Нужно ли делать заземление?

Что такое защитное заземление и как его устраивать

Часть 1

МАРК РОМАНОВИЧ НАЙФЕЛЬД

1959 год
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО, МОСКВА / ЛЕНИНГРАД

В брошюре приводятся основные понятия о назначении защитных заземлений в электрических установках переменного тока напряжением до 35 кв и их устройстве. Приводятся краткие сведения по расчету и эксплуатации заземляющих устройств.
Брошюра предназначена для квалифицированных рабочих-элетриков, окончивших 7—10 классов средней школы.

Часть 1

1. Введение

2. Защитное заземление в сети c изолированной нейтралью

3. Заземляющее устройство

4. Напряжение шага. Напряжение прикосновения. Выравнивание потенциалов

5. Защитное заземление в сети с заземленной нейтралью (зануление)

6. В каких случаях требуется заземление

Часть 2

7. Сопротивления заземляющих устройств

8. Влияние характера грунта и его состояния на сопротивление растеканию заземлителей

9. Естественные заземлители и заземляющие контуры

10. Заземляющие проводники

Часть 3

11. Прокладка заземляющих проводников, соединения и присоединения

12. Пример расчета заземляющего устройства

13. Правильная эксплуатация — основа безопасности

14. Измерение сопротивления заземляющих устройств

1. ВВЕДЕНИЕ

Потребление электроэнергии находит все большее развитие в промышленности, на транспорте, в коммунальном хозяйстве, в быту и других областях.

Производство электроэнергии в Советском Союзе в 1958 г. составило 233 млрд. квт·ч. Для сравнения напомним, что в дореволюционной России в 1913 г. производство электроэнергии составляло всего 1,94 млрд. квт·ч. Таким образом, производство электроэнергии с 1913 по 1958 г. возросло в 120 раз. В 1956 г. расход электроэнергии на одного рабочего составлял 8498 квт·ч. Считается, что мировое потребление электроэнергии возрастает более чем в 2 раза через каждые 10 лет. У нас в Советском Союзе темпы роста значительно выше.

При таком широком применении электроэнергии особое значение имеет обеспечение безопасности при эксплуатации электрических установок и пользовании электрическими приемниками — двигателями, осветительными приборами, всякого рода аппаратами и другими устройствами.

Несоблюдение правил устройства электрических установок, правил их эксплуатации, неосторожное обращение с электроприемниками, прикосновение к токоведущим частям, дефекты конструкции электроприемников — все это может привести к тяжелым поражениям от электрического тока (ожоги, ослепление от дуги и т. п.) и даже к смертельным случаям.

Поражения и травмы от электрического тока могут произойти под воздействием как высоких, так и низких напряжений. Большинство несчастных случаев происходит при напряжениях 380 и 220 в (вольт), как наиболее распространенных и с которыми часто имеют дело люди, не имеющие специальной подготовки.

Таким образом, осторожное обращение с электрическими устройствами требуется всегда. При работе в особо неблагоприятных условиях, например вблизи металлических масс, в целях обеспечения безопасности для переносных электроприемников применяются пониженные напряжения 36 и 12 с.

Сопротивление человеческого тела не является величиной определенной и может иметь широкие пределы колебаний от примерно 1 000 (и ниже) до нескольких десятков тысяч ом. Оно зависит от многих условий, в частности от состояния и сопротивления кожи в месте прикосновении (сухая, влажная, наличие повреждений верхнего рогового слоя), размера поверхности прикосновения и характера его (плотный охват или случайное кратковременное прикосновение), величины приложенного напряжения и других факторов. Эти причины определяют величину тока через тело человека.

Один и тот же ток воздействует на разных людей в разной степени, а также различно на одного и того же человека в зависимости от его состояния в момент поражения. Во всяком случае токи порядка 30-40 ма (миллиампер) уже могут быть опасными для жизни (имели место случаи смертельных поражений и при более низких значениях тока) и вызывать паралич дыхания и нарушения деятельности сердца.

В ряде случаев поражения электрическим током может наступить так называемая «мнимая смерть» — состояние, когда в течение некоторого времени после поражения путем применения искусственного дыхания может быть восстановлена деятельность сердца и легких.

Одна из причин поражения электрическим током — повреждение изоляции электроприемников. При таком повреждении прикосновение к металлическому корпусу электроприемника равносильно прикосновению к голым токоведущим частям.

Чтобы защитить людей от поражения электрическим током при повреждениях изоляции, корпусы электрических приемников заземляются.

Рассмотрим, в чем состоит смысл такого заземления, которое называется защитным, и как его нужно устраивать, чтобы обеспечить необходимую безопасность. При этом будем рассматривать отдельно сети с изолированной и заземленной нейтралью, так как условия устройства заземлений в них различны.

У нас в Советском Союзе сети 3, 6, 10 и 35 кв (киловольт, т. е. тысяч вольт) работают с изолированной ней

тралью трансформаторов и генераторов. Сети 380 и 220 в могут работать как с изолированной, так и с заземленной нейтралью, однако наиболее распространенные четырехпроводные сети 380/220 и 220/127 в в соответствии с требованиями «Правил устройства электро-установок» должны иметь заземленную нейтраль.

2. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

На рис. 1 изображена схема сети трехфазного тока, питаемой от трансформатора с изолированной нейтралью. Для простоты на рисунке показана только одна вторичная обмотка трансформатора. Она изображена соединенной в звезду, однако все сказанное ниже относится также к случаю соединения обмотки в треугольник.

Как бы хороша ни была в целом изоляция токоведущих частей сети от земли, все же проводники сети имеют связь с землей. Связь эта— двоякого рода.

Рис. 1. Схима сети трехфазного тока с изолированной нейтралью.

1. Изоляция токоведущих частей имеет определенное сопротивление по отношению к земле, его обычно выражают в мегомах (Мом или 1 000 000 ом). Это означает, что через изоляцию проводников и землю протекает ток некоторой величины. При хорошей изоляции этот ток весьма мал.

Допустим, например, что между проводником одной фазы сети и землей напряжение равно 220 в, а измеренное мегомметром сопротивление изоляции этого провода равно 0,5 Мом. Тогда ток на землю этой фазы равен а (а — ампер) или 0,44 ма. Этот ток называется током утечки.

Условно для наглядности на схеме сопротивления изоляции трех фаз rА, rB, rC изображаются в виде сопротивлений, присоединенных каждое к одной точке провода. На самом деле токи утечки в исправной сети раслределяются равномерно по всей длине проводов; в каждом участке сети они замыкаются через землю.

2. Связь второго рода образуется емкостью между проводниками сети и землей. Как это понимать?

Каждый проводник сети и землю можно представить себе как две обкладки протяженного конденсатора. В воздушных линиях проводник и земля—обкладки конденсатора, а воздух между ними-—диэлектрик. В кабельных линиях обкладками конденсатора являются жила кабеля и металлическая оболочка, соединенная с землей, а диэлектриком— изоляция между жилами. При переменном на-

Рис. 2. Замыкание на землю в сети с изолированной нейтралью.

пряжении изменение зарядов конденсаторов вызывает возникновение соответствующих переменных токов. Эти так называемые емкостные токи в исправной сета также равномерно распределены по длине проводов и в каждом отдельном участке замыкаются через землю. На рис. 1 сопротивления емкостей трех фаз на землю хA, хB и хC также условно показаны присоединенными каждое к одной точке сети.

Посмотрим, что же произойдет в изображенной на рис. 1 сети, если в одной из фаз (например, A) произойдет замыкание на землю, т. е. провод этой фазы будет соединен с землей через относительно малое сопротивление.

Такой случай изображен на рис. 2. Поскольку сопротивление между проводом фазы А и землей мало, то токи утечки и емкостные токи на землю этой фазы заменяются током замыкания на землю. Теперь под воздействием линейного напряжения сети Uл через место замыкания и землю будут протекать токи утечки и емкостные токи двух исправных фаз, как показано стрелками на рисунке.

Замыкание, показанное на рис. 2, называется одно-фазным замыканием на землю, а возникающий при этом аварийным ток — током однофазного замыкания.

Представим себе теперь, что однофазное замыкание вследствие повреждения изоляции произошло не непосредственно на землю, а в каком-нибудь электроприемнике — электродвигателе, аппарате, либо на конструкцию, по которой проложены электрические провода, на ограждение электропроводок и т. д. Такое замыкание называется замыканием на корпус.

Рис. 3. Замыкание на корпус в сети с изолированной нейтралью при отсутствии заземления.

Если при этом электроприемник или конструкция выполнены из металла и не соединены надежно с землей (рис. 3), то корпус приобретает потенциал фазы сети или близкий к нему. Прикосновение к корпусу равносильно прикосновению к фазе. Через тело человека, его обувь, пол, землю, сопротивления утечки и емкостные сопротивления других фаз образуется замкнутая цепь (для простоты на рис. 3 емкостные сопротивления не показаны). Ток в этой цепи зависит от ее сопротивления и может нанести человеку тяжелое поражение или оказаться для него смертельным.

Из сказанного следует, что для протекания тока через землю необходимо наличие замкнутой цепи (иногда представляют себе, что ток «уходит в землю» — это неверно).

Чтобы предотвратить поражения людей при замыканиях на корпус, все корпуса электроприемников, металлические конструкции и т. п., которые могут оказаться из-за повреждения изоляции под опасным напряжением, должны быть заземлены (рис. 4).

Как видно из рис. 4, при наличии заземления человек, прикасающийся к заземленному корпусу, оказавшемуся под напряжением, присоединен параллельно к цепи замыкания на участке между корпусом и землей.

Назначение защитного заземления заключается в том, чтобы создать между корпусом защищаемого устройства и землей электрическое соединение достаточно малого сопротивления, для того чтобы в случае замыкания на корпус прикосновение к последнему человека (параллельное присоединение) не могло вызвать через его тело ток такой величины, который угрожал бы его жизни или здоровью.

Рис. 4. Заземление электроприемника.

Рис. 5. Прикосновение к токоведущему проводнику при наличии в сети «земли».

Отсюда следует, что для обеспечения безопасности пригодно не всякое заземление, а только имеющее достаточно малое сопротивление.

Если заземление выполнено в соответствии с требованиями «Правил», т. е. с достаточно малым сопротивлением (об этом см. ниже в § 7), то непосредственной опасности при прикосновении к заземленному корпусу не возникает.

В сетях с изолированной нейтралью отключение поврежденного участка сети при однофазных замыканиях на землю или корпус (т. е. при наличии «земли» в сети) обычно не применяется, и установка при наличии такого замыкания (о чем сигнализируют приборы контроля изоляции) может продолжать работать. Однако сеть с наличием в ней однофазного замыкания все же должна рассматриваться как находящаяся в аварийном состоянии, так как общие условия безопасности при таком состоянии сети резко ухудшаются. Так, наличие «земли» увеличивает опасность поражения электрическим током, даже при исправном заземлении. Это видно, например, из рис. 5, где показано протекание тока поражения при случайном прикосновении к токоведущему проводу и не устраненной «земле» в сети.

Помимо того, напряжения неповрежденных фаз по отношению к земле возрастают до линейных и способствуют возникновению второго замыкания на землю в другой фазе.Образовавшееся двойное замыкание на землю представляет собой для человека более серьезную опасность по сравнению с однофазным замыканием.

Поэтому однофазное замыкание на землю и на корпус должно устраняться в кратчайший срок.

В некоторых случаях для обеспечения безопасности приходится применять, кроме заземления, еще дополнительные меры (быстродействующее отключение, выравнивание потенциалов). Так, при особо неблагоприятных условиях (например, в сырых местах — шахтах, на торфоразработках и-т. п.), а также на линиях, питающих особо ценные агрегаты, применяется специальная быстродействующая защита, отключающая аварийный участок при замыканиях на корпус (и непосредственно на землю).

Мы рассмотрели выше назначение защитных заземлений. В электрических установках имеют место и другие заземления, которые необходимы по условиям эксплуатации, например заземления разрядников, заземления нейтралей трансформаторов и др. В отличие от защитных они называются рабочими заземлениями.

3. ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Соединение заземляемых частей электроустановки с землей осуществляется при помощи заземлителей и заземляющих проводников.

Заземлители представляют собой металлические проводники (трубы, уголки, полосы), располагаемые в земле в определенных количестве и порядке.

Допустим, что в земле в точке О (рис. 6) находится за-землитель 3 в виде уголка и через этот заземлитель протекает ток однофазного замыкания на землю. Зададимся целью определить напряжения по отношению к земле на разных расстояниях от заземлителя. Если замерить напряжения между точками земли, находящимися на разных расстояниях в любом направлении от заземлителя, и точками нулевого потенциала, затем построить график зависимости этих напряжений от расстояния до заземлителя, то получится кривая, изображенная на рис. 6.

Из этой кривой видно, что напряжения по отношению к земле всех точек, расположенных от заземлителя на расстояниях, больших 20 м (точка М), близки к нулю.

Причина этого явления заключается в том, что сечение массива земли, через которое протекает ток замыкания на землю, по мере удаления от заземлителя быстро увеличивается; при этом происходит растекание тока в земле. На расстоянии более 20 м от заземлителя сечение массива земли настолько возрастает, что плотность тока становится весьма малой; напряжения между точками земли и точка-

Рис. 6. Напряжение по отношению к земле на различных расстояниях от заземлителя и напряжение шага.

ми, еще более удаленными, не обнаруживается сколько-нибудь ощутимо. Сопротивление, которое оказывает току земля на участке растекания, называется сопротивлением растеканию заземлителя. Его часто сокращенно называют сопротивлением заземлителя (не следует смешивать с сопротивлением заземлителя как проводника).

Заземляющие проводники соединяют заземляемые части электроустановок с заземлителями. В целом заземляющие проводники и заземлители образуют заземляющее устройство.

Сопротивление заземляющего устройства состоит, таким образом, из:

1) сопротивления растеканию заземлителя, в которое входит также сопротивление контакта между заземлителем и землей;

сопротивление контакта составляет незначительную часть сопротивления растеканию заземлителя; даже наличие на стальном заземлителе слоя окиси (ржавчины) не оказывает существенного влияния на сопротивление растеканию заземлителя;

2) сопротивления заземляющей сети, включающего в себя заземляющие проводники; в большинстве случаев оно составляет незначительную долю общего сопротивления заземляющего устройства.

Если обозначить сопротивление заземляющего устройства через RЗ (ом), а ток замыкания на корпус через IЗ (a), то напряжение корпуса по отношению к земле будет равно произведению IЗRЗ=UЗ(в).

Если, например, ток замыкания на землю в сети равен 15 а, а сопротивление заземляющего устройства 4 ом, то напряжение по отношению к земле UЗ равно 15·4 = 60 в.

4. НАПРЯЖЕНИЕ ШАГА. НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ. ВЫРАВНИВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ

Кривая на рис. 6 показывает, что напряжения по отношению к земле вблизи заземлителя при протекании через него тока замыкания на землю определяются точками А, Б, В, Г и т. д., а падения напряжения между этими точками — отрезками АД, БЕ, ВЖ и т. д. Таким образом, если разбить линию ОМ на участки длиной 0,8 м, что соответствует длине шага человека, то ноги его могут оказаться в точках разного потенциала. Чем ближе к заземлителю, тем напряжения между этими точками будут больше (АД > БЕ и БЕ > ВЖ) . Через тело человека может в таких случаях протекать ток, величина которого может оказаться опасной.

Напряжение, воздействию которого в подобном случае может подвергаться человек, называется напряжением шага (Uш). На рис. 6 справа показано в увеличенном масштабе напряжение шага, когда ноги человека захватывают участок, соответствующий точкам В и Г кривой.

Напряжение шага может возникнуть также при падении находящегося под напряжением провода на землю, вблизи него. Опасны такие случаи и для крупных животных—лошадей, коров, тем более (помимо других причин), что шаг их значительно больше шага человека. Поэтому при падении провода на землю необходимо отключать аварийную линию (если она не отключилась автоматически защитой), а до того не допускать приближения людей и животных к месту падения провода.

Прикасаясь к корпусу электроприемника с поврежденной изоляцией (рис. 4), человек может оказаться либо под полным напряжением корпуса по отношению к земле, т. е. напряжением IЗRЗ, либо под частью этого напряжения.

То напряжение, под которым оказывается человек в цепи замыкания, называется напряжением прикосновения Uпр

Напряжение прикосновения, близкое или равное полному напряжению корпуса по отношению к земле, может иметь место, например, если человек, прикасаясь к корпусу с поврежденной изоляцией, стоит непосредственно на земле в сырой или подбитой гвоздями обуви или, еще хуже, вовсе без обуви.

Более благоприятные условия создаются, например, если электрооборудование находится внутри заводского здания, содержащего большое количество станков, машин, трубопроводов, металлоконструкций и т. п., которые в большей или меньшей степени связаны между собой и с корпусами электрооборудования. При замыкании на корпус в каком-либо из электроприемников все указанные части получают примерно одинаковое напряжение по отношению к земле, равное произведению IЗRЗ. Поэтому все здание и, в частности, пол приобретают примерно равное напряжение по отношению к земле. В результате разность потенциалов между корпусом электроприемника и полом существенно уменьшается, происходит выравнивание потенциалов по всей площади помещения. Благодаря этому тело человека, находящееся в цепи замыкания между корпусом электроприемника и полом (рис. 4), оказывается под напряжением прикосновения Uпр, составляющим только часть полного напряжения по отношению к земле (IЗRЗ). Это значительно улучшает условия безопасности.

Степень выравнивания потенциалов зависит от насыщенности здания металлическими конструкциями и оборудованием, от конструкции здания; в железобетонных зданиях, имеющих также перекрытия из железобетона, происходит, например, выравнивание потенциалов, при котором напряжение прикосновения снижается в 2 и более раз. С этой точки зрения металлический пол, будучи связан с электрооборудованием и заземляющим устройством, дал бы наилучшее выравнивание потенциалов (но при этом не надо забывать, что хорошо проводящий и связанный с землей пол создает, с другой стороны, большую опасность при случайном прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением, так как при этом в цепи замыкания отсутствует благоприятный фактор — сопротивление пола).

Из сказанного следует, что фактор выравнивания потенциалов имеет первостепенное значение в обеспечении безопасности. В некоторых случаях добиться хороших условий безопасности только одним заземлением оборудования без выравнивания потенциалов было бы невозможно. Это относится, например, к установкам 110 кв, в которых токи однофазного замыкания достигают нескольких тысяч ампер.

5. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ В СЕТИ С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ (ЗАНУЛЕНИЕ)

Как было указано ранее, в четырехпроводных сетях 380/220 и 220/127 в в соответствии с требованиями «Правил» применяется заземление нейтралей (нулевых точек) трансформаторов или генераторов. Заземление в таких сетях имеет ряд особенностей.

Рассмотрим вначале трехпроводную сеть 380 или 220 в с заземленной нейтралью. Такая сеть изображена на рис. 7. Если человек прикоснется к проводнику этой сети, то под воздействием фазного напряжения Uф образуется цепь поражения, которая замыкается через тело человека, обувь, пол, землю, заземление нейтрали (см. стрелки). Та же цепь образуется, если человек прикоснется к корпусу с поврежденной изоляцией. Однако выполнить заземление в такой сети таким же образом, как и при изолированной нейтрали, нельзя.

Чтобы это понять, допустим, что такое заземление все же выполнено (рис. 8) и на установке произошло замыкание на корпус двигателя. Ток замыкания будет протекать через два заземлителя — электроприемника RзRв и нейтрали (см. стрелки).

По известному закону электротехники фазное напряжение сети Uф распределится между заземлителями Rз и R0 пропорционально их величинам, т. е. чем больше сопротивление заземлителя, тем больше будет падение напряжения в нем. Если, например, сопротивление R0=1 ом, Rз=4 ом, Uф=220 в, то падение напряжения распределится так:

на сопротивлении Rз будем иметь в;

на сопротивлении R0 будем иметь в;

Таким образом, между корпусом электродвигателя и землей возникает достаточно опасное напряжение. Человек,

Рис. 7. Прикосновение к проводнику в сети с заземленной нейтралью.

Рис. 8. Заземление электроприемника в сети с заземленной нейтралью.

прикоснувшийся к корпусу, может быть поражен электрическим током. Если будет иметь место обратное соотношение сопротивлений, т. е. R0 будет больше, чем Rз, опасное напряжение может возникнуть между землей и корпусами оборудования, установленного возле трансформатора и имеющими общее заземление с его нейтралью.

По указанной причине в установках с заземленной нейтралью напряжением 380 и 220 в применяется система заземления иного вида: все металлические корпуса и конструкции связываются электрически с заземленной нейтралью трансформатора через нулевой провод сети или специальный зануляющий проводник (рис. 9). Благодаря этому всякое замыканйе на корпус превращается в короткое замыкание, и аварийный участок отключается предохранителем или автоматом. Такая система заземления называется занулением.

Рис. 9. Зануление электроприемника в сети с заземленной нейтралью.

Таким образом, обеспечение безопасности при запулении достигается путем отключения участка сети, в котором произошло замыкание на корпус.

В дальнейшем будем применять общий термин «заземление», а термин «зануленне» будем применять, если речь идет об особенностях этой системы.

Так же как не всякое заземление обеспечивает безопасность, не всякое зануление пригодно для обеспечения безопасности; зануление должно быть выполнено так, чтобы ток короткого замыкания в аварийном участке достигал значения, достаточного для расплавления плавкой вставки ближайшего предохранителя или отключения автомата. Для этого сопротивление цепи короткого замыкания должно быть достаточно малым.

Если отключения не произойдет, то ток замыкания будет длительно протекать по цепи и по отношению к земле возникнет напряжение не только на поврежденном корпусе, но и на всех зануленных корпусах (так как они электрически связаны). Это напряжение равно по величине произведению тока замыкания на сопротивление нулевого провода сети или зануляющего проводника IзRп и может оказаться значительным по величине и, следовательно, опасным особенно в местах где отсутствует выравнивание потенциалов. Чтобы предупредить подобную опасность, необходимо точно выполнять требования «Правил» к устройству занулений (подробнее об этом см. § 11).

6. В КАКИХ СЛУЧАЯХ ТРЕБУЕТСЯ ЗАЗЕМЛЕНИЕ

В соответствии с требованиями «Правил» заземлять следует металлические нетоковедущие части электроустановок и оборудования во всех производственных помещениях и наружных установках, как-то:

а) корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т. п.;

б) приводы электрических аппаратов;

в) вторичные обмотки измерительных трансформаторов и трансформаторов местного освещения 36 в и корпуса последних;

г) каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков и шкафов;

д) металлические и железобетонные конструкции подстанций и открытых распределительных устройств, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки кабелей и проводов, стальные трубы электропроводки, металлические и железобетонные опоры воздушных линий и т. п.

Не требуется специально заземлять:

а) арматуру подвесных и штыри опорных изоляторов, кронштейны и осветительную арматуру при установке их на деревянных опорах и деревянных конструкциях открытых подстанций (дерево рассматривается как изоляция); однако заземление выполняется, если это требуется по условиям защиты от атмосферных перенапряжений (грозозащиты):

б) оборудование, установленное на заземленных металлических конструкциях при наличии на опорных поверхностях надежного электрического контакта (зачистка);

п) корпуса электроизмерительных приборов, реле и т. п., установленные на щитах, щитках, в шкафах;

г) кабельные конструкции, по которым проложены кабели любых напряжений с металлическими оболочками, заземленными с обоих концов линии;

д) рельсовые пути, если они выходят за территорию электростанций, подстанций, распределительных устройств;

е) съемные или открывающиеся части на металлических заземленных каркасах и в камерах распределительных^ устройств, на ограждениях, в шкафах и т. п.;

ж) металлические конструкции в помещениях аккумуляторных батарей при напряжении до 220 в включительно.

Заземление металлических частей электроустановок вообще не требуется:

а) при номинальном напряжении 380 в и ниже переменного тока и 440 в и ниже постоянного тока в сухих производственных помещениях без повышенной и особой опасности.

Помещения с повышенной опасностью в соответствии с „Правилами“ характеризуются наличием одного из следующих условий:

а) сырости или проводящей пыли;

б) токопроводящих полов (металлических, земляных, железобетонных, кирпичных и т. п.);

в) высокой температуры;

г) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования — с другой.

Помещения особо опасные характеризуются наличием одного из следующих условий:

а) особой сырости;

б) химически активной среды;

в) одновременного наличия двух или более условий повышенной опасности.

б) при номинальном напряжении сети ниже 127 в переменного тока и 110 в постоянного тока во всех помещениях (за исключением взрывоопасных; в последних заземление следует выполнять при любых напряжениях).

Как правильно сделать контур заземления в частном доме – расчёт схемы и монтаж

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: какую лучше сделать

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. 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.

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.

Что такое контур заземления: определение и устройство

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.

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.

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.

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:

1. Внешний контур должен располагаться на расстоянии не менее 1 м и не более 10 м от дома. Оптимальное расстояние 2-4 м от фундамента.
2. Заглубление электродов выбирается в пределах 2-3 м. На поверхности оставляется часть штыря длиной 20-25 см для соединения полосой.
3. От вводного щита до контура прокладывается шина сечением не менее 16 кв. мм.
4. Увязка электродов между собой обеспечивается только методом сварки. В щите соединение может производиться болтами.
5. 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:

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

Грунт	ρ экв, Ом·м
Торф	20
Почва (чернозем и др.)	50
Глина	60
Супесь	150
Песок при грунтовых водах до 5 м	500
Песок при грунтовых водах глубже 5 м	1000

Размеры и расстояния для заземляющих электродов

Количество электродов в контуре можно рассчитать по формуле, где:

Rн — максимально допустимое общее сопротивление контура (для сети 127-220 В – 60 Ом, для 380 В – 15 Ом), Ψ — климатический коэффициент (определяется по таблице 2).

Таблица 2

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. Штыри могут выполняться из таких материалов:

1. 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.
2. Уголок. Чаще всего применяется уголок размером 50х50 мм с толщиной стенки 4-5 мм. Нижняя часть заостряется для упрощения забивания.
3. 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:

1. Медная шина или провод сечением не менее 10 мм2.
2. Алюминиевая полоса или провод сечением не менее 16 мм2.
3. 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.

Как сделать монтаж контура заземления самостоятельно

Монтаж заземления можно сделать своими руками. Все шаги будут описаны ниже.

Выбираем место

Оно 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.

Земляные работы

Вдоль всей разметки копается траншея глубиной 0,5-0,6 м. Аналогичная траншея роется по ходу укладки шины, соединяющей контур с вводным электрошкафом.

Собираем конструкцию

Вначале, 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 дом

Шина 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 контроль

Контроль 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:

1. ZandZ – контур с одним или несколькими электродами из нержавеющей стали. Допускаемое заглубление — до 10 м. Цена зависит от длины штырей. Средняя цена комплекта с пятиметровыми электродами — 23500 рублей.
2. Galmar – имеет электроды длиной до 30 м. Средняя цена — 41000 рублей.
3. Elmast. Эта система изготавливается в России и адаптирована к российским условиям эксплуатации. Цена – от 8000 рублей.

Важно! На российском рынке представлено множество моделей, что позволяет сделать оптимальный выбор. Глубина забивания их электродов колеблется от 5 до 40 м. Ценовой диапазон – 6000-28000 рублей.

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:

1. Попытка защитить электроды от коррозии путем покраски. Такой способ недопустим, т.к. препятствует перетоку в землю.
2. Соединение стальной металлосвязи со штырями болтами. Коррозия достаточно быстро нарушает контакт между элементами.
3. Чрезмерное удаление контура от дома, что значительно увеличивает сопротивление системы.
4. Применение слишком тонкого профиля для электродов. Через небольшой промежуток времени коррозия вызывает резкое увеличение сопротивление металла.
5. 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.

Что делать если в квартире нет заземления?

Электричество характеризуется двумя основными параметрами: силой тока и напряжением. Всем известны последствия превышения силы тока (короткое замыкание) – от выхода из строя конкретного электроприбора до пожара в квартире или на лестничной клетке. Поскольку опасность от короткого замыкания очевидна, практически в каждой квартире в распределительном щитке установлена обычная пробка-автомат. Недостаток – электричество отключается при незначительной перегрузке. Преимущество – защита от последствий короткого замыкания.

А вот превышение напряжения – скрытая опасность. Большинство электроприборов имеют либо встроенный стабилизатор, который выравнивает напряжение, либо как в случае с нагревателями перепады напряжения в пределах 30% от нормы не сказываются на их работоспособности. А куда девается остаточный потенциал от высокого напряжения?

Если прибор заземлён – уходит в грунт. Если в квартире нет заземления – оседает на корпусе или накапливается на поверхности окружающих предметов. Если прикоснутся к такому предмету, статический потенциал переходит в электрический ток, который стремится по пути меньшего сопротивления, в этом случае, по человеческому организму.

Самые опасные незаземленные водонагревательные электроприборы, стиральные машины, электроплиты. Негласное правило, известное с советских времён, что около работающей электроплиты нужно стоять в обуви с резиновой подошвой и не брать металлические кастрюли двумя руками – написано кровью. Резина имеет высокое сопротивление, следовательно, поток электронов не стремится в землю через организм человека.

Естественно, это свидетельствует о ненадлежащем заземлении в те времена. Но ведь большинство проживает в тех же квартирах с той же проводкой, а современные бытовые электроприборы стали мощнее, соответственно, опаснее. Как сделать заземление квартиры в доме, сданном в эксплуатацию до 1998 года?

Понятие и виды

Самым нарочным примером заземления является громоотвод, проводящий электрический разряд по пути наименьшего сопротивления от наивысшей точки в почву, минуя системы электрокоммуникации здания. Для высоковольтных линий громоотводами являются опоры ЛЭП (линия электропередач), которые не дают возможность доставать грозовым разрядам до провода, тем самым создавать перепады напряжения в сети во время грозы.

Второй вид – УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений). Один электрод присоединён к низковольтному проводу, а другой заземлён. Пространство между электродами заполнено преимущественно инертным газом. При достижении определённого напряжения на 1–5%, ниже, чем максимальное при котором может функционировать тот или иной прибор, происходит пробой – напряжение выравнивается. УЗИПы используются для ликвидации остаточного напряжения на сетевых коммутационных кабелях.

Третий вид применяется для заземления в многоквартирном доме. В качестве заземления используется нулевой или дополнительный заземляющий провод, который подводится к каждому гнезду как дополнительный контакт розетке 220В или в случае промышленного 3-фазного напряжения 380В.

Заземление квартир и частных домов

Заземление дома можно провести самостоятельно, благо дело, природная земля (почва) находится в непосредственной близости. Достаточно провести ко всем розеткам в частном доме дополнительный защитный заземляющий провод площадью поперечного сечения 16 мм для алюминиевого или 10 мм для медного и заземлить его около распределительного щитка в почву на глубину не менее 1,5 м. В деревенской местности многие заземляют свой жилой дом таким способом.

А вот заземлить квартиру таким способом не удастся. Ну, где взять природную землю на четвёртом этаже? Некоторые «умельцы» в качестве заземления в старых домах использовали металлические элементы системы централизованного отопления или газоснабжения. Но после серии случаев поражения электротоком соседей, маленьких детей или взрывов в системе газоснабжения от такой практики отказались. Теперь заземление или зануление в квартире проводится только к распределительному щитку.

Как сделать заземление в квартире зависит уже от существующего заземления в многоквартирном доме. Заземление в многоквартирных домах проводится по трём схемам:

• TN-S – современный способ заземления, прописанный нормативом с 1998 года;
• TN-C-S – защитный заземляющий кабель проведён только к распределительному щитку;
• TN-C – в качестве заземления используется нулевой провод, который заземляется на трансформаторной подстанции, например, заземление в хрущёвке проводится по такому принципу.

Как же сделать заземление в квартире если его нет? Перед тем как сделать заземление в квартире своими руками нужно определиться со схемой заземления. Для этого нужно открыть распределительный щиток на лестничной клетке. Если по стояку проведён пятижильный провод, это как минимум TN-C-S, а это означает, что защитный заземляющий провод достаточно подсоединить к защитному проводу жёлтого-зелёного цвета.

Затем нужно перейти к распределительному щитку в квартире, если счётчик электроэнергии находится на лестничной клетке, то посмотреть на провода, идущие от него в квартиру. Если идёт 3 провода и один из них жёлтого-зелёного цвета, значит, в квартире используется современная схема заземления TN-S. В этом случае, вам не придётся озадачиваться вопросом, как правильно сделать заземление.

Важно! В больших современных квартирах 3 и больше комнат, в квартиру могут проводиться две фазы, соответственно, проводов будет больше. Главное наличие провода с жёлто-зелёной окраской.
Всё равно, перед тем, как подключать мощный электроприбор, потребляющий более 3,2 кВт/ч, проверьте заземление розетки. Возможно, был сделан незаземленный отвод через некоторое время после сдачи дома в эксплуатацию.

Если в общем распределительном щитке отсутствует защитный заземляющий провод – это старая схема TN-C. В этом случае можно провести только зануление розеток. Но, в случае значительных перегрузок или перекоса фаз, что случается не так и редко, могут выйти из строя подключённые в данный момент к занулённой электросети приборы. Единственный выход за общие средства жильцов многоквартирного дома или самостоятельно, поменять проводку целиком.

Этапы проведения самостоятельного заземления

Если при проведении электрокоммуникаций использовалась схема TN-C-S, можно провести самостоятельное заземление розеток, придерживаясь следующей последовательности действий:

1. Обесточить квартиру – вывинтить все пробки или отключить пробки-автоматы или ползунковые автоматы.
2. Очистить доступ к проводке – снять штукатурку или другие отделочные материалы в необходимых местах.
3. Демонтировать необходимые розетки.
4. Присоединить зачищенные концы проводников к специальным контактам, которые имеются в розетках Евростандарта.
5. Соединить между собой все выводы к заземляемым розеткам.
6. Обесточить стояк или дом.
7. Подсоединить проведённое заземление к общему заземлению стояка или фазы.
8. Включить подачу электричества в доме и в квартире.

Такое заземление действенно, только если в бытовом приборе поддерживается подключение к электросети, заземлённой по схеме TN-S. Определить это можно по вилке подключения. Если она предназначена для розеток Евростандарта, значит, TN-S поддерживается.