Как правильно организовать заземление в частном доме

Для чего вообще нужно заземление?

Главная роль заземления — это безопасность. Построение эффективной системы защиты от поражения электрическим током невозможно без системы заземления. Даже само по себе заземление металлического корпуса уменьшает напряжение прикосновения при нарушении изоляции внутри оборудования. А для большей надежности применяется устройство защитного отключения (т.н. УЗО), которое отключает электроприборы при нарушении изоляции и возникновении опасного напряжения на их корпусах. А эффективность работы УЗО во многом зависит от качества системы заземления. Как это сделать и как все это работает, я постарался описать в этой статье.

Категории

Наша земля является колоссальным поглотителем электроэнергии любого происхождения, и это ее качество используется человеком для обеспечения безопасности при использовании электрических приборов.

Все заземлители делятся на две категории: естественные и искусственные. К первым относятся все металлические изделия, находящиеся в соприкосновении с землей. Это арматура в железобетонных конструкциях, в буронабивных сваях, канализационные, водопроводные трубы и прочие электропроводные предметы.

Но проводимость земли в разных местах сильно различается, зависит от типа почвы, места расположения, поэтому нормировать ее проводимость в местах растекания электрических зарядов от этих предметов не представляется возможным. Кроме этого, использование арматуры, труб, металлических ферм приводит к ускоренной коррозии и ухудшению их прочностных характеристик. В связи с этим, запрещается использовать естественное заземление при эксплуатации электроприборов и оборудования.

Как эффективно распределить электроды

При создании многостержневой системы заземления необходимо помнить то, что соединительная полоса (труба, арматура, уголок и т.д.) между электродами, если она находится в земле, также является дополнительным заземлителем и уменьшает общее сопротивление. Также эффективность дополнительных электродов снижается при уменьшении расстояния между ними. Поэтому, если мы хотим добиться минимального сопротивления, нам нужно расположить заземлители подальше друг от друга

Но, кроме сопротивления, есть еще вещи, на которые следует обратить внимание. Если к нашим заземлителям подключаются молниеотводы, то их не стоит выносить за пределы защищаемого объекта

Например, если мы строим контур из 4-х вертикальных заземлителей для квадратного дома, то разумно было бы расположить их вблизи каждого угла. Если объект узкий и длинный, то электроды лучше распределить вдоль одной из стен. И так далее.

При устройстве заземления и его эксплуатации следует также руководствоваться нормативными документами: ПТЭЭП (гл. 2.7. Заземляющие устройства) и Нормы испытаний электрооборудования, гл. 26, заземляющие устройства

TN система

При «глухом» заземлении нейтрали источника с одновременным присоединением его открытых элементов к ней же защитными нулевыми проводами система именуется TN. В этом случае нейтраль присоединяется к заземляющему контуру возле подстанции, а, не к дугогосящему реактору.

Подсистема TN-C

отсутствие PE проводника
розетки жилого дома остаются без защитного заземления

В этом варианте вместо заземления, обеспечивающего безопасность касания к корпусу прибора под напряжением, используется защита обнуления – срабатывание автомата при резком увеличении тока в цепи (КЗ). Рабочий нулевой проводник в этой схеме обозначается PEN, присутствует в схеме TN-C. Слабым местом схемы является участок от квартиры до ввода в дом – нарушение целостности цепи (отгорание провода, подключение автомата, предохранителя в разрыв) гарантирует фазу на корпусе, несчастный случай при случайном контакте.

Система заземления этого типа вынуждает дополнительно использовать схемы зануления. При КЗ (случайное попадаете фазы на корпус электроприбора) срабатывает автомат, происходит отключение энергии. Технология энергоснабжения присутствует в большинстве жилищ вторичного фонда, постепенно заменяется более совершенными схемами. Уравнивание потенциалов в этом случае запрещено в санузлах.

Подсистема TN-S

В подсистеме TN-S улучшена безопасность зданий, оборудования, пользователей за счет разделения защитного, рабочего проводников по всей длине. Однако, это приводит к увеличению бюджета строительства, так как, необходима прокладка трехжильного либо пятижильного кабеля от ТП для однофазных, трехфазных сетей, соответственно.

Подсистема TN-C-S

Подсистема TN-C-S является гибридной, в ней нулевые проводники (защитный + рабочий) объединены на расстоянии от подстанции до ввода в здание, расщепляются внутри него с использованием повторного заземления PE провода, N провода. Эта система заземления является универсальной – рекомендована при обустройстве новостроек, применяется для модернизации эксплуатируемых TN-C подсистем несложным улучшением подъездных стояков.

Для чего нужно УЗО?

К счастью, есть такие устройства, как УЗО, которые реагируют даже на небольшие (десятки миллиампер) токи утечки на землю, поэтому они обязательны в системах TT. Сопротивление заземлителя для четкой работы УЗО на номинал 300 мА должно быть не менее 4 Ом, для 100 мА — 14 Ом, 30 мА — 47 Ом.

Что бывает, когда защитное устройство не срабатывает? Если это автомат в системе TN-C-S, то большой ток короткого замыкания может вызвать плавление проводов и пожар. Если же неисправно УЗО в системе ТТ, то на корпусах электроприборов будет опасное для жизни напряжение. Поэтому мой вам совет: к выбору устройств защиты подходите с максимальной ответственностью, периодически проверяйте их работоспособность в процессе эксплуатации, применяйте при возможности дублирование. Например, помимо общего, ставьте на отходящие линии дополнительные УЗО или дифавтоматы, хотя бы на те линии, где наибольшая опасность (ванная, кухня и т.п.). Вообще, разрабатывай я правила, я бы ввел обязательную двухступенчатую дифференциальную защиту.

Теперь к вопросу о том, стоит ли ставить УЗО в системе TN-C-S. Однозначно стоит. Конечно же, от описанного выше обрыва нулевого провода оно не спасет, но при утечке тока на землю оно сработает и предотвратит дальнейшее развитие неисправности на ранней стадии, когда его значение недостаточно для срабатывания автомата.

Как могут возникнуть неисправности в системе ТТ

Нарушения алгоритмов правильной работы схемы здания возникают при:

1. неправильном монтаже электрического оборудования;
2. выходе из строя защитных устройств;
3. естественном снижении проводимости контура заземления.

Разберем подробнее два последних.

Поломки УЗО

Чтобы своевременно выявить отказ защиты на корпусе УЗО имеется кнопка «Тест», которую необходимо периодически нажимать. При этом внутрь дифференциального органа подается контрольный ток, приводящий к отключению питания с подключенной схемы. Выполнять эту операцию необходимом хотя бы раз в месяц.

Технически частично предотвратить ситуацию может резервирование УЗО по степеням селективности, когда на вводе в здание монтируется противопожарное, а для потребителей — рабочее устройство защитного отключения.

В этом плане конструкция противопожарного УЗО выполняет частичную функцию резервирования токов утечек, но, в пределах своей уставки.

Поддержание исправности контура заземления

Металл, постоянно соприкасающийся с почвой, подвергается коррозии, которая снижает его электрическую проводимость. Увеличивающееся сопротивление контура заземления нарушает баланс проходящих токов, занижает их. В результате токи утечек могут снижаться до такой величины, когда они станут меньше уставки УЗО. Это приведет к отказу срабатывания защиты.

Исключить подобные отказы УЗО помогают своевременные замеры сопротивления контура заземления здания электротехническими лабораториями и поддержания его величины за счет монтажа дополнительных электродов в нормированных пределах, показанных на картинке.

После устройства системы домашней электропроводки по схеме ТТ или TN-C-S останется собрать основную и дополнительную системы уравнивания потенциалов (ОСУП и ДСУП) в доме для корректной работы УЗО по создаваемым токам утечки. Но, этот материал вы прочитаете в другой специальной статье.

А сейчас рекомендую к просмотру видео ролик о системах заземления владельца Stubborn.

Теперь подошло время задать возникшие вопросы по схемам протекания тока в различных системах заземления и работе УЗО по токам утечки через комментарии и поделиться статьей с друзьями в соц сетях.

Полезные товары

• Искусственные рыболовные приманки
• Стержень-губка для чистки от ржавчины
• Термометр для бариста

Свое заземление в частном секторе

Теперь о самих заземлителях. Обычно из делают из стальных стержней (уголок, арматура, трубы), которые забивают в землю как можно глубже. Часто встречаются рекомендации делать заземление из трех штырей, забитых вертикально, расположенных равносторонним треугольником и соединенных при помощи сварки металлической полосой или арматурой. В этом случае нужно знать, что чем ближе электроды расположены друг к другу, тем меньше их суммарная эффективность. Если эти же три электрода расположить вдоль одной линии, будет совсем не хуже, а даже немного лучше. Эффективность заземлителей определяют по сопротивлению растеканию, которое измеряется при помощи специальных приборов по определенной методике. Чем ниже это сопротивление, тем лучше. В сети — на блогах, в форумах и даже на корпоративных сайтах часто можно встретить упрощенные методы замера сопротивления заземления. Многие из них откровенно дилетантские либо очень не точные. В одной из следующих статей я подробно остановлюсь на этом и разъясню все в деталях. А пока просто доверьтесь профессионалам.

Обычно верхние слои почвы обладают большим удельным сопротивлением, чем нижние, поэтому заземлители стараются вогнать в землю как можно глубже. Для механизации этого процесса можно использовать пневматические и электрические вибромолоты или отбойные молотки со специальными наконечниками. Часто бывает, что трех штырей недостаточно, тогда делают больше. Расстояние между штырями должно быть достаточно большим, лучше всего раза в два большим, чем их длина. Но можно обойтись и одиночным заземлителем, если загнать его очень глубоко. Такая конструкция получила название глубинно-модульной системы заземления. Как это делается, можно посмотреть на ролике ниже.

Меры по недопущению разрушения PEN

Какие меры предпринимает ПУЭ по недопущению разрушения PEN? В первую очередь — должна быть обеспечена механическая защита , а если уж обрыва не избежать, то чтобы это был не нулевой провод, а кабель целиком. То есть, если это воздушная линия, то вести ее многожильным СИПом, раздельные провода на опорах для TN-C-S непригодны. Ибо зацепит ковшом экскаватор или самосвал кузовом, а нулевой провод обычно нижним идет и его гораздо чаще цепляют, а еще может упасть дерево, трактор въехать в столб, сильный ветер, обледенение… — ну а дальше последствия, о которых мы уже упомянули выше. Помимо усиления и объединения в общую оболочку, нулевой провод периодически повторно заземляется, через каждые 200 метров для районов с низкой грозовой активностью, и через каждые 100 метров для районов с числом грозовых часов более 40 в году. И еще, при применении TN-C-S обязательным условием является система уравнивания потенциалов (СУП, ДСУП). Это значит, что все металлическое (трубы, арматура, ванна и т.д.) соединяются с проводом PE. И даже в случае обрыва нуля на всех металлических конструкциях в доме будет, пусть и отличный от земли, но везде одинаковый, потенциал. А в частных домах, в которых есть приусадебное хозяйство, надворные постройки и т.д., зачастую СУП организовать не удается, тогда следует однозначно делать TT.

Нужно ли свое заземление при подключении к системе TN-C-S? Лишним не будет. Причем, чем лучше заземление, тем больший ток может по нему течь. Это надо учитывать при выборе сечения провода от щитка к заземлителю, а также от опоры к щитку (который, кстати, при любой выделенной мощности не может быть менее 16 кв.мм).

Как рассчитать заземление

Сопротивление заземления сильно зависит от грунта, в котором оно находится. Причем, забитый в землю заземлитель, зачастую находится одновременно в разных слоях грунта, которые обладают различными удельными сопротивлениями, что усложняет расчет и при этом получаются довольно приблизительные результаты. Тем не менее, такие расчеты существуют, и они обязательны для большинства промышленных объектов. В частном секторе обычно делается некая минимальная конструкция, измеряется сопротивление, а потом она усиливается по необходимости (заземлитель загоняется глубже, либо добавляются новые заземляющие электроды). Ниже приводится формула для расчета одиночного вертикального заземлителя в однородном грунте:

R=(ρ/2πL)(ln(2L/d)+0.5ln((4T+L)/(4T-L)))

ρ_{экв — удельное сопротивление грунта, Ом*м}

L — длина стержня в метрах

d — диаметр стержня в милиметрах

T — расстояние от поверхности земли до середины стержня, м

Защита дома от перенапряжения в системе ТТ

Для предохранения попадания разряде молнии в здание необходимо использовать систему молниезащиты, когда высокая энергия природных явлений улавливается молниеприемником и отводится на потенциал земли через контур заземления. Последний должен выдерживать чрезвычайно большие нагрузки.

Когда высоковольтный разряд попадает в питающую дом воздушную линию электропередачи, то работают ее защиты-разрядники. Однако, часть энергии коротким импульсом вполне может проникнуть по фазному проводу в домашнюю электропроводку, выжечь подключенное оборудование.

Кроме того, на ВЛ вполне возможен обрыв электрического провода рабочего нуля, когда в трехфазной системе происходит смещение нейтрали, а фазное напряжение 220 вольт способно возрасти до линейного 380.

Защита оборудования здания в таких ситуациях возлагается на ограничители перенапряжения ОПН или УЗИП (импульсного типа) и реле максимального напряжения.

Почему ПУЭ рекомендует систему TN-C-S

Так почему же ПУЭ рекомендует применение системы заземления TN-C-S в качестве основной системы в наших электросетях? Ведь у этой системы есть очень существенный недостаток: в случае обрыва или отгорания нулевого провода по пути от подстанции до потребителя все корпуса и металлические конструкции, соединенные с PE, сразу же оказываются под опасным, относительно земли, напряжением. И тот, кто к ним прикоснется, рискует получить опасный для жизни удар током.

Зато есть и большое преимущество: при повреждении изоляции или какой-либо еще ситуации, приводящей к замыканию фазного провода на корпус, получается ситуация, аналогичная короткому замыканию. В результате возникает большой ток, приводящий к срабатыванию автомата защиты. В системе TT в этом случае большого тока не будет, поэтому защита от КЗ далеко не всегда сработает. Почему так получается? Потому, что ток течет не по PEN-проводу, как в предыдущем случае, а идет через землю. Представим себе, что сопротивление заземлителя 4 Ом, плюс еще сопротивление заземлителя на подстанции тоже не нулевое. В такой ситуации сила тока будет не более 50А, на который не отреагирует даже 10-амперный автомат категории C (справедливости ради, надо сказать, что он все-таки сработает, но не по отсечке, а по перегрузке, через некоторое время). Но, если взять частный сектор, то зачастую там сопротивление заземлителя не 4 Ом, а намного больше, и токи замыкания на землю намного меньше.