Вопросы заземления в частном доме, расчетов схем и монтажа системы требуют обязательного решения для обеспечения безопасности проживания. В полной мере свои функции заземление будет выполнять только при правильном выборе схемы и соблюдении всех норм и требований. Самостоятельный монтаж требует знания принципов проектирования и правил изготовления.
Нужно ли заземление в частном доме
При использовании в доме любых электроприборов всегда есть риск повреждения изоляции проводов или замыкание их на корпус. В таком случае любое касание человека опасной зоны приводит к поражению электрическим током, которое может закончиться трагически. Ток всегда стремится в землю, а человеческое тело становится проводником, соединяющим поврежденный прибор с землей.
Что дает заземление? По сути, это система, предоставляющая кратчайший путь электрическому току. По закону физики он выбирает проводник с наименьшим электрическим сопротивлением, и контур обладает таким свойством.
актически весь ток направляется в заземлитель, а потому через тело человека пройдет лишь незначительная его часть, которая не сможет причинить вред. Таким образом, контур заземления обеспечивает электробезопасность. Нормативные документы (ГОСТы, СНиП, ПУЭ) указывают, что любое частное, жилое строение должно быть им оборудовано при сетях переменного тока на напряжение выше 40 В и переменного тока – выше 100 В.
Кроме обеспечения безопасности, заземляющая система повышает надежность и долговечность бытовой техники. Она обеспечивает стабильную работу установок, защиту от перенапряжений и различных помех в сети, снижает воздействие внешних источников электромагнитных излучений.
Заземление не следует путать с громоотводами (молниеотводами). Хотя принцип их действия аналогичен, выполняют они разную задачу. Работа громоотвода заключается в отведении в землю разряда молнии при ее попадании в дом. В этом случае возникает мощный электрический заряд, который не должен попадать во внутреннюю сеть, т.к. способен просто расплавить провод или кабель. Именно поэтому линия громоотвода пролегает от приемников на крыше по внешнему контуру и не должна совмещаться с заземляющей, внутренней линией. У громоотвода и заземления может быть общий подземный контур (если имеет запас по сечению), но разводка обязательно разделяется.
Схемы заземления: какую лучше сделать
Система заземления частного дома зависит от типа подводки сети к нему. Чаще всего, она выполняется по принципу TN-C. Такая сеть обеспечивается двухжильным кабелем или двухпроводной воздушной линией при напряжении 220 В и четырехжильным кабелем или четырехпроводной линией при 380 В. Другими словами, к дому подходит фаза (L) и совмещенный защитно-нулевой провод (PEN). В полноценных, современных сетях проводник PEN разделяется на отдельные провода – рабочий или нулевой (N) и защитный (РЕ), а подвод осуществляется трехпроводной или пяти проводной линией, соответственно. С учетом указанных вариантов схема заземления может быть 2-х разновидностей.
Система TN-C-S
Предусматривает разделение PEN-ввода на параллельные проводники. Для этого во вводном шкафу PEN-проводник разделяется на 3 шины: N («нейтраль»), РЕ («земля») и шина-расщепитель на 4 подключения. Далее проводники N и РЕ не могут контактировать друг с другом. Шина РЕ соединяется с корпусом шкафа, а N-проводник устанавливается на изоляторах. Заземляющий контур подводится к шине-расщепителю. Между N-проводником и заземлителем устанавливается перемычка сечением не менее 10 кв.мм (по меди). В дальнейшей разводке «нейтраль» и «земля» не пересекаются.
Справка! Важно учитывать, что данная система эффективна только при установке УЗО и автоматического выключателя дифференциального типа.
Система ТТ
В такой схеме расщеплять проводники не требуется, т.к. нейтральный и заземляющий проводник уже разделены в подходящей сети. В шкафу просто делается правильное присоединение. Заземляющий контур соединяется с проводом (жилой) РЕ.
Вопрос о том, какая система заземления лучше, не имеет однозначного ответа. Схема ТТ проще по монтажу и не требует дополнительных защитных устройств. Однако, абсолютное большинство сетей работает по принципу TN-C, что вынуждает использовать схему TN-C-S. Кроме того, нередко в быту используются электроустановки с двухпроводным питанием. При заземлении ТТ корпус таких приборов при повреждении изоляции оказывается под напряжением. В этом случае заземление TN-C-S оказывается значительно надежнее.
Что такое контур заземления: определение и устройство
Контур заземление – это специальная конструкция из электропроводящих материалов с малым электрическим сопротивлением, обеспечивающая мгновенный отвод электрического тока в землю. Он состоит из 2-х соединенных между собой частей – внутренняя и наружная система. Надежное их соединение осуществляется во входном электрощите.
Устройство наружной подсистемы должно обеспечивать переход электрического сигнала в землю с распределением его по площади. Ее основу составляет несколько электродов, заглубленных в грунт и соединенных между собой в контур с помощью пластин. От пластин отходит шина достаточного сечения, которая вводится в электрощит, где соединяется с внутренней подсистемой. Каждый электрод представляет собой металлический штырь, закопанный (вбитый) на определенную глубину.
Внутренняя подсистема – это разводка заземляющей цепи по всему дому. Проводники от щита отводятся на розетки, к корпусам мощных электроустройств, к металлическим магистралям (трубы). Отдельные проводники объединяются в общую шину, которая присоединяется к шине внешнего контура.
Принцип действия контура заземления достаточно прост. Электрический заряд, накопленный в металлических элементах (корпуса установок, трубопроводы, арматура и т.д.) при повреждении изоляции проводников электросети или наведенный от внешних источников, устремляется по проводам внутренней подсистемы, имеющим малое электрическое сопротивление, к контуру внешней подсистемы. По закопанным в грунт электродам он «стекает» в землю. В свою очередь, земля имеет огромную емкость, что позволяет свободно «впитывать» такие утечки электричества.
Виды контуров заземления
Для быстрого «стекания» тока в землю наружная подсистема перераспределяет его на несколько электродов, расположенных в определенном порядке для увеличения площади рассеивания. Выделяются 2 основных вида соединения в контур.
Треугольник – замкнутый контур
Этот случай предусматривает использование 3-х штырей, соединенных полосами в равнобедренный треугольник. Расстояние между электродами выбирается по такому принципу: минимальное расстояние – длина подземной части электрода (глубина), максимум – 2 глубины. Например, для стандартного заглубления 2,5 м сторона треугольника выбирается в пределах 2,5-5 м.
Линейный
Такой вариант составляется из нескольких электродов, расположенных в линию или полукругом. Используется разомкнутый контур в тех случаях, когда сформировать замкнутую геометрическую фигуру не позволяет площадь участка. Расстояние между штырями выбирается в пределах 1-1,5 глубины. Недостаток способа – увеличение количества электродов.
Указанные виды наиболее часто используются при обустройстве заземления частного дома. В принципе, замкнутый контур можно сформировать в форме прямоугольника, многоугольника или круга, но потребуется большее количество штырей. Главное преимущество замкнутых систем – продолжение функционирования в полном объеме при разрыве связки между электродами.
Важно! Линейный контур работает по принципу гирлянды и повреждение перемычки выводит из эксплуатации определенный его участок.
Правила и требования к контуру заземления
Для того чтобы контур заземления работал эффективно, он должен соответствовать определенным правилам:
- Внешний контур должен располагаться на расстоянии не менее 1 м и не более 10 м от дома. Оптимальное расстояние 2-4 м от фундамента.
- Заглубление электродов выбирается в пределах 2-3 м. На поверхности оставляется часть штыря длиной 20-25 см для соединения полосой.
- От вводного щита до контура прокладывается шина сечением не менее 16 кв. мм.
- Увязка электродов между собой обеспечивается только методом сварки. В щите соединение может производиться болтами.
- Общее сопротивление системы не должно превышать 4 Ом для 380 В и 8 Ом для 220 В.
Внешний контур заземления располагается в земле, что предполагает повышенные требования к его конструкции. Он должен располагаться ниже уровня промерзания грунта, т.к. вспучивание почвы будет выталкивать электроды. В процессе эксплуатации коррозия не должна разрушать металл и чрезмерно увеличивать его электрическое сопротивление. Прочность стержней должна позволять вбивать их в твердый грунт.
Расчет заземления для частного дома: формулы и примеры
Расчеты заземления для частного дома основываются на формулах расчета сопротивления растеканию тока для электродов. Примеры будут показаны ниже.
Сопротивление грунта
При одиночном стержне применяется формула:
где ρ экв — эквивалентное удельное сопротивления однослойного грунта (выбирается по таблице 1 для конкретной почвы);
- L — длина электрода (м);
- d — диаметр электрода (м);
- T — расстояние от середины электрода до поверхности земли (м).
Таблица 1
Размеры и расстояния для заземляющих электродов
Количество электродов в контуре можно рассчитать по формуле, где:
Rн — максимально допустимое общее сопротивление контура (для сети 127-220 В – 60 Ом, для 380 В – 15 Ом), Ψ — климатический коэффициент (определяется по таблице 2).
Таблица 2
Размеры электродов выбираются с учетом реальных условий и рекомендаций:
- труба — минимальная толщина стенок 3 мм, диаметр – по наличию материала;
- стальной пруток — диаметр не менее 14 мм;
- уголок — толщина стенки 4 мм, размер – по наличию материала;
- полоса для увязки электродов — ширина – не менее 10 мм, толщина — более 3 мм.
Глубина заглубления (длина электродов) выбирается из условия – минимум на 15-20 см ниже уровня промерзания. Минимальная длина – 1,5 м. Шаг установки штырей составляет 1-2 длины электрода, а минимальное расстояние составляет 2 м.
Разрабатываем схему
Работы по обустройству заземления частного дома начинаются с разработки схемы заземляющего контура. Наибольшей популярностью пользуется замкнутая система в форме треугольника. Три электрода составляют его вершины, а остальные стержни вкапываются по его сторонам между вершинами. Если площадь возле дома не позволяет соорудить такой контур, то электроды устанавливаются в линию, полукругом или «волной». Следует отметить, что эффективность треугольного расположения значительно выше.
Материалы для контура заземления
Контур заземления должен иметь высокую механическую прочность, низкое электрическое сопротивление и возможность надежного соединения. Кроме того, немаловажную роль при выборе материала играет его стоимость.
Параметры и материалы штырей
Электроды или штыри обычно делаются из стального профиля. Данный материал привлекает возможностью заглубления стержней путем простого вбивания. При этом электрическое сопротивление его вполне удовлетворяет требованиям при достаточном поперечном сечении. Штыри могут выполняться из таких материалов:
- Пруток. Наиболее распространенный вариант – стержень диаметром 16-18 мм. Арматуру использовать не рекомендуется, т.к. она подвергается калению, что приводит к увеличению удельного сопротивления. Кроме того, рифленая поверхность приводит к нерациональному использованию сечения стержня.
- Уголок. Чаще всего применяется уголок размером 50х50 мм с толщиной стенки 4-5 мм. Нижняя часть заостряется для упрощения забивания.
- Труба диаметром более 50 мм с толщиной стенки 4-5 мм. Толстостенные трубы рекомендуются для твердых грунтов и регионов с частыми засухами. В нижней части такого штыря сверлятся отверстия. При пересыхании почвы в трубу заливается соленая вода, что повышает рассеивающую способность грунта.
Из чего делать металлосвязь
Электроды, забитые в землю, соединяются между собой металлосвязью. Она может выполняться из следующих материалов:
- Медная шина или провод сечением не менее 10 мм2.
- Алюминиевая полоса или провод сечением не менее 16 мм2.
- Стальная полоса сечением не менее 48 кв.мм.
Наиболее часто используется стальная полоса размером (25-30)х5 мм. Основное ее преимущество возможность надежной сварки с электродами. Когда в качестве связи используется проводник из цветных металлов, к штырям привариваются болты, на которых закрепляются шины.
Как сделать монтаж контура заземления самостоятельно
Монтаж заземления можно сделать своими руками. Все шаги будут описаны ниже.
Выбираем место
Оно должно находиться в той части участка возле дома, куда не заходит человек без острой необходимости и домашние животные. Контур располагается не ближе 1 м от фундамента постройки. Лучше, если этот участок будет огорожен невысокой изгородью. На земле отмечаются все точки нахождения электродов. Обычно строится правильный, равнобедренный треугольник.
Земляные работы
Вдоль всей разметки копается траншея глубиной 0,5-0,6 м. Аналогичная траншея роется по ходу укладки шины, соединяющей контур с вводным электрошкафом.
Собираем конструкцию
Вначале, согласно схемы вбиваются штыри на заданную глубину (обычно 2-2,5 м). К вершинам стержней приваривается металлосвязь. Одна полоса приваривается к крайнему электроду (вершине треугольника) и укладывается в траншею, идущую к дому.
Ввод в дом
Шина от контура вводится во входной электрощит. На конце сверлится отверстие для болтового соединения. Сюда присоединяется соответствующая жила кабеля. При TN-C-S-системе шина соединяется с шиной-расщепителем.
Проверка и контроль
Контроль проводится путем измерения электрического сопротивления всего контура. Оно не должно превышать нормируемые показатели.
Часто используется простой способ проверки. Присоединяется лампа накаливания мощностью 100-150 Вт – один конец на фазу, второй – на заземление. Четкое сияние ее указывает на качественный монтаж. При тусклом горении необходимо проверить качество стыков. Если лампа не горит, то сборка проведена неправильно.
Готовые комплекты заземления для частного дома
Самостоятельный монтаж позволяет существенно снизить затраты на систему заземления. Однако готовые комплекты позволяют ускорить работы и повысить надежность контура. Можно выделить такие модели:
- ZandZ – контур с одним или несколькими электродами из нержавеющей стали. Допускаемое заглубление – до 10 м. Цена зависит от длины штырей. Средняя цена комплекта с пятиметровыми электродами – 23500 рублей.
- Galmar – имеет электроды длиной до 30 м. Средняя цена – 41000 рублей.
- Elmast. Эта система изготавливается в России и адаптирована к российским условиям эксплуатации. Цена – от 8000 рублей.
Важно! На российском рынке представлено множество моделей, что позволяет сделать оптимальный выбор. Глубина забивания их электродов колеблется от 5 до 40 м. Ценовой диапазон – 6000-28000 рублей.
Особенности схем заземления 220 В и 380 В
Схемы заземления при вводе сетей на 220 и 380 В имеет определенные различия. Внешний контур таких систем абсолютно одинаков. Разница заключается в разводке кабеля и вводе в дом. В случае сети на 220 В вводится двухпроводная линия. Одна жила расщепляется на «нейтраль» и «землю», а другая устанавливается на изоляторы.
В случае сети на 380 В, чаще всего, подходит четырехпроводная линия. Один провод расщепляется аналогично предыдущему случаю, а 3 других проводника устанавливаются на изоляторы и изолируются друг от друга. Фазные жилы и «нейтраль» пропускаются через УЗО и дифавтомат.
Распространённые ошибки при выполнении монтажных работ
Специалисты отмечают, что при самостоятельном монтаже чаще всего допускаются такие ошибки:
- Попытка защитить электроды от коррозии путем покраски. Такой способ недопустим, т.к. препятствует перетоку в землю.
- Соединение стальной металлосвязи со штырями болтами. Коррозия достаточно быстро нарушает контакт между элементами.
- Чрезмерное удаление контура от дома, что значительно увеличивает сопротивление системы.
- Применение слишком тонкого профиля для электродов. Через небольшой промежуток времени коррозия вызывает резкое увеличение сопротивление металла.
- Контакт медных и алюминиевых проводников. В этом случае ухудшается соединение за счет контактной коррозии.
При обнаружении недостатков в конструкции их следует устранять незамедлительно. Чрезмерное увеличение электрического сопротивления или нарушение целостности цепи нарушает работу заземления. Контур не сможет гарантировать безопасность.
Контур заземления необходим для частного дома. Эта конструкция обеспечит электрическую безопасность жильцов и исключит трагические случайности. Однако следует помнить, что эффективность работы заземления зависит от правильности расчетов, выбора схемы и проведения монтажа. Если есть сомнение в собственных силах, то лучше использовать готовый комплект.
Источник: odinelectric.ru
Что такое заземление
Это комплекс, состоящий из металлических конструкций и проводников, который обеспечивает электрический контакт корпуса электроустановки с физической землей, то есть с грунтом. Система начинается с заземлителя: металлического электрода, заземленного в грунт. Эти элементы не могут быть одиночными, для надежности они объединяются в заземляющий контур.
Как это работает
Внешний контур заземления (который находится непосредственно в грунте), соединяется с помощью надежного проводника с внутренним контуром в помещении, или с щитком заземления. Далее, с помощью внутренней сети защитных проводников, производится подключение к корпусам электроустановок, и контактам заземления на коммутационных устройствах (распределительные щитки, коробки, розетки и прочее).
Устройства, генерирующие электроэнергию, также имеют систему заземления, с которой соединяется нулевая шина. При возникновении аварийной ситуации (фаза соединилась с корпусом электроустановки), возникает электрическая цепь между фазным проводником и нулевой шиной по линии заземления. Сила тока в аварийной цепи спонтанно возрастает, срабатывает устройство защитного отключения (автоматический выключатель) или перегорает предохранительная вставка.
Результат работы исправной системы:
- не происходит возгорание силового кабеля (опасность пожара);
- предотвращается возможность поражения электротоком при касании аварийного корпуса электроустановки.
Сопротивление тела человека в десятки раз выше, чем сопротивление заземления. Поэтому сила тока (при наличии фазы на корпусе электроустановки) не достигнет опасной для жизни величины.
Из чего состоит заземление
- Внешний контур заземления. Располагается за пределами помещений, непосредственно в грунте. Представляет собой пространственную конструкцию из электродов (заземлителей), соединенных между собой неразделимым проводником.
- Внутренний контур заземления. Токопроводящая шина, размещенная внутри здания. Охватывает периметр каждого помещения. К этому устройству подсоединяются все электроустановки. Вместо внутреннего контура может быть установлен щиток заземления.
- Заземляющие проводники. Соединительные линии, предназначенные для подключения электроустановок непосредственно к заземлителю, или внутреннему контуру заземления.
Рассмотри эти компоненты подробнее.
Внешний, или наружный контур
Монтаж контура заземления зависит от внешних условий. Прежде чем начать расчет, и выполнить проектный чертеж, необходимо знать параметры грунта, в котором будут установлены заземлители. Если вы сами строили дом, эти характеристики известны. В противном случае лучше вызвать геодезистов, для получения заключения по грунту.
Какие бывают грунты, и как они влияют на качество заземления? Примерное удельное сопротивление каждого типа грунта. Чем оно ниже, тем лучше проводимость.
- Глина пластичная, торф = 20–30 Ωм·м
- Суглинок пластичный, зольные грунты, пепел, классическая садовая земля = 30–40 Ом·м
- Чернозем, глинистые сланцы, полутвердая глина = 50–60 Ом·м
Это лучшая среда для того, чтобы установить наружный контур заземления. Сопротивление растекания тока будет достаточно низким даже при малом содержании влаги. А в этих грунтах естественная влажность обычно выше среднего.
- Полутвердый суглинок, смесь глины и песка, влажная супесь — 100–150 Ом·м
Сопротивление немного выше, но при нормальной влажности параметры заземления не выйдут за нормативы. Если в регионе установки установится продолжительная сухая погода, необходимо принимать меры к принудительному увлажнению мест установки заземлителей.
- Глинистый гравий, супесок, влажный (постоянно) песок = 300–500 Ом·м
Гравий, скала, сухой песок – даже при высокой общей влажности, заземление в такой почве будет неэффективным. Для соблюдения нормативов, придется устанавливать глубинные заземлители.
Важно! Неверный расчет контура заземления, игнорирование параметров, часто приводят к печальным результатам: поражение электротоком, выход из строя оборудования, возгорание кабеля.
Многие владельцы объектов, экономя «на спичках», просто не понимают, для чего нужен контур заземления. Его задача при соединении фазы с землей обеспечить максимальную величину тока короткого замыкания. Только в этом случае быстро сработают устройства защитного отключения. Этого невозможно достичь, если сопротивление растекания тока будет высоким.
Определившись с грунтом, вы сможете выбрать тип, и самое главное — размер заземлителей. Предварительный расчет параметров можно выполнить по формуле:
Расчет приведен для вертикально установленных заземлителей.
Расшифровка величин формулы:
- R0 — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
- Рэкв — удельное сопротивление грунта, см. информацию выше.
- L — общая длина каждого электрода в контуре.
- d — диаметр электрода (если сечение круглое).
- Т — вычисленное расстояние от центра электрода до поверхности земли.
Задавая известные данные, а также меняя соотношение величин, вы должны добиться значения для одного электрода порядка 30 Ом.
Если установка вертикальных заземлителей невозможна (по причине качества грунта), можно рассчитать величину сопротивления горизонтальных заземлителей.
Важно! Монтаж горизонтального контура более трудоемок и связан с повышенным расходом материала. К тому же, такое заземление сильно зависит от сезонной погоды.
Поэтому лучше потратить больше времени на забивание вертикальных стержней, чем следить за барометром и влажностью воздуха.
И все же приводим формулу расчета горизонтальных заземлителей.
Соответственно, расшифровка дополнительных величин:
- Rв — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
- b — ширина электрода — заземлителя.
- ψ — коэффициент, зависящий от погодного сезона. Данные можно взять в таблице:
- ɳГ — так называемый коэффициент спроса горизонтально расположенных электродов. Не вдаваясь в подробности, получаем цифры из таблицы на иллюстрации:
Предварительный расчет сопротивления необходим не только для правильного планирования закупок материала: хотя будет обидно, если вам не хватит для завершения работ, пары метров электрода, а до магазина несколько десятков километров. Более-менее аккуратно оформленный план, расчеты и чертежи, пригодятся для решения бюрократических вопросов: при подписании документов о приемке объекта, или составлении ТУ с компанией энергосбыта.
Разумеется, никакой инженер не подпишет бумаги только на основании пусть и красиво исполненных чертежей. Будут произведены замеры сопротивления растекания.
Далее расскажем о том, как добиться правильных характеристик внешнего контура заземления.
Технология проведения работ
Выбираем место размещения заземлителей. Разумеется, недалеко от дома (объекта), чтобы не пришлось прокладывать длинный проводник, который придется механически защищать. Желательно, чтобы вся площадь контура находилась на территории, которую вы контролируете (являетесь собственником). Чтобы в один прекрасный момент, ваша защитная «земля» не была выкопана пьяным экскаваторщиком. Так что забивать штыри за забором не будем.
Подойдет огород (за исключением картофельной грядки), палисадник, клумба возле дома. Возделываемые участки предпочтительнее, они регулярно поливаются. А дополнительная влага в земле пойдет на пользу заземлению. Если ваш грунт обладает низким удельным сопротивлением — можно установить заземление на площадке, которая затем будет покрыта асфальтом или плиткой. Под искусственным покрытием земля не пересушивается. Да и риск повредить контур заземления минимален.
Разумеется, необходимо учитывать дальнейшие планы. Если в месте установки контура через год появится гараж со смотровой ямой — лучше сразу выбрать место поспокойнее.
В зависимости от формы площадки, выбираем порядок расположения электродов: в линию, или треугольником.
Важно! Вне зависимости от расположения, вертикальных заземлителей должно быть не менее трех.
Если выбран треугольник — размечаем площадку соответствующей формы со сторонами 2.5–3 метра. Копаем траншею в форме равностороннего треугольника на глубину 70–100 см, шириной 50–70 см. Мы знаем, что все заземлители соединяются между собой. Проводник должен быть углублен на расстояние не менее 50 см, с учетом минимального уровня грунта (например, вскопка грядки). Если сверху будет уложено покрытие — его толщина в расчет не берется. Только чистый грунт.
Можно выбрать весь грунт, не только по периметру траншеи. Получится треугольная яма глубиной 0.7–1.0 м. Готовый контур можно будет засыпать грунтом с низким удельным сопротивлением. Например, золой или пеплом. Соли проникнут в землю, и будут способствовать снижению общего сопротивления растекания тока.
После чего, по углам ямы (траншеи) начинаем забивать электроды.
Параметры заземлителей (рассматриваем вертикальное расположение)
- Сталь без гальванического покрытия:
Круг — диаметр 16 мм.
Труба — диаметр 32 мм.
Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 100 мм².
- Сталь оцинкованная
Круг — диаметр 12 мм.
Труба — диаметр 25 мм.
Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 75 мм².
- Медь
Круг — диаметр 12 мм.
Труба — диаметр 20 мм.
Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 50 мм².
Важно! Категорически запрещено бурить скважины, а затем погружать в них заземлители. При таком способе монтажа сопротивление увеличивается в разы.
Грунт должен плотно облегать металлическую поверхность заземлителя. Красить электроды запрещено!
А как быть, если по расчетам длина каждого из трех электродов превышает 1.5–2 метра? Есть небольшие секреты.
- Электроды забивают не кувалдой, а вибратором, отбойным молотком с насадкой, или перфоратором. Кувалда подойдет для высоты чуть более 1 метра. Это вариант для идеального грунта с наименьшим сопротивлением.
- Совершенно не обязательно устанавливать трехметровую стремянку. Длинные электроды соединяются между собой по мере погружения в грунт. Если вы купили фабричный комплект — заземлители составные, можно набрать из сегментов любую длину.
- Для кустарного изготовления также есть способ забить в землю 4 метровый уголок. Нарезаем электрод на куски по 1.5 метра. Забиваем первый сегмент. Привариваем к нему следующий — забиваем далее. И так до расчетной глубины.
Информация: часто бывает, что заземлитель упирается в монолитное препятствие (например, на глубине 2.5 метра), а расчетная глубина — 3.5 м. В этом случае электрод просто обрезается, а в контуре заземления будет добавлен еще один стержень, для компенсации потерянной длины.
- Если забить стержни на расчетную глубину не получается в принципе — опять же берем количеством. Линейный перерасчет (типа: вместо трех по 4 метра, забиваем шесть по 2 метра длиной) не работает. Количество заземлителей определяется только последующим замером сопротивления растекания тока.
Соединяем электроды проводником. Если арматура стальная — лучше всего подойдет сварка. Медные стержни соединяются болтовой стяжкой, проводник должен иметь сечение не менее 30% от сечения электродов.
После сборки контура, проводим замеры сопротивления растекания тока. Требования к контуру заземления для индивидуального жилья — 10 Ом. Измерение лучше доверить сертифицированным специалистам, у которых имеется соответствующее оборудование. Тем более, что при получении ТУ от энергетиков, вам все равно придется представить систему заземления для измерений. Если сопротивление выше нормы — добавляем электроды и привариваем их к контуру. Пока не получим норму.
Контур заземления внутри объекта
Как правило, это стальная шина, проложенная открытым способом по внутренней поверхности стен, вблизи пола.
В индивидуальных жилых домах монтаж внутреннего контура заземления не проводится. По причине невысокого класса опасности помещения, и небольшого количества электроустановок. Вместо внутреннего контура устанавливается заземляющий щиток, или главная заземляющая шина (ГХШ).
Щиток соединяется либо с внутренним контуром (как на иллюстрации), либо с помощью проводника с внешним контуром заземления. Непосредственно от щитка выполняется разводка проводников защитного заземления по электроустановкам. Часто вместо щитка заземления, может применяться контактная колодка «PE», непосредственно во входном щите квартиры.
Итог
Мы подробно рассмотрели, что такое контур заземления, для чего он нужен, и каким он должен быть согласно ПУЭ. Самостоятельная установка не снижает ответственности: от выполнения требований безопасности зависит ваша жизнь, и жизнь домочадцев.
Источник: ProFazu.ru
Какие электрические характеристики обеспечивают безопасную работу контура заземления
Защитная функция контура основана на том явлении, что аварийный ток стекает по пути наименьшего сопротивления.
На корпусе любого бытового прибора из-за повреждения изоляции может появиться потенциал фазы. В старой системе заземления TN-C он станет стекать через тело прикоснувшегося человека.
Тяжесть электротравмы зависит от многих факторов, но может привести и к фатальным последствиям.
В схеме электропитания TN-S искусственно созданный РЕ проводник через контур заземления отводит опасный потенциал, защищает человека от поражения током.
Для оптимальной работы схемы необходимо учесть:
- сопротивление растеканию;
- напряжения прикосновения и шага;
- состояние грунта по его удельному сопротивлению;
- электрические характеристики выбранных материалов и их стойкость к воздействию агрессивной среды почвы;
- конструкцию контура, которая должна быть просчитана по нормативам и проверена электрическими замерами высокоточными приборами.
Сопротивление заземляющего устройства в электроустановках до 1000 В: из каких составляющих оно складывается
Любой контур заземления состоит из вертикальных или горизонтальных заземлителей (электродов), расположенных в земле. Через создаваемый ими контакт протекает аварийный ток.
Вертикальные электроды заглублены в почву, разнесены на определенное расстояние, объединены горизонтальным заземлителем, подключенным к главной шине здания.
Для частного дома редко используется один вертикальный заземлитель по причине противодействия сопротивления растеканию тока.
Допустим, что имеется сооружение с подключенным к нему одним вертикальным электродом, расположенным в почве. На главную шину организовано металлическое короткое замыкание. Сопротивлением заземляющего проводника пренебрегаем для упрощения.
Ток короткого замыкания начинает стекать на потенциал земли по электроду и распределяется с него равномерно по всем направлениям. При этом максимальная плотность тока будет создана у самого заземлителя, а с удалением от него она станет уменьшаться.
Прохождение тока через постоянно увеличивающуюся поверхность земли ослабляет его величину. Напряжение тоже имеет самую большое значение у электрода, а с постоянным снижением величины тока оно падает. Здесь проявляет свое действие простой закон Ома.
На границе определенной площади, называемой зоной растекания, напряжение уменьшается практически до нуля от своего максимального значения. Таким способом мы получили точки нулевого потенциала, находящиеся с противоположных сторон электрода, на которых U=0.
На его величину очень слабо влияет сопротивление металлических частей заземлителей с шиной и контакты электродов с землей — они очень маленькие. Вопрос его снижения решается за счет изменения конструкции контура и характеристик грунта.
Улучшить этот показатель можно установкой дополнительного электрода. Однако монтировать его следует определенным образом.
Если два электрода разместить рядом, то площадь зоны растекания практически не меняется. Ток короткого замыкания стекает на том же участке грунта. Поэтому заземлители необходимо разнести на большее расстояние.
При этом ток КЗ станет стекать с каждого электрода, разделяясь на два потока, а между ними образуется пространство, где они оказывают влияние друг на друга. Оно называется зоной экранирования. Для оценки его характеристик введены поправочные коэффициенты.
Второй способ улучшения сопротивления заземляющего устройства основан на увеличении длины вертикального электрода и его заглублении в грунт до 30 метров. Технология этого метода приведена в конце статьи.
Несколько вертикальных электродов привариваются в почве к металлической полосе (горизонтальному заземлителю). Он тоже оказывает влияние на стекание аварийного тока, оценивается по индивидуальному коэффициенту.
Его величина зависит от количества электродов в контуре и отношения расстояния между ними к их длине. Данные сведены в таблицу.
Таким образом, электрические характеристики создаваемого контура сильно зависят от конфигурации и расположения вертикальных и горизонтальных заземлителей, их заглубления в грунт.
Владельцу частного дома необходимо оценивать сопротивление заземляющего устройства в электроустановках до 1000 В и делать предварительный расчет на бумаге до начала сборки конструкции. Для этого требуется представлять, из каких процессов берутся параметры, задаваемые в проекте.
Напряжение прикосновения и шага: что это такое и как оно влияет на расчет контура заземления
Напряжение прикосновения описывает пункт ПУЭ 1.7.24. Его величина заложена в формулы для расчета сопротивления контура заземления.
Представим, что на корпусе какого-то оборудования появился фазный потенциал U и к нему прикоснулся человек с сопротивлением тела R.
Через него начнет стекать ток Iт, который определяется по закону Ома. Величина приложенного напряжения зависит от места создания контакта, удаления от максимальной величины U, обозначается термином прикосновения (Uпр).
Поскольку от Uпр зависит безопасность человека, то на него введены строгие нормативы. При создании электрического проекта на объект в него закладывают жесткие ограничения, влияющие на безопасность. Они учтены в допустимых параметрах сопротивления заземляющего устройства.
Напряжение шага
Еще один ряд факторов, влияющий на расчет контура — учет тех процессов, которые протекают непосредственно на грунте при стекании аварийного тока, распределяющегося внутри той зоны, где может случайно оказаться человек. Их учитывает напряжение шага.
В эпицентре разряда приложено максимальное напряжение, а его величина постепенно снижается с увеличением расстояния до нуля. Когда в этой зоне будет двигаться человек, то между его ногами возникнет разность потенциалов.
Она возрастает при приближении к месту разряда, а при определенных условиях может привести к электротравме: чем ближе к центру, тем опаснее.
Термин напряжения шага Uш заложен в пункт ПУЭ 1.7.25. Он строго нормируется формулами расчета проекта заземляющих устройств.
На промышленных объектах обычно применяются дорогие специальные защиты, быстро отключающие аварийные режимы, когда напряжению шага остается возможность проявить себя очень короткое время.
В частном доме таких устройств нет. Поэтому к качеству контура предъявляются повышенные требования. Владельцу необходимо продумать место его расположения и трассу прохождения горизонтального заземлителя.
Напряжение прикосновения и шага стремятся сделать настолько минимальными, насколько они могут обеспечить повышенную безопасность человека. Они учитываются нормативами ПУЭ.
Какие нормы по сопротивлению растекания заложены в ПУЭ и почему
Для создания надежного контура частного дома следует понимать, что он работает не сам по себе, а в составе всей системы заземления электроустановки, начиная от промышленной трансформаторной подстанции.
Безопасность зависит от типа нейтрали ТП и быстроты ликвидации аварийных ситуаций.
На промышленных объектах, требующих оперативного отключения аварий, создается эффективно заземленная нейтраль, позволяющая при однофазных замыканиях на землю быстро отключать токи КЗ. Для этого ее сопротивление, с учетом влияния всех естественных и искусственных заземлителей, не должно превышать 0,5 Ома. (Пункт 1.7.90.)
Бытовая электрическая сеть 380/220 вольт обычно создается с глухозаземленной нейтралью. Ее безопасность в какой-то части может улучшить разделительный трансформатор.
За ним создается сеть с изолированной нейтралью. Но мы сейчас рассматриваем другой вопрос.
Трансформаторная подстанция, подключенная по обычной схеме с заземленной нейтралью, должна работать в режиме, предусмотренном пунктом ПУЭ 1.7.101.
Это значит, что при питании частного дома напряжением 380/220 вольт общее сопротивление всей цепочки заземляющих устройств должно укладываться в норматив менее 4 Ома. На эту величину оказывают влияние все повторные заземлители ВЛ и естественные заземления.
К последним относят железобетонные фундаменты зданий и другие, закопанные в грунт металлические конструкции. Их задача — длительно обеспечивать электрический контакт с землей.
Повторные заземлители линии распределяются по опорам ВЛ для обеспечения достаточной величины тока однофазного замыкания, которую должна почувствовать токовая защита. Они же ставятся на вводе в здание.
Все эти заземления должны в комплексе обеспечить величину сопротивления 0,4 Ома на трансформаторной подстанции.
Теперь продолжим рассмотрение пункта ПУЭ 1.7.107. для заземляющего устройства частного дома. Здесь уже приводятся другие нормативы.
Для создаваемого нами заземлителя введена величина 30 Ом. Контур заземления можно отключить от ГЗШ и замерить его сопротивление. Понимаем, что в работе оно участвует со всеми повторными и естественными заземлителями схемы и обеспечивает 4 Ома для трансформатора на КТП.
Но не все так просто. Нам потребуется выполнить еще одно условие безопасности: сопротивление ближайшего повторного заземлителя должно составить 10 Ом. Об этом говорит пункт ПУЭ 1.7.103.
Однако обеспечить эти 10 и 30 Ом простыми способами не всегда возможно из-за физического состояния грунта.
Виды грунтов и их удельное сопротивление: что требует обязательного учета
Наш контур будет забит в землю, которая служит проводником электрического тока. Ее проводимость зависит от многих факторов и нормируется величиной удельного сопротивления.
Например, скальный грунт имеет очень плохие характеристики. Работать на нем — плохая затея. Нормируемые параметры и возможные пределы их отклонения помещены в таблицу.
Сведения эти представлены как ориентировочные для проведения приблизительного расчета. При создании проекта контура их желательно уточнить на конкретной местности.
Чем влажнее почва и больше в ее состав входит различных солей, тем лучше ее удельное сопротивление. Однако солевые растворы — это агрессивная среда, вызывающая коррозию металлов.
Именно постоянные колебания влаги, зависящие от времени года и погодных условий, вызывают большие отклонения удельного сопротивления от средней величины.
В мороз вода превращается в лед, а он довольно плохо проводит электрический ток. Во время жары почва высыхает. Зима и лето — самые неблагоприятные периоды для работы контура заземления.
Поэтому эти времена года используются для проведения контрольных замеров сопротивлений растекания.
Грунт не обладает однородной структурой. При заглублении в почву могут встретиться всякие сюрпризы. Предвидеть их нереально. Особенно при большой глубине.
Например, сверху почвы может быть слой чернозема, а под ним суглинок или супесок, камни.
Приблизительно оценить состав грунта можно самостоятельно. Для этого берут с глубины порядка метра его кусочек и пытаются скатать «колбаску» между ладонями. Если ее толщина соответствует спичке, то это глина.
Из песка скатать ничего не получится, он рассыпается. Из суглинка можно сделать колбаски толщиной порядка сантиметра. Супесок скатывается чуть большими кусочками и сразу разваливается.
Метод приблизительный, но он позволяет получить данные для расчета проекта. Более точно эти результаты обеспечивают приборы, предназначенные для измерения электрического сопротивления грунтов. Ими занимаются специалисты электролабораторий.
Поскольку удельное сопротивление грунта сильно зависит от сезона, то для более точного расчета контура введены сезонные коэффициенты, учитывающие еще и четыре района проживания.
Требования к материалам для контура заземления, которые надо знать обязательно
Качественный электрический контакт между металлом электродов и почвой создается не за счет закапывания конструкции, а при забивании стержней в землю, когда грунт уплотняется при вдавливании.
Электроды должны хорошо выдерживать ударные механические нагрузки при монтаже схемы, входить в грунт без деформации и сохранять свои электрические характеристики десятилетиями в условиях действия на них агрессивной почвенной среды.
К выбору заземлителей предъявляются строгие нормативы по виду металлов и их габаритов. Предельно допустимые минимальные размеры электродов опубликованы таблицей ПУЭ.
Уменьшать сечение материалов нельзя, а выбирать толще не рационально.
Для вертикальных заземлителей обычно используется труба, пруток и уголок, а горизонтальных — та же полоса или пруток. Их поперечное сечение должно соответствовать требованиям таблицы 1.7.104.
Конструкция контура предназначена для создания электрического контакта с грунтом даже при коррозии металла. Защищать его красками нельзя.
Окончательная сборка электродов осуществляется сваркой, а ее
шов довольно быстро ржавеет и разрушается. Поэтому его надо покрывать защитным
слоем битумного лака.
Металл соединительной полосы, расположенный на открытом воздухе, к которому подключают отвод на главную защитную шину, тоже нужно покрасить.
Как рассчитать контур заземления: пошаговая инструкция
Проект создается в несколько этапов.
Шаг №1. Выбор материала
Металл и его профиль выбирают по вышеприведенной таблице 1.7.104. При изготовлении используют те материалы, которые имеются в наличии или проще всего приобрести в конкретной местности. Главное условие — соблюсти требуемое сечение.
Шаг №2. Определение конструкции
Здесь задаемся:
- глубиной забивки вертикальных заземлителей H;
- расстоянием между ними D;
- их количеством N.
Расчет предполагает их расположение в линию, а не треугольником, когда увеличивается зона экранирования. Но при необходимости этот вариант можно легко пересчитать.
Направление линии выбирается с учетом местных условий так, чтобы она не пересекалась с другим магистралями, например, канализацией, водопроводом, подводом газа.
Глубину забивки определяют опытным путем на одном контрольном экземпляре. Для него выкапывают ямку глубиной 0,7 метра и в нее загоняют пробный стержень.
При этом оценивают затрачиваемое усилие и особенности технологии. Если залить в ямку ведро воды и дать ее впитаться в грунт хотя бы полчаса, то забивка потребует меньших физических усилий.
Рекомендуемая длина для опытного образца обычно составляет 2-2,5 метра. Короче стержни делают только для очень плотных почв.
Расстояние между вертикальными электродами выбирают кратно их длине: это позволяет лучше учитывать коэффициенты взаимного влияния.
Количество вертикальных заземлителей определяет длину соединительной полосы с учетом участка подвода к дому, а ее характеристики тоже закладывают при расчете конструкции.
Когда конфигурация и размеры выбраны, то приступают к следующему этапу.
Шаг №3. Расчет электрического сопротивления выбранного контура
Вычисления по математическим формулам позволяют предварительно оценить собираемую конструкцию. Если она укладывается в норматив, то можно приступать к ее изготовлению. В противном случае вносятся коррективы схемы увеличением числа электродов, их заглублением или повышением расстояний.
Вначале считают сопротивление одиночных заземлителей с учетом их формы и способа заглубления.
Когда расчет выполнен и проверен, то приступают к определению специальных коэффициентов использования. Они учитывают степень экранирования и взаимного влияния электродов.
Привожу их наиболее распространенную часть таблицей.
После определения коэффициентов влияния можно приступать к общему расчету сопротивления заземляющего устройства. Привожу формулу.
Полученный результат может уложиться в нормируемые 30 Ом или быть выше. Если он не удовлетворяет требованиям ПУЭ, то потребуется что-то добавить в конструкцию или изменить размеры. После этого необходимо сделать новый расчет и добиться положительного результата.
Вычисления можно вести вручную по формулам на бумаге или воспользоваться онлайн калькулятором, приложенным ниже.
2 схемы изготовления контура заземления в частном доме
Приступать к практическим работам на грунте можно только после того, как теоретический расчет собираемой схемы полностью уложился в требования безопасности, заложенные в ПУЭ.
Типовой контур для обычных грунтов из подручных средств
Для сборки заземлительного устройства потребуется:
- Прокопать канаву под горизонтальный электрод на глубину порядка 0,8 метра. Ее ширина в местах забивки вертикальных штырей должна обеспечить удобство работы сварочными электродами.
- Забить в грунт вертикальные штыри на всю глубину, оставив на поверхности только десяток сантиметров для монтажа горизонтальной полосы.
Чтобы не разбивать верхушку электрода кувалдой его сразу защищают предохранительным колпаком. Можно заранее приварить пластину или кусок уголка, предотвращающий деформации.
- Сварить по длине горизонтальный заземлитель и приварить его к вертикальным электродам. Сварные швы должны проходить по всему периметру стыкуемых поверхностей.
- Вывести полосу на цоколь здания, закрепить, приварить к ней болт 10 мм для крепления заземляющего проводника, через который будет создаваться электрическая связь с главной шиной заземления.
- Подключить заземляющий проводник болтовому соединению.
ПУЭ определяет нормативы на использование защитного проводника из:
- стали с поперечным сечением 75 мм кв (очень проблемно подключать к ГЗШ вводного щита);
- алюминиевого провода 16 кв мм (требует периодического поджатия при эксплуатации из-за высокой текучести металла);
- меди сечением 10 квадрат. Это самый приемлемый вариант монтажа к контуру и ГЗШ.
Промышленные модульные заземлители быстрого монтажа
Специальные заводские комплекты значительно облегчают сборку и монтаж контура, но их стоимость может разочаровать.
Здесь обычно используется один вертикальный стальной электрод с омедненным покрытием сборной конструкции за счет промежуточных резьбовых переходников.
Длина одного элемента составляет 1,5 метра. Последовательное соединение четырех звеньев позволяет углубиться на 6 м. Можно забивать в землю и дальше, вплоть до 30 метров.
Но здесь махать кувалдой очень затруднительно. Такую работу выполняют мощным перфоратором.
На верхний штырь забитого электрода монтируется через специальный обжимной переходник под заземляющий проводник.
Место контакта защищается битумной лентой. В таком виде оно может быть скрыто в почве.
Однако для проведения профилактических осмотров его лучше делать чуть выше грунта и помещать в защитный короб.
Пример того, как сделать заземление в частном доме своими руками по этому методу объясняет своим видеороликом владелец Energosystems.
Заключительный совет
Окончанием работы следует считать не завершение монтажа и подключение заземлительного проводника к ГЗШ вводного щитка, а электрические проверки собранной схемы.
Они заключаются в замере электрического сопротивления специальными приборами. Это работа электротехнической лаборатории.
Она оценит сопротивление собранного заземлительного устройства и ближайшего повторного заземлителя. Если они укладываются в норму, то вопрос закрыт. Вы получите заверенный протокол проверки.
Выход из этой ситуации прост: траншею в районе концевого электрода оставляют открытой и прокапывают ее дальше для вбивания дополнительного вертикального заземлителя.
Его подключают сваркой через соединительную полосу к основному контуру. Затем выполняют повторный замер сопротивления.
Свои работы лаборатория выполняет за деньги. Они позволяют оценить реальное состояние контура, а не полагаться на волю случая.
Выражаю благодарность владельцу видео Алекс Жук за его канал «Лекции по электротехнике». Предлагаю оценить его работу «Зачем нужен контур заземления».
Жду ваших вопросов в комментариях.
Источник: ElectrikBlog.ru