Среди различных возможностей сделать жилье безопасным, особое место занимает заземление в частном доме: схема электросети любого современного дома не будет утверждена, если в ней не будет предусмотрено подключения к заземляющему контуру.
Схема устройства заземления частного дома Источник tirez.ru
Существует несколько вариантов и схем заземления частного дома, плюс четкие требования ПУЭ (правила устройства электроустановок) – все это надо знать и понимать, чтобы электричество в доме было безопасным.
Причины, по которым бьет током
В большинстве случаев причиной электротравмы является замыкание фазы на металлический корпус прибора. Это происходит из-за разрушения изоляции на проводах вследствие старения или перегрева. Коснувшийся корпуса человек попадает под напряжение и получает удар током.
Особенно опасны приборы, работающие с водой: бойлеры, стиральные и посудомоечные машины, пр. Влага хорошо проводит электричество.
Если она вступает в контакт с токоведущим элементом, например спиралью ТЭНа при разгерметизации его трубки, то под напряжение попадают не только корпус, но и коммуникации вместе с текущей по ним водой.
Общее описание
Среди планет земной группы Солнечной системы, в которую входят Меркурий, Венера и Марс, Земля самая крупная. Планета третья по удаленности от Солнца, она является пятой по диаметру массе и плотности. Возраст нашей планеты сравнивают с возрастом всей Солнечной системы и насчитывает примерно 4,5 млрд лет. Существует гипотеза, что Земля образовалась из газа и пыли, которые остались от формирования солнца. Древнейшие горные породы, которые были изучены, образовывались примерно 100 — 200 миллионов лет. А условия, благоприятные для возникновения жизни на планете, возникли только 3,5 млрд лет назад появились. Мы же, как современный тип человека, сформировались только 40 000 лет назад.
Земля имеет шарообразную форму, приплюснутую на полюсах. Протяжённость экватора Земли составляет 40076 км, экваториальный радиус 6378 км, полярный радиус 6357 км и средний радиус 6371 км.
Земля, и мы вместе с ней, вращается вокруг Солнца по круговой орбите, радиус которой составляет 150 млн км. Период, за который обращается по эллиптической орбите Земля, происходит со скоростью 29,8 км/с и длится 365 суток. Приблизительное расстояние до Солнца составляет 149 543 000 километра.
Земля вращается также вокруг своей воображаемой оси (с запада на восток). Полный оборот совершается примерно за 23 часа 56 минут. Ось вращения наклонена на 66,5 градусов по отношению к плоскости орбиты, и в результате такого движения происходит смена дня и ночи. А так как земля одновременно ведет вращение вокруг Солнца, то приближаясь, то удаляясь от него — происходит смена времен года.
Общее понятие заземления
Под заземлением (Pe от protection earth) понимают преднамеренное подключение электроустановок или их частей к проводнику, заглубленному в грунт. Чтобы система выполняла свои функции, она должна иметь низкое сопротивление.
Предназначение
Грунт способен впитывать электрический заряд подобно конденсатору с бесконечной емкостью. Это свойство используют для решения ряда задач.
Заземление обеспечивает наличие электрического контакта между электроустановкой и грунтом.
Области применения
По способу использования заземление делится на 2 вида:
- Рабочее. Выступая в роли нейтрали, обеспечивает функционирование мощных электроустановок – трансформаторов, генераторов, разрядников, дугогасителей и пр. Также к этому типу относят Pe-контуры молниеотводов и устройств защиты от импульсных перенапряжений.
- Защитное. Предохраняет пользователей от удара током.
Вторая разновидность вступает в действие в аварийных ситуациях, когда фаза замыкается на нетоковедущие металлические части электроустановки. Далее речь пойдет только об этом типе заземления.
Зачем нужно заземление в частном доме: принцип действия
Заземление в частном доме считается важной частью системы электроснабжения. Его монтируют с такими целями:
- Защита обитателей дома от поражения электротоком (при касании прибора с нарушенной изоляцией электропроводки);
- Корректная работа современных электрических устройств;
- Безопасная эксплуатация газового оборудования;
- Эффективная работа молниезащиты.
Принцип действия системы основан на элементарных законах физики, которые говорят, что электрический ток всегда движется в сторону наименьшего сопротивления.
При повреждении изоляции прибора ток выходит (замыкается) на корпус. Такая ситуация чревата сбоями в функционировании и поломкой, не говоря об опасности для человека получить чувствительный разряд, случайно дотронувшись рукой до поверхности.
Принцип работы
Человека, прикоснувшегося к корпусу под напряжением, и систему заземления схематически можно представить как 2 параллельные ветви, подключенные к точке с высоким потенциалом. Из законов Ома и Кирхгофа вытекает следующее соотношение протекающих в них токов и сопротивлений:
I1/I2=R2/R1.
Говоря простыми словами, электрический заряд течет по пути наименьшего сопротивления. Чем ниже резистивность контура Pe, тем слабее ток в теле человека.
Максимально допустимые значения сопротивления для защитного заземления установлены ПУЭ:
| Потребитель | Резистивность, Ом |
| Домашняя электросеть с суммарной мощностью одновременно работающих приборов до 100 кВА | 10 |
| То же свыше 100 кВА | 4 |
| Телекоммуникационные системы | 2 |
| Серверное оборудование | 1 |
Основные виды заземления
Конструкция, обеспечивающая контакт с грунтом, может иметь разное назначение. В зависимости от этого заземление делят на 2 вида.
Естественное
Такие системы используют в качестве Pe-контура уже существующие металлоконструкции, врытые в грунт.
Примеры:
- части зданий и сооружений, арматуры их фундаментов;
- трубопроводы, кроме транспортирующих горючие и взрывоопасные вещества;
- обсадные колонны скважин;
- свинцовые оболочки кабелей;
- рельсовые пути неэлектрифицированных железных дорог.
Естественное заземление предпочтительно, т.к. позволяет снизить затраты на устройство системы.
Искусственное
В такой системе используют Pe-контур, специально изготовленный для сброса заряда в грунт. К этому варианту прибегают в ситуациях, когда естественное заземление отсутствует или у него высокое сопротивление растеканию тока.
Подключение заземления к электроприборам
Для заземления бытовых приборов (при условии, что есть внешний контур заземления) потребуется кабель с тремя проводами, промаркированными разным цветом (нулевой – синий (N), фазный – коричневый (или белый, черный, цвет фазы в целом не нормирован) (L) и заземляющий (PE) – желто-зеленый). Эти провода протягиваются от электрощита к трехконтактным розеткам или напрямую к электроприборам. При этом провод заземления прикрепляется к соответствующей шиной в щите.
В частном доме в зависимости от системы заземления электросеть, как правило, имеет собственный внешний контур заземления –приспособление, состоящее из группы электродов, соединенных друг с другом и смонтированных вокруг здания по его контуру. Если же такого контура нет, то необходимо пригласить специалистов для его монтажа.
Обратите внимание!
Самостоятельный монтаж внешнего контура заземления требует знания принципов его проектирования и правил изготовления. Кроме того, под землей могут находиться скрытые объекты (канализация, электрокабель, газопровод), которые при монтаже контура заземления можно случайно повредить. Поэтому, если вы не обладаете информацией, лучше данную работу доверить профессионалам!
Как говорилось выше, все современные электроприборы I класса защиты, у которых возможен пробой тока на внешнюю часть корпуса, (например, водонагреватели, электроплиты, духовки и стиральные машины) имеют евровилки с контактом заземления, которые должны подключаться к трехконтактной розетке. Если провод необходимо подключить к прибору от электрощита напрямую, например, к стабилизатору напряжения или ИБП, то для этого на их корпусе предусмотрена специальная колодка с клеммой заземления.
Производители бытовой техники предполагают, что их изделия, имеющие евровилки с тремя контактами, пользователи будут подключать именно к трехпроводной сети. Однако сегодня в нашей стране еще во многих домах и на дачных участках встречаются системы с двухпроводными сетями. Как быть в таких случаях?
В таких случаях для создания надежной защитной системы, например, в дачном доме, лучше смонтировать собственный контур заземления и прокладывать в помещениях отдельный заземляющий провод PE с последующим его подключением к розеткам и нагрузке.
При отсутствии клеммы заземления в многоквартирном доме самостоятельный монтаж контура не допускается, так как в земле рядом с объектом, как правило, будет находиться большое количество коммуникаций.
Некоторые пользователи полагают, что можно обойтись без заземления и просто установить УЗО. Однако защитное устройство хоть и позволит бороться с токами утечки, но не сможет обеспечить полноценную защиту электроприборов во всем доме.
Обратите внимание!
Установка УЗО необходима в любом случае, даже если в доме есть система заземления. Вся мощная электротехника обязательно должна подключаться через УЗО.
Виды контуров заземления
Существует 2 схемы расположения стержней в многоэлектродных заземлителях. У каждой есть свои достоинства и недостатки.
Треугольник
В этом варианте вертикальные электроды помещают в вершинах равностороннего треугольника. Минимальное расстояние между ними составляет 1,2 м, оптимальное – равно длине стержней.
Если установить электроды ближе 1,2 м, они будут влиять друг на друга, увеличивая сопротивление растеканию.
Преимущества треугольной схемы:
- Простой монтаж. Работы по установке и соединению стержней ведут в просторной яме.
- Надежность. При разрушении одной из перемычек все 3 электрода остаются подключенными к цепи.
- Компактность. Треугольные заземлители при прочих равных условиях занимают наименьшую площадь.
Линейный контур
В этом варианте электроды расставляют по прямой. Такой контур лишен преимуществ треугольного, но зато его можно нарастить.
Линейными заземлителями оснащают объекты, где в скором времени ожидается расширение сети с увеличением потребляемой мощности.
Общая характеристика Земли
Поверхность планеты состоит из 80% воды и только 21% составляет суша, которая состоит из 6 материков (Евразия, Африка, Австралия, Северная и Южная Америки, Антарктида), и большого количества островов.
Материки разделены океанами и отличаются по геологическому строению. Современные очертания обрелись в результате перемещения литосферных плит. Выделяют два типа строения материков — складчатый пояс и платформа.
Платформа самый устойчивый участок земной коры, здесь не бывает землетрясений. Примеры платформенных областей — Сибирская, Африканская, Индостанская, Северо — Американская, Южно — Американская, Австралийская и Восточно-Европейская.
К складчатым поясам относят: Тихоокеанский, Урало-Монгольский, Средиземноморский, Северо — Атлантический и Арктический пояс.
Самый большой материк Евразия — включает в себя Европу и Азию, самый маленький- Австралия.
Самой высокой точкой считается гора Эверест, 8852 метра над уровнем моря.
А также нельзя обойти вниманием Кольскую сверхглубокую скважину, которая является результатом деятельности человека и внесена в Книгу рекордов Гиннеса. Она находится в Печенгском районе Мурманской области, около города Заполярный. Глубина этой скважины 12262 метра.
Планета имеет четыре основных климатических пояса — экваториальный, тропический, умеренный и полярный. Также существует четыре переходных — субэкваториальный, субтропический, субарктический и субантарктический.
На экваторе самые высокие температуры, доходящие до + 70, а холоднее всего в Антарктиде, где столбик термометра опускается до -85. Средняя t по планете составляет примерно 12 градусов.
Вид планеты Земля
Гидросфера
Ни на одной из планет не обнаружили воду. Наша планета, единственная имеющая гидросферу, а самой главной её частью является Мировой океан. Мировой океан условно делится на — Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый океаны. Самая низкая точка 11022 метра ниже уровня моря, находится в Марианском желобе, Тихого океана. Мировой океан самый активный участник круговорота воды в природе.
Для чего нужна атмосфера
Нашу планету защищает от многих неприятных вещей — атмосфера, своеобразный щит. Благодаря ей на планету не долетают метеориты, сгорающие в верхнем слое, именно она не пропускает опасные ультрафиолетовое излучение.
Многие видели завораживающие фотографии Земли, сделанные космонавтами. закутанная облаками и издающая голубой свет — самая прекрасная планета. Это свечение возможно благодаря кислороду, который содержится в воздухе и составляет 21% от всего объема. 80% это содержание азота, примерно 1% — аргон, и остальные газы: углекислый, неон, метан, гелий и другие, дополняют состав воздуха.
Самым нижним слоем является тропосфера, присутствие этого слоя делает комфортным пребывание всего живого на Земле, ведь здесь содержится до 80% атмосферного воздуха. Тропосфера простирается до 8 км на севере и до 18км на юге от поверхности планеты. Это главная «кузница» погоды и климата на Земле — циклоны, антициклоны, облака и ветра все образуется именно в этом слое.
Затем идет стратосфера — находящийся здесь озоновый слой задерживает солнечное излучение. Озон возникает при фотохимической реакции кислорода с ультрафиолетовым излучением. Находится на высоте от 11 до 50 км. В нижних слоях стратосферы летают самолеты.
Мезосфера простирает свои границы до 90 км. Метеоры начинают сгорать именно в этом слое. Ученые прозвали его «игноросферой», так как это наименее изученный слой в атмосфере.
Термосфера берет свое начало на высоте 90 км и простирается до 800км. Здесь летают беспилотные спутники.
Экзосфера — начинается выше 500-1000км и постепенно переходит в космический вакуум.
Помимо атмосферы мы защищены и еще магнитосферой Земли — внешней и самой протяженной оболочкой. Эта сфера не позволяет проникнуть на землю губительной для всего живого солнечной и космической радиации. Ученые еще изучают вопрос о происхождении магнитного поля.
Кстати, благодаря магнитосфере, люди любуются северным сиянием. Заряженные частички солнечного ветра благополучно отражаются, но некоторые везунчики успевают проникнуть в магнитное поле. Столкнувшись с молекулами кислорода (красный, желтый, зеленый цвета) и азота (оттенки фиолетового и синего), они образуют красивейшее свечение.
Самые лучшие места для наблюдения — это север России, Норвегии, Финляндии, Швеции, Исландии, Канады, а также Аляска и Гренландия. Наилучший период с октября по февраль. Главное, чтобы не было рядом городских огней, да небо было свободно от облаков. Более подробно со строением Земли мы познакомимся в следующих статьях.
Схемы заземления
В распределительных сетях применяют несколько Pe-схем. Их обозначают буквенным шифром, первая литера которого соответствует способу заземления источника тока, т.е. трансформатора или генератора, вторая – потребителя. Далее через тире указывают способ их соединения.
Значения букв:
- T – земля (terra);
- N – нейтраль (neutral);
- C – комбинированная (combined);
- S – раздельная (separated).
Система TN-C
В этом варианте заземлен только трансформатор на подстанции (Т). На стороне потребителя имеется нейтраль (N), причем защитный проводник с ней объединен (C). Заземляющий контакт подключать не к чему, возможно только зануление.
Единственное преимущество системы TN-C – малая стоимость, что объясняется использованиям 2- и 4-жильных кабелей.
Недостаток – низкий уровень безопасности.
Для защиты потребителей применяют УЗО (выключатель дифференциального тока).
Схема TN-C действует только в старом жилом фонде времен СССР, подключение новых объектов таким способом теперь запрещено.
Выполнение расчетов
На этапе проектирования заземлителя нужно так подобрать его параметры, чтобы сопротивление устройства оказалось в допустимых пределах. Для этого выполняют серию расчетов.
Сопротивление грунта
Сопротивление растеканию заряда для одиночного стержня рассчитывают по формуле:
Ro = (Pэкв/2π*L) *{ln(2L/d) + 0.5 ln((4T + L)/(4T – L)}
Если электрод помещен в разнородный грунт (2-слойный), сопротивление вычисляют по формуле:
Pэкв = (Ψ*P1*P2*L)/( P1(L – H + tг) + P2(H – tг)), где
- Ψ – коэффициент, учитывающий сезонность;
- P1 и P2– удельная резистивность первого и второго слоев грунта, Ом/м;
- Н – толщина верхнего слоя, м;
- Т – глубина погружения стержней;
- Tг – заглубление вертикального штыря (расстояние от верха заземлителя до поверхности земли).
Размеры и расстояния для заземляющих электродов
Минимальная длина стержня составляет 2,5 м. При соблюдении этого условия основание электрода с гарантией 100% окажется ниже отметки промерзания грунта, где круглый год сохраняется приемлемое сопротивление растеканию заряда.
Методика расчета количества стержней зависит от того, из чего состоит заземлитель.
Если только из вертикальных электродов – применяют формулу:
No = Ro *Ψ/Rн, где
Rн – рекомендуемое нормами сопротивление растеканию.
Если в конструкции есть горизонтальные элементы, число стержней равно:
N = Ro/( Rв*ηв), где
ηв – коэффициент использования заземлителя, учитывающий взаимное влияние электродов друг на друга.
В линейной конструкции оно выше, поэтому результат вычислений округляют в большую сторону.
Строение Земли
На основании различных исследований ученые разделили Землю на три части — ядро, мантию и кору.
Ядро самая тяжелая часть нашей планеты, радиус которой составляет около 3500 км, а температура в нем 4000 градусов и выше. Его предположительно разделяют на внешнюю жидкую часть, состоящую из серы и железа, и, твердую внутреннюю часть, содержащую сплав железа и никеля.
Мантия пока недоступна полноценным исследованиям, поэтому все данные получены геофизическим и геохимическим методом. Находится в твердом состоянии, от 30 и до 3000 км от поверхности и состоит из ультраосновных пород, тугоплавких элементов.
Поверх мантии лежит земная кора, состоящая большей частью из горных пород и минералов. Именно на ней расположена океаническая и континентальная кора. Толщина ее составляет от 5 до 10 км под водой и до 80 км на суше.
Ученые выдвинули гипотезу, что изначально образовалась океаническая кора, а в следствие различных процессов, которые происходили внутри планеты, образовывались складки — участки гор. Со временем толщина коры увеличивалась, образуя уже континентальную кору.
Нормы и требования
Согласно ПУЭ, в качестве электродов можно применять:
- полосу сечением от 48 кв. мм;
- прут – от 10 кв. мм;
- уголок толщиной от 4 мм;
- трубу диаметром от 2,5 см с толщиной стенки от 3,5 мм.
Такие размеры приняты с целью обеспечения долговечности стержней в пределах 5-10 лет.
Глубина забивания штырей
Согласно ПУЭ (глава 1.7.) минимальная глубина погружения стержня составляет 0,7 м. Полосу, соединяющую вертикальные заземлители, ставят на ребро.
Заземление и молниезащита
ПУЭ предписывает соединять контуры защитного заземления электроустановок и молниезащиты второй и третьей категорий, т.е. всех объектов, кроме взрывоопасных. Связь выполняют не менее, чем 2 проводниками (ПУЭ, п. 1.7.55).
Если контуры останутся разъединенными, в момент удара молнии может произойти пробой между громоотводом и домашней электросетью. Это приведет к выходу из строя электроники, пожару или разрушению некоторых элементов, в т.ч. пластмассовых водопроводных труб.
Соблюдение техники безопасности
Перед проведением любых работ на заземляющем устройстве нужно сделать одно из двух:
- обесточить дом;
- отсоединить заземляющий провод от главной шины.
Заземленные части электроустановок могут оказаться под напряжением в любой момент, в т.ч. и во время манипуляций с контуром. Если он не будет отключен, пользователь получит удар током.
Перед выполнением работ в электрощите дом тоже нужно обесточить. Выключив автомат, убедитесь в отсутствии напряжения с помощью указателя фазы (индикаторной отвертки).
Разница между заземлением и занулением
Термин «зануление» означает подключение нетоковедущей части установки к рабочему нулю. Если она окажется под напряжением, произойдет короткое замыкание и в автомате сработает электромагнитный расцепитель. Участок сети мгновенно будет обесточен.
Недостаток данного способа защиты состоит в том, что при повреждении (обрыве) нуля выше точки подключения защитного проводника все зануленные элементы окажутся под напряжением. Чем дальше эта точка от потребителя, т.е. чем ближе она к подстанции, тем ниже вероятность аварии и, соответственно, тем безопаснее система.
Формально TN-C-S и TN-S являются занулением.
Но во втором случае точка подключения защитного проводника к нейтрали находится на подстанции, что практически исключает обрыв нуля выше ее. Полноценное заземление потребителей реализовано только в системах TT и IT (с изолированной нейтралью).
Что такое УЗО?
Если вас не устраивают такие способы обеспечения электробезопасности, а установить заземление не представляется возможным, то есть еще одно мощное средство способное надежно обезопасить вас от травмирующего действия электрического тока. Это устройство защитного отключения, больше известное под аббревиатурой УЗО. Оно сравнивает ток фазы с током нуля. Если ток в фазном проводе, хотя бы чуть-чуть больше тока в нулевом проводе, значит, существует утечка и часть тока возвращается на подстанцию через землю. В этом случае УЗО мгновенно отключит линию и если причиной утечки будет попавший под напряжение человек, через которого ток утекает в землю, то с ним не произойдет ничего страшного. УЗО успеет отключить ток до того как он успеет навредить человеку. Хотя несчастные случаи с участием электрического тока в домашних условиях очень редки, не стоит экономить на подобных устройствах. Ведь жизнь человека слишком дорога, чтобы пренебрегать подобной опасностью.
