Для чего нужно заземление: схема устройства и правила монтажа + инструкция, как сделать в квартире или в частном доме своими руками

Что представляет собой заземление

Заземление подразумевает соединение всех электрических приборов с землей при помощи специального контура. Для этой цели в доме монтируют отдельную жилу, которая направляется от розеток в металлический стержень, расположенный в земле на определенной глубине.

Зачем нужны системы заземления:

Защита жильцов от поражения электрическим током.
Защита электрических приборов при резких перепадах напряжения в сети. Оба пункта подразумевают защитное заземление.
Существует также понятие рабочее заземление, когда специально соединяется обмотка генераторов, силовых трансформаторов с землей. Данная процедура направлена на защиту таких электрических приборов, как генераторы.
На практике часто осуществляется подключение приемников молний и разрядников к стержню в земле.

Также прокладывают защитный контур на тот случай, если не сработает или неисправно устройство защитного отключения (УЗО).

Зачем нужно заземление

Не будем скрупулезно считать, какой силы ток может убить, все равно это достаточно неприятно. Я испытал это на себе, нисколько не совру, не один десяток раз. Причины: по малолетству — незнание, а далее — обычный русский авось и пофигизм.

Исход ситуации, когда человек касается оголенного проводника, находящегося под напряжением, может быть разным. Если представить себе такое, что человек висит в воздухе, ничего более не касаясь, то ничего не происходит. Он остается целехонек и здоровехонек, он даже не поймет, что провод под напряжением. Потому что действует правило: если нет цепи, то нет и тока. К примеру, сидит ворона на проводе — и ничего, жива-здорова, еще и каркает сверху.

Совсем другая ситуация, когда человек стоит босыми ногами на мокрой земле и хватается за провод. Создается замкнутая цепь: силовой трансформатор — провод — человек — земля — и снова трансформатор. Обмотки трансформатора тоже заземлены определенным образом, а земля — прекрасный проводник.

И даже совсем не обязательны босые ноги и мокрая земля. И обувь сырая — тоже проводник, и пол бетонный, и плитка, и даже гидроизоляция гарантий не дает. И вот по этой замкнутой цепи побежали электроны, а у несчастного закатились глаза и пошла клочьями пена изо рта. Хорошо, если он в судорогах отцепился от провода, но чаще всего совсем наоборот: еще больше сжал его скрюченными пальцами. Кошмарная картина.

И воронам тоже несдобровать, если их слишком много на проводах соберется, да еще крыльями начнут размахивать. Я не однажды наблюдал, как от такого вороньего шабаша только перья летят, потому что замыкают они собою два провода, тем самым создавая опять же замкнутую цепь для протекания тока.

У электриков, кстати, в правилах безопасности предусмотрены не только диэлектрические перчатки и изолированный инструмент, а еще и диэлектрические коврики, боты. Эти коврики и эта обувь — дополнительная защита, которая не позволяет создавать замкнутую цепь при случайном касании проводника голой рукой. Короче, нет замкнутой цепи — нет тока.

Принцип действия заземлителей

Собственно, заземлитель представляет собой совокупность проводников, которые соединены между собой, и расположены в земле на различной глубине.

В зависимости от точки размещения стержней, различают контурное и выносное заземление.

Для второго варианта комплект заземлителей полностью вынесен за пределы дома или квартиры.
Для первого варианта характерно расположение контуров заземления по периметру жилой площадки.

Положительный эффект в данном случае достигается равномерным распределением электрического потенциала на определенной территории.

Как работает заземление в частном доме (система TT)

Теперь перейдем непосредственно к рассмотрению темы заземления на примере частного дома имеющего заземление электрооборудования по системе TT. От распределительного трансформатора по столбам к каждому дому заходит однофазное питание 220 Вольт — фаза и нейтраль (рабочий нулевой провод). Помимо того, что нейтраль имеет нулевой потенциал, на распределительной подстанции она соединена через контур заземления с контуром заземления нашего дома. Объясним это простыми словами. Мы знаем, что земля это проводник, но не идеальный. В зависимости от грунта удельные сопротивления могут отличатся:

Удельное сопротивление грунтов
Вид грунта	Удельное сопротивление, Ом/м
Глина	50
Известняк плотный	1000 — 5000
Известняк рыхлый	500 — 1000
Известняк мягкий	100 — 300
Гранит и песчаник в зависимости от выветривания	1500 — 10000
Гранит и песчаник выветренные	100 — 600
Гумусный слой	10 — 150
Илистые грунты	20 — 100
Мергели юрского периода	30 — 40
Мергели и плотная глина	100 — 200
Слюдистые сланцы	800
Глинистый песок	50 — 500
Кремнистый песок	200 — 3000
Слоистые сланцевые грунты	50 — 300
Голый каменистый грунт	1500 — 3000
Каменистый грунт, покрытый травой	300 — 500
Заболоченные грунты	От нескольких единиц до 30
Влажные торфянистые грунты	5-100

Представим, что где-то в глубине, в каком-то слое находится условный проводник с сопротивлением близким к нулю. Делая контур заземления на подстанции мы снижаем сопротивление от нуля трансформатора к этому проводнику.

Аналогично с помощью контура заземления в доме (система заземления TT) мы снижаем сопротивление через землю к данному условному проводящему слою. И при пробое фазы на наше заземление образуется замкнутая цепь. Зачем это нужно? Для защиты от поражения током, например, в случае пробоя фазы на корпус заземленного бытового прибора. И для наглядности и понимания смоделируем несколько ситуаций при помощи программы Electronics Workbench.

Сопоставьте приведенную схему с предыдущей иллюстрацией:

Слева на право. 2 Ом — заземление нейтрали. Выше идет трансформатор. От него фаза поступает в дом (нулевой провод нам не нужен, так как мы моделируем пробой фазы на корпус). В данном примере заземляющий контур дома плохой, и имеет сопротивление 100 Ом. К корпусу на котором опасный потенциал прикасается человек. Примем общее сопротивление человека, обуви, пола 4000 Ом. В результате в цепи фаза-заземление — нейтраль появится ток силой 2,2 А (этого недостаточно для срабатывания автоматического выключателя), а через человека потечет опасный ток 54 мА.

Рассмотрим вторую ситуацию, когда сопротивление контура равняется 4 Ом:

Дополнительно указаны напряжения между фазой и землей через контур заземления. Произошло падение с 220 Вольт до 146 Вольт. Следующее падение на участке с земли через заземлитель трансформатора к нейтрали. На этом участке напряжение уже 73 Вольта. То есть ток через заземление не просто стекает в землю. Он движется от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом через землю. И в процессе движения при пробое фазы на землю теряется напряжение из-за сопротивления земли.

Вернемся к защитным функциям заземления. Как видно, при сопротивлении контура 4 Ом ток короткого замыкания 36,7 А. А этого достаточно для срабатывания правильно подобранного автоматического выключателя. Одновременно снизился ток проходящий через человека до 36,8 мА. Но это все равно опасное значение при несрабатывании автомата. И если мы говорим о системе заземления TT, то автоматические выключатели здесь должны обязательно дополнятся УЗО (устройством защитного отключения).

Методика расчета заземления

Размеры, расположение, планировка каждого здания универсальна, а поэтому и заземление будет различно. В процессе проведения расчетов важно также учитывать, какой тип установки заземлителя используется:

Вертикальный тип. Металлический стержень может располагаться в поверхностных слоях земли или на глубине (как правило, 0,7 метра).
Горизонтальный тип. Металлический штырь может прокладываться по поверхности земли или же в заранее подготовленной траншее (до 50 см в глубину).

Для подсчета длины стержня рекомендуется применять формулу, в которой определена зависимость длины металлического стержня от расстояния между смежными конструкциями.

В стандартной формуле расчета обязательно учитывается удельное сопротивление почвы и диаметр используемого электрода.

Для определения суммарного заземлителя необходимо рассчитать общее число стержней, и далее воспользоваться стандартной таблицей, где уже рассчитан коэффициент для формулы.

Правила и требования ПУЭ

На любом жилом объекте, расположенном в городской черте и за ее пределами, согласно требованиям ПУЭ организуется специальная защита от опасных напряжений 220/380 Вольт. С этой целью на их территории устраиваются особые стальные конструкции, называемые заземляющими устройствами (ЗУ). Их основное назначение заключается в создании условий, гарантирующих защиту проживающих в доме людей от удара током.

В соответствии с ПУЭ, глава 1.7., часть 1, п. 1.7.72 размеры металлических заготовок выбираются с учетом необходимости получения требуемого сопротивления растеканию тока в землю. Для различных элементов конструкции эти показатели могут различаться от образца к образцу. Однако минимальные их размеры должны соответствовать следующим нормативам:

соединительная полоса между штырями не может иметь типоразмер менее 12х4 мм (сечение 48 мм2);
сами штыри на основе уголков выбираются со сторонами 4х4 мм;
при использовании круглого арматурного прутка сечение не должно быть менее 10 мм2;
металлическая труба должна иметь толщину стенки порядка 3,5 мм.

Обратите внимание: Наличие у хозяина дома данных о рабочих характеристиках ЗК, в частности, позволит защитить от поражения током животных и жильцов.

При его обустройстве необходимо действовать в соответствии с положениями отраслевых стандартов, касающиеся эксплуатации имеющегося на объекте оборудования.

Известные системы заземления

Прежде чем охарактеризовать каждую из известных схем и систем контуров заземления, следует ознакомиться с основными обозначениями:

Символ T обозначает параметры заземления на источнике питания. В данном случае речь идет о земле, ведь стержни располагаются в земле.
Вторая буквенная маркировка N или T определяет показатели заземления корпусов бытовой техники.
Существуют такие обозначения, как C и S, которые свидетельствуют о подвиде используемой системы.

Среди известных систем заземления контуров следует выделить следующие:

TN-C – представляет собой систему, для которой характерно совмещение нулевого и защитного проводников. Линия состоит из двухжильного или четырех жильного кабеля. Данная схема считается весьма неэффективной, и потому редко используется.
TN-S. Для данной схемы контура характерно разделение нулевого и защитного проводников. В подводящую линию входят либо трехжильные, либо пятижильные кабели.
Выделяют ещё один тип заземляющего контура TN-C-S, в котором и защитный, и нулевой проводник выполняют свои функции вместе лишь на определенном участке.

Участок, как правило, берет начало от источника электрической энергии и оканчивается на границе жилого строения.

Система TT совершенно не соприкасается с источником электрической энергии, а заземление глухо оканчивается в пределах дома.

Для чего нужно повторное заземление

Используя заземление, изготовленное по схемам, не стоит исключать вероятность появления напряжения, опасного для здоровья и жизни людей. Оно возникает в результате обрыва заземленных проводов и кабелей, расположенных в электроприборах. В таких случаях дополнительную безопасность обеспечивает повторное заземление, установленное по диспетчерскому сигналу.

Его основная функция заключается в снижении напряжения, появляющегося во время касания токопроводящих частей приборов. В результате, при наличии замыкания снижается вероятность получения электротравмы на заземляемом участке.

Работа повторного заземления происходит следующим образом. Когда на корпусе отдельного устройства происходит замыкание, часть электрического тока будет уходить в землю. Наступает снижение разности потенциалов между землей и корпусом, и человек оказывается защищенным от поражения током. При использовании заземления по схеме TN-C, устройство повторного заземления затрагивает нулевой провод. В этом случае проводник связывается с землей через установленные интервалы и используется совместно с основным заземляющим контуром.

Если же используется система TN-C-S, то повторное заземление затрагивает проводник PEN, в точке его ввода в здание. В таком варианте защитные функции будут осуществляться с помощью заземленного проводника РЕ. Точно такие же действия выполняются на вводах в электроустановках, напряжение которое не превышает 1 кВ, повышая тем самым безопасность для обслуживающего персонала.

Повторное заземление, установленное на вводе дома или бани, вне зависимости от конструкции, не пропускают в домашнюю сеть наведенные токи, в том числе и СВЧ, которые могут попасть сюда посредством внешних коммуникаций. Таким образом обеспечивается дополнительная защита электронной бытовой техники и оборудования. Данная мера способствует снижению потенциала на корпусе приборов в случае обрыва нулевого проводника.

Устройства повторного заземления дадут максимальный эффект и повысят уровень безопасности, если в цепях электроустановок они будут установлены вместе с автоматическими выключателями и предохранителями. Технические характеристики этих устройств должны соответствовать параметрам данной сети. Очень многое зависит от материала и сечения нулевого и заземляющего проводников. Нулевой провод располагается непрерывно на всем протяжении от каждого устройства до нейтрали индивидуального источника питания. Соединения на участке выполняются сваркой, а на нейтрали с помощью болтов или сварки.

Из чего состоит контур

Для самостоятельной организации заземления в доме или на даче необходимо знать устройство основных элементов заземления:

Металлические стержни, которые размещаются в земле.
Горизонтальные металлические полоски (если выбран соответствующий тип защиты от электрического тока).
Проводник, который представлен полосой, соединяющей контур заземления и электрический щиток в доме.

В качестве стержней наиболее часто применяются металлические пруты из черной стали, оцинкованной стали, меди. На практике для монтажа защитного контура имеет значение диаметр используемого стержня, его сечение и толщина стенки.

При проведении самостоятельных работ важно помнить, что нельзя стержни нельзя покрывать краской или другими декорирующими составами, поскольку необходим максимальный контакт металла с землей.

Модульные системы

Безусловно, если делать контур заземления своими руками, нужно будет проводить сварочные работы, самому вычислять показатели сети и размеры контура, обеспечивать надежность соединения частей схемы. Для того чтобы избавить от лишних хлопот тех, кому они не по душе, или просто облегчить процесс монтажа, в продаже можно найти модульные заземляющие системы со всеми необходимыми составляющими.

Система комплектуется набором стальных стержней с медным покрытием. Их диаметр составляет 14мм, а длина – до 150 см, а на концах нарезана специальная резьба, тоже покрытая медью. На нее накручивается специальная латунная муфта, позволяющая соединить два стержня между собой. На нижний конец крайнего стержня накручивается конусовидная муфта-наконечник, для облегчения забивания. Примечательно, что эти выпускается несколько типов этих наконечников для различных грунтов. Помимо перечисленных компонентов, набор включает в себя специальные зажимы для металлических полос и стержней. Антикоррозийная защита частей конструкции обеспечивается с помощью специальной пасты, которой необходимо покрывать все узлы и элементы.

Модульные системы для заземления обладают рядом характерных преимуществ:

последовательное соединение множества стержней позволяет поместить электроды на глубину до 50 метров;
благодаря использованию нержавеющей стали с медным напылением в качестве материала стержни устойчивы к коррозии и обладают повышенным сроком службы;
схема заземления с помощью модульной системы, при необходимости, может быть размещена в пределах одного квадратного метра, что очень удобно, например, на даче;
монтаж не требует использования профессионального оборудования.

Для того чтобы организовать электрическую безопасность на даче и провести заземление в частный или загородный дом, можно воспользоваться готовой системой или сделать контур своими руками. При правильном монтаже обе этих схемы будут работать эффективно и безопасно. Поэтому выбор должен осуществляться исходя из финансовых или личных предпочтений и особенностей ландшафта и планировки. Главное – провести правильные расчеты заземления.

Заземление приборов своими руками

В целях обеспечения безопасности жильцов дома следует грамотно и детально подойти к организации контура заземления.

Важно учесть все нюансы и произвести все соответствующие расчеты (с учетом качественного состава почвы, её сопротивления, площади жилого строения).

Инструкция, как сделать заземление дома своими руками:

В первую очередь, необходимо правильно выбрать место расположения контура. Площадку подбирают недалеко от основного строения, например, на расстоянии до 200 см. Подобный подход позволит сэкономить на материалах для проводника.
Траншею для укладки копают в форме треугольника или прямой линии, в зависимости от выбранной конфигурации (можно увидеть на фото заземления).
Выбранные стержни вбивают в землю на рассчитанную глубину.
Заземлители следует обварить полоской из металла, а вторую такую полоску подвести ко входу в жилое строение для соединения с контуром.
Все сварочные швы обязательно обрабатывают антикоррозийным составом или влагонепроницаемой смолой.
Полосу от контура выводят на цоколь дома, и крепят на металлической ленте болт.

Завершающим этапом крепят болт с проводником. Сам проводник следует уложить в щиток, и подвести к главной шине заземления.

Конструктивные особенности контура заземления

В однофазных и трехфазных электрических сетях схемы контура заземления практически не различаются между собой. В землю закапывается несколько электродов, после чего все сооружение соединяется между собой, какое и становится заземляющим контуром. Сама сборка выполняется в виде треугольника или квадрата.

Иногда электроды можно ставить последовательно, образуя конфигурацию незамкнутого контура. Каждый из вариантов выбирается в зависимости от конкретных условий. Соединения выполняются сваркой или с помощью болтов, а затем через специальный кабель готовая система подключается к распределительному щиту.

Почему не допускается произвольное расположение контура? Правильная установка требует соблюдения определенных правил и технических норм. Например, минимальное расстояние от здания составляет 1-2 метра, а максимальное – не более 10 метров.

Следует учитывать и глубину, на которой должны залегать электроды. В первую очередь учитываются особенности грунтов, наличие или отсутствие грунтовых вод, и расстояние их от контура. Закладка элементов осуществляется за уровнем промерзания земли. Такая конструкция позволяет создать эффективное заземление ванны в квартире.

Материалом для электродов чаще всего служат стержни, изготовленные из черного металла. Прежде всего, это различные виды металлопроката – уголки, трубы, гладкая арматура, двутавр и т.д. Сложная конфигурация проката не влияет на функциональность всей схемы, выбор следует делать исходя из удобства забивания в землю тех или иных конструкций. Чаще всего используются стальные уголки.

Следует учитывать, что площадь сечения любого проката должна быть не ниже 1,5 см2. Общая схема и количество стержней устанавливаются опытным путем или рассчитываются по специальной методике.

Фото заземления для частного дома

Какие бытовые приборы необходимо заземлять?

Металлический корпус любого незаземленного электроприбора потенциально опасен. Поэтому заземлять нужно все электроприборы в доме с токопроводящим корпусом, имеющие I класс защиты. К ним относятся персональные компьютеры, бойлеры, холодильники, посудомоечные и стиральные машины и другая мощная бытовая техника.

Особенно внимание стоит уделить заземлению такой нагрузке, как бойлеры, стиральные и посудомоечные машины, которые имеют прямой контакт с водой. Вода является диэлектриком, но из-за примесей все же хорошо проводит электричество.

Например, в случае протечки воды в бойлере (без встроенного УЗО) на его корпусе может появиться напряжение, и при соприкосновении с ним пользователя ударит током. У работающей стиральной машины в влажном помещении корпус также может оказаться под напряжением, даже при полной исправности прибора, при условии, что вода все же «доберется» до источника напряжения – розеток или неизолированных клеммных контактов внутри прибора.

Варочная панель тоже будет иметь большую вероятность утечки тока. Проблемы с этим устройством могут возникнуть, если его корпус металлический, фазный провод перебит и касается корпуса, а заземления нет.

При создании в доме обогрева водопровода или теплого пола из-за неисправности изоляции кабеля у пользователей есть вероятность получить удар током в местах, где разлита вода. Весьма рискованно будет нахождение в помещениях с повышенной влажностью без заземления электроприборов, например, в банях и саунах.

Обратите внимание!

Бытовые приборы, у которых корпус выполнен из непроводящих материалов (II класс защиты), например, пылесосы, фены и электроинструменты, не нужно заземлять и можно подключать в любую розетку.

Поэтому система заземления бытовых приборов обязательно должна быть включена в электропроводку любого частного дома или квартиры.

Принцип работы заземляющих систем

Главная функция любой заземляющей системы заключается в том, чтобы соединить между собой электропроводящие части приборов и оборудования со специальной металлической конструкцией, вплотную контактирующей с грунтом. В электротехнике данная конструкция известна как заземлитель, заземляющее устройство или заземляющий контур. В его состав входят металлические детали, изготовленные из уголков, труб, и других профильных материалов, соединяемые друг с другом с помощью сварки.

Защитные устройства заземления снижают потенциал в точке соприкосновения человека с корпусом устройства и выводят его на безопасный уровень. В этом и заключается принцип работы данных систем, основанный на движении электрического тока в направлении минимального сопротивления. Весь процесс занимает очень короткое время, в течение которого происходит срабатывание защитного автоматического устройства – УЗО, полностью отключающего подачу напряжения.

Современные стандарты предусматривают использование во внутренней электрической сети трехжильного провода. В числе трех жил имеется проводник, с помощью которого осуществляется заземление розетки в частном доме и последующее соединение приборов и устройств с защемляющим контуром, расположенном в грунте. При использовании вместе с молниеприемниками, защитные системы дополнительно оборудуются разрядниками, способными выдерживать токи и напряжения с большой величиной.

Как сделать монтаж контура заземления самостоятельно?

При устройстве заземления своими руками, монтаже контура, необходимо разработать схему, эскиз, чертеж. Далее выбирают место и размечают участок. Потребуется рулетка достаточной длины. Далее выполняют земляные работы и собирают конструкцию. После этого ее заглубляют, монтируют, а после подключат к щитку. Затем подсоединяют внутренний контур (проводку по дому) и тестируют с помощью специальных электроизмерительных приборов. В дополнительном обслуживании система не нуждается. Она прослужит десятилетиями, если все сделать правильно.

Выбираем место

Щиток лучше поставить в специальном помещении. Обычно это кладовая, котельная или чулан

Важно исключить свободный доступ детям. Отдающий контур размещают на удалении от периметра здания минимум на метр

Максимальное удаление – 10 м. Хорошо, когда это место, где люди не находятся без особой необходимости. В момент, когда устройство гасит утечку тока, лучше, если там никого не будет. Обычно это за домом, на территории огороженных грядок, под декоративными искусственными насаждениями, альпийской горкой и т.д.

Земляные работы

Сначала необходимо разметить участок, если применяется линейная схема заземления. В места, где будут вбиты электроды, ставят колышки. Теперь соедините их прямыми линиями, натяните шнурок, который будет служить ориентиром для рытья траншеи. Ее глубина от 30 до 50 сантиметров. Ширина приблизительно такая же. Грунт вывозить не нужно. Он потребуется на окончательном этапе монтажных работ перед подключением внутреннего контура. Гидроизоляция, отсыпка не потребуется.

Собираем конструкцию

Когда земельные работы завершены, осталось только правильно смонтировать контур. Вытащите колышки и вбейте штыри так, чтобы их торцы выступали на 15-20 см. Металлосвязи обрезают по размерам. Расстояние между штырями имеет смысл заново замерять. Контрольный замер исключит фактор ошибки. Связи приваривают газо или электросваркой. Теперь можно зарыть траншею, но только кроме точки ввода в дом, так как его тоже нужно изготовить, прикрепить, подключить к щитовой.

Ввод в дом

В качестве шины используются материалы, свойства которых описаны ранее. Главное надежно закрепить ее к контуру. Теперь заведите другой конец через стену к щитовой. Заблаговременно проделайте отверстие на манер клеммы, чтобы можно было применить болтовое соединение. Когда эти работы завершены, заройте последний участок траншеи и подсоедините к вводу шину-расщепитель или соответствующую жилу. На данном этапе все зависит от выбранного типа заземляющей системы частного дома.

Проверка и контроль

После подключения заземления к щитку, необходимо убедиться, что все сделано правильно. Контроль заключается в проверке целостности контуров и проводящей способности. Кстати, если желаете, чтобы контур наверняка работал, на предыдущих этапах не спешите закапывать траншею. Если выявится разрыв, придется заново оголять металлоконструкцию и устранять неисправность. Либо проверьте целостность заблаговременно. Но даже после этого, когда вся цепь будет подключена, необходимо перепроверить ее работоспособность.

Берут лампу мощностью 100-150 Вт. Вкручивают в патрон, от которого отходят небольшие провода. Это будет так называемая «контролька». Один провод накидывают на фазу, другой на заземление. Если монтаж выполнен правильно, свет будет ярким. Мерцание, слабое сияние, прерывание или отсутствие тока свидетельствует о неполадке. Если лампочка светит тускло, проверьте надежность соединений, зачистите контакты, затяните болты. Соблюдайте технику безопасности. Не выполняйте ремонтные работы, не отбесточив здание.