Заземление в частном доме

Никто не будет спорить с утверждением, что электробезопасность важна не только в производственных цехах и на распределительных подстанциях. Еще важнее обеспечить ее в бытовых помещениях, где с электроприборами взаимодействуют люди, не имеющие специальных знаний по электротехнике. Риск пострадать от действия электрического тока для них гораздо выше, чем у персонала промышленных предприятий.

Еще совсем недавно для частных домов не выдвигалось требований о наличии заземляющих устройств. Теперь при подключении к сетям новых строений это стало обязательным. Однако никто не заставляет владельцев существующих зданий сооружать для них контур заземления, это – дело добровольное. Давайте разберемся: а нужно ли по доброй воле выполнять связь электрооборудования дома с контуром заземления, и как сделать это своими руками.

Металлический корпус и чем он опасен

Ряд корпусов приборов, работающих от электричества, конструктивно выполняют металлическими, то есть – токопроводящими. Это электроплиты, стиральные машины, бойлеры, кондиционеры, некоторые светильники. Производители современных устройств стараются максимально перейти на корпуса из пластиков, не проводящих электрический ток. Но не всегда это возможно.

Металлический корпус в большинстве случаев никак не связан с электрической схемой прибора. Исключение есть только у устройств, содержащих в своем составе импульсные блоки питания: компьютеры, стиральные машины, светильники с полупроводниковыми ПРА (да и то не все). На них в нормальном режиме работы из-за наличия во входе питания конденсаторного фильтра образуется половина напряжения сети – 110 В. Но их корпуса покрываются толстым слоем краски, не проводящей электрический ток, поэтому мы не получаем никаких неприятных ощущений, прикасаясь к ним. К тому же полы, не проводящие электричество (дерево, ламинат, линолеум), изолируют нас от земли, из-за чего ток через тело даже при прикосновении к непокрашенным частям корпуса может никак не ощущаться.

На корпусе незаземленного компьютера — 110 В

Производители устройств с импульсными блоками питания настоятельно требуют, чтобы их соединяли с контуром заземления. Только так будет гарантирована абсолютная безопасность пользователя.

Между корпусами электроприборов и токоведущими частями, спрятанными в них, есть элементы, не позволяющие напряжению попасть на корпус и стать опасным. Совокупность этих материалов называют изоляцией электроприбора. В ТЭНе бойлера или электроплиты это материал, расположенный между нагревательным элементом и корпусом. В электродвигателях – лаковое покрытие проводников обмотки.

Но изоляция имеет вредное свойство: стареть и разрушаться. Тогда опасный для жизни потенциал вырывается наружу. Но его нельзя увидеть глазом, а электроприбор продолжает работать как ни в чем не бывало. Стоит коснуться корпуса – удар электрическим током неизбежен.

Разрушение изоляции ТЭНа

Какой силы он будет и есть ли шансы на выживание? Все зависит от сопротивления тела человека в момент прикосновения, материала напольного покрытия под ногами, величины напряжения на корпусе, пути тока через тело прикоснувшегося. И еще от многих факторов, включая выпитый накануне алкоголь или стрессовое состояние. Поэтому рассказы о благополучном исходе для попавших в аналогичную ситуацию людей не должны вводить вас в заблуждение: им просто повезло. Вам может не повезти.

Как работает защитное заземление корпуса

Питание электроприборов осуществляется по двум проводам – нулевому и фазному. В трехфазной сети фазных проводов три, в однофазной – один, и именно они представляют опасность. Нулевой проводник при отсутствии в нем обрывов ничем не угрожает. Дело в том, что на подстанции, от которой начинается питающая сеть, он соединен с землей. Для этого там закопан контур заземления. А поэтому потенциал нулевого проводника почти равен потенциалу грунта (или пола) у вас под ногами. Току взяться неоткуда.

Потенциал же любого фазного проводника относительно земли равен 220 В. Но не только земли: с ней связаны все постройки и коммуникации, находящиеся на ней. Поэтому касание фазного проводника и мокрой стены или трубы от батареи отопления приведет к прохождению тока от одной руки к другой.

Чтобы не допустить образования опасного потенциала на корпусах электроприборов вследствие повреждения изоляции внутри них, эти корпуса заблаговременно соединяют с землей. Для чего и нужен контур заземления.

Сопротивление человеческого тела условно считают равным 1000 Ом. Сопротивление же проводника, которым корпус электроприбора соединяется с землей, равно долям Ома. Большая часть тока побежит через проводник с меньшим сопротивлением. Оставшаяся часть для человека будет не опасна.

Действие защитного заземления

Такое соединение называют «защитным заземлением», то есть выполняется оно не для обеспечения работоспособности устройства, а в целях защиты. Заземление, без которого устройство вообще не может функционировать, называют рабочим.

Но этого недостаточно. Эффективности защитного заземления может не хватить для полноценного избавления пользователя от неприятных (как минимум) ощущений. Дополнительно осуществляется защитная мера, названная защитным отключением.

Поскольку нулевой проводник на подстанции соединен с землей, то замыкание фазы на корпус, с ней же связанный, приводит к короткому замыканию внутри прибора. Ток, потребляемый им из сети по фазному проводу, возрастает в несколько раз. Установленный на вводе в здание (или питающий группу электроприемников) автоматический выключатель отключается. Поврежденный электроприбор становится абсолютно безопасным. Кроме того, его владелец мгновенно получает информацию, что в его электрохозяйстве что-то не так. Путем несложных манипуляций вычисляется виновник трагедии и отправляется в ремонт или на свалку.

Чем опасно защитное зануление

Еще недавно подобные механизмы защиты являлись для рядового потребителя диковинкой. Все потому, что не было такого засилья электроприборов, требующих серьезных мер безопасности. Лампочка в светильнике, радиоприемник, телевизор – вот примерный набор электрооборудования, ранее доступный для сельского или дачного жителя. Необходимость создания подобных защитных мер была обоснована только в производственных помещениях и не касалась всех поголовно.

С таким расчетом строились и распределительные сети. Нулевой проводник использовался только для транспортировки тока нагрузки. Кое-где с ним соединяли корпуса электроприборов, что называлось защитным занулением.

Но не будем забывать, что все сельские сети выполнены алюминиевыми проводами, натянутыми между столбами – опорами. А у проводов, особенно алюминиевых, есть два вредных свойства: они могут рваться и окисляться.

Если оборвался и упал на землю фазный провод, на подстанции сработает защита и отключит линию. Для чего нулевой проводник и заземлен рядом с трансформатором: при падении проводника на землю произойдет короткое замыкание. Чтобы гарантировать это событие, через каждые 200 метров нулевые проводники соединяются с контурами повторного заземления, закопанными рядом с опорами. Иначе сопротивление грунта при падении провода далеко от подстанции снизит ток до такой величины, при которой отключения не произойдет.

Но вот если оборвется нулевой проводник, то даже в случае его падения никакая защита не сработает: он ведь имеет потенциал земли. Зато в сети начнут происходить очень нежелательные вещи.

До места обрыва все останется по-старому. Никто ничего не заметит. А вот после обрыва напряжения между фазами и нулем станут зависимы от нагрузки.

Все дома в населенном пункте распределены по фазам равномерно. Но нагрузка на самом деле не может быть одинаковой в принципе. На одной фазе работает всего лишь холодильник, а на другой, у соседа – микроволновая печь. Другой сосед грузит третью по полной программе, запустив систему отопления из десятка электроконвекторов. И у него в случае обрыва нуля напряжение снизится максимально. Соседа с микроволновкой изменения могут не коснуться вообще, а на холодильнике окажется 380 В. Он неизбежно сгорит.

Это все сопровождается появлением на оставшемся без связи с подстанцией нулевом проводнике напряжения, зависящего от распределения нагрузок по фазам.

Теперь вспомним про защитное зануление. Соединенный с нулем корпус электроприбора вдруг попадает под напряжение и становится опасен для жизни. Поэтому такая мера защиты не годится для нашей цели.

Системы заземления

В производственных помещениях корпуса электрооборудования соединялись с контуром заземления стальными проводниками или гибкими поводками. Их прикручивали или приваривали к стальным полосам, опоясывающим помещения здания по внутренним поверхностям стен. Согласитесь, не лучший вариант для загородного дома или квартиры.

Для доставки к корпусам электрооборудования полезного защитного потенциала нужен был другой технический подход. Изначально его стали применять за рубежом, так как там раньше столкнулись с проблемой заземления бытовых электроприборов. К нам он дошел практически в неизменном виде, войдя в главу 1.7. Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

В этой главе дана классификация и способы реализации различных систем заземления. Рассмотрим их по очереди.

Система TN-C

Это та самая система, описание которой присутствует в самом начале статьи. Нулевой проводник в ней называется совмещенным, так как в нем сочетаются функции рабочего и защитного проводников, назначение которых будет рассмотрено далее.

Обозначается этот проводник PEN. Само же название системы состоит из букв, значение которых:

• Т – от слова «terra» — земля. Означает, что нейтраль источника питания заземлена.
• N – корпуса электроприборов присоединяются к нейтрали источника питания;
• С – функции рабочего и защитного проводников совмещены в одном (PEN).

При ближайшем рассмотрении это не что иное, как система с защитным занулением, о недостатках которой повествовалось выше. Но так была построена защита на всех промышленных предприятиях с советских времен, и не только в СССР. Она существует и по сей день, так работают сети современных городов и поселков.

Помещение этой системы в классификацию неизбежно, так как проведение реконструкции всех сетей, построенных за долгие десятилетия, в ближайшее время нереально. Это долгий поэтапный процесс.

Система TN-S

И вот к чему в итоге этот процесс должен прийти. Буква «S» в названии системы означает, что нулевой и защитный проводники разделены в ней на всем ее протяжении.

Нулевой проводник (N) используется только для передачи потребителю электрического тока. Он обеспечивает функционирование всех устройств, поэтому и называется рабочим.

Защитный проводник (РЕ) нужен только для связи корпусов электрооборудования с контуром защитного заземления. Ни для какой другой цели его использовать нельзя. Ток нагрузки по защитному проводнику не течет, поэтому контактные соединения, без которых не обойтись на всем его протяжении, не испытывают перегревов и не могут нарушиться.

Дополнительно решается еще одна проблема, характерная для PEN-проводников. При их достаточном удалении от подстанции или контура повторного заземления на них относительно земли образуется некоторый потенциал. Это происходит за счет протекания тока нагрузки потребителей электроэнергии. Сопротивление проводника имеет отличное от нуля значение. При его увеличении он становится резистором, на котором при прохождении тока падает какое-то напряжение. Один конец этого резистора связан с землей, и чем дальше от нее, тем напряжение относительно земли больше.

Наверное, кому-то приходилось проверять наличие напряжения в розетке однополюсным указателем напряжения – индикатором. Иногда он немного тлеет и при касании нулевого вывода. А китайские модели с цифровой индикацией показывают 12 или 24 В. Это не говорит об их несовершенстве – это как раз тот самый случай, когда на PEN-проводнике образуется некоторый потенциал. Его индикатор и показывает.

Система TN-S лишена этого недостатка, так как через проводник РЕ ток не протекает. Все выводы от контуров повторного заземления на опорах и на вводах в здания подключаются только к нему.

Система TN-C-S

Но мы уже упоминали, что избавиться полностью от TN-C электрические сети смогут не скоро. Возникает необходимость поэтапного перехода к системе TN-S. Для этого и требуется выполнение требований, описываемых для этой системы – гибрида двух предыдущих.

Часть электросети от источника питания до определенной точки выполнена по системе TN-C. Далее совмещенный нулевой проводник разделяется на рабочий и защитный. После точки разделения объединять их обратно уже нельзя.

Важно место подключения PEN-проводника в электрощитке, в котором он разделяется на N и РЕ. Подключается он именно к шине РЕ. Далее от РЕ к шине N делается перемычка. Сечение ее проводника равно питающему. Или, по крайней мере, оно должно выдерживать номинальный ток нагрузки.

Подключение проводника PEN выполняетсся к шине РЕ

Теоретически, обрыв этой перемычки должен сопровождаться потерей нуля всеми потребителями. Это определяется сразу же, тогда как при подключении PEN-проводника к шине N обрыв этой перемычки приведет к потере связи шины РЕ с сетью. Это не будет замечено до тех пор, пока в заземляющем проводнике не возникнет необходимость, то есть при повреждении. Вот этим и определяется смысл подключения PEN-проводника к шине РЕ, а не к N.

Переход на TN-S выполняется обычно на вводе в здание при реконструкции электропроводки в нем или при модернизации вводно-распределительного устройства, зачастую совмещенного с учетом электроэнергии. Вновь смонтированные электропроводки все обязаны подключаться к существующим электросетям по этой схеме.

И главное – непременным атрибутом вводно-распределительного устройства является контур заземления, вывод от которого подключается к шине РЕ. Ведь такая система заземления не защищает от главного: обрыва PEN-проводника питающей линии с наносом потенциала на шину РЕ. Контур заземления призван в этом случае снизить этот потенциал до безопасного для человека значения.

Такая система заземления показана к выполнению в сельской местности. Но при попытке использовать ее в квартире натыкается на непреодолимую проблему: в городской черте контур заземления изготовить самостоятельно не получится. Местность вокруг зданий насыщена коммуникациями и закатана в асфальт. Поэтому приходится верить в то, что PEN-проводники линий, питающих здание и расходящихся по этажным щиткам, находятся в надлежащем состоянии.

Система ТТ

Нейтраль источника заземлена, о чем свидетельствует первая буква «Т». Вторая же означает, что все корпуса электрооборудования потребителя заземлены, но не связаны с этой нейтралью.

Проще говоря, проводники питающей сети используются только для питания. Для защиты используется только собственный контур заземления здания. Делается это в том случае, если для защитных целей PEN-проводник непригоден, и даже опасен.

Сельские сети могут иметь большую протяженность, исчисляемую километрами. Сопротивление из проводов, хоть и невелико, но становится при этом ощутимым. Вы, наверное, замечали, как при включении электрочайника яркость свечения лампочек в доме слегка снижается. Это означает, что все написанное ниже может стать для вас актуальным.

Снижение напряжения при подключении мощной нагрузки связано с тем, что на сопротивлении проводов от подстанции до дома при протекании тока образуется падение напряжения. Это следует из закона Ома: напряжение на участке цепи равно произведению тока на его сопротивление. Полученная величина вычитается из 220 В на выходе подстанции. Итог – до потребителя доходит не все.

Но это еще полбеды. При коротком замыкании ток, рассчитанный по тому же закону Ома, будет равен отношению напряжения к сопротивлению соединительных проводов. Чем они длиннее, тем ток КЗ меньше. И вот, на каком-то удалении от подстанции он становится меньше уставки мгновенного расцепителя вводного автоматического выключателя здания.

Получается, что автомат не может ликвидировать замыкание на корпус электрооборудования за нормируемое правилами время. А это означает, что функцию защитного отключения, о которой было написано выше, он не выполняет. И тогда ПУЭ рекомендуют применять систему заземления ТТ. Потому что толку от TN уже мало.

Но при этом все потребители без исключения должны быть защищены с помощью УЗО или дифференциальных автоматов. Они обеспечивают достаточное быстродействие при ликвидации замыканий на корпуса электрооборудования. А чтобы ток утечки был гарантирован, необходимо неукоснительное соблюдение ПУЭ при проектировании и строительстве линий электропередачи: на определенном расстоянии друг от друга опоры должны снабжаться повторными заземлителями PEN-проводника.

Само собой разумеется, что здание, подключенное к сети по системе ТТ, должно иметь свой контур заземления.

Система IT

Раз уж она есть, то коротко расскажем и о ней. Буква «I» означает, что нейтраль в ней изолирована. Все остальное выполнено так же, как в системе ТТ: каждый потребитель имеет свой контур заземления, его электроприборы защищены УЗО. К тому же сеть должна иметь устройство, контролирующее ток утечки в нагрузке.

В основном такая схема используется в горной промышленности. Там невозможно изготовление качественных контуров заземления, поэтому защитное отключение и защитное заземление, выполняемое по системам TN и ТТ оказывается неэффективным.

В быту такие сети встречаются крайне редко.

Электрические характеристики контура заземления

Теперь вы знаете, как важен контур заземления для безопасного соседства с электроприборами в частном доме. А теперь разберемся, как он устроен, и что необходимо для его самостоятельного изготовления.

Основная задача контура заземления – обеспечить необходимую для протекания тока площадь контакта с землей. Для этого недостаточно заглубить в землю одну трубу или уголок, их должно быть несколько. К тому же используемые для изготовления материалы, неизбежно подверженные коррозии, обязаны выдержать длительную эксплуатацию на протяжении не одного десятка лет. Их геометрические размеры имеют минимальные значения.

Способность контура заземления проводить электрический ток характеризуется его основным параметром – сопротивлением растекания. У готового контура оно может быть измерено приборами, имеющимися у любой испытательной электролаборатории.

Минимальные значения сопротивления контура заземления регламентированы ПУЭ. При этом цифры даются не только для чистого, не подключенного к сети заземляющего устройства, но и в сборе с сетью, что подразумевает контакт с другими заземлителями, находящимися поблизости. Это сделано для удобства периодических измерений, при которых отключение электроустановки от ЗУ невозможно.

Бытует мнение, что сопротивление контура всегда должно быть ниже, чем 4 Ома. На самом деле 4 Ома – это сопротивление ЗУ подстанции, где заземляется нейтраль трансформатора с выходным напряжением 380 В, да еще и при подключенных к ней линиях с повторными заземлителями. Для чистого контура подстанции при напряжении 380 В норма – 30 Ом. Эти же 30 Ом предписываются и для всех повторных заземлений опор, и для вводов в здание. В подключенном состоянии повторные ЗУ должны иметь сопротивление не более 10 Ом, при тех же 380 В трехфазного тока.

Такие же цифры используются для нормирования ЗУ для сети 220 В однофазного тока. Таким образом, если по селу идет четырехпроводная ВЛ с напряжением 380 В, а к вашему дому спускаются провода фазы и нуля с напряжением 220 В, то нормы к его ЗУ те же, что и для питающей линии.

Правила допускают снижение допустимых параметров сопротивления растекания, если удельное сопротивление грунта более 100 Ом∙м.

Удельное сопротивление грунта

Эту величину тоже можно точно измерить прямо в месте устройства контура. Правда, не во всякой электроизмерительной лаборатории знают, как проверить это значение. Но на практике это и не требуется. Основной ряд грунтов имеет типовые значения этого параметра, которые достаточно выбрать из таблиц.

Чем более песчаный грунт, чем больше в нем камней – тем выше его сопротивление. Но этот параметр имеет и сезонные колебания. Связано это с количеством воды в земле: чем ее больше, тем сопротивление меньше. Поэтому для адекватности результатов измерения характеристик контуров заземления и удельных сопротивлений грунтов рекомендуют проводить в середине лета или зимы. В эту пору земля либо максимально высыхает, либо промерзает, что нивелирует влияние количества воды в ней на полученные результаты.

Конструкция контура заземления

Любое заземляющее устройство состоит из некоторого количества вертикальных заземлителей. Это трубы, уголковый профиль или пруток определенной длины, вертикально забитые в землю. Между ними выдерживается расчетное расстояние.

Верх заземлителей находится не над поверхностью земли. Они забиваются в дно специально для этого выкопанной траншеи и соединены между собой горизонтальным заземлителем. Он же используется и для устройства вывода от контура наружу.

Поперечное сечение траншеи для контура заземления

Все материалы, применяемые для изготовления, не должны иметь покрытий, ухудшающих их электрические характеристики. Красить их перед использованием не нужно, их устойчивость к коррозии определяется только толщиной стенок. Соединяются детали между собой сваркой, и только в этих местах окрашивание действительно требуется. Сварочные швы разрушаются вследствие коррозии очень быстро. Влияние же окрашенных участков на общую величину сопротивления контура незначительно.

Расположение контура заземления

В качестве материала для горизонтальных заземлителей в основном используется стальная полоса или пруток. Конечно, в электрощит их не затянешь, поэтому для ввода используются медные проводники. А для их подключения к полосе приваривается болт, к которому крепится наконечник проводника.

Раньше вертикальные заземлители располагали строго по периметру здания, объединяя их между собой горизонтальным заземлителем. Получался замкнутый прямоугольник, за счет чего и возникло такое название – контур. Теперь достаточно просто расположить требуемое количество электродов в линию, а три заземлителя можно разместить треугольником.

Вариант контура с треугольной схемой расположения заземлителей

Закапывать вертикальные заземлители на всю длину нельзя, их заглубляют только с помощью кувалды. Для упрощения процесса можно использовать ковш экскаватора, который будет давить на заземлитель сверху.

Но прежде чем приступить к строительству, нужно узнать, сколько заземлителей требуется, определиться с расстоянием между ними. Для этого контур заземления нужно рассчитать.

Расчет контура заземления

Определение удельного сопротивления грунта

Начинается расчет с определения удельного сопротивления грунта в месте постройки контура. В случае затруднений эту величину можно измерить силами приглашенных для этой цели специалистов электротехнической лаборатории. Но для бытового применения и для подавляющего количества случаев промышленных конструкций достаточно табличных значений.

Удльное сопротивление грунтов

Сопротивление контура будет неизбежно зависеть от количества влаги в почве, замерзающей зимой и испаряющейся летом. Чтобы учесть эти изменения при расчете, для разных климатических зон вводятся поправочные коэффициенты. Зоны определяются по диапазону минимальных зимних и максимальных летних температур. Коэффициенты имеют неодинаковые значения для различного типа заземлителей.

Поправочные коэффициенты для удельного сопротивления

С контуром заземления допускается соединять и естественные заземлители: водопроводные трубы, свинцовые оболочки кабелей, обсадные трубы артезианских скважин, ненапряженные металлоконструкции железобетонных фундаментов. Но, учитывая, что в частных домах не всегда имеется возможность использовать такие заземлители, для упрощения расчета мы их не будем в него вводить.

К тому же использование оболочек кабелей и трубопроводов согласовывается с их владельцами, поэтому проще будет надеяться только на себя.

Выбор материала и размеров заземлителя

Для самостоятельного изготовления контура заземления, естественно, выбираются те материалы, которые либо имеются под рукой, либо доступны по цене. При этом нужно учитывать, что все они имеют по ПУЭ минимально допустимые геометрические размеры, указанные ниже в таблице.

Требования ПУЭ к минимальным размерам заземлителей

Из соображений цены последняя строка с медными изделиями сразу отметается, хотя контуры из этого материала существуют и даже доступны для рядового дачного строителя.

Теперь потребуется выбрать длину штыря из выбранного материала. Для промышленного применения она варьируется от 2,5 до 5 метров. Но не забудьте, что заглублять электрод вы будете вручную. Либо для этого будет применяться тяжелая кувалда, либо все-таки на помощь призовется экскаваторщик с соответствующей техникой.

Поэтому, прежде чем задаться длиной штыря, лучше выкопать ямку глубиной 0,5-0,8 м в месте, откуда начнется контур, и попробовать забить в нее электрод по самое дно. В некоторых районах можно при этом уткнуться в слой камней или плиту. При этом заглубиться дальше просто не получится. Все, что смогли погрузить в землю, и будет равно расчетной длине электрода.

Чем длина будет меньше, тем больше штырей понадобится для достижения поставленной цели.

Для расчета в дальнейшем потребуется знать параметр, называемый «глубиной заложения». Для его определения к глубине 0,5-0,8 м, на которой будет располагаться верх вертикальных электродов и соединяющая их полоса, нужно прибавить половину длины вертикального электрода.

Еще потребуется задаться расстоянием между электродами, входящими в контур. Ограничить его могут лишь пределы участка земли, которым вы владеете. Чем меньше расстояние между электродами, тем большее экранирующее воздействие они оказывают друг на друга – эффективность наличия массы железяк в земле снижается. Увеличение расстояния может привести к выходу с территории участка. Конечно, никто не запрещает повернуть, но не будете же вы окапывать всю территорию? Да и соединить электроды между собой надо, а это – перерасход полосовой или круглой стали.

И не забудьте о возможном наличии в земле коммуникаций. Заранее поинтересуйтесь, есть ли на предполагаемой трассе кабельные линии и трубопроводы.

Для начала расчетов можно задаться какой-то приближенной цифрой, например, 3–5 м (лучше, если она будет равна, либо в 2-3 раза превышать длину электрода), а также определиться с количеством штырей, без чего не подсчитать длину горизонтального заземлителя. Предварительно используйте значение, на реализацию которого хватит имеющегося материала. Ориентируйтесь на его стоимость, если придется заняться закупками, а также на длину участка.

Расчет сопротивления одного заземлителя

Вот тут придется вспомнить математику и взять в руки калькулятор. И не простой, а с возможности вычисления десятичного логарифма.

Для вычисления сопротивления растеканию каждого вида вертикального (труба, уголок) или горизонтального (пруток или полоса) применяются свои формулы. Они приведены в таблице, под ней же дана расшифровка переменных, означающих геометрические размеры изделий.

Формулы для расчета сопротивления одиночных заземлителей

Обозначения в формулах

Если с длиной электродов, а также общей длиной заземляющего устройства вы еще не определились, то рекомендуется посчитать значения для нескольких вариантов сразу. С непривычки это нелегкая операция, но в дальнейшем все будет значительно проще.

Учтите, что за длину горизонтального электрода принимается общая длина контура, равная произведению количества штырей на расстояние между ними. Добавьте к этому расстояние от последнего штыря до стены дома, если горизонтальный заземлитель проходит до нее в земле.

Определение коэффициента использования

Мы уже говорили о том, что близко расположенные друг к другу заземлители снижают эффективность контура в целом. В любом случае, при расчетах это учитывается коэффициентом использования (экранирования) заземлителей. Чтобы воспользоваться нижеприведенными таблицами, нужно определить отношение расстояния между электродами к длине самих электродов.

Коэффициенты экранирования для вертикальных заземлителей

Коэффициенты экранирования для горизонтальных заземлителей

Например, если длина электрода 1,5 м, а расстояние между ними 3 м, то это отношение равно 2. В таблицах используется также число электродов, которым мы задались ранее. Результаты получают отдельно для вертикальных и горизонтальных заземлителей. Если число электродов равно 5, а в таблице есть только 4 и 6, то берутся значения для четырех и шести электродов с вычислением среднего арифметического значения.

Расчет сопротивления растеканию

Итоговое сопротивление заземляющего устройства с выбранными параметрами складывается из:

• сопротивления одиночного вертикального заземлителя, рассчитанного по вышеприведенным многоэтажным формулам;
• числа вертикальных заземлителей;
• сопротивления горизонтального заземлителя, рассчитанного по формулам из той же таблицы, где приведены формулы для расчета вертикальных;
• коэффициентов использования для вертикальных и горизонтальных заземлителей.

Формула для расчета:

Формула для расчета сопротивления контура заземления

Следует отметить, что для изменения числа заземлителей в формуле, с целью подгонки результатов под необходимое итоговое значение, придется начать процесс сначала, так как изменятся коэффициенты использования, а также длина соединительной полосы, что повлияет на ее сопротивление.

Данный расчет является упрощенным, но он более чем годится для использования в бытовых целях. Если попробовать его использовать, то выяснится, что не так страшен контур заземления в изготовлении, как это кажется на первый взгляд. Для получения величины сопротивления растекания в пределах 30 Ом может оказаться достаточным и одного вертикального электрода. В зависимости от грунта, конечно.

Расчет удобнее производить в программе Excel, забив в нее формулы. Манипулируя исходными данными, можно подобрать и материалы, и их оптимальное количество для конструирования собственного контура.

Далее приведен пример расчета для контура заземления из уголков с шириной полки 50 мм и длиной 1,5 м, соединенных стальной полосой шириной 40 мм. Удельное сопротивление грунта взято для суглинка, сезонный коэффициент взят ориентировочно для северо-запада России. Расчет произведен для количества электродов в ряду, равном 2 и 4, на расстоянии 3 м друг от друга.

Пример расчета контура заземления

При 4 электродах сопротивления растекания контура заземления достаточно даже для подключения устройств ограничения перенапряжения и молниезащиты, для которых допустимая величина регламентируется 10 Ом.

Изготовление контура заземления

Итак, расчет выполнен, и мы точно знаем:

• материал вертикальных электродов;
• длину вертикальных электродов;
• расстояние между ними;
• глубину заложения или расстояние до места укладки горизонтальной полосы (0,5–0,8 м), что удобнее для монтажа.

Место расположения контура тоже известно, остается только выкопать горизонтальную траншею с глубиной, принятой для расчета глубины залегания электродов. Ширина траншеи должна позволить выполнять сварочные работы на ее дне. Для этого потребуется, чтобы сварочный электрод добрался до всех мест, которые нужно обварить.

Траншея должна доходить до стены дома, за которой находится вводной щиток, или вводного учетно-распределительного щитка, находящегося на улице. В них войдет вывод от контура заземления.

Теперь размечаем места, куда забиваются электроды, и забиваем их в землю кувалдой, оставляя над поверхностью дна траншеи участок порядка 10 см для соединения заземлителей между собой.

Крепим полосу в конечном пункте ее назначения, привариваем к ней болт для подключения наконечника с проводом. Подводим полосу к заземлителям и привариваем.

Полоса должна касаться поверхности заземлителя плашмя. Место соединения обваривается со всех сторон. Качество сварки должно быть наивысшее, поэтому, если вы не обладаете навыками профессионального сварщика, лучше найдите такого среди соседей или знакомых. Или постарайтесь на совесть, чтобы выполнить надежное соединение.

Все соединения элементов контура выполняются сваркой

Все сварные швы должны быть окрашены, в отличие от всех остальных железяк. Покрасить нужно только вывод от контура, находящийся над поверхностью земли с небольшим заходом в глубину, так как из-за проникновения в поверхностный слой грунта воздуха и наличия там влаги коррозия будет неизбежна.

Когда краска высохнет – все засыпаем землей. Запоминаем место расположения контура, чтобы через десяток лет не попросить экскаваторщика выкопать там траншею под канализацию. Лучше даже сфотографировать не закопанную траншею так, чтобы в кадре оказались окружающие предметы, по которым ее можно будет потом вычислить.

Соединение контура со щитком

Правила устройства электроустановок регламентируют сечение заземляющих проводников, которыми выполняется подключение контура заземления к шине РЕ вводного щитка.

Допустимые сечения заземляющих проводников

Оптимальным решением является применение медного проводника. Сталь имеет большое допустимое сечение, да и трудно загнать стальной пруток в полость щитка. Алюминий же под воздействием атмосферной влаги будет окисляться, да и сечение в 16 мм² позволяет подключить не всякие шинки, входящие в комплект щитков.

Медные же проводники, особенно жесткие, с моножилой, можно смело зажимать под винтовое соединение. Для подключения же к болту, заблаговременно приваренному к выходящей на поверхность шинке, можно использовать наконечник марки ТМЛ. Можно согнуть конец жесткого проводника в кольцо, зажав его между двумя стальными шайбами.

Если же проводник из гибкого медного провода, то его монтаж выполняется с обязательным применением наконечников.

Присоединение заземляющего проводника к контуру заземления

Место подключения, находящееся на улице, нужно защитить от воздействия влаги. Практикуется защита соединения путем помещения его в соединительную коробку или бокс.

Присоединение заземляющего проводника к контуру в боксе

Однако бывает достаточно просто смазать контакт литолом или циатимом. Смазка будет отталкивать воду, при этом не нарушая соединения. Так нужно сделать обязательно в случае применения алюминиевого проводника.

Если есть возможность, то перед тем, как подключить контур заземления к шине РЕ, вызовите работников ближайшей электротехнической лаборатории для измерения сопротивления растекания контура заземления. Величина, измеренная до подключения (сам контур заземления) не должна превысить 30 Ом. После присоединения заземляющего проводника к шине РЕ щитка он соединится со всеми контурами, находящимися поблизости. Измеренное сопротивление при этом не должно превысить 10 Ом.

Заключение

Теперь у вас есть собственный контур заземления. Настала пора заняться распространением его влияния и внутри распределительной сети дома. Если электропроводка все еще двухпроводная – задумайтесь, не пора ли ее поменять на трехпроводную, иначе зачем вы делали контур?

Все розетки, в которые подключаются потребители, имеющие вилки с заземляющим контактом, должны соединяться с шиной РЕ щитка. Если какие-то розетки не используются для таких электроприборов, то наличие заземляющего контакта в них не обязательно. Это касается подключения мобильных телефонов, пылесосов и прочей бытовой техники с обычными вилками.

В обязательном порядке заземляются корпуса бойлеров, электроплит, кондиционеров, стиральных машин, компьютеров, электрических котлов.

Розетка с заземляющим контактом

Если в светильниках имеется место для подключения заземляющих проводников, то и этот контакт должен соединиться с шиной РЕ. Даже если корпус светильника пластиковый, не исключено, что вы полезете в него искать неисправность при поданном напряжении питания. При наличии замыкания фазы на монтажную панель можно получить удар электротоком и, как минимум – упасть со стремянки.

Даже если замыкание на корпус никогда не произойдет – все это вы делаете не зря. Беда ведь не спрашивает, когда прийти в ваш дом. Так пусть он будет безопасным.