Статьи

Заземление

Коммуникации Электрика Безопасность
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. Практически 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

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.
image
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.

image

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.
image
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.
Наружный контур заземления

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.
image
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.
image
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.
image
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:

image
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
    image
    Количество электродов в контуре можно рассчитать по формуле, где:
    image
    Таблица 2
    image
    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.
    image
    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.

        image

        Как сделать монтаж контура заземления самостоятельно
        Монтаж заземления можно сделать своими руками. Все шаги будут описаны ниже.
        Выбираем местоОно 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. Читайте также: Что такое петля фаза-ноль простым языком – методика проведения измерения
        Земляные работыВдоль всей разметки копается траншея глубиной 0,5-0,6 м. Аналогичная траншея роется по ходу укладки шины, соединяющей контур с вводным электрошкафом.
        Собираем конструкциюВначале, 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 домШина 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 контрольКонтроль 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:

        image

        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.
          В публикации использованы материалы компании OdinelEctric