5—7 мА уже могут произойти судороги кистей рук. Если ток достигает значений в 10—15 мА, то руку, зажавшую проводник, уже трудно разжать будет разжать без посторонней помощи, а при 20—25 мА затрудняется дыхание, ощущаются сильные боли и руку оторвать от проводников просто невозможно. Когда сила тока, проходящего через человеческое тело, достигает 50—80 мА, происходит паралич дыхания, начинаются сбои в работе сердца. Критичным является ток в 100 мА, когда идет фибрилляция сердца и прекращение дыхания всего после нескольких секунд воздействия электрическим током.

Авторы статьи привели эти устрашающие данные для того, чтобы люди понимали всю серьезность организации правильной системы заземления и защиты. Стоит только представить, что в бытовой электропроводке могут протекать токи в несколько десятков Ампер, тогда как для смертельного поражения человека достаточно кратковременного протекания всего 100 мА, то есть 1/10 Ампера.

Земля известна своей способностью «впитывать» любой электрический ток, который в ней растекается. По отношению к любому фазному проводнику или проводнику постоянного тока, земля всегда будет иметь нулевой потенциал. Ее способность воспринимать любые токи и заряды практически бесконечна, поэтому это используется для заземления.

Существует понятие – сопротивление заземляющего устройства, которое является отношением напряжением на заземляющем устройстве к току, который «стекает» по заземлителю в землю. По требованиям, прописанным в ПУЭ, это сопротивление в электропроводках домов и квартир не должно быть более 4 Ом. Сопротивление заземления зависит от конструкции заземлителя, а также характеристик грунта. Измеряется оно специальными приборами, которые есть у электроизмерительных лабораторий. По результатам измерения составляется протокол с указанием всех величин сопротивления. Только если сопротивление заземления входит в нормы, прописанные в ПУЭ, электропроводка может быть допущенной к эксплуатации (наряду с другими требованиями). Во всех других случаях заземление придется переделывать.

Рассмотрим физику процесса, при котором заземление выполняет свои защитные функции. В современных электропроводках помимо фазного (L), нулевого рабочего (N) всегда присутствует защитный ноль (PE), подключенный к заземляющему устройству. Как известно, сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом. Сопротивление человеческого тела не является константой и может меняться в зависимости от факторов окружающей среды и от физического состояния человека тоже. Например, человек волнуется и потеет, а ток является прекрасным электролитом, проводящим электрический ток. Для расчетов специалисты принимают значение сопротивления человеческого тела всего в 1 кОм, хотя на самом деле оно составляет десятки и сотни кОм. Но специально берется наихудший случай.

Все металлические корпуса электроприборов всегда соединены с PE проводником в розетке. Допустим, что во влажном помещении – санузле стоит стиральная машина, у которой по какой-либо причине произошел пробой изоляции, и на ее корпусе оказалось линейное напряжение в 220 Вольт. При этом сразу начнется протекание электрического тока через PE проводник в землю. Учитывая, что контур заземления имеет низкое сопротивление, ток этот достигнет больших величин, что приведет к срабатыванию автомата защиты в электрощите.

Современные электропроводки делаются только с применением УЗО (устройств защитного отключения, о которых подробнее расскажем позже), которые срабатывают практически мгновенно на любую несанкционированную утечку тока. Время их срабатывания – десятые доли секунды. За это время даже при прикосновении к корпусу стиральной машины человек даже не успеет испугаться.

Ток по заземляющему контуру будет в сотни раз больше, так как сопротивление заземления меньше, чем человеческого тела

Ток по заземляющему контуру будет в сотни раз больше, так как сопротивление заземления меньше, чем человеческого тела

Предположим, что произошел худший случай – человек коснулся рукой до стиральной машины с напряжением на корпусе в 220 Вольт и до другого металлического предмета, имеющего связь или с землей, или с нулевым проводником. УЗО при этом либо отсутствует, либо неисправно, а автомат защиты реагирует на высокие токи не сразу, а с задержкой. Как известно из закона Ома, ток обратно пропорционален сопротивлению и прямо пропорционален напряжению, то есть I=U/R. Электрический ток будет утекать двумя путями: через корпус устройства на PE проводник розетки и далее к заземляющему устройству и в землю; другой путь – через тело человека к другим проводникам или металлическим частям и в землю или на рабочий ноль. По первому пути ток будет равен I=220 В/4 Ом=55 Ампер (автоматический выключатель должен быстро сработать), а по второму I=220 В/1000 Ом=220 мА. И это при самом худшем варианте. Учитывая, что сопротивление человеческого тела в реальности гораздо больше, чем 1 кОм, то значение тока, проходящего через, тело будет в разы меньше и вряд ли достигнет опасных для жизни величин. Но все равно пренебрегать устройствами защиты не следует и периодически надо проверять их техническую исправность.

Какие разновидности систем заземления существуют, и какие применимы в частном доме?

Система заземления может быть выполнена по различным схемам, каждая из которых применяется в зависимости от технических требований и конкретных условий. Различают три основных вида систем (и три подвида в системе TN), которые обозначаются буквами латинского алфавита, в соответствии с требованиями Международной электротехнической комиссии (МЭК). Эти же требования прописаны в Правилах устройств электроустановок (ПУЭ) последней редакции.

Первая буква в обозначении определяет характер заземления источника питания, в качестве которого может выступать электрогенератор или трансформаторная подстанция.

Вторая буква определяет, как именно соединены открытые токопроводящие части различных электроустановок и приборов с заземлением.

Приведем значения этих букв:

  • Буква T (от французского слова Terre – земля) означает, что нейтраль источника питания наглухо заземлена.
  • Буква I означает, что все токоведущие части (в том числе и нулевой рабочий провод – N) оборудования изолированы от земли.
  • Буква N на второй позиции (от французского Neutre – нейтраль) означает, что открытые токопроводящие части заземляемых устройств связаны с нейтралью источника питания.
  • Буква T на второй позиции означает, что проводящие части электроустановок и приборов заземлены отдельным контуром независимо от того как соединен источник питания с землей.

Далее, после двух букв кода через дефис могут быть указаны другие буквы, которые отражают разновидности систем заземления типа TN. Какие это буквы и что они означают?

  • Буква C означает, что функции нулевого рабочего (N) проводника и нулевого защитного (PE) объединены в одном (PEN) проводнике.
  • Буква S означает, что функции рабочего нуля (N) и защитного обеспечиваются разными проводниками, начиная от источника питания (генератора или трансформаторной подстанции) и до последней точки подключения заземления к токопроводящим частям электроустановок и приборов.

Рассмотрим кратко несколько самых применяемых систем заземления и определимся какая именно подойдет для частного дома.

Система TN-C

В такой системе производится заземление нейтрали источника питания, а в дальнейшем функции нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (PE) объединяются в одном общем PEN проводнике, к которому подключается и ноль, и токопроводящие части электроустановок. Это самая простая система и при кажущейся простоте и экономии она может преподнести сюрпризы – при отгорании нуля на корпусах устройств может появиться опасное для жизни напряжение. ПУЭ и здравый смысл не рекомендуют использовать такую систему.

Организация заземления по системе TN-C

Организация заземления по системе TN-C

Система TN-S

Аналогично предыдущей системе, глухо заземляется нейтраль источника питания, а защитный нулевой провод идет отдельной линией от места заземления и до самого последнего потребителя электрической энергии. Такая система является наиболее технически совершенной и современной, но все равно применяется ограничено, так как стоимость ее ощутимо выше. В этой системе (как и в предыдущей) применяется повторное заземление на пути от трансформатора (генератора) до ввода в дом. Это делается на столбах через 100 метров, а также на последнем столбе перед вводом или перед вводным электрощитом.

Система заземления TN-S более совершенна

Система заземления TN-S более совершенна

Система TN-C-S

Эта система является определенным компромиссом между двумя предыдущими. Нейтраль источника питания заземляется, а в дальнейшем прокладывается одним проводником (PEN). Но, перед вводным щитком, после повторного заземления проводник разделяется на два отдельных N и PE, которые уже отдельно прокладываются в электропроводке. Такой способ организации заземления является самым экономически оправданным, его легко исполнить и он обеспечивает требуемую безопасность. Именно этот вариант следует рассматривать.

Система заземления TN-C-S

Система заземления TN-C-S

Система TT

В этой системе нейтраль источника питания также глухо заземляется и проходит отдельным проводником к потребителям энергии, а токопроводящие части электроустановок в доме заземлены отдельным проводником, связанным с собственным заземляющим контуром, который не имеет ни в каком месте контакта с рабочим нулем. В этом случае очень высокие требования предъявляются к заземляющему устройству. Лучший способ создания хорошего контура – это организация модульно-штыревого заземления. В частных домах эта система применяется только тогда, когда невозможно обеспечить требуемый уровень электробезопасности системами типа TN. Обычно Энергонадзор запрещает ее применение.

Система TT

Система TT

Система IT

В этой очень специфичной системе нейтраль источника питания или полностью изолирована от земли, или подключена через какие-либо устройства? имеющие высокое сопротивление. Токопроводящие части электроустановок заземляются через свой контур – подобно системе TT. Защитный провод (PE) не соединяется с рабочим нулем (N) нигде. В жилищном строительстве эта система не применяется никогда, а только в лабораториях и медицинских учреждениях при работе с высокочувствительной аппаратурой.

Система IT очень специфична

Система IT очень специфична

Как сделать заземляющий контур в частном доме?

Допустим, требуется сделать повторной искусственное заземление при вводе в частный дом. Выбирается система TN-C-S. Эту работу обычно выполняют тогда когда монтируют щит учета электроэнергии (ЩУЭ), который делается энергоснабжающей компанией. И лучше всего, если эту ответственную операцию выполнят специалисты. Приведем несколько аргументов в пользу такого подхода.

  • Специалисты знают характеристику грунтов в месте, где построен дом и выберут правильную конструкцию заземляющего устройства.
  • Работы будут проведены в полном соответствии с нормативной документацией (ПУЭ).
  • После выполнения работ обязательно будут проведены замеры сопротивления растеканию электрического тока и в случае невыполнения требований ПУЭ, характеристики контура заземления будут доведены до нужных показателей.
  • Очень часто при строительстве частного дома его еще оборудуют системами молниезащиты, которые монтируют вместе с системой заземления. Эти работы уже точно должны передаваться в руки специалистов.
  • После испытаний обязательно будет составлен протокол замера сопротивления и акт о выполненных работах. Часть ответственности за электробезопасность дома будет нести энергоснабжающая компания.
  • При самостоятельной организации заземления все равно придется вызывать специалистов для замера сопротивления. В противном случае могут не допустить к эксплуатации электропроводку дома.

Это вовсе не значит, что эту операцию нельзя сделать самому. Тем более что ничего запредельно сложного в этом нет. Опишем этот процесс.

Иллюстрация Описание процесса
Щиток учета электроэнергии (ЩУЭ) обычно располагают на улице, на стене дома возле крыльца или на кирпичном заборе. Лучше всего, если контур заземления будет находиться возле щитка.
 Прокапывается траншея в виде равностороннего треугольника со стороной в 1,2—1,5 метра. Глубина траншеи 50—60 см, а ширина – на ширину штыка лопаты. Если в районе дома песчаные почвы с высоким удельным сопротивлением, то сторона треугольника должна быть 3 метра. Траншея такой же глубины прокапывается до места монтажа ЩУЭ.
Подготавливаются вертикальные электроды контура. Для этого берется стальной уголок не менее 50*50 мм и толщиной стенки не менее 4 мм и нарезается на 3 отрезка по 2 метра. Концы уголков, которые будут забиваться в землю, подрезаются болгаркой. Для грунта с высоким удельным сопротивлением количество уголков увеличивают до 6, а длину берут 3 метра.
Уголки забиваются кувалдой по углам треугольника так, чтобы верхние их концы находились от дна траншеи на расстоянии 10—15 см.
К верхней части уголков приваривается стальная полоса 40*4 мм. Все вершины треугольника соединяются. Такая же полоса приваривается к одной из вершин треугольника и укладывается в траншею, ведущую к ЩУЭ. Полоса загибается и подводится на расстояние 10—15 см к нижней части щитка и закрепляется на стене. В верхней части полосы вваривается шпилька М10 длиной 4—5 см. все места сварки зачищаются и покрываются антикоррозийным составом (Кузбасс лаком).
Проверяется сопротивление контура заземления и в случае его несоответствия нормам ПУЭ, производится монтаж дополнительных штырей.
Траншея засыпается грунтом и утрамбовывается.
В ЩУЭ устанавливаются три шины: главная заземляющая шина (ГЗШ), нулевая рабочая (N) и нулевая защитная. На провод ПВ1 или ПВ3 с площадью поперечного сечения не менее 10  мм2 надевается и опрессовывается наконечник, который соединяется со шпилькой на металлической полосе и надежно закручивается. Этот провод подводится к ГЗШ в щитке и соединяется с ней. С этой же шиной соединяется совмещенный проводник PEN, идущий от трансформаторной подстанции. Делаются перемычки, соединяющие ГЗШ, с шиной N и шиной PE. С этого момента два проводника N и PE на всем протяжении электропроводки идут отдельно и не соединяются нигде.

Штыри контура заземления могут быть расположены как треугольником, так и линейно, например, в траншее, выкопанной вдоль отмостки дома. Но тогда любое нарушение хотя бы одной верхней стальной полосы приведет к потери контуром части своих заземлителей, а это скажется на характеристиках системы не лучшим образом. Треугольная схема же сохранит свои заземляющие свойства.

О системе уравнивания потенциалов

Для того, чтобы электропроводка дома была по настоящему безопасна, просто наличия PE проводника в розетках и хорошего повторного заземления будет недостаточно. Необходимо предусмотреть систему уравнивания потенциалов (СУП) физический смысл которого в том, что все проводящие части должны быть соединены в общую систему, чтобы разность потенциалов между ними либо отсутствовал вовсе, либо была минимальной. Что должно быть включено в основную СУП (ОСУП)?

  • Во-первых, это заземляющее устройство.
  • Во-вторых, это главная заземляющая шина (ГЗШ), смонтированная во вводном щите или щите учета электроэнергии (ЩУЭ).
  • И, наконец, это все металлические элементы конструкции дома: арматурные каркасы железобетонных конструкций, арматурные или проволочные сетки стяжки пола, короба вентиляционных систем, металлические крыши, элементы систем молниезащиты, металлические трубопроводы и другие части.

Если элементы инженерных систем дома имеют большую протяженность, то на них возможно появление опасного потенциала. Протекающие токи создают на различных инженерных коммуникациях падение напряжения, ведь любой трубопровод, или вентиляционный короб имеет электрическое сопротивление, зависящее от протекающего тока и сопротивления U=I*R. Кроме этого в системах заземления могут возникать опасные токи и напряжение по другим причинам. Это и банальный пробой изоляции фазного провода, блуждающие и циркулирующие тока, статическое электричество, токи, возникающие под воздействием сильных переменных магнитных полей, атмосферное перенапряжение и другое.

Для того, чтобы избежать этого вводят еще дополнительную систему уравнивания потенциалов – ДСУП. Ее задача в потенциально опасных помещениях: ванные, душевые, кухни, бытовки, сауны, мастерские, — сделать дополнительное заземление объемных металлических предметов, которыми могут быть металлические ванны или каркасы акриловых ванн, душевые поддоны и кабины, мойки и раковины, трубопроводы, электрические печи для саун и другие предметы. Также не будет абсолютно лишним еще дополнительно заземлить корпуса стиральных и посудомоечных машин, для этого у них есть специальные клеммы.

Лист из проекта электроснабжения с ДСУП

Лист из проекта электроснабжения с ДСУП

Монтаж ОСУП и ДСУП обычно не представляет сильных трудностей, мы познакомим читателей портала только с основными принципами построения этих важных систем.

  • Во всей системе СУП монтаж должен вестись проводом, которое имеет одинаковое сечение на всех участках. Обычно применяют ПВ3 с площадью поперечного сечения жилы в 6 мм2.
  • Подключение металлоконструкций к СУП начинается еще на этапе строительства, когда еще не залиты бетоном арматурные каркасы и армирующие сетки. Для этого ПВ3 прикручивается хомутами к металлоконструкции, а место соединения тщательно изолируется от попадания бетона.
  • Подключение шлейфом заземления и проводов системы СУП недопустимо. Ни в одном месте, ни защитный проводник PE, ни провод СУП не должен прерываться какой-либо коммутационной аппаратурой. Все соединения должны происходить только на клеммниках
  • В потенциально опасных помещениях, чтобы не тянуть от электрического щита целый пучок провода ПВ3-6, нужно предусмотреть поместить клеммную коробку уравнивания потенциалов (КУП), в которой разместить шину дополнительного уравнивания потенциалов (ШДУП). Площадь поперечного сечения шины – не менее 10 мм2, а количество мест – не менее 6. Уже от ШДУП тянутся провода ПВ3 к каждому месту, где требуется применение СУП.
ДСУП включает КУП и ШДУП. Напоминалка, что это такое и заодно хорошее упражнение для развития дикции и красноречия

ДСУП включает КУП и ШДУП. Напоминалка, что это такое и заодно хорошее упражнение для развития дикции и красноречия

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *