Термин
Понятие «заземление», в соответствии с пунктом 1.7.28 Правил устройства электроустановок (ПУЭ), означает преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети или оборудования с заземляющим устройством, которое состоит из:
- заземлителя (контура, непосредственно связанного с грунтовой поверхностью);
- заземляющих проводников (соединителей заземляемой точки с контуром).
Такое соединение электропроводки с землей (грунтом) образует систему и выполняется по отдельному проводу (защитному проводнику) в целях электробезопасности всех электроприборов в доме.
Система может быть централизованной, выполненной на трансформаторной подстанции, или индивидуальной, созданной отдельно, например, у частного дома.
Для чего применяется?
Заземление служит для:
- гарантированной защиты от поражения человека током при его утечке на металлические части (его величина понижается до безопасного для здоровья значения);
- предупреждения появления аварийных ситуаций, связанных с утечкой тока, в процессе работы электронных устройств.
Наиболее высокий риск удара током может возникнуть при разрушении изоляционных материалов проводки или у подключенной техники и замыкании их на различные металлоконструкции. Это может случиться при механическом повреждении проводов в частом доме или внутренних компонентов бытового прибора с металлическим корпусом.
Оно выполняется с помощью электротехнической системы, состоящей из проводников (проводов, розеток различного типа с контактом PE и клемм), которые соединяют электропотребителей с заземляющим контуром, и контура с заземлителями.
Заземлитель – это группа металлических элементов, соединенных между собой. Характеристики используемых в его конструкции электродов указаны в таблице в ПУЭ п.1.7.102.
В основном в качестве заземлителя используются три, четыре металлических профиля (вертикальных электродов) в виде стержней, уголков или труб. Электроды вбиваются в землю:
- на глубину 2-3 м (на заглублении 0,5 м от поверхности);
- на расстоянии 1,2-3 м друг от друга, образуя линию, квадрат или треугольник;
- на расстоянии не менее 1 м от здания или строения.
Сверху электроды горизонтально соединяются между собой сварным способом с помощью стальных пластин или прутьев. От треугольника к зданию делается ответвление путем приваривания к одному из стержней металлической пластины. К другому её концу подсоединяется провод заземления, который уходит к соответствующей клемме в щитке. От неё заземляющий проводник отходит в розетки или напрямую потребителям.
Все устройства и электроустановки, подключенные к розеткам заземлением, защищены от поражения током. При неисправности таких приборов и появлении напряжения на их металлических деталях риск поражения током пользователя практически исключен. В крайнем случае возможно возникновение минимального заряда, полностью безопасного для здоровья.
Большую часть бытовой техники заземляют только через розетки. Для некоторых видов устройств, например, бойлеров, устанавливается дополнительное заземление на корпус на случай протечки бака. Система необходима и в бане — вода отлично проводит ток, и в случае выхода электроприбора из строя вероятность поражения электричеством во влажных условиях значительно повышается.
Эффективность
Степень поглощения электрического тока заземлением и уровень обеспечиваемой для жильцов безопасности зависит от нескольких факторов. Наиболее важный параметр системы — сопротивление растеканию тока или сопротивление заземления. Это понятие определяет способность элементов системы передавать токи, поступающих от внутридомовых устройств, в грунт. Правильно организованное заземление имеет практически нулевую величину, то есть минимальное сопротивление, и почти полностью улавливает электрический ток и отводит его в землю.
Другие факторы:
- Площадь соприкосновения заземлителя с грунтом. Чем больше размер заземлителя, тем больше площадь его поверхности, и соответственно, тем эффективнее происходит передача тока в грунт. При недостаточном размере электрода система имеет высокое сопротивление, не способное полностью поглощать электрический ток. Следовательно, для повышения эффективности заземления можно увеличить размер или количество электродов.
- Удельное электрическое сопротивление грунта. Чем меньше этот показатель, тем легче происходит растекание тока в грунте. Наименьшим сопротивлением обладают увлажненные вязкие типы грунтов, наибольшим — сухие и сыпучие.
При достаточной проводимости верхних слоев грунта можно ограничиться несколькими электродами среднего размера, а при низком сопротивлении глубинных слоев грунта подойдет одиночный вертикальный заземлитель увеличенной длины. Второй вариант более надежен, так как в большинстве случаев глубинный грунт имеет большую плотность/влажность и меньшее сопротивление. Дополнительно улучшают токопоглощения грунтовые воды, обладающие минимальным сопротивлением.
Схемы
Способ подключения заземляющего проводника определяет степень защиты жильцов дома от воздействия электрического тока и эффективность системы заземления в целом.
Понятие и классификация защитных проводников
В системе применяются определенные защитные проводники (провода), которые проводятся ко всем розеткам здания и заземляют подключенные к ним электроприборы:
- PE (Protective Earthing) – отдельный защитный проводник, используется для организации электробезопасности. Это провод желто-зеленого цвета.
- PEN – совместный проводник, совмещающий нулевой N (синего цвета) и защитный PE проводники.
Фазные провода обычно имеют белый, коричневый или серый цвета.
Наличие защитных проводников зависит от схемы подключения, которая реализована на объекте.
Какая схема используется в частном доме?
В частных домах возможно применение следующих схем подключения:
- TN-C-S. От трансформаторной подстанции до ввода в дом рабочий N и защитный PE проводники совмещаются в один провод PEN. При вводе в здание они разветвляются на N и PE. Минус схемы – нет защиты от обрыва нуля на пути от подстанции к дому, т.е. при механическом или термическом повреждении провода все металлические корпуса электроприборов в доме окажутся под напряжением.
- TN-S. В этой схеме рабочий N и защитный PE разделены уже на трансформаторной подстанции и сразу отдельно поступают на объект. Имеет высокий уровень безопасности, так как в случае аварии опасного напряжения на корпусах электроприборов не возникает.
- TT. В этом случае с трансформатора в частный дом подаются фазные и нулевой проводник. Провод PE подается от собственной системы заземления, организованной рядом с домом.
В списке запрещенных типов схем — TN-C. Здесь N и защитный PE везде совмещены в один провод. Рабочий ноль подключен к контуру вблизи трансформаторной подстанции. Отсутствие отдельного проводника PE влечет за собой незащищенность розеток и корпусов бытовых приборов, что значительно повышает риск удара человека электрическим током. Именно поэтому такая схема небезопасна для применения в частных домах и считается устаревшей.
Что нужно учесть перед созданием системы?
В соответствии с ПУЭ п.1.7.103 для частных домов с напряжением 220 и 380 В сопротивление проводника не должно превышать 15 и 30 Ом. Для этого оптимальны заземлители медного типа — по сравнению с другими типами металла они имеют минимальное сопротивление. Использование в качестве электродов арматуры чревато быстрым появлением коррозии, снижающей полезную площадь отдачи электрического тока в грунт.
Наличие действующей системы молниезащиты требует объединения с заземлением. В этом случае в грунте размещается два контура. Отличие двух систем заключается в толщине электродов: стержни, используемые в системе молниеотвода, толще. Это необходимо для предупреждения их сгорания в результате воздействия мощного электрического разряда.
Наиболее распространенной формой заземляющего контура дома считается треугольник. Его главное преимущество – сохранение способности заземлять приборы при размыкании одного из контактов электродов. Линейный контур подходит для участков с ограниченной площадью, но при выходе из строя одного из контактов все последующие элементы цепи перестают функционировать, увеличивая сопротивление контура.
Монтаж в частном доме своими руками
Для организации системы заземления не требуется специальных навыков. Единственное условие — соблюдение всех норм, указанных в ПУЭ. Рассмотрим пример монтажа треугольного многоэлектродного заземлителя.
Компоненты заземляющего треугольного контура
Элементы системы заземления, используемые для монтажа треугольного контура:
- Вертикальные заземлители (3 шт.) в виде стержней диаметром от 18 мм, трубы диаметром от 32 мм с толщиной стенки не менее 3,5 мм или уголки размером 50×50×4 мм. Стандартная длина электрода — от 3 м.
- Горизонтальные заземлители (3 шт.). Стержни с диаметром от 10 мм и уголки. Используются для соединения вертикальных электродов.
- Подвод к зданию. Стальная пластина 40×4 мм. Ее длина определяется минимальным расстоянием от контура до стены.
- Кабель ПуГВ 10 К или ПВ-3 с сечением 10 мм2 (в соответствии с п. 1.7.4 ПУЭ).
- Для монтажа системы требуется сварочный аппарат, перфоратор, кувалда, УШМ (болгарка) и лопата. Стержни, используемые в качестве заземлителя, заостряются на концах для более удобного вбивания в грунт. Металлические электроды должны иметь запас около 20 см для обрезки смятых в результате вбивания краев.
Выбор места для контура
Заземление рекомендуется устанавливать непосредственно вблизи здания. Над ним не должны располагаться пешеходные дорожки, сооружения, деревья и прочие объекты, способные повредить конструкцию.
Многие пользователи размещают прямо под грядкой. Регулярный полив уменьшает сопротивление грунта, а наличие растений препятствует нахождению людей на участке с контуром.
Этапы монтажа треугольного заземлителя
Порядок выполнения работ:
- Выкапывание траншеи. Глубина канав составляет 50-100 см. Для беспрепятственной укладки электродов и проведения сварки ее ширина должна быть не менее 50-70 см. Для защиты от осыпания траншея должна быть наклонной или временно укреплена деревянными или металлическими щитами.
- Установка электродов. Уголки или штыри забиваются в грунт при помощи кувалды или перфоратора со специальной насадкой.
- Обрезка концов. Удаление загнутой в результате вбивания части электрода для проведения сварки.
- Сварочные работы. Приваривание горизонтальных соединений сплошным швом. Для повышения надежности рекомендуется использовать струбцину. Применение болтовых соединений для электродов не допускается.
- Окраска швов. Нанесение битумного лака или антикоррозийной краски для защиты металла от окисления. Окраска других элементов конструкции запрещена — лак изолирует металл от грунта, повышая сопротивление электродов.
- Присоединение подвода. Стальная лента, которая отводится к зданию, приваривается к контуру.
- Приварка болта. К верхней точке подвода следует приварить головку болта М8 или М10.
- Проверка сопротивления. Контур должен иметь сопротивление не более 30 Ом для трехфазной сети и 15 Ом для однофазной. Если показатель не соответствует нормам, следует добавить дополнительные заземлители. Они устанавливаются на расстоянии 3-5 м от текущего контура и подключаются к нему также, как производился монтаж заземления.
Готовая система засыпается землей, а участок выравнивается. Грунт должен быть максимально однородным, не содержать щебня, строительного мусора и т.д.
По аналогии с треугольным контуром выполняется монтаж заземления с расположением электродов в форме квадрата, круга, прямоугольника или прямой линии. В этом случае требуется использование большего количества уголков или штырей. Например, для квадратного заземлителя потребуется 4 вертикальных и 4 горизонтальных электрода.
Присоединение провода PE
К установленному на подвод болту присоединяется гибкий медный провод сечением от 10 мм2 с желто-зеленой окраской изоляции. Его второй конец подключается к главной заземляющей шине, который далее разводится по розеткам и другим точкам.
Кабель PE должен быть выполнен из меди. В соответствии с п. 1.7.119 ПУЭ использование алюминиевых проводов не допускается. Контур заземления запрещено подключать к другим участкам электрической сети.
Организация глубинных методов заземления
Одиночный длинный электрод более эффективно заземляет бытовую технику дома по сравнению с многоэлектродным контуром за счет его контакта с глубинными слоями грунта. Такой способ актуален для участков с высоким сопротивлением верхних слоев земли. Его дополнительное преимущество — компактность контура и минимальный риск повреждения.
Как происходит монтаж одиночного глубинного электрода?
Метод «обсадной трубы» подразумевает использование стальной трубы длиной 5-30 м с толщиной стенок 3,5-5 мм и диаметром 100-200 мм. Отверстия для ее установки подготавливается с помощью буровой установки.
Этапы проведения работ:
- Земляные работы. Проведение бурильных работ требует раскопки канавы длиной 3-4 м и глубиной до 70 см.
- Бурение. Установка электрода на соответствующую его длине глубину.
- Подвод к дому. Прокладка стальной полосы от заземлителя к зданию.
Остальные этапы выполняются по аналогии с предыдущими методами монтажа.
Самый простой способ монтажа
Наименее энергоемким и наиболее эффективным решением для частного дома считается монтаж модульного заземления. Оно представляет собой конструкцию из стальных штырей, устанавливаемых последовательно друг за другом с помощью запрессовывания в глухое отверстие или использования резьбового соединения. Металлические стержни последовательно забиваются в грунт и не требуют проведения бурильных и сварочных работ.
Электроды модульного контура имеют цинковое или медное покрытие. Первый вариант обладает стойкостью к механическим повреждениям, приемлемой ценой и сроком службы 15-25 лет. Омедненные стержни, в свою очередь, сохраняют свои свойства на протяжении 100 лет. Недостаток – высокая цена. Для получения требуемых характеристик необходимо создать покрытие большой толщины (от 200 мкм), которое гораздо дороже обычного тонкого покрытия.
Монтаж осуществляется путем забивания штырей в грунт. По мере погружения контура в землю электрод наращивается, и процесс установки заземлителя продолжается до забивания последнего модуля. Подключение электрода к вводному щитку осуществляется описанным ранее способом.
Можно ли купить готовый комплект заземления?
В магазинах представлены специальные комплекты, содержащие все необходимые компоненты для собственноручного монтажа заземляющего контура. Заводские наборы отличаются большей надежностью за счет наличия специальных покрытий на металле, защищающих от коррозии и увеличивающих электропроводность.
Проверка эффективности
В соответствии с нормами сопротивление контура заземления необходимо проверять каждые 12 лет. Это позволяет выявить повреждение или деформацию электродов, снижающую эффективность поглощения электротока грунтом. Проверку необходимо проводить в сухую погоду — это обеспечит выявление максимального уровня сопротивления цепи.
Если нет возможности создать контур заземления?
Если в частном доме нет такой централизованной системы и нет возможности её создать, то организовать защиту от поражения током можно с помощью электронных устройств – УЗО (устройства защитного отключения) или АВДТ (дифференциальным автоматическим выключателем). Они способны обесточивать линию в случае утечек тока. О том, как подобрать УЗО, можно узнать в нашей статье.
Для многих моделей стабилизаторов напряжения также требуется заземляющий проводник, так как их корпус часто выполнен из металла. В случай неисправности электропроводки при касании устройства или нагрузки, которая подключена изделию, пользователя может ударить током.