Ювелирное обозрение

Система подачи электроэнергии соединяется через распределительный щит с внутренней проводкой помещений и обеспечивает питанием все имеющиеся бытовые приборы и оборудование. В процессе эксплуатации вполне возможно возникновение неисправностей и аварийных ситуаций, приводящих к токовым утечкам. В связи с этим в каждом доме выполняются защитные мероприятия, среди которых важную роль играет контур заземления, устанавливаемый отдельно или совместно с устройствами защитного отключения.

Данные системы монтируются в соответствии с ПУЭ, защищая людей и оборудование от поражающего действия электротока.

Общие сведения о заземляющем контуре

Стандартный контур заземления представляет собой комплекс металлических конструкций, размещенных в земле, на определенных расстояниях между собой и незначительном удалении от защищаемого объекта.

Данная схема выполняет следующие функции:

• Защищают людей от поражения электротоком, а приборы и оборудование – от перепадов напряжения.
• За счет сопротивления не дают энергии бесконтрольно растекаться в окружающей среде.
• Обеспечивают защиту от последствий ударов молнии.

Если требуется сделать наружный контур заземления в этом случае большинство конструкций изготавливается из стальных труб, уголков, гладких прутков и других профильных материалов. Длина каждого элемента не превышает 3 метров. Они забиваются кувалдой в твердый грунт, засыпаются землей и утрамбовываются. Нежелательно использовать бетон, поскольку в дальнейшем ремонт таких конструкций будет невозможен.

Забитые электроды соединяются между собой тонкой стальной полосой, толщиной не менее 4 мм. Крепления осуществляются сваркой или болтовыми соединениями. Далее конструкция соединяется специальным заземляющим кабелем со всеми приборами, находящимися в доме, в первую очередь с высоким потреблением нагрузки. Для повышения качества работы системы нередко на объекте дополнительно устраивается внутренний контур заземления.

Данные для расчетов конструкции можно получить путем проведения необходимых исследований. В соответствии с типом и характером грунта определяется глубина залегания электродов, их количество и другие параметры. Выбирается наиболее подходящий материал для изготовления конструктивных элементов. Идеальными вариантами под контур заземляемого объекта считаются глинистые грунты, суглинки и черноземы.

Запрещается устанавливать заземление в каменистых или скальных грунтах, поскольку они являются проводниками тока и обладают низким сопротивлением.

Требования ПУЭ к контуру заземления

Прежде чем проектировать и на практике осуществлять устройство контура заземления, следует внимательно изучить требования ПУЭ по данному вопросу. Это позволит избежать ошибок, качественно выполнить соединения и подключения, соблюдая все нормативы и стандарты. Изучив нормативную документацию, вполне возможно самостоятельно изготовить внешний контур заземления, при наличии теоретических знаний и практических навыков.

В соответствии с ПУЭ, каждый выход из здания должен иметь повторный контур заземления. Для этих целей рекомендуется воспользоваться естественными заземлителями из числа расположенных рядом металлических и железобетонных конструкций. Большая часть их поверхности должна контактировать с грунтом. Если контур заземления дома соединяется с конструкциями, расположенными в условиях агрессивной среды, они должны быть защищены специальным покрытием.

Правилами определяются и те элементы, которые не могут служить контуром заземления. В первую очередь, это изделия из железобетона, находящиеся под напряжением, трубопроводы для транспортировки горючих веществ, трубы канализации и отопления. Если без естественных заземлителей никак не обойтись, необходимо выполнить предварительные расчеты и решить, как правильно сделать выбор той или иной конструкции, после чего выбирается наиболее оптимальная схема подключения.

При возведении новых зданий применяются искусственные заземляющие контуры, монтируемые в процессе строительства. Данный способ заземления используется чаще всего, поскольку на местах не всегда имеется возможность воспользоваться естественными факторами. Следует учитывать и сопротивление грунтов, непосредственно влияющее на работоспособность систем, в том числе и на контур заземления ТП.

Если почва постоянно влажная, то ее сопротивление всегда будет ниже допустимого уровня. Эти и другие параметры нужно брать во внимание при расчетах и разработке конструкции заземляющего контура.

Типы и конструкции заземления

В частных домах требования ПУЭ допускают использование различных типов заземлений. В конструкцию обычного контура входят вертикальные электроды и одна горизонтальная перемычка. Все элементы должны быть одного размера и с круглым сечением в разрезе. Обычно они изготавливаются из толстой арматуры, труб или стальных прутьев.

Классической фигурой является контур заземления с конфигурацией треугольник, состоящий из арматурных прутьев в количестве 3 штук, размером 2 метра и более. Чем больше расстояние между прутками, тем эффективнее будет работать система. Минимальная дистанция составляет 1,5 м.

После того как электроды забиты в грунт, они соединяются между собой. На каждую сторону устанавливается отдельная полоса, закрепляемая на одной и той же высоте. Это и есть медные или стальные горизонтальные заземлители устанавливаемые на верхнюю часть штырей.

Место для установки контура в частном доме выбирается там, куда люди заходят очень редко. Предпочтение отдается северной стороне, которая плохо освещается и способствует сохранению в почве большого количества влаги. Расстояние от контура до стены дома должно быть не менее 1 метра.

В другом варианте заземление имеет конструкцию глубинного типа. В нем практически отсутствуют минусы, характерные для обычного способа, поскольку используется модульно-штыревая система. Весь комплект для сборки, сделанный на заводе, в техническом плане подтверждается сертификатом. Основным преимуществом данных систем является их соответствие нормативам, они отличаются повышенным сроком службы – от 30 лет и выше.

Электрический заряд стабильно растекается, независимо от погодных условий. Глубина залегания электродов достигает 30 метров, обеспечивая качество и надежность заземления, а вся собранная схема не требует постоянных проверок.

Инструменты и материалы

Для расчета материалов проводятся необходимые измерения, после чего составляется подробная схема контура с привязкой к конкретному зданию.

Затем нужно подготовить инструменты. Обязательно понадобится лопата, кувалда, набор гаечных ключей, перфоратор, болгарка с отрезными кругами, сварочный аппарат с электродами, измерительные приборы для замеров тока, напряжения и сопротивления.

Перечень материалов состоит из следующих наименований:

• Стальные уголки для электродов с полками 50х50 или 60х60 мм, длиной от 2 метров и выше. Технические требования ПУЭ допускают использование вместо них стальных труб в качестве заземлителя, диаметром не ниже 32 мм. Средняя толщина стенок составляет 3-4 мм и более.
• Материалы для горизонтальных заземлителей в количестве 3 металлических полос. Длина соответствует размеру стороны треугольника, толщина – 4-6 мм, ширина – от 4 до 6 см.
• Соединительная полоса из нержавеющей стали, соединяющая заземляющий контур с крыльцом здания. Размеры сечения составляют 40х4 или 50х5 мм.
• Медный токопровод, сечением не менее 6-7 мм 2 .
• Набор болтов М8, М10.

Технические характеристики проводников выбираются по специальным таблицам. Их размеры должны быть не меньше указанных, все отклонения допускаются только в большую сторону.

Монтажные работы

После того как было определено место установки заземляющего контура, составлен чертеж, выполнены все расчеты и подготовительные работы, можно приступать к непосредственному монтажу конструкций и решать, как сделать контур заземления в данных условиях.

Вначале нужно выкопать траншею глубиной от 70 до 100 см. В вершинах треугольника с помощью кувалды забиваются уголки, обеспечивающие первоначальное сопротивление системы. Средняя глубина забивки составляет 2-3 м. Если грунт слишком твердый и электроды в него входят плохо, необходимо использовать специальный бур, высверлить отверстия и уже в них вставить заземлители.

Перед монтажом концы металлических электродов рекомендуется заострить, чтобы они легче входили в грунт. Штыри не нужно забивать полностью в землю, над ее поверхностью должно оставаться примерно 30 см для крепления. Далее горизонтальные и вертикальные части свариваются между собой, и вся конструкция подключается к металлической полосе, которая, в свою очередь, соединяется с заземляющим проводником.

Затем этот заземлительный провод соединяется с шиной, установленной в распределительном щитке. В местах соединений производится обработка антикоррозийными составами.

Проверка заземляющего контура

После решения, как сделать контур заземления, следует проверить работоспособность полученной конструкции. Проверка начинается с мест соединений. С этой целью выполняется простукивание молотком сварных швов, а болтовые соединения проверяются гаечными ключами.

Для замеров сопротивления привлекаются квалифицированные специалисты, которые составляют акт по итогам проверки. В системе ТТ этот показатель должен быть низким, а в системе TN-C-S, наоборот, с более высоким значением.

Если нет возможностей для официальной проверки, она легко делается своими силами. В этом случае следует выяснить, смогут ли бытовые приборы нормально работать при токе, максимальном для установленного автоматического выключателя. С этой целью используется специальная схема, когда берется переносная розетка, от которой один провод подключается к фазе, а второй – к заземляющему контуру.

После этого в розетку включается заданная нагрузка мощностью в пределах 2 кВт. Если она работает устойчиво, а падение напряжения между фазным и заземляющим проводником не превышает 10В, значит заземление хорошее, выполняет требования ПУЭ и свои функции в полном объеме. Данная операция требует осторожности и соблюдения мер электробезопасности, особенно в местах непосредственного расположения защитного контура.

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

1. Внешний контур заземления. Располагается за пределами помещений, непосредственно в грунте. Представляет собой пространственную конструкцию из электродов (заземлителей), соединенных между собой неразделимым проводником.
2. 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.
3. 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.

Далее расскажем о том, как добиться правильных характеристик внешнего контура заземления.

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.

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.

Важно! Категорически запрещено бурить скважины, а затем погружать в них заземлители. При таком способе монтажа сопротивление увеличивается в разы.

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.

1. Электроды забивают не кувалдой, а вибратором, отбойным молотком с насадкой, или перфоратором. Кувалда подойдет для высоты чуть более 1 метра. Это вариант для идеального грунта с наименьшим сопротивлением.
2. Совершенно не обязательно устанавливать трехметровую стремянку. Длинные электроды соединяются между собой по мере погружения в грунт. Если вы купили фабричный комплект — заземлители составные, можно набрать из сегментов любую длину.
3. Для кустарного изготовления также есть способ забить в землю 4 метровый уголок. Нарезаем электрод на куски по 1.5 метра. Забиваем первый сегмент. Привариваем к нему следующий — забиваем далее. И так до расчетной глубины.

Информация: часто бывает, что заземлитель упирается в монолитное препятствие (например, на глубине 2.5 метра), а расчетная глубина — 3.5 м. В этом случае электрод просто обрезается, а в контуре заземления будет добавлен еще один стержень, для компенсации потерянной длины.

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.

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

Контур заземления классически представляет собой группу соединенных горизонтальным проводником вертикальных электродов небольшой глубины, смонтированных около объекта на относительно небольшом взаимном расстоянии друг от друга.

В качестве заземляющих электродов в таком заземляющем устройстве традиционно использовали стальной уголок либо арматура длинами 3 метра, которые забивали в грунт с помощью кувалды.

В качестве соединительного проводника использовали стальную полосу 4х40 мм, которая укладывалась в заранее подготовленную канаву глубиной 0,5 – 0,7 метра. Проводник присоединялся к смонтированным заземлителям электро- или газосваркой.

Контур заземления для экономии места обычно «сворачивают» вокруг здания вдоль стен (по периметру). Если взглянуть на этот заземлитель сверху, можно сказать, что электроды смонтированы по контуру здания (отсюда и название).

Таким образом контур заземления – это заземлитель, состоящий из нескольких электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг здания по его контуру.

Контур заземления: классический или современный?

Большая площадь установки Крайне малая площадь установки (вплоть до монтажа в подвале дома) Необходимы сварные работы Все элементы заземлителя легко соединяются резьбовыми соединениями (не влияет на механические и электрические свойства заземлителя) Требуется резка материала Все детали изготовлены промышленным способом с гарантировано высоким качеством Требуется транспортировка грузовым автомобилем Полутораметровая упаковка штырей и коробка с дополнительными элементами умещается в обычный легковой автомобиль Длительный и физически тяжелый процесс установки, требующий привлечения сварщика Быстрая установка своими силами. Для установки заземлителя требуется только один человек.
Элементы конструкции имеют вес не более 2х килограмм.

Классический контур заземления

Классический контур заземления из стального уголка и арматуры имеет один большой плюс – его цена. Использование дешевого стального проката (уголок и полоса) удешевляет стоимость деталей до минимума. Но с другой стороны у классической схемы есть масса минусов:

• большая площадь заземлителя (часто необходимо более 10 электродов)
• необходимость резки материала на куски нужного размера (по 2-6 метра)
• необходимость транспортировки материала до места установки грузовым автомобилем
• трудоемкий и длительный процесс установки, требующий забивания уголков-электродов и проведения сварочных работ, требующих квалифицированных специалистов и специального оборудования
• недолгий срок службы такого заземления
• необходимость получения множества разрешений при строительстве заземления в городской черте (особенно при плотной застройке)

Современный контур заземления

Преодолеть недостатки классического контура заземления помогли технологии и промышленное производство компонентов. Заложив в основу системы нового типа идею обычного «конструктора», разработчики создали набор унифицированных элементов. С помощью этих элементов / модулей можно легко и быстро самостоятельно построить контур заземления из очень глубоких (до 30 метров) электродов без необходимости применения специальной техники, оборудования и навыков.

Система нового типа получила название – «Модульное заземление ZANDZ».

Заземлитель современного контура заземления представляет собой одиночный составной электрод глубиной до 30 метров, состоящий из легко соединяемых между собой полутораметровых отрезков – стержней / штырей.

Монтаж заземления из такого электрода осуществляется обыкновенным бытовым строительным электрическим отбойным молотком.

Строительство современного контура заземления не требует специальных навыков и может осуществляться силами одного человека.