Заземление относится к одному из основных защитных мероприятий, обеспечивающих снижение напряжения прикосновения к электроустановке до безопасного уровня.
Физическая суть данного вида защиты заключается в обеспечении неразрывного электрического контакта между частями электроустановок, не находящимися под напряжением в нормальном режиме с заземляющим устройством. Под неразрывностью подразумевается отсутствие коммутационных аппаратов в цепи защитного нулевого провода.
Что такое заземлитель?
Основной частью заземляющего устройства является собственно заземлитель — это металлическая конструкция, находящаяся под землёй и обеспечивающая электрический контакт устройства с грунтом. Заземлители подразделяют на искусственные и естественные. К первым относятся конструкции, специально созданные для защитных целей и ни для чего, кроме этого не предназначенные. Естественными заземлителями считаются сооружения, также способные обеспечить электрический контакт с грунтом, но изначально предназначенные для других целей. Это могут быть подземные части строительных конструкций, разнообразных ограждений и т.п.
Популярные системы (см. ниже).
Вопрос о целесообразности или необходимости постройки собственного заземлителя в частном доме должен рассматриваться комплексно с учётом нескольких факторов, среди которых:
- тип системы заземления, применяемой в питающей электросети;
- надёжность линии электроснабжения;
- дополнительные защитные меры, применяемые во внутренней электропроводке частного дома.
Основные системы
Главным критерием, по которому осуществляется классификация применяемых систем заземления, является режим нейтрали и нулевого защитного провода.
Обмотки трёхфазных трансформаторов на стороне 0,4 кВ (а это именно тот уровень напряжения, который поступает к массовому потребителю) соединяются в звезду. Такой вид соединения подразумевает объединение концов трёх обмоток в одну точку, которая и называется нейтралью. СтабЭксперт.ру напоминает, что, в зависимости от того, в каком из двух основных режимов функционирует нейтраль трансформаторной подстанции, она может быть:
- глухо заземлённой, то есть, имеющей надёжный неразрываемый контакт с заземляющим устройством, расположенным на подстанции;
- изолированной, характеризующейся отсутствием электрического контакта с заземлителем, либо соединением с ним через большое сопротивление.
В соответствии с общепринятой классификацией существует три основные системы:
- TN — нейтраль глухо заземлена на стороне источника питания (на подстанции), открытые части электрооборудования (в том числе на стороне потребителя) соединены с нулевым защитным проводом;
- TT — нейтраль так же глухо заземлена на подстанции, открытые части оборудования потребителя соединены с собственным заземляющим устройством;
- IT — на подстанции нейтраль изолирована, а со стороны потребителя оборудование заземлено.
Наибольшее распространение имеет система TN, которая распадается на три разновидности, отличающиеся способом организации защитного нулевого провода:
- TN-C — характеризуется совмещением рабочего и защитного нулевых проводов на всём протяжении;
- TN-S — в этой подсистеме защитный и рабочий нулевые провода разделены от заземлителя на подстанции до распределительного устройства потребителя;
- TN-C-S — разделение защитного и рабочего нулевых проводов происходит на некотором удалении от заземлителя на подстанции.
Схема TN-C.
Схема TN-S.
Схема TN-C-S.
Примечание. Рабочий нулевой проводник обозначается буквой N, защитный нулевой провод — PE, в случае совмещения одним проводником этих двух функций, он обозначается PEN.
Таким образом, при трёхфазном питании к потребителю в зависимости от системы з/з приходит либо четыре провода (A, B, C, PEN) в случае подсистемы TN-C, либо пять (A, B, C, N, PE), при подсистеме TN-S или TN-C-S.
Читайте еще: как работает УЗИП для защиты от перенапряжения и для чего устанавливать дома?
ПУЭ
Строительство заземляющего устройства непосредственно на территории потребителя э/энергии является обязательным в случаях, когда используется система TT или IT. Это вытекает из самого определения этих систем.
Что касается подсистем семейства TN, «Правила Устройства Электроустановок» (ПЭУ) предписывают обязательное наличие заземлителя на стороне потребителя в следующих случаях (п.1.7.102):
- если электропитание потребителя осуществляется воздушной линией электропередачи (ЛЭП) или ответвлением от неё, имеющими длину более 200 м;
- если в электроустановках потребителя используются автоматические средства защиты от косвенного прикосновения, производящие отключение питания.
В обоих приведённых случаях ПУЭ указывает на необходимость повторного заземления PEN-провода.
Примечание. Повторным заземлением нулевого провода называют з/з, выполненное на стороне электроустановок потребителя при наличии первичного зазем-ля на питающей подстанции.
Поскольку в правилах речь идёт именно о PEN-проводе, можно сделать вывод, что данное требование относится только к подсистеме TN-C. То есть, буква правил непосредственно не требует обустройства повторного заземляющего устройства в случаях, когда нулевой провод имеет явное разделение на N и PE – проводники (TN-S и TN-C-S).
Влияние на уровень электробезопасности
Поражение человека или животного электрическим током происходит вследствие прямого или косвенного прикосновения. Прямым называется прикосновение к токоведущим частям электроустановки, электроприбора, находящимся под напряжением (оголённые провода, шины и т.п.). Косвенное прикосновение заключается в непосредственном контакте с частью оборудования или прибора, которая в нормальном режиме не находится под напряжением, а оказалась под его воздействием в результате нарушения изоляции, то есть вследствие повреждения оборудования.
Защитой от прямого прикосновения служит сама конструкция электроустановки, электроприбора или устройства, делающая невозможным случайное прикосновение к токоведущим частям. В частности, прямому прикосновению препятствуют кожухи и корпуса электрооборудования, в том числе бытовых электроприборов – холодильников, стиральных машин и т.п.
В то же время, корпуса бытовой электротехники любого вида могут оказаться под напряжением вследствие нарушения внутренней изоляции. Наверняка многие знакомы с иногда возникающим ощущением пощипывания или удара током при прикосновении мокрыми руками к корпусу стиральной машины или электроплиты. Этот факт должен настораживать, так как указывает на то, что изоляция нарушена, а эффективная защита от этой угрозы отсутствует, или не работает.
Современное бытовое электрооборудование предназначено для подключения к трёхпроводным розеткам, к которым кроме фазного и рабочего нулевого подведён еще защитный нулевой провод (PE). Вывод вилки прибора, предназначенный для соединения через розетку с магистралью PE, объединён с корпусом электроприбора. Такое подключение препятствует появлению фазного напряжения на наружных частях устройств, вызывая в этих случаях короткое замыкание и отключение электропитания в доме.
На практике же внутренняя разводка многих жилых помещений выполнена по старинке в двухпроводном варианте, то есть, без провода PE или PEN. При подключении бытовой техники к двухконтактным розеткам защита от косвенного прикосновения отсутствует (как сейчас принято говорить - от слова «совсем»). Выход один – выполнять монтаж электропроводки тремя проводами в соответствии с современными требованиями.
Причем тут УЗО?
Следующим шагом на пути повышения уровня безопасности является установка специальных устройств защитного отключения (УЗО), принцип действия которых основан на фиксации токов утечки, возникающих при нарушении внутренней изоляции электроприборов. Для их функционирования также необходимо наличие отдельного PE-провода.
Так выглядит УЗО.
Принцип действия УЗО основан на сравнении токов в фазном и рабочем нулевом проводах. При снижении уровня изоляции, возникает ток утечки, протекающий через корпус бытовой техники, защитный контакт розетки в PE-провод. СтабЭксперт.ру напоминает, что в этом случае возникает разность токов фазы и рабочего нуля, на что и реагирует УЗО.
Таким образом, УЗО определяет начальную стадию деградации изоляции, благодаря чему производит отключение заблаговременно. При отсутствии УЗО отключение автоматического выключателя происходит только по факту короткого замыкания, как было сказано выше. Недостатки такой системы очевидны и заключаются в следующем:
- при замыкании фазного провода на корпус прибора возникают перегрузки всей внутренней электропроводки в результате короткого замыкания;
- на начальных стадиях повреждения изоляции токовая защита не срабатывает, поэтому возможна длительная работа неисправного оборудования, при которой существует вероятность поражения человека электрическим током.
Обрыв нуля
Теперь рассмотрим случай повреждения нулевого провода питающей линии электропередачи в подсистеме TN-C. Поскольку, в данной ситуации, рабочий и защитный нули совмещены, то происходит полная потеря связи сети потребителя с заземляющим устройством на подстанции. Фазное напряжение 220 вольт в электроустановках потребителя при этом будет отсутствовать, но опасность попадания корпусов бытовой техники под напряжение остаётся.
Итак, если повреждение внутренней изоляции электроприбора происходит в условиях отсутствия связи с «землёй» на подстанции, ситуация развивается следующим образом:
- условий для срабатывания токовых защит не создается, так как ток не протекает ввиду отсутствия нуля;
- УЗО при его наличии также не срабатывает;
- при одновременном прикосновении к корпусу повреждённого прибора и любому естественному заземляющему устройству (трубы отопления, водоснабжения, канализации и т.п.), человек оказывается под воздействием смертельного фазного напряжения.
В этом случае наличие повторного заземления на стороне потребителя (например, во дворе частного дома) способно обезопасить человека, тогда успешно сработают токовые защиты и УЗО, если оно присутствует.
Из сказанного следует, что повторное заземление в частном доме обеспечивает более надёжную защиту от косвенного прикосновения.
Отсюда вывод: при формировании распределительного устройства дома целесообразно построить повторное заземл. устройство, даже если в данных условиях ПУЭ явно этого не предписывает.
Читайте еще: все функции диф-выключателя и отличия от обычного.
Контур заземления
Для обустройства защиты прежде всего необходимо определить подходящее место для монтажа заземляющего контура – т.е. совокупности соединённых между собой заземлителей, образующих некоторую геометрическую фигуру.
Какой материал разрешен?
Для монтажа контура в соответствии с ПУЭ могут применяться следующие материалы:
- сталь чёрная;
- сталь, покрытая защитным слоем цинка;
- медь.
Сечение
Установлены следующие ограничения по сечениям и размерам для различных материалов.
Профили из чёрной стали. Прутки круглого сечения для вертикальных элементов заземлителей должны иметь диаметр не менее 16 мм, при использовании их в качестве горизонтальных заземлителей – не менее 10 мм. Профили прямоугольной и угловой формы с площадью поперечного сечения от 100 мм2 и толщиной стенки от 4 мм. Трубы из чёрной стали используются с диаметром не менее 32 мм с толщиной стенки от 3,5 мм.
Оцинкованная сталь. Диаметр вертикальных элементов круглого сечения должен составлять 12 мм и более, то же для горизонтальных конструкций – от 10 мм.
Для прямоугольного профиля установлена минимальная площадь поперечного сечения 75 мм2 при толщине стенки не менее 3 мм.
Могут применяться оцинкованные трубы с минимальным диаметром 25 мм и толщиной стенки не менее 2 мм.
Медь. Для медного прямоугольного профиля достаточной площадью сечения считается 50 мм2 со стенкой, имеющей толщину от 2 мм. Медный кругляк может использоваться для заземлителей при диаметре сечения от 12 мм.
Также может использоваться медный многопроволочный канат, имеющий общую площадь сечения от 35 мм2, при этом диаметр каждой проволоки должен составлять не менее 1,8 мм.
Что такое штыри заземления?
В большинстве случаев заземлитель выполняется при помощи металлических штырей – электродов, забиваемых в грунт с последующим их соединением между собой металлическим профилем. После сооружения конструкцию соединяют с вводно-распределительным устройством частного дома посредством кабеля или металлического профиля.
Глубина забивания штырей-электродов зависит от глубины промерзания грунта и его насыщенности водой. При более высоком залегании грунтовых вод требуется меньшая глубина расположения электродов. Контур з/з размещается на расстоянии от дома не менее 1 м, дальше 10 м его также как правило, не оборудуют.
Какой формы должен быть контур?
Электроды обычно размещаются в ряд или образуют некоторую геометрическую фигуру. Такой фигурой может быть треугольник, квадрат или прямоугольник. Это определяется размерами и формой площадки, отведённой для постройки заземляющего устройства. Представляет определённый интерес вариант расположения контура вокруг дома, по его периметру. Это может быть удобным при необходимости впоследствии выполнить монтаж заземляющей полосы внутри отдельных помещений, например в гараже, мастерской и т.п.
Безусловным чемпионом по частоте применения является контур, имеющий форму равностороннего треугольника, в вершинах которого забиваются электроды, соединяющиеся между собой стальным профилем.
Монтаж
Учитывая опыт монтажников, занимающихся постройкой контуров, можно рекомендовать следующую последовательность действий при выполнении этой работы:
- выкапывается траншея в виде треугольника со стороной 3 метра, либо прямую траншею длиной 4-5 метров. Ширина траншеи может быть от 30 до 50 сантиметров, глубина от полуметра до метра;
- если выбрана форма треугольника, в его вершины забиваются электроды круглого или углового профиля. Длина электродов – 2,5-3 метра. Если грунт не позволяет забить штыри на такую глубину, отверстия под них можно пробурить;
- в случае линейного контура забивают 4-5 электродов с расстоянием между ними порядка метра;
- концы забитых в грунт электродов соединяются между собой путём приваривания стального профиля;
- соединение контура с шиной PE в домовом распределительном устройстве осуществляется стальной полосой, приваренной к элементам заземлителя.
Видео
Теория монтажа.
Примечание. При использовании в качестве электродов углового профиля, для удобства забивания в грунт его можно заострить, сделав на конце угловой срез болгаркой.
Готовые комплекты
Чтобы ничего не придумывать и не рисковать, разработаны специальные комплекты, а так же в рознице есть все компонеты по-отдельности.
| Фото | Назначение компонента |
|---|---|
 | Электрод из нержавеющей стали (он же – заземлитель, он же – штырь заземления), ГОСТ Р 50571.5.54-2011 и МЭК 60364-5-54:2002 |
 | Муфта для соединения электродов |
 | Ударная (или удароприменая) головка, служит для передачи ударного усилия, при вбивании заземлителя |
 | Наконечник для прохождения грунта |
 | Зажим для подключения проводника к электроду |
 | Гидроизоляционная лента для защиты болтовых соединений от коррозии (в грунте) |
 | Графитовая токопроводящая паста для контактных соединений |
Стоимость подобного минимального набора варьируется от ~4 000 руб. до ~65 000 руб., все зависит от материала и перечня.
Сопротивление
Главным требованием, предъявляемым к заземляющему устройству, является сопротивление заземления. Правилами нормируется, как общее сопротивление растеканию всех повторных заземлителей, установленных на одной линии электропередач, так и сопротивление растеканию отдельного повторного з/з устройства.
Так, для воздушной линии электропередач 380 вольт (0,4 кВ) общее сопротивление повторных заземлителей не должно быть более 10 Ом. Сопротивление отдельного повторного элемента для линии 0,4 кВ не может быть больше 30 Ом.
Замеры и протокол
Замеры выполняют специализированные организации, имеющие соответствующие лицензии. После их проведения заказчику выдаётся протокол на специальном бланке с печатью организации, выполняющей работы.
Для полноценной защиты от косвенного прикосновения, кроме выполнения заземления частного дома необходимо установить устройство защитного отключения (УЗО).
Далее:
- Все про молниезащиту зданий.
- Плюсы и минусы тиристорных стабилизаторов напряжения.
