Обычные жильцы многоквартирных домов и частных особняков имеют слабое представление о том, что такое заземление. Конечно, слышали о нем все, но лишь очень немногие понимают его устройство и представляют принцип работы. Обычно это люди строительных профессий.
Но иногда даже у самых простых обывателей возникает необходимость устроить в своем доме заземление. При кажущейся сложности вопроса сделать заземление в частном доме своими руками достаточно просто. Потребуется, конечно, какая-никакая помощь, но ничего сверхсложного или невыполнимого.
Как сделать заземление дома своими руками
В любом частном доме почти круглосуточно работает большое количество бытовой техники, периодически включается и выключается свет в комнатах, и все это обуславливает солидную суммарную мощность потребления электрической энергии. В целях обеспечения ППБ и безопасности пользования электросетями в доме обязательно должно быть заземляющее устройство.
Принцип работы заземления доходчиво описан в видео. Чтобы сделать заземление сети в 220в, необходимо соорудить так называемый заземляющий контур. Он представляет собой провод, который подсоединяется к главной заземляющей шине на электрощите и выводится к заземляющему устройству, которое заглублено в грунт возле дома (фото).
От главной заземляющей шины отходят заземляющие кабеля ко всем электроприборам и точкам электропитания в доме. Таким образом, заземление устраняет любые негативные процессы, которые теоретически (а зачастую и практически) могут происходить внутри электропроводки и приборов, которые используются в вашем доме.
Ситуаций подобного рода может быть множество: открытая фаза, образование блуждающих токов, короткое замыкание и пр. Заземление как раз и устраняет любые последствия таких аварийных ситуаций и выводит ток через заземляющее устройство в землю. Схема заземления представлена на фото.
Как сделать заземляющий контур
Заземляющее устройство, или заземляющий контур, представляет собой несколько металлических штырей (электродов), которые соединены между собой с одного конца, а другим концом заглублены в грунт. Обычно электроды «в домашних условиях» изготавливаются из арматуры или угловой стали. Реже – из труб. Как изготовить, забить в землю и соединить между собой такие штыри, можно посмотреть в видео.
Заземляющий контур чаще всего имеет форму квадрата или треугольника (схема). Электроды должны быть не короче 2,5 метров. Ребра заземляющего контура должны либо равняться, либо быть кратными им. Например, если длина электрода равна 2,5 метрам, то ребра контура должны равняться либо 2,5, либо 5 метрам. Оптимальная длина штырей-электродов – 2,5-3 метра.
Соответственно, заземляющий контур может обладать следующими параметрами: его стороны должны соотноситься либо как 2,5 х 2,5, либо как 3 х 3. Квадрат иногда делают несколько больше (4 х 4 м). Электроды желательно заострить с одного конца. Так их будет легче забивать в землю. Свариваются штыри между собой в контур только после заглубления их в землю.
Процесс установки заземляющего контура выглядит так:
1. Сначала рядом с домом нужно выкопать траншею по форме будущего контура (квадратную или треугольную). Ее глубина должна равняться 70-80 см.
2. Нарезаем арматуру на равные по длине штыри 2,5-3 м. Забиваем их по углам траншеи, как на видео. Обязательно оставляем над землей небольшие части электродов.
3. Вершины электродов соединяются между собой стальными полосами. Сделать это можно при помощи сварки.
4. К одному из углов приваривается стальная полоса, которую необходимо довести до стены здания.
5. К концу стальной полосы при помощи все той же электросварки нужно приварить болт.
6. К приваренному таким образом болту крепится выходящий из дома заземляющий кабель 220 В. Крепление можно выполнить следующим образом: кабель свернуть в петлю и просто надеть на болт. Сверху на него надевается гайка с шайбой и сильно затягивается.
7. После этого траншею с заземляющим контуром нужно просто засыпать землей.
8. Кабель подводится, как уже было сказано ранее, к заземляющей шине в распределительном щите.
Обратите внимание: Сечение проводника должно быть более 75 кв. мм. Только в этом случае заземление будет эффективным и прослужит долго.
Альтернативный метод
Есть еще один — более современный — метод обустройства заземления в частном доме. Для него используется не сваренный из частей квадратный или треугольный контур, а один-единственный длинный электрод (фото). Этот способ называется модульно-штыревым, потому что заземляющий электрод представляет собой очень длинный (6, 10 и более метров) штырь, состоящий из отдельных модулей.
По вполне понятным причинам забить целиком такой длинный электрод в грунт просто невозможно. Именно поэтому модули заглубляются поочередно, один за другим присоединяясь друг к другу (видео). Стандартная длина модуля – 1,5 м. Изготавливается он из стального бруса (D = 17-25 мм), покрытого медью. Медь обладает антикоррозийными свойствами.
Каждый такой модуль заканчивается заостренным стальным наконечником, который помогает забивать его в землю. С другой стороны модуля располагается латунная муфта, в которую вставляется следующий модуль.
Таким образом, каждый модуль нашего длинного электрода забивается в грунт перфоратором, после чего к открытой его части (муфте) присоединяется следующий модуль. И так сегмент за сегментом, пока весь электрод на будет утоплен в землю.
Последовательность работ:
1. В земле выкапывается небольшая яма 0,3 х 0,3 м. Глубина = 0,3 м.
2. На модуль с одной стороны надевается наконечник из стали. Этим концом штырь погружается в землю.
3. На другой его конец надевается муфта.
4. Чтобы легче было работать перфоратором, в муфту можно вкрутить болт с круглой шляпкой.
5. Штырь заглубляется в землю на 1,2 м. Над поверхностью земли остается небольшой кусок штыря с муфтой.
6. Из муфты удаляется болт.
7. Затем в нее заливается немного антикоррозийной пасты и вставляется следующий модуль. После этого вся история повторяется.
8. Самый последний модуль забивается достаточно глубоко. Его муфта должна располагаться прямо над поверхностью грунта.
9. Ее нужно открутить и заменить на латунный зажим.
10. К зажиму присоединяется стальная полоса (30 х 5 мм), которую вполне успешно может заменить стальной трос (D = 10 мм). Место соединения нужно заизолировать прорезиненной лентой.
11. Затем яма засыпается.
Такой модульно-штыревой контур продается в готовом виде. Загляните в любой магазин стройматериалов. Можно убедиться, что устройство такого заземления довольно простое. Единственная рекомендация: обязательно правильно подбирайте длину штыря-электрода. Он должен быть заглублен в почву ниже уровня ее промерзания (это 6-8 модулей в среднем).
При строительстве нового жилого здания хозяева недвижимости стараются обеспечить его различными средствами защиты, в том числе и от удара молнии. Для этого обязательно нужно сделать правильный контур заземления по всем стандартам, так как в противном случае он не гарантирует надежную защиту. В связи с этим возникает потребность в тщательном изучении правил и норм ПУЭ.
Нормы ПУЭ являются собирательной группой специальных нормативных правовых актов, которые были написаны при СССР Министерством энергетики – правила устройства энергоустановок. Данные правила устройства электроустановок содержат описание того, как правильно следует создавать электропроводку в жилых домах, заводских помещениях и других структурах, они имеют описание различных устройств, а также принцип их построения. ПУЭ включают в себя условия прокладывания коммуникаций электроустановок, узлов, требования к определенным системам и их отдельным элементам.
Очень часто нормы ПУЭ используются при установке электрического освещения зданий, различных помещений, а также улиц, поселков, территорий определенных учреждений или предприятий. В них есть содержание условий по монтажу ультрафиолетового облучения в оздоровительных структурах, рекламы с осветительными приборами и другое. При укладывании проводки в зданиях обращаются к конкретному разделу норм ПУЭ.
В отдельных разделах можно найти рекомендации по тому, как сделать контур заземления, как установить защитные устройства электросети, и другие правила по эксплуатации различного электрооборудования. Более подробно и точно об условиях использования такого оборудования написано в Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП).
На сегодняшний день, если соблюдать все правила ПУЭ по монтажу и соединению проводки разного типа, прокладыванию контур заземленияа заземления или других технических решений, стоимость таких работ будет очень высокой. По этой причиной этими нормами руководствуются поверхностно, соблюдая лишь самые важные указания, а для других стараются найти альтернативное решение. Несмотря на дороговизну, данные правила позволяют обеспечить эффективную защиту здания любого типа от различных негативных факторов.
Видео “Делаем контур и разметку. Часть 1”
Нормы относительно контур заземленияа
Монтаж контура заземления настоятельно рекомендуется делать со ссылкой на нормы ПУЭ. Такой подход позволит сделать все необходимые соединения и подключение контура правильно с соблюдением всех стандартов. Это обеспечит надежную работу системы защиты в здании, предотвратив негативные последствия природных или антропогенных факторов. Чтобы сделать контур заземления своими руками следует иметь некоторые познания в сфере электротехники. Перед работой рекомендуется прочитать необходимую литературу, а также разделы ПУЭ, которые ссылаются на монтаж контура заземления.
Согласно действующим Правилам устройств электроустановок повторный контур обязательно должен размещаться в местах выхода из любого типа здания. На места повторного контура заземления следует устанавливать естественные заземлители. В правилах указаны некоторые триммеры металлоконструкций, которые подходят под контур заземления. Среди них можно встретить железобетонные конструкции, металлические массивные детали, которые должны соприкасаться с землей болей частью свое поверхности. Если контур подключен в агрессивной среде, то такие конструкции должны иметь особое защитное покрытие. Также для заземляющего элемента подойдет водопроводная металлическая труба, которая вкапывается глубоко в землю, или длинные рельсы с не электрифицированных железных дорог.
Обязательно нужно обратить внимание на пункт ПУЭ, где указываются элементы, которые нельзя использовать в качестве контура заземления. К ним относятся железобетонные конструкции с металлическими элементами, которые находятся под напряжением, а также трубопроводы с горючими веществами, отопительные и канализационные трубы. Если контур должен быть сделан с использованием естественного заземлителя (грунт, фундамент под зданием), то предварительно нужно сделать теоретические расчеты и схему подключения.
Обычно во время строительства нового здания контур заземления изготавливается искусственно, закапывая под землю опоры. Данный способ считается более универсальным и на практике применяется гораздо чаще. Это продиктовано тем, что далеко не во всех местах есть подходящие условия для естественного заземления.
Очень важным фактором, которые оказывает влияние на контур, является сопротивление грунта. Так в местах с высокой влажностью грунтов сопротивление будет низким. Значительные проблемы при монтаже возникают на сухой почве. Например, песчаные грунты, скалистые или каменные породы совершенно не подходят для таких работ.
В нормативных документах указано точное значение сопротивления, определяющего уровень растекания тока, а также какое сопротивление должен иметь контур.
В бытовых электроустановках используется два типа заземления.
Традиционный контур заземления. В данном случае основной элемент заземления должен быть изготовлен из нескольких вертикальных опор и одного горизонтального. Они должны иметь круглое сечение и быть ровными. Для этого можно использовать стальные прутья, трубы или толстую арматуру. Для обычных частных домов желательно использовать опоры крупных размеров. Если используется стальная арматура, то можно взять 3 таких элемента размерами от 2 метров. Они выставляются так, чтобы образовался равносторонний треугольник, если место установки арматуры буду вершины условной фигуры. Перед тем как начать установку опор, нужно измерить расстояние между ними. Чем больше между ними пространства, тем лучше. Желательно, чтобы размеры дистанции между заземляющими элементами были не менее 1,5 метра. Убедившись, что измерения соответствуют норме, можно приступить к монтажу контура.
Когда элементы будут забиты в грунт, следует сделать надежное соединение между ними. Присоединить можно отдельными крепежами на одинаковой высоте. Соединение всех опор делается при помощи горизонтальных заземлителей ближе к верхней части электродов. По нормам ПУЭ соединения должны быть изготовлены из стали или меди. Присоединить каждый элемент к поперечному электроду можно при помощи сварки. Такой способ более надежный, чем подвижные крепления (гайки, болты). Что касается размеров этих электродов, то они имеют нормированные наименьшие значения. При установке следует отдавать предпочтение более длинным опорам. Их толщина регламентирована правилами устройства электроустановок в таблице 1.7.4.
Например, если контур изготовлен из медного проводника, то он должен быть размерами не менее 1,2 сантиметров в сечении. Если он изготовлен из листа черной стали, тогда его толщина должна быть больше 4 сантиметров, а длинна сечения более 10.
Когда контур заземления рассматривается для жилых зданий, то его нужно размещаться в том месте, где люди бывают редко. Желательно выбрать северную сторону. Так как эта часть освещается реже, то земля сохраняет больше влаги.
Расстояние до стен здания должно быть больше 1 метра.
Глубинный контур заземления. Такой тип исключает большую часть недостатков, которые присутствуют в традиционном способе. Этот метод подразумевает модульно-штыревую систему. Данная конструкция делается на специализированных заводах и имеет сертификат. Модульно-штыревая система имеет ряд преимуществ. В первую очередь, это соответствие всем техническим нормам и стандартам. Она имеет высокий срок эксплуатации, более 30 лет. У этой конструкции всегда стабильное сопротивление растекания электрического заряда при любых погодных условиях. Опоры загоняются в землю на 25-30 метров вглубь, что обеспечивает надежное заземление крупных зданий.
Такую систему не нужно постоянно проверять, так как она достаточно простая и надежная. Схема и расчет заземлителей модульно-штыревой системы проще, чем сделанная своими руками система защиты.
Когда частный дом или отдельное помещение было оборудовано, то перед его подключением следует провести измерение фактических показаний всей системы. Если после измерений показатели соответствуют нормативным данным, то установка и присоединение контура были сделаны правильно. Измерения подобного рода, а также проверку подключения и схему установки, проверяет специальная сертифицированная электролаборатория. После проверки она выдает экспертное техническое заключение с отдельным номером, а затем вносится в реестр. Сделав измерения в основных местах соединения, а также сопротивление, заполняют технический паспорт для контуров заземления, оформляют протокол испытательных работ и подписывают акт приема в эксплуатацию соответствующей системы.
В помещениях должны быть установлены специальные розетки, которые рассчитаны на подключения провода с заземление. Чтобы сделать подключение, заранее нужно прокладывать трехжильный силовой кабель с заземляющим проводом. Кроме фазы и «ноля», провод с «землей» также присоединяется к розетке. Его нужно подключить к клемме, которая расположена между гнездами розетки.
Перед началом работ нужно сделать схему контура заземления, а также необходимо провести соответствующие измерения. Для каждого помещения или целого дома существуют правила для расчетов. Схема конкретного здания выполняется отдельно. К примеру, возьмем во внимание небольшой загородный дом. Для расчетов контура заземления нужно иметь исходные данные:
- грунт. Глиняная почва с сопротивлением в 60 Ом*м.
- элементы заземления. Металлический уголок с размерами: толщина – 50 мм, длина – 2,5 м, ширина – 5 см.
- расстояние между опорами – 2,5 м.
- глубина траншеи для конструкции – 0,7 м.
- нужен показатель сопротивления для заземления в размере 10 Ом.
Для расчетов все данные должны быть преобразованы к одной единицы измерений (для длины в метрах). Из таблиц ПУЭ определяются коэффициенты для конкретных климатических условий и длинны вертикальных опор. Фактическое значение сопротивление почвы будет отличаться от теоретического, так как на расчеты влияет погода в регионе. С данными измерений используем 2-ю климатическую зону.
Используя эти измерения и данные, при расчетах по основной формуле получим значение R=27, 58 Ом. После того как было определено значение сопротивление единичной опоры заземления, оно используется при расчете количества необходимых заземляющих элементов в конструкции. В данном случае их должно быть 3. После того как были получены результаты расчетов, нужно составить условную схему. Это позволяет упростить понимание конструкции, и записать значения всех ее элементов отдельно. Схему желательно сохранить после монтажа на случай необходимости повторных работ с заземляющим контуром. Так как делать расчеты и схему самостоятельно трудно, то можно воспользоваться приведенными значениями. Но нужно учитывать почву, на которой расположен дом.
Постоянно пользуясь бытовой электросетью 220 вольт, мы не задумываемся об опасности высокого напряжения. Длительная безаварийная эксплуатация электроустановок притупляет чувство самосохранения.
Заземление дома своими руками фото
И только при поражении электрическим током, или пожаре по причине неисправной электропроводки, начинаются поиски причины неприятностей.
В подавляющем большинстве случаев, ситуацию исправит домашнее заземление. От пожара электропроводки «земля» не спасет, хотя при правильном подключении коммутационных устройств это возможно. А вот сберечь ваше здоровье, или даже жизнь – задача выполнимая.
Нужно ли делать заземление в частном доме?
Если отвечать на вопрос односложно: безусловно – Да! Для понимания процесса рассмотрим принцип действия «земли».
Грунт, вне зависимости от происхождения, является неплохим проводником электрического тока. Различные материалы по разному сопротивляются электричеству, большую роль играет влажность грунта. Но в любом случае, между фазным проводом и землей (в буквальном понимании этого слова) всегда есть разность потенциалов.
Для чего все-таки нужно заземление в доме?
В вашем жилище существует множество электроприборов, имеющих металлический корпус.
Системный блок персонального компьютера, холодильник, электрическая духовка, водяной бойлер, утюг, и множество других устройств. Распространенная поломка бытовых приборов – так называемое пробитие электротока на корпус. Иными словами – внешние панели устройства становятся фазным контактом.
Если вы коснетесь корпуса, на котором есть напряжение, через вас на физическую землю будет протекать электрический ток. В зависимости от влажности, вашей обуви и покрытия пола – сила тока будет разной. Но опасность поражения электротоком очень велика. Достаточно при этом коснуться водопроводного крана или батареи отопления, и удар током может стать смертельным.
Если заземление в частном доме присутствует, и ваши электроприборы к нему подключены – электроток будет течь по заземляющему проводу.
Почему? Сейчас поймете. Закон Ома гласит – сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Корпус электроприбора заземлен. Сопротивление проводника составляет 2-5 Ом.
Сопротивление вашего тела измеряется килоОмами, то есть в тысячи раз больше. Даже если вы стоите босиком на мокром бетонном полу, электроток через ваше тело будет мизерным, если вообще он будет.
Важно! Все вышесказанное справедливо лишь для электроприборов, правильно подключенных к заземляющему контуру.
Предположим, что питающий провод перетерся, и касается оголенной жилой металлического корпуса.
Может возникнуть искрение, перегрев и в результате – пожар. Или схема внутри электроприбора выйдет из строя.
Если корпус устройства будет штатным образом подключен к земляному проводу – произойдет короткое замыкание. В тот же момент автомат на входе в дом разомкнет электрическую цепь, и опасность будет отведена.
Заземление частного дома необходимо не только для обеспечения безопасности.
Все современное электрооборудование является мощным генератором радиоволн, читайте – помех. Шумы при телефонном разговоре, рябь на экране телевизора, снижение скорости WiFi интернета, потрескивания в динамиках при прослушивании музыки.
Все это, результат неконтролируемого наполнения вашего жилища электрическими полями. Для здоровья они тоже, мягко говоря, неполезны.
Наверное, вы заметили, что питающая вилка компьютерного монитора, телевизора или музыкального центра имеет третий вывод – для подключения заземления.
Казалось бы, зачем? Ведь у них пластиковые корпуса, поражение электротоком исключено.
Важно! Эффективность заземления (в смысле безопасности) можно повысить, если на вводных цепях установить устройства защитного отключения (УЗО). Автоматы реагируют на утечку тока и моментально обесточивают опасный участок.
С необходимостью организации заземления в доме мы разобрались. Теперь поговорим о его наличии в уже построенном жилище. Если вы только проектируете загородный дом – электропроводка будет соответствовать нормам ПУЭ, СНиП и ГОСТ.
Основным элементом обеспечения безопасности электроустановок является защитное заземление. Сопутствующие системы: автоматические защитные выключатели, предохранители, молниезащита - не могут функционировать при его отсутствии, и становятся бесполезными.
Что такое заземление
Это комплекс, состоящий из металлических конструкций и проводников, который обеспечивает электрический контакт корпуса электроустановки с физической землей, то есть с грунтом. Система начинается с заземлителя: металлического электрода, заземленного в грунт. Эти элементы не могут быть одиночными, для надежности они объединяются в заземляющий контур.
Как это работает
Внешний контур заземления (который находится непосредственно в грунте), соединяется с помощью надежного проводника с внутренним контуром в помещении, или с щитком заземления. Далее, с помощью внутренней сети защитных проводников, производится подключение к корпусам электроустановок, и контактам заземления на коммутационных устройствах (распределительные щитки, коробки, розетки и прочее).
Устройства, генерирующие электроэнергию, также имеют систему заземления, с которой соединяется нулевая шина. При возникновении аварийной ситуации (фаза соединилась с корпусом электроустановки), возникает электрическая цепь между фазным проводником и нулевой шиной по линии заземления. Сила тока в аварийной цепи спонтанно возрастает, срабатывает устройство защитного отключения (автоматический выключатель) или перегорает предохранительная вставка.
Результат работы исправной системы:
- не происходит возгорание силового кабеля (опасность пожара);
- предотвращается возможность поражения электротоком при касании аварийного корпуса электроустановки.
Сопротивление тела человека в десятки раз выше, чем сопротивление заземления. Поэтому сила тока (при наличии фазы на корпусе электроустановки) не достигнет опасной для жизни величины.
Из чего состоит заземление
- Внешний контур заземления. Располагается за пределами помещений, непосредственно в грунте. Представляет собой пространственную конструкцию из электродов (заземлителей), соединенных между собой неразделимым проводником.
- Внутренний контур заземления. Токопроводящая шина, размещенная внутри здания. Охватывает периметр каждого помещения. К этому устройству подсоединяются все электроустановки. Вместо внутреннего контура может быть установлен щиток заземления.
- Заземляющие проводники. Соединительные линии, предназначенные для подключения электроустановок непосредственно к заземлителю, или внутреннему контуру заземления.
Рассмотри эти компоненты подробнее.
Внешний, или наружный контур
Монтаж контура заземления зависит от внешних условий. Прежде чем начать расчет, и выполнить проектный чертеж, необходимо знать параметры грунта, в котором будут установлены заземлители. Если вы сами строили дом, эти характеристики известны. В противном случае лучше вызвать геодезистов, для получения заключения по грунту.
Какие бывают грунты, и как они влияют на качество заземления? Примерное удельное сопротивление каждого типа грунта. Чем оно ниже, тем лучше проводимость.
- Глина пластичная, торф = 20–30 Ωм·м
- Суглинок пластичный, зольные грунты, пепел, классическая садовая земля = 30–40 Ом·м
- Чернозем, глинистые сланцы, полутвердая глина = 50–60 Ом·м
Это лучшая среда для того, чтобы установить наружный контур заземления. Сопротивление растекания тока будет достаточно низким даже при малом содержании влаги. А в этих грунтах естественная влажность обычно выше среднего.
- Полутвердый суглинок, смесь глины и песка, влажная супесь - 100–150 Ом·м
Сопротивление немного выше, но при нормальной влажности параметры заземления не выйдут за нормативы. Если в регионе установки установится продолжительная сухая погода, необходимо принимать меры к принудительному увлажнению мест установки заземлителей.
- Глинистый гравий, супесок, влажный (постоянно) песок = 300–500 Ом·м
Гравий, скала, сухой песок – даже при высокой общей влажности, заземление в такой почве будет неэффективным. Для соблюдения нормативов, придется устанавливать глубинные заземлители.
Важно! Неверный расчет контура заземления, игнорирование параметров, часто приводят к печальным результатам: поражение электротоком, выход из строя оборудования, возгорание кабеля.
Многие владельцы объектов, экономя «на спичках», просто не понимают, для чего нужен контур заземления. Его задача при соединении фазы с землей обеспечить максимальную величину тока короткого замыкания. Только в этом случае быстро сработают устройства защитного отключения. Этого невозможно достичь, если сопротивление растекания тока будет высоким.
Определившись с грунтом, вы сможете выбрать тип, и самое главное - размер заземлителей. Предварительный расчет параметров можно выполнить по формуле:
Расчет приведен для вертикально установленных заземлителей.
Расшифровка величин формулы:
- R0 - полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
- Рэкв - удельное сопротивление грунта, см. информацию выше.
- L - общая длина каждого электрода в контуре.
- d - диаметр электрода (если сечение круглое).
- Т - вычисленное расстояние от центра электрода до поверхности земли.
Задавая известные данные, а также меняя соотношение величин, вы должны добиться значения для одного электрода порядка 30 Ом.
Если установка вертикальных заземлителей невозможна (по причине качества грунта), можно рассчитать величину сопротивления горизонтальных заземлителей.
Важно! Монтаж горизонтального контура более трудоемок и связан с повышенным расходом материала. К тому же, такое заземление сильно зависит от сезонной погоды.
Поэтому лучше потратить больше времени на забивание вертикальных стержней, чем следить за барометром и влажностью воздуха.
И все же приводим формулу расчета горизонтальных заземлителей.
Соответственно, расшифровка дополнительных величин:
- Rв - полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
- b - ширина электрода - заземлителя.
- ψ - коэффициент, зависящий от погодного сезона. Данные можно взять в таблице:
- ɳГ - так называемый коэффициент спроса горизонтально расположенных электродов. Не вдаваясь в подробности, получаем цифры из таблицы на иллюстрации:
Предварительный расчет сопротивления необходим не только для правильного планирования закупок материала: хотя будет обидно, если вам не хватит для завершения работ, пары метров электрода, а до магазина несколько десятков километров. Более-менее аккуратно оформленный план, расчеты и чертежи, пригодятся для решения бюрократических вопросов: при подписании документов о приемке объекта, или составлении ТУ с компанией энергосбыта.
Разумеется, никакой инженер не подпишет бумаги только на основании пусть и красиво исполненных чертежей. Будут произведены замеры сопротивления растекания.
Технология проведения работ
Выбираем место размещения заземлителей. Разумеется, недалеко от дома (объекта), чтобы не пришлось прокладывать длинный проводник, который придется механически защищать. Желательно, чтобы вся площадь контура находилась на территории, которую вы контролируете (являетесь собственником). Чтобы в один прекрасный момент, ваша защитная «земля» не была выкопана пьяным экскаваторщиком. Так что забивать штыри за забором не будем.
Подойдет огород (за исключением картофельной грядки), палисадник, клумба возле дома. Возделываемые участки предпочтительнее, они регулярно поливаются. А дополнительная влага в земле пойдет на пользу заземлению. Если ваш грунт обладает низким удельным сопротивлением - можно установить заземление на площадке, которая затем будет покрыта асфальтом или плиткой. Под искусственным покрытием земля не пересушивается. Да и риск повредить контур заземления минимален.
Разумеется, необходимо учитывать дальнейшие планы. Если в месте установки контура через год появится гараж со смотровой ямой - лучше сразу выбрать место поспокойнее.
В зависимости от формы площадки, выбираем порядок расположения электродов: в линию, или треугольником.
Важно! Вне зависимости от расположения, вертикальных заземлителей должно быть не менее трех.
Если выбран треугольник - размечаем площадку соответствующей формы со сторонами 2.5–3 метра. Копаем траншею в форме равностороннего треугольника на глубину 70–100 см, шириной 50–70 см. Мы знаем, что все заземлители соединяются между собой. Проводник должен быть углублен на расстояние не менее 50 см, с учетом минимального уровня грунта (например, вскопка грядки). Если сверху будет уложено покрытие - его толщина в расчет не берется. Только чистый грунт.
Можно выбрать весь грунт, не только по периметру траншеи. Получится треугольная яма глубиной 0.7–1.0 м. Готовый контур можно будет засыпать грунтом с низким удельным сопротивлением. Например, золой или пеплом. Соли проникнут в землю, и будут способствовать снижению общего сопротивления растекания тока.
После чего, по углам ямы (траншеи) начинаем забивать электроды.
Параметры заземлителей (рассматриваем вертикальное расположение)
- Сталь без гальванического покрытия:
Круг - диаметр 16 мм.
Труба - диаметр 32 мм.
Прямоугольник или уголок - площадь поперечного сечения 100 мм².
- Сталь оцинкованная
Круг - диаметр 12 мм.
Труба - диаметр 25 мм.
Прямоугольник или уголок - площадь поперечного сечения 75 мм².
Круг - диаметр 12 мм.
Труба - диаметр 20 мм.
Прямоугольник или уголок - площадь поперечного сечения 50 мм².
Грунт должен плотно облегать металлическую поверхность заземлителя. Красить электроды запрещено!
А как быть, если по расчетам длина каждого из трех электродов превышает 1.5–2 метра? Есть небольшие секреты.
Соединяем электроды проводником. Если арматура стальная - лучше всего подойдет сварка. Медные стержни соединяются болтовой стяжкой, проводник должен иметь сечение не менее 30% от сечения электродов.
После сборки контура, проводим замеры сопротивления растекания тока. Требования к контуру заземления для индивидуального жилья - 10 Ом. Измерение лучше доверить сертифицированным специалистам, у которых имеется соответствующее оборудование. Тем более, что при получении ТУ от энергетиков, вам все равно придется представить систему заземления для измерений. Если сопротивление выше нормы - добавляем электроды и привариваем их к контуру. Пока не получим норму.
Контур заземления внутри объекта
Как правило, это стальная шина, проложенная открытым способом по внутренней поверхности стен, вблизи пола.
В индивидуальных жилых домах монтаж внутреннего контура заземления не проводится. По причине невысокого класса опасности помещения, и небольшого количества электроустановок. Вместо внутреннего контура устанавливается заземляющий щиток, или главная заземляющая шина (ГХШ).
Щиток соединяется либо с внутренним контуром (как на иллюстрации), либо с помощью проводника с внешним контуром заземления. Непосредственно от щитка выполняется разводка проводников защитного заземления по электроустановкам. Часто вместо щитка заземления, может применяться контактная колодка «PE», непосредственно во входном щите квартиры.
Итог
Мы подробно рассмотрели, что такое контур заземления, для чего он нужен, и каким он должен быть согласно ПУЭ. Самостоятельная установка не снижает ответственности: от выполнения требований безопасности зависит ваша жизнь, и жизнь домочадцев.
Видео по теме
Соблюдение правил электрической безопасности защищает здоровье жильцов и сохраняет в исправность бытовых приборов при авариях в системе энергоснабжения.
Сейчас очень много статей и видеороликов о том, как можно сделать заземление в частном доме своими руками. Средства интернет позволяют людям высказывать свое мнение, зачастую довольно ошибочное.
В этой статье я показываю 2 варианта схем разных конструкций, основанных на научных рекомендациях со ссылками на нормативные документы.
Какие электрические характеристики обеспечивают безопасную работу контура заземления
Защитная функция контура основана на том явлении, что аварийный ток стекает по пути наименьшего сопротивления.
На корпусе любого бытового прибора из-за повреждения изоляции может появиться потенциал фазы. В старой системе заземления TN-C он станет стекать через тело прикоснувшегося человека.
Тяжесть электротравмы зависит от многих факторов, но может привести и к фатальным последствиям.
В схеме электропитания TN-S искусственно созданный РЕ проводник через контур заземления отводит опасный потенциал, защищает человека от поражения током.
Для оптимальной работы схемы необходимо учесть:
- сопротивление растеканию;
- напряжения прикосновения и шага;
- состояние грунта по его удельному сопротивлению;
- электрические характеристики выбранных материалов и их стойкость к воздействию агрессивной среды почвы;
- конструкцию контура, которая должна быть просчитана по нормативам и проверена электрическими замерами высокоточными приборами.
Сопротивление заземляющего устройства в электроустановках до 1000 В: из каких составляющих оно складывается
Любой контур заземления состоит из вертикальных или горизонтальных заземлителей (электродов), расположенных в земле. Через создаваемый ими контакт протекает аварийный ток.
Вертикальные электроды заглублены в почву, разнесены на определенное расстояние, объединены горизонтальным заземлителем, подключенным к главной шине здания.
Для частного дома редко используется один вертикальный заземлитель по причине противодействия сопротивления растеканию тока.
Допустим, что имеется сооружение с подключенным к нему одним вертикальным электродом, расположенным в почве. На главную шину организовано металлическое короткое замыкание. проводника пренебрегаем для упрощения.
На границе определенной площади, называемой зоной растекания, напряжение уменьшается практически до нуля от своего максимального значения. Таким способом мы получили точки нулевого потенциала, находящиеся с противоположных сторон электрода, на которых U=0.
Сопротивление заземляющего устройства Rз - это сопротивление участка земли между точками нулевого потенциала. Оно вычисляется по формуле Rз=Uф/Iкз.
На его величину очень слабо влияет сопротивление металлических частей заземлителей с шиной и контакты электродов с землей - они очень маленькие. Вопрос его снижения решается за счет изменения конструкции контура и характеристик грунта.
Улучшить этот показатель можно установкой дополнительного электрода. Однако монтировать его следует определенным образом.
Если два электрода разместить рядом, то площадь зоны растекания практически не меняется. Ток короткого замыкания стекает на том же участке грунта. Поэтому заземлители необходимо разнести на большее расстояние.
При этом ток КЗ станет стекать с каждого электрода, разделяясь на два потока, а между ними образуется пространство, где они оказывают влияние друг на друга. Оно называется зоной экранирования. Для оценки его характеристик введены поправочные коэффициенты.
Второй способ улучшения сопротивления заземляющего устройства основан на увеличении длины вертикального электрода и его заглублении в грунт до 30 метров. Технология этого метода приведена в конце статьи.
Несколько вертикальных электродов привариваются в почве к металлической полосе (горизонтальному заземлителю). Он тоже оказывает влияние на стекание аварийного тока, оценивается по индивидуальному коэффициенту.
Его величина зависит от количества электродов в контуре и отношения расстояния между ними к их длине. Данные сведены в таблицу.
Таким образом, электрические характеристики создаваемого контура сильно зависят от конфигурации и расположения вертикальных и горизонтальных заземлителей, их заглубления в грунт.
Владельцу частного дома необходимо оценивать сопротивление заземляющего устройства в электроустановках до 1000 В и делать предварительный расчет на бумаге до начала сборки конструкции. Для этого требуется представлять, из каких процессов берутся параметры, задаваемые в проекте.
Напряжение прикосновения и шага: что это такое и как оно влияет на расчет контура заземления
Описывает пункт ПУЭ 1.7.24. Его величина заложена в формулы для расчета сопротивления контура заземления.
Представим, что на корпусе какого-то оборудования появился фазный потенциал U и к нему прикоснулся человек с сопротивлением тела R.
Через него начнет стекать ток Iт, который определяется по закону Ома. Величина приложенного напряжения зависит от места создания контакта, удаления от максимальной величины U, обозначается термином прикосновения (Uпр).
Поскольку от Uпр зависит безопасность человека, то на него введены строгие нормативы. При создании электрического проекта на объект в него закладывают жесткие ограничения, влияющие на безопасность. Они учтены в допустимых параметрах сопротивления заземляющего устройства.
Еще один ряд факторов, влияющий на расчет контура - учет тех процессов, которые протекают непосредственно на грунте при стекании аварийного тока, распределяющегося внутри той зоны, где может случайно оказаться человек. Их учитывает напряжение шага.
В эпицентре разряда приложено максимальное напряжение, а его величина постепенно снижается с увеличением расстояния до нуля. Когда в этой зоне будет двигаться человек, то между его ногами возникнет разность потенциалов.
Она возрастает при приближении к месту разряда, а при определенных условиях может привести к электротравме: чем ближе к центру, тем опаснее.
Термин напряжения шага Uш заложен в пункт ПУЭ 1.7.25. Он строго нормируется формулами расчета проекта заземляющих устройств.
На промышленных объектах обычно применяются дорогие специальные защиты, быстро отключающие аварийные режимы, когда напряжению шага остается возможность проявить себя очень короткое время.
В частном доме таких устройств нет. Поэтому к качеству контура предъявляются повышенные требования. Владельцу необходимо продумать место его расположения и трассу прохождения горизонтального заземлителя.
Напряжение прикосновения и шага стремятся сделать настолько минимальными, насколько они могут обеспечить повышенную безопасность человека. Они учитываются нормативами ПУЭ.
Какие нормы по сопротивлению растекания заложены в ПУЭ и почему
Для создания надежного контура частного дома следует понимать, что он работает не сам по себе, а в составе всей системы заземления электроустановки, начиная от промышленной трансформаторной подстанции.
Безопасность зависит от типа нейтрали ТП и быстроты ликвидации аварийных ситуаций.
На промышленных объектах, требующих оперативного отключения аварий, создается эффективно заземленная нейтраль, позволяющая при однофазных замыканиях на землю быстро отключать токи КЗ. Для этого ее сопротивление, с учетом влияния всех естественных и искусственных заземлителей, не должно превышать 0,5 Ома. (Пункт 1.7.90.)
Бытовая электрическая сеть 380/220 вольт обычно создается с глухозаземленной нейтралью. Ее безопасность в какой-то части может улучшить разделительный трансформатор.
За ним создается сеть с изолированной нейтралью. Но мы сейчас рассматриваем другой вопрос.
Трансформаторная подстанция, подключенная по обычной схеме с заземленной нейтралью, должна работать в режиме, предусмотренном пунктом ПУЭ 1.7.101.
Это значит, что при питании частного дома напряжением 380/220 вольт общее сопротивление всей цепочки заземляющих устройств должно укладываться в норматив менее 4 Ома. На эту величину оказывают влияние все повторные заземлители ВЛ и естественные заземления.
К последним относят железобетонные фундаменты зданий и другие, закопанные в грунт металлические конструкции. Их задача - длительно обеспечивать электрический контакт с землей.
Повторные заземлители линии распределяются по опорам ВЛ для обеспечения достаточной величины тока однофазного замыкания, которую должна почувствовать токовая защита. Они же ставятся на вводе в здание.
Все эти заземления должны в комплексе обеспечить величину сопротивления 0,4 Ома на трансформаторной подстанции.
Когда ВЛ и ТП введены в эксплуатацию, то любое смонтированное на них заземление находится в работе. Измерить отдельно его сопротивление невозможно и очень опасно: оно является частью электрической цепи.
Теперь продолжим рассмотрение пункта ПУЭ 1.7.107. для заземляющего устройства частного дома. Здесь уже приводятся другие нормативы.
Для создаваемого нами заземлителя введена величина 30 Ом. Контур заземления можно отключить от ГЗШ и замерить его сопротивление. Понимаем, что в работе оно участвует со всеми повторными и естественными заземлителями схемы и обеспечивает 4 Ома для трансформатора на КТП.
Но не все так просто. Нам потребуется выполнить еще одно условие безопасности: сопротивление ближайшего повторного заземлителя должно составить 10 Ом. Об этом говорит пункт ПУЭ 1.7.103.
Однако обеспечить эти 10 и 30 Ом простыми способами не всегда возможно из-за физического состояния грунта.
Виды грунтов и их удельное сопротивление: что требует обязательного учета
Наш контур будет забит в землю, которая служит проводником электрического тока. Ее проводимость зависит от многих факторов и нормируется величиной удельного сопротивления.
Например, скальный грунт имеет очень плохие характеристики. Работать на нем - плохая затея. Нормируемые параметры и возможные пределы их отклонения помещены в таблицу.
Сведения эти представлены как ориентировочные для проведения приблизительного расчета. При создании проекта контура их желательно уточнить на конкретной местности.
Чем влажнее почва и больше в ее состав входит различных солей, тем лучше ее удельное сопротивление. Однако солевые растворы - это агрессивная среда, вызывающая коррозию металлов.
Именно постоянные колебания влаги, зависящие от времени года и погодных условий, вызывают большие отклонения удельного сопротивления от средней величины.
В мороз вода превращается в лед, а он довольно плохо проводит электрический ток. Во время жары почва высыхает. Зима и лето - самые неблагоприятные периоды для работы контура заземления.
Поэтому эти времена года используются для проведения контрольных замеров сопротивлений растекания.
Грунт не обладает однородной структурой. При заглублении в почву могут встретиться всякие сюрпризы. Предвидеть их нереально. Особенно при большой глубине.
Например, сверху почвы может быть слой чернозема, а под ним суглинок или супесок, камни.
Приблизительно оценить состав грунта можно самостоятельно. Для этого берут с глубины порядка метра его кусочек и пытаются скатать «колбаску» между ладонями. Если ее толщина соответствует спичке, то это глина.
Из песка скатать ничего не получится, он рассыпается. Из суглинка можно сделать колбаски толщиной порядка сантиметра. Супесок скатывается чуть большими кусочками и сразу разваливается.
Метод приблизительный, но он позволяет получить данные для расчета проекта. Более точно эти результаты обеспечивают приборы, предназначенные для измерения электрического сопротивления грунтов. Ими занимаются специалисты электролабораторий.
Поскольку удельное сопротивление грунта сильно зависит от сезона, то для более точного расчета контура введены сезонные коэффициенты, учитывающие еще и четыре района проживания.
Требования к материалам для контура заземления, которые надо знать обязательно
Качественный электрический контакт между металлом электродов и почвой создается не за счет закапывания конструкции, а при забивании стержней в землю, когда грунт уплотняется при вдавливании.
Электроды должны хорошо выдерживать ударные механические нагрузки при монтаже схемы, входить в грунт без деформации и сохранять свои электрические характеристики десятилетиями в условиях действия на них агрессивной почвенной среды.
К выбору заземлителей предъявляются строгие нормативы по виду металлов и их габаритов. Предельно допустимые минимальные размеры электродов опубликованы таблицей ПУЭ.
Уменьшать сечение материалов нельзя, а выбирать толще не рационально.
Для вертикальных заземлителей обычно используется труба, пруток и уголок, а горизонтальных - та же полоса или пруток. Их поперечное сечение должно соответствовать требованиям таблицы 1.7.104.
Конструкция контура предназначена для создания электрического контакта с грунтом даже при коррозии металла. Защищать его красками нельзя.
Окончательная сборка электродов осуществляется сваркой, а ее
шов довольно быстро ржавеет и разрушается. Поэтому его надо покрывать защитным
слоем битумного лака.
Металл соединительной полосы, расположенный на открытом воздухе, к которому подключают отвод на главную защитную шину, тоже нужно покрасить.
Как рассчитать контур заземления: пошаговая инструкция
Проект создается в несколько этапов.
Шаг №1. Выбор материала
Металл и его профиль выбирают по вышеприведенной таблице 1.7.104. При изготовлении используют те материалы, которые имеются в наличии или проще всего приобрести в конкретной местности. Главное условие - соблюсти требуемое сечение.
Шаг №2. Определение конструкции
Здесь задаемся:
- глубиной забивки вертикальных заземлителей H;
- расстоянием между ними D;
- их количеством N.
Расчет предполагает их расположение в линию, а не треугольником, когда увеличивается зона экранирования. Но при необходимости этот вариант можно легко пересчитать.
Направление линии выбирается с учетом местных условий так, чтобы она не пересекалась с другим магистралями, например, канализацией, водопроводом, подводом газа.
Глубину забивки определяют опытным путем на одном контрольном экземпляре. Для него выкапывают ямку глубиной 0,7 метра и в нее загоняют пробный стержень.
При этом оценивают затрачиваемое усилие и особенности технологии. Если залить в ямку ведро воды и дать ее впитаться в грунт хотя бы полчаса, то забивка потребует меньших физических усилий.
Расстояние между вертикальными электродами выбирают кратно их длине: это позволяет лучше учитывать коэффициенты взаимного влияния.
Количество вертикальных заземлителей определяет длину соединительной полосы с учетом участка подвода к дому, а ее характеристики тоже закладывают при расчете конструкции.
Когда конфигурация и размеры выбраны, то приступают к следующему этапу.
Шаг №3. Расчет электрического сопротивления выбранного контура
Вычисления по математическим формулам позволяют предварительно оценить собираемую конструкцию. Если она укладывается в норматив, то можно приступать к ее изготовлению. В противном случае вносятся коррективы схемы увеличением числа электродов, их заглублением или повышением расстояний.
Вначале считают сопротивление одиночных заземлителей с учетом их формы и способа заглубления.
Когда расчет выполнен и проверен, то приступают к определению специальных коэффициентов использования. Они учитывают степень экранирования и взаимного влияния электродов.
Привожу их наиболее распространенную часть таблицей.
После определения коэффициентов влияния можно приступать к общему расчету сопротивления заземляющего устройства. Привожу формулу.
Полученный результат может уложиться в нормируемые 30 Ом или быть выше. Если он не удовлетворяет требованиям ПУЭ, то потребуется что-то добавить в конструкцию или изменить размеры. После этого необходимо сделать новый расчет и добиться положительного результата.
Вычисления можно вести вручную по формулам на бумаге или воспользоваться онлайн калькулятором, приложенным ниже.
