Потенциал электростатического поля. разность потенциалов

Как установить устройство выравнивания потенциалов

В многоэтажных постройках, как правило, устанавливаются две системы для выравнивания потенциалов — основная и дополнительная (вспомогательная).

Основная система выравнивания потенциалов — контур, который содержит в себе такие элементы:

• заземляющее устройство;
• главная заземляющая шина;
• металлические части конструкции возведенного дома;
• система вентиляции;
• металлические трубы водопровода;
• устройство-защита от грозы и молнии.

Основная система

Обратите внимание! Все опасные металлические элементы присоединяются к главной заземляющей шине, убирая таким образом разность потенциалов. Основная система обычно устанавливается при возведении зданий, поэтому делать ее самостоятельно не приходится

Раньше при объединении таких элементов проблем не возникало, но сейчас многие металлические элементы заменяют пластмассовыми, что приводит к возникновению разности потенциалов.

Проблема этой системы состоит в том, что на больших расстояниях электрический потенциал одной и той же конструкции может быть разным, что также провоцирует ситуацию, которая может стать опасной для жизни. Чтобы нивелировать появившуюся разность, приходится использовать дополнительную систему.

Дополнительная система выравнивания устанавливается в ванной комнате и содержит в себе такие составляющие:

• корпус душа или ванной;
• полотенцесушитель;
• все проходящие трубы;
• канализация;
• система вентиляции.

Дополнительная система

Обратите внимание! Каждая составляющая этого контура соединяется отдельным проводом с жилой из меди. Противоположный конец этого провода опускается в предусмотренную для этого коробку

Сделать такую систему возможно и самостоятельно:

1. Разместить пластиковую коробку с заземляющей шиной.
2. От каждой составляющей, сделанной из метала, и заземляющего контакта розетки и выключателя протянуть проводник до пластиковой коробки.
3. Соединить провода с помощью болтов.
4. Протянуть проводник от шины до электрощитка и присоединить к заземлению.

Выравнивание потенциалов — обязательный процесс, чтобы сделать свой дом безопасным и минимизировать риск получить удар током. Несмотря на то, что инструкция по созданию системы выглядит достаточно короткой и простой, при отсутствии опыта работы с электрикой и надлежащего образования лучше доверить установку профессионалам.

Откуда в трубах электрический ток?

К появлению электрического потенциала на сантехнической арматуре приводят:

• Локальные аварии электрооборудования и нарушения технологии производства работ.
• Статическое электричество.
• Естественный электрический потенциал.
• Блуждающие токи.
• Токи, связанные с проявлениями феномена электрохимической коррозии.

К локальным авариям электрооборудования относятся: обрыв проводов линий электропередач с изолированной нейтралью, частичный пробой изоляции подземных электрических кабелей; неисправность электрооборудования в квартире – разрушение корпусов ТЭН водонагревательных приборов, что может произойти не только у вас, но и у соседей. Классический пример нарушения технологии производства работ – подключение нейтральной шины сварочных трансформаторов к трубам водоснабжения.

Статический заряд может появиться на сантехнической арматуре, подключенной к полихлорвиниловым трубам из-за непрерывного тока воды по ним. Широкое применение акрила для ремонта старых эмалированных ванн или установка емкостей из этого материала способствует накоплению заряда электричества на их поверхностях.

Естественный электрический потенциал имеет все, что находится на поверхности планеты Земля или в ее атмосфере. Происходит это из-за того, что земная твердь имеет отрицательный потенциал, а свод небесный – положительный. И чем выше расположено физическое тело, тем больше его величина. Например, на высоте человеческого роста он может быть равен 100-110 вольтам.

Так называемые блуждающие токи могут появляется там, где проложены пути электрифицированного транспорта. Дело в том, что рельсы используются в качестве заземляющей шины. Через них ток, вращающий электродвигатели вагонов, уходит в землю. Если вы живете возле трамвайных путей или депо метрополитена, вероятность того, что при умывании вы будете ощущать легкое пощипывание в кончиках пальцев, очень велика.

Если водопроводные трубы сделаны из разных материалов, то возникают токи электрохимической коррозии. Для человека они в наименьшей степени опасны, но оказывают разрушающее воздействие на сами трубы и сантехническую арматуру. Например, если вы подключаете полотенцесушитель из нержавеющей стали непосредственно к трубам из черного металла, то через некоторое время в соединительных муфтах появится неустранимая течь из-за ослабления резьбового сопряжения.

Теперь о заземлении, заземлителе и заземляющем проводнике частного дома

Повторное заземление нейтрального проводника при воздушном запитывании дома можно произвести на опорном столбе или возле дома.

Заземление на опоре воздушной линии электропередач

При установке вводного устройства на бетонной опоре, от которой ответвляется питание дома, вполне оправдано, да и рекомендовано делать повторное заземление, используя естественные заземлители. В качестве естественного заземлителя можно использовать подземную часть самой опоры или ее молнезащитный контур (пункт 1.7.109-110,ПУЭ).

Важно! Делать повторное заземление на железобетонном столбе можно, только в том случае, если воздушная линия электропередач сделана изолированными, самонесущими проводами типа СИП. Так как они механически более прочные, чем провода без изоляции

Но все-таки если вы хотите более надежное, безопасное и независимое заземляющее устройство для дома лучше сделать его при помощи искусственных заземлителей.

Заземление дома искусственно сделанными заземлителями

Заземление дома это заземляющее устройство, которое состоит из следующих элементов: заземлителя и заземляющего проводника.

Заземлитель это проводник или несколько проводников соединенные между собой и имеющий контакт с землей. К заземлителю подключается заземляющий проводник, который аккуратно выводится возле дома и подключается к главной заземляющей шине (ГЗШ). Сечение заземляющего проводника должно быть не меньше сечения PEN проводника.

Заземлители могут исполняться в разных вариантах и быть разных типов.

• По типу, заземлители можно разделить на: Вертикальный; Рядный; Контур заземления.
• По виду заземлители можно описать как: Штырьевой, Модульно-штырьевой, Контурный и Фундаментный заземлители.

Кратко описать заземлители можно следующим образом:

Вертикальный заземлитель представляет из себя сборный медный или стальной стержень. Заземлитель забивается в грунт на глубину 15-40 метров. По-другому он называется заземлитель глубокого залегания. Самый современный тип заземления дома. Не требует больших землеройных работ. (Подробно о глубинном заземлении)

Рядный заземлитель. Это сборная конструкция, состоящая из отдельных металлических штырей забитых в грунт на глубину 3-4 метра и соединенных металлической полосой. Расстояние между штырями должно быть не менее 3метров. Штыри могут располагаться в ряд и в треугольник. Применяется только для вторичного заземления. (Подробно как сделать рядное заземлении)

Контур заземления делается вокруг дома в виде замкнутой конструкции. Конструкция контура заземления также предполагает вбивание штыре в грунт. Штыри располагаются по периметру фундамента на расстоянии 1 метра от него. Соединяются штыри заземлителя стальной полосой. Рекомендуется при двух молниеотводах с крыш и более одного ввода электропитания в дом. (Подробно о контурах заземления)

Фундаментный заземлитель делается на начальном этапе строительства дома. Заземлитель размещают в фундаменте дома. Из всех заземлителе фундаментный заземлитель, пожалуй, самый эффективный. (Подробно о фундаментном заземлении)

Важно! Какой бы заземлитель вы не использовали в устройстве заземления дома сопротивление, растеканию тока, заземлителя не должно превышать 10 Ом для линейного напряжения 380 вольт и 20 Ом для линейного напряжения 220 вольт при трехфазном электропитании. А при однофазном электропитании сопротивление растеканию тока не должно превышать 5 Ом для 380 вольт и 10 Ом для электропитания 220 вольт

(Подробно о замере сопротивления заземлителя)

А при однофазном электропитании сопротивление растеканию тока не должно превышать 5 Ом для 380 вольт и 10 Ом для электропитания 220 вольт. (Подробно о замере сопротивления заземлителя)

Читая строительные форумы я вижу, что многие обходятся без вторичного заземления в загородных домах. Считают достаточным заземление подводящей воздушной линии. Но все-таки руководствоваться нужно не только экономией, а и техникой безопасности для своей семьи и имущества.

Elesant.ru

Нормативные ссылки

• ПУЭ,Правила устройства электроустановок,издание 7
• ГОСТ 121.030-81,Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.

Другие статьи раздела: Электропроводка дома

• 26 Правил электроснабжения и электропроводки деревянного дома. часть1, правила 1-7
• 26 Правил электроснабжения и электропроводки деревянного дома. часть2, правила 8-13
• 26 Правил электроснабжения и электропроводки деревянного дома. часть3, правила14-26
• Анкерные зажимы и кронштейны
• Арматура для СИП 2
• Ввод кабеля из траншеи в дом
• Вводное устройство. ВУ в частный дом
• ВРУ. Вводно-распределительное устройство дома
• ГЗШ. Главная Заземляющая Шина
• Глубинный заземлитель

Как это работает

Предположим, что в вашей квартире все розетки и электроприборы заземлены. В теории вы чувствуете себя в безопасности. Ваш сосед снизу, проводя ремонт, заменил канализационную трубу с чугунной на пластиковую. Теперь между вашей чугунной ванной и физической землей отсутствует надежная электрическая связь. У соседа пробило изоляцию в люстре, и через влажный пол вашей ванной комнаты, потенциал порядка 100 вольт появился в ванной с водой.

Поскольку в канализационном стоке пластиковая вставка, замыкания на землю не произошло, и защитный автомат не сработал. Весь потенциал накопился в вашей ванной. Вы, находясь в воде, прикасаетесь к смесителю. Через стальные трубы водопровода, он имеет надежную электрическую связь с грунтом. Вы получаете гарантированное поражение электротоком.

Почему так произошло?

Любой проводник содержит в себе электроны. Пока нет разницы в потенциалах на концах проводника, электроны стоят на месте, и электроток не протекает. В описанной ситуации, труба водопровода имеет нулевой потенциал по всей длине. Ванна с водой, по причине распространения напряжения от неисправной проводки этажом ниже, через отрезок чугунной трубы, имеет потенциал 100 вольт. Эти предметы между собой не соприкасаются, поэтому электрического тока нет.

После касания одновременно ванной под напряжением и фактически заземленного смесителя, по вашему телу протекает электрический ток. Человек на 80% состоит из воды, поэтому он вполне себе неплохой проводник. Электроны просто устремляются от точки с меньшим потенциалом, к точке с большим потенциалом

Поэтому уравниванию потенциалов в ванной комнате следует уделить особое внимание

Справедливости ради, если бы вы просто оказались с ванной под напряжением (ничего не касаясь), и так же из нее удалились, никакого поражения электротоком не было. Вы никогда не задавались вопросом, почему птицы, сидящие на проводе ЛЭП с напряжением свыше 1000 вольт, не погибают от удара током? Потому, что у них такой же потенциал, как у провода: 1000 вольт. Они не касаются других проводов, разницы потенциалов нет, соответственно, нет и электротока через их тушки.

Еще один пример. Вставьте в отключенную розетку кусок провода (в фазу), и свободно подвесьте его, чтобы он не касался стены и пола. Подайте напряжение — ничего не произойдет. Тем не менее по всей длине провода есть потенциал 220 вольт. Стоит соединить провод с любым предметом, у которого потенциал относительно «земли» ниже, через соединитель (например, человека), потечет ток.

Отсюда вывод: любые предметы, которые в обычных условиях не находятся под напряжением (за исключением аварийных ситуаций), всегда должны иметь равный потенциал. В случае с жилыми помещениями — равный нулю. Для этого, все металлические элементы жилого дома, включая арматуры в стенах, соединяются с контуром заземления еще на этапе строительства.

Это называется: основная система уравнивания потенциалов (ОУП). Вблизи каждого здания расположена главная заземляющая шина (ГЗШ), надежно (обычно с помощью сварки) соединенная с заземлителем (контуром). Она периодически проверяется специальными службами (со временем может рассыпаться от коррозии), и монтируется еще на этапе закладки фундамента.

Можете быть уверены, что все металлические предметы вашей многоэтажки имеют электрический контакт с ГЗШ. Сразу после ввода в эксплуатацию, контур уравнивания потенциалов работает безупречно. Это требование Правил устройства электроустановок соблюдается всегда. Пока не начинаются ремонты в квартирах.

Что такое ОСУП, для чего нужна

Доходчиво можно объяснить это на картинке системы уравнивания в доме. Для безопасности жителей и обслуживающего персонала необходимо выстроить такую систему. Все токопроводящие части оборудования, бытовых приборов, металлических коммуникаций должны присоединяться к отдельным шинам заземления, они подключаются к главной заземляющей шине (ГЗШ). ГЗШ присоединяется к контуру заземления.

Важно! На шинах должно быть столько мест для присоединения, сколько имеется объектов. Каждый объект заземляется отдельным проводником

Последовательное соединение недопустимо. Все шины должны быть доступными для осмотра, проводники – иметь достаточное сечение для выдерживания тока КЗ.

Система уравнивания потенциалов в доме

Молниезащитная конструкция

Повышение разности потенциалов в результате наведения статического электричества от разряда молнии или прямого попадания может снизить эффективность работы системы уравнивания. Молниеотвод и токоотводящий проводник тоже присоединены к контуру заземления. Поэтому нужно все металлические конструкции, электроустройства и защитное оборудование соединить в одну систему, проводники присоединять к шине, которая сообщается с заземляющим контуром. Подобную молниезащитную систему выполняют на входе в здания и там, где не может быть выполнен безопасный промежуток. Это может быть нулевой этаж или поверхность земли.

Важно! При наличии бетонных полов и вблизи мест оборудования молниеотводов выравнивание следует осуществлять возле самой поверхности земли

Выполнение монтажа

КУП различается в зависимости от того, как конструктивно выполнено здание и куда будет монтироваться сама коробка:

• в сплошную стену;
• в полую стену;
• на стенную поверхность (открытый способ установки).

Представляет собой корпус, выполненный из пластика, внутри которого располагается главный элемент – заземляющая шина. Она изготавливается из меди и имеет сечение не менее 10 мм 2 .

К этой шине через имеющиеся на ней разъемы подсоединяются медные провода от объектов водопроводной, отопительной и газовой систем; от находящихся в помещении электроприборов, а также от розеток и осветительных приборов, установленных в ванной комнате.

Подключение проводов к перечисленным элементам происходит за счёт болтовых соединений либо хомутов. Иногда используют специальные контактные лепестки, в этом случае металлическая связь между защищаемым элементом и проводом буде особенно прочной. Чтобы система уравнивания потенциалов в опасных ситуациях работала, нужен надёжный контакт. Поэтому место на трубах, где будет устанавливаться хомут, нужно зачищать до металлического блеска.

Внутренняя шина отдельным медным проводом, называемым защитным РЕ-проводником, соединяется с вводным квартирным щитком, а уже через него подключается непосредственно к ГЗШ. Сечение РЕ-проводника должно быть не менее 6 мм 2

Важное условие, если вы решите проложить этот провод в полу, он не должен пересекаться с другими кабелями

Такая коробка является как бы промежуточным звеном между всеми заземляющимися элементами и вводным щитком. Очень удобно, что от каждого элемента достаточно протянуть проводок только на КУП, а не к общему квартирному щиту.

Когда разводка выполнена пластиковыми трубами, в КУП подсоединяются провода от водопроводных кранов и смесителей.

Перед тем, как монтировать СУП, необходимо узнать, как в доме выполнено заземление. Если по системе TN-C (когда в один провод совмещаются защитный проводник РЕ и рабочий ноль N), выполнять уравнивание нельзя. Это вызовет опасность для других соседей, если у них такой системы нет.

Опасность воздействия

Прохождение тока через тело, при прикосновении к элементам конструкций с разной величиной электрического напряжения, опасно для здоровья и жизни. Здесь тело является проводником тока от точки с высоким потенциалом к точке с низким значением напряжения.

Опасными характеристиками тока являются:

• частота;
• сила;
• путь прохождения через тело пострадавшего.

Наиболее опасен переменный ток. Он ощутим уже при величине до 0,6 мА. Ток, лежащий в пределах от 0,6 мА до 0, 025 мА, имеет притягивающие свойства из-за своей периодичности импульсов. Человек самостоятельно не может «отлепиться» от точек прикосновения. Конечности непроизвольно сжимаются, тело не слушается.

Сила тока выше 0,1 А вызывает фибрилляцию внутренних органов и сердца и является смертельно опасной.

Направления движения электричества через тело человека определяют уровень вреда здоровью.

Смертельные маршруты прохождения электротока:

• «рука – рука» – под воздействие попадают бронхи, лёгкие и сердце;
• «рука – нога» – страдают все внутренние органы;
• «голова – конечности» – поражаются как внутренние органы, так и мозг.

Ещё один путь вредного движения тока – «нога – нога». Это «шаговое напряжение», которое может возникнуть при нахождении в пятне растекания тока по поверхности в случае обрыва провода, находящегося под напряжением. Сердце при этом не повреждается, если человек не упал и не изменил точек соприкосновения с источником опасности.

Радиус действия напряжения шага

Назначение выравнивания потенциалов

Выравнивание потенциалов является одним из важнейших требований безопасности во время использования различного электрического оборудования

Такая важность обусловлена тем, что можно обезопасить себя и других жителей дома от удара током

Объяснение двух видов напряжений

Важно! При отсутствии опыта или соответствующего образования работа с электрическими приборами представляет опасность для жизни. Нормы, которые регулируют безопасность во время возведения домов, обязывают подрядчиков при строительстве создавать систему, которая снизит или устранит разность и обеспечит защиту от возможного получения электрических травм с помощью заземления

Нормы, которые регулируют безопасность во время возведения домов, обязывают подрядчиков при строительстве создавать систему, которая снизит или устранит разность и обеспечит защиту от возможного получения электрических травм с помощью заземления.

При распределении устройства, которое выступает заземлителем, надлежащий уровень безопасности создается не только с помощью уменьшения потенциалов заземляющего устройства, но и с помощью их выравнивания на защищенной территории до степени, чтобы максимальное напряжение не было больше допустимых пределов.

Заземляющее устройство

Обратите внимание! Если нет заземления или оно не функционирует так, как должно, риск подвергнуться электрическому удару возрастает

Система уравнивания потенциалов

Для того чтобы минимизировать вредное воздействие наведенных токов, необходимо произвести выравнивание потенциалов. По факту это действие является перенаправлением движения электрического заряда по пути, на котором его разрушающее действие минимально опасно для человека. На языке профессиональных электриков оно называется СУП – система уравнивания потенциалов.

Самым ярким примеров работы СУП является разряд атмосферного электричества, который происходит в результате пробоя газовой среды (воздуха) между грозовыми тучами, в которых накоплен положительный заряд, и физической землей, имеющей заряд отрицательный. Конечно, преднамеренно созданная система уравнивания потенциалов работает с меньшими звуковыми и световыми эффектами, но сущность процесса аналогична.

Электрический заряд стекает по пути наименьшего сопротивления и в последующем рассеивается, в результате чего потенциалы обнуляются и становятся равны друг другу. Системой это устройство назвали из-за наличия трех действующих лиц: точек с положительным и отрицательным потенциалом, а также проводника, их соединяющего.

Создание собственной системы уравнивания потенциалов в ванных комнатах и душевых является обязательным условием их эксплуатации и регламентируется последней редакцией ПУЭ. Это продиктовано высокой влажностью в подобных помещениях, а также тем, что человек в них обычно находится в состоянии, близком к естественному – на нем минимум одежды и, как правило, отсутствует обувь, обладающая диэлектрическими свойствами. При отсутствии СУП электрический заряд обнулится через тело человека, поскольку оно обладает наименьшим электрическим сопротивлением.

Создание систем выравнивания потенциалов

Проект каждой системы индивидуален, и разрабатывается в соответствии с конфигурацией помещения. Существуют общие правила монтажа, которые необходимо выполнять:

• Шина выравнивания потенциалов и шина защитного заземления должны быть соединены, или объединены в один узел.
• Все объекты: электроустановки, поддоны, ванны, раковины, элементы инфраструктуры здания, подключаются к шине выравнивания потенциалов параллельно.Это означает, что каждый элемент имеет отдельный проводник, подключенный к общей шине. Не допускается последовательное соединение между объектами. Если первичный проводник будет оборван, все последующие объекты на линии окажутся отключенными от системы выравнивания потенциалов.
• На всей протяженности токопроводящих линий, не должно быть коммутационных и размыкающих устройств: выключателей, реле, плавких предохранителей.
• Подключение должно быть надежным: не допускаются скрутки, приматывание изолентой. Применяется сварка, винтовые соединения, штатные контактные зажимы.

Какие объекты подключаются к системе выравнивания потенциалов

• Металлические корпуса всех электроустановок (если они не заземлены надлежащим образом). В список входят и токопроводящие корпуса светильников (торшеров).
• Разумеется, вся система защитного заземления. Собственно, от нее и начинается система выравнивания потенциалов.
• Металлические части каркаса здания, арматура фундамента, стен, перекрытий.
• Самостоятельно установленные металлические элементы инфраструктуры. Например, стальная сетка под стяжкой пола или металлический профиль под листами гипсокартона.
• Металлические трубы и кожухи системы вентиляции.
• Медные трубки системы подачи хладагента в кондиционерах (если они имеют большую протяженность).
• Металлические оболочки бронированных кабелей.
• Экранная оплетка информационных кабелей (телевидение, интернет).

На этом пункте остановимся подробнее. Кабель в металлической оплетке начинается от распределительного или усилительного устройства, которое расположено далеко за пределами вашего помещения. При этом у вас нет возможности контролировать правильность организации питания или заземления этих устройств. Может возникнуть ситуация, когда по экрану к вам в дом придет фаза.

Вы, ничего не подозревая, можете одновременно коснуться оплетки под напряжением, и заземленного металлического предмета (например, радиатора отопления). Последствия очевидны — поражение электротоком. При подключении экрана к системе выравнивания потенциалов, внешний пробой фазы на кабель, не страшен.

• Все металлические части системы водоснабжения и канализации: трубы, смесители, раковины из нержавейки, поддоны и металлические кабинки душевых, ванны.
• Компоненты систем водонагрева: бойлеры, внутренние трубы.
• Система отопления: трубы, радиаторы, полотенцесушители.
• Система газоснабжения.
• Заземление молниезащиты (если у вас частное жилище, в многоквартирных домах «опция» недоступна). При этом молниеотвод подключается к общей системе, и собственному заземлителю одновременно.
• Металлопластиковые рамы окон (если токопроводящие элементы не покрыты пластиком).
• Стальные двери и дверные коробки.

На схеме это выглядит так:

1. Шина выравнивания потенциалов.
2. Грозоразрядник от щита питания. Соединен с фазой. В нормальном состоянии, контакта между фазным и заземляющим проводником нет — в разряднике достаточный зазор. При ударе молнии в силовой кабель, возникает дуговой ток на «землю», и разница потенциалов в несколько тысяч вольт не возникнет.
3. Ограничитель перенапряжения в линии данных.
4. Кронштейны крепления заземляющих проводников к металлическим трубам.
5. Фундаментный заземлитель с шиной, входящий в общую систему выравнивания потенциалов.

442.4.3 ТТ-системы

a) Если напряжение R´I_m замыкания на землю на стороне выше 1 кВ и продолжительность
этого замыкания соответствуют требованиям , нейтральный
проводник электроустановки до 1 кВ может быть присоединен к заземляющему
устройству открытых проводящих частей трансформаторной подстанции (см. ТТ-а на ).

b) В случае, когда условие
подпункта а) не выполняется, нейтральный проводник электроустановки до 1 кВ
должен быть заземлен на электрически независимый заземлитель (см. ТТ-b на ).
В этом случае применяют правила .

Если открытые проводящие
части электроустановки до 1 кВ потребителя электроэнергии находятся в зоне
действия системы выравнивания электрических потенциалов трансформаторной
подстанции, то ожидаемые напряжения прикосновения к этим открытым проводящим
частям стоящих на земле людей близки к нулю.