Электробезопасный частный жилой дом и дача. Часть 2

Начало статьи смотрите здесь – Электробезопасный частный жилой дом и дача. Часть 1.

Система TN – C – S. В окончательном варианте мы имеем следующую схему – cм. рис.11 и рис.12. На схеме показан минимально необходимый набор для защиты вашего дома. Реле РКН защитит Ваш дом от повышенного и пониженного напряжения на вводе. И если от повышенного напряжения можно как бы не защищаться (обрыв РЕN провода маловероятен), но чем черт не шутит, да и пониженное напряжение всегда может иметь место, что крайне опасно для электродвигателей. К тому же, если у вас стоит УЗО электронное, то при пониженном напряжении или обрыве только нулевого провода оно может просто не работать и оставить дом без защиты.

УЗО защитит Вас от прямого прикосновения с фазным проводом, от токов утечки, которые могут привести к пожару, а также мгновенно отключат неисправную электростановку (при замыкании фазы на ее корпус). Автоматический выключатель будет следить за токами КЗ и перегрузкой в сети.

По поводу повторного заземления PEN- провода….

Согласно ПУЭ, п.1.7.61 « …Повторное заземление электроустановок напряжением до 1кВ, получающих питание по воздушным линиям, ДОЛЖНО выполняться в соответствии с п.1.7.102- 1.7.103». Согласно п.1.7.102 «…а также на вводах ВЛ к электроустановкам, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания, ДОЛЖНЫ быть выполнены повторные заземления PEN -проводника».

Таким образом, ПУЭ ОБЯЗЫВАЕТ нас сделать повторное заземление PEN – провода на вводе в дом при системе TN-C-S. Согласно пункту 1.7.103 сопротивление повторного заземления в нашем случае должно быть не более 30ом. Учтите, что это сопротивление замеряется при отключенном PEN – проводе, (то есть без учета всех внешних по отношению к вашему дому повторных заземлений – повторных заземлений на ВЛ). Если подключить затем от ВЛ PEN- провод опять к вашему повторному заземлению, то общее сопротивление должно быть не более 10 ОМ (см п.1.7.103).

Так как мы не можем быть уверены в том, что на ВЛ выполнены все повторные заземления, то может оказаться, что наше повторное заземление является единственным на ВЛ, то есть должно быть меньше 10 Ом. Поэтому, нужно сразу при устройстве своего заземления ориентироваться на величину не более 10 Ом в обычном грунте (в песчаном не более 50ом). Этого требуют и представители газовых компаний , если у вас будет стоять газовый котел.

Рис. 11. Система TN-C-S 

Рис. 12. Система TN-C-S по ПУЭ 7.1.22 

Теперь давайте разберемся с выбором автоматических выключателей.

Сначала нужно понять, что автоматический выключатель, который защищает ваши розетки, не должен быть выше 16А, а тот, который защищает светильники – выше 10А. Почему? Дело в том, что все электроприборы, которые вы используете в доме, включаются в розетки с помощью шнура, а этот самый шнур, согласно нормам, не должен быть сечением менее 0,75 кв.мм по меди. Номинальный ток для такого сечения равен 16А.

Если вы поставите автоматический выключатель на 25А, то он начнет что-то «делать» только при токе более 25А и если по шнуру, рассчитанным на ток 16А, будет идти ток 25А, это вызовет его нагрев, оплавление изоляции и в конечном итоге к току КЗ в самом шнуре и пожару в доме. Аналогично и со светильниками, так как по нормам, все внутренние соединения в них должны выполняться медным проводом сечением не менее 0,5 кв.мм. Для такого сечения номинальный ток равен 10А.

Ну хорошо, запомнили. Автоматический выключатель не более 16А защищает розетки, а на 10А – светильники. Идем дальше. Нужно запомнить, что автоматические выключатели бывают типа B, C, D. Нам интересно только типа В и С. Что это такое?

Тип В – это автоматический выключатель, который отключает электроустановку в пределах 3 -5 1ном. Соответственно тип С – в пределах 5-10 1ном. За какое конкретно время сработает автомат, смотрят по его защитным характеристикам. Но мы не проектировщики, поэтому поступим проще и лучше с точки зрения электробезопасности.

Согласно ГОСТу, по которым изготавливают все эти автоматы, время его срабатывания при верхнем пределе (для типа В – это 5 Iном, а для типа С – это 10 Iном) должно быть не более 0,1 сек. А согласно таблице 1.7.1 ПУЭ время отключения автомата при 220В должно быть не более 0,4сек. Для чего это нужно? Научными исследованиями было установлено, что на тяжесть поражения электротоком влияет как величина напряжения, так и время, в течение которого оно действует на человека. Если человек, например, прикоснулся к открытым проводящим частям (ОПЧ), на которую вдруг «села» фаза (220В), то считается, что человек не должен находиться под напряжением более 0,4сек (для 220в), то есть это будет для него безопасно. Помните – выше я писал, что расскажу вам, как избавиться от напряжения прикосновения – вот именно таким способом.

Итак, не будем рассматривать защитные характеристики автоматов. Тот факт, что автомат типа В при токе КЗ равным 5 Iном.(А автомат типа С за 10 1ном.) мгновенно (за 0.1сек) отключит напряжение, нас вполне устраивает. На это и будем ориентироваться.

Идем дальше. Получается, что для мгновенного срабатывания автомата типа В на 16 ампер нужен ток равный 5х16=80 А, а для типа С нужен ток 10х16=160 А. А какое сечение проводов нужно, что бы гарантировать такой ток? Давайте немного посчитаем.

R=U/1=220/80=2.8 Ом

S=0.0175хL/ S кв.мм

Пусть, например, этот автомат защищает проводку до розетки, установленной на расстоянии 100 метров. Тогда S=1.25 кв.мм. Согласно ПУЭ, мин.сечение медных проводов должно быть не менее 1.5кв.мм по условиям механической прочности. Поэтому, сделав проводку к нашей розетке медным проводом сеч.1.5кв.мм, мы выполним требования ПУЭ и надежно защитим все, что находится в зоне защиты этого автомата.

Возьмем теперь автомат на 16 А, но типа С и сделаем аналогичные расчеты. Мы видим, что в случае с автоматом типа В, проводку к розетке на расстояние 100 м можно сделать проводом сечением 1,5 кв.мм, а для автомата типа С уже необходим провод сечением 2,5 кв. мм по меди. Что лучше именно для вашего дома – я думаю, вы уже разберетесь сами. Главное, что вы уже понимаете суть проблемы.

Теперь поговорим о выборе УЗО.

Как правило, мы – люди небогатые и покупаем УЗО так называемые «электронные», то есть, если на него поступает питание, (в данном случае от самой сети 220В), то оно работает и защищает наш дом и человека. А если, например, будет обрыв нулевого провода до самого УЗО, тогда в дом пойдет фаза, а УЗО окажется неработоспособным со всеми вытекающими отсюда последствиями. Поэтому я настоятельно рекомендую установить реле РКН, которое будет отслеживать эту и другие неприятности. По возможности лучше вместо комбинированного УЗО (УЗО плюс автомат в одном корпусе) выбрать раздельно УЗО и автомат, так как при срабатывании комбинированного УЗО невозможно понять, отчего оно сработало – от перегрузки, тока КЗ, тока утечки, замыкания фазы на корпус ОПЧ или СПЧ. При раздельном автомате и УЗО – сразу становится все ясно. УЗО по номинальному току следует выбирать на ступень выше автомата, который стоит перед ним

Так как мы рассматриваем обыкновенный жилой дом, а не огромный особняк, то УЗО на вводе в дом надо брать на 20 и выше ампер и на дифференциальный ток 30 мА, этого вполне хватит для защиты вашего дома. Вводной автомат лучше брать не одно-, а двухполюсным для ссистемы ТТ и трехполюсным для системы TN-C-S (ПУЭ 1.7.145).

Рис. 13. Система ТТ 

Если вы внимательно прочитали все, написано выше, то без труда разберетесь и с системой ТТ. Ее отличия от системы TN-C-S в том, что PEN – провод не разделяется на вводе на PE – и N- проводники. PEN –проводник выполняет теперь роль только N – проводника (рабочего нуля) и поэтому сразу подключается к электросчетчику.

РЕ -проводник мы должны делать сами путем выполнения на участке ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА и подключения к нему РЕ-шинки вводного щитка. С этой шинки РЕ- щитка мы и будем брать РЕ- проводники на розетки и туда, где это необходимо, как и в системе TN-C-S. Но в системе ТТ есть одна проблема – в ней невозможно создать большие токи для срабатывания автоматов. Одно дело замкнуть между собой фазный и нулевой провода, а совсем другое – воткнуть фазу в землю. Даже если сделать заземляющее устройство с сопротивлением 10 Ом, мы получим ток 220/10=22 А – мизерный ток для срабатывания автоматов, так что они нам теперь не помощники. Что же делать?

Вот тут нам и приходит на помощь УЗО на 30мА (0.03А). Такое УЗО сработает при токе на землю всего 0.03А, то есть как раз то, что нам надо. Требования к сопротивлению заземлению в системе ТТ менее жесткие, чем в системе TN-C-S.Что значит менее жесткие? Давайте разберемся и с этим.

Согласно ПУЭ 1.7.59 в системе ТТ сопротивление заземления должно быть R з < 50/Iд-R зп, где 50 – наибольшее напряжение прикосновения на ОПЧ и СПЧ Iд -диф. ток УЗО R зп -сопротивление заземляющего проводника Так как в нашем жилом доме расстояния невелики, то можно принять Rзп=0 Тогда R з < 50/ Iд

В частном доме много особо опасных мест – улица, сараи и прочее, поэтому не будем экономить на электробезопасности и примем вместо 50 вольт 12 вольт. От 12 вольт уж точно не убьет. Тогда Rз=12/1.4хIд=12/1.4х0.03=286 Ом, то есть сопротивление заземления должно быть не менее 286 Ом.

В проекте новой редакции стандарта МЭС 60364-4-41 установлены максимальные значения времени срабатывания автоматического отключения питания в системе ТТ. Это 0.2 сек при 120-230 вольт и 0.07сек при напряжении 230-400 вольт. УЗО типа А и АС срабатывают в течение указанного времени при появлении синусоидальных токов замыкания на землю (1з) Iз=2 Iд (для напряжения 120-230) Iз=5 Iд (для напряжения 230-400 вольт).

При пульсирующих токах замыкания на землю УЗО типа А срабатывает за указанное время при токе замыкания равным: Iз=1.4х2 Iд (при напряжении 120-230 вольт) Iз=1.4х5 Iд (при напряжении 230-400 вольт). Максимальное значение сопротивления при самых неблагоприятных условиях будет: 12/1.4х5х0.03=57 Ом. Вот на это сопротивление заземляющего устройства и нужно ориентироваться. Однако согласно циркуляру № 31.2012г “О выполнении повторного заземления и автоматического отключения питания на вводе объектов индивидуального строительства” сопротивление повторного заземления должно быть не более 30 Ом. При удельном сопротивлении грунта более 300 Ом х м допускается увеличение сопротивления до 150 Ом.

Ввод в здание электропитание

Теперь давайте остановимся поподробней на том, как правильно выполнить ввод от ВЛ в дом. Большинству жилых домов не требуется ток нагрузки более 25 А (это примерно 10 кВТ мощности).Тогда обратимся прямо к п.7.1.22 ПУЭ, который детально указывает, как выполнить ввод в этом случае. Все требования этого пункта (и конечно других норм ПУЭ) я изобразил на рис.14.

Рис. 14. Ввод от ВЛ с расчетным током до 25 А. По ПУЭ 7.1.22. 

Все необходимые пояснения даны прямо на рисунке, поэтому укажу на наиболее встречающиеся ошибки при устройстве ввода. Самая опасная ошибка – не защитить проводку трубой до самого щитка. Этого не делают сплошь и рядом, и поэтому любое КЗ на этом участке проводки, которое к тому же не имеет защиты, ведет к разбрызгиванию раскаленного металла, и пожар в доме почти обеспечен. И даже если проводка выполнена в трубе, то не всякая труба выдержит такое испытание. Поэтому металлическая труба должна быть с толщиной стенки не менее 3.2 мм (для нашего случая).

Другая, но уже не такая очевидная ошибка – это сплошь и рядом делают ввод СИПом прямо в дом до щитка, не разрезая его у изоляторов. Конечно, у такого способа есть свои плюсы, но если провода ввода в дом выполнены не МЕДНЫМ, не ГИБКИМ, не ИЗОЛИРОВАННЫМ проводом, в неГОРЮЧЕЙ ИЗОЛЯЦИИ, не со СВЕТОстабилизированными свойствами, то мы не выполняем требований ПУЭ. Что тут можно сказать?

В данном примере ответвление и ввод в дом выполняются СИПом сеч.16 кв.мм. При таком сечении и нагрузке в дом током менее 25 А вряд ли существенное значение имеет медный провод или алюминиевый. Факт гибкости у СИП тоже вроде не вызывает сомнений, да еще при таком сечении. То, что СИП 4 выполнен с изоляцией со светостабилизированными свойствами, то же ясно. Остается только один показатель – изоляция должна быть негорючей, и это самый серьезный аргумент .Даже если защитить проводку трубой – это не выход из положения, так как огонь очень коварен.

Сейчас в продаже появился СИП5 нг – то есть в негорючей изоляции. Тогда можно говорить о прямом вводе СИП в дом, правда все равно формально мы нарушаем ПУЭ. Вывод из всего этого очевиден – не нужно рисковать, надо все делать по правилам ПУЭ. И если вам больше по душе СИП, то делайте его разделку на вводе в дом, а сам ввод в дом далее делайте МЕДНЫМ ГИБКИМ КАБЕЛЕМ сеч. не менее 4 кв.мм в НЕГОРЮЧЕЙ изоляции со светостабилизированными свойствами и проложенным до самого щитка в мет. трубе с толщиной стенки минимум 3.2 мм.

Под конец рассмотрим какие опасности можно ожидать от самой ВЛ.

Рис. 15. Аварийные ситуации на ВЛ

На рис.15 показана трансформаторная подстанция (ТП) от которой идет магистральная линия ВЛ и от нее выполнены ответвления к вводу в дом. В одном доме выполнена с.TN-C-S а в другом с.ТТ. Возможные аварийные ситуации на ВЛ пронумерованы цифрами 1-4. Аварийная ситуация №1 – общая для обеих домов – это обрыв PEN провода на ВЛ. Аварийная ситуация №2 – это обрыв PEN провода на ответвлении в дом (то есть от столба до дома). Аварийная ситуация №3 – отказ повторного заземления PEN провода на вводе в дом. Аварийная ситуация №4 – обрыв нулевого провода на ответвлении к дому.

Если проанализировать аварийные ситуации №1-4 при условии что мы установили ОБЯЗАТЕЛЬНО автоматический выключатель, УЗО и реле РКН, то: При аварийной ситуации №1 в системе TN-C-S при отказе повторного заземления на ОПЧ электрооборудования возможен высокий потенциал. В системе ТТ такой опасности нет. При аварийной ситуации №2 в системе TN-C-S нет защиты от КЗ в электропроводке. В системе ТТ такая защита есть. При авариях №3 и №4 дом с системой TN-C-S и дом с системой ТТ одинаковы защищен. Из всего этого можно сделать вывод что системой ТТ является самой безопасной.

В конце статьи хочу предложить в порядке обсуждения. Вы наверное обратили внимание, что в частных жилых домах ПУЭ 1.7.145 разрешает разрывать одновременно PE, L и N провода. Я конечно воспользовался этим правом и отразил это на рисунке. Понятно и для чего это нужно. Совсем хорошо если бы автомат сам автоматически отключал все провода на вводе, когда напряжение на РЕ проводе повысилось бы, например, до 60 вольт.

Далее на рисунке я привожу схему которая позволяет это осуществить. На схеме показан 3-х полюсный автомат, например ВА47-29 и реле РН47. Автомат установлен на динрейку и рядом с ним сбоку установлено реле, которое механически сблокировано с автоматом. Если теперь на реле подать напряжение 230 вольт, то оно сработает и отключит автомат. Далее я пишу все приблизительно, так как схему нужно доводить до ума.

Рассуждаем так. Допустим что реле срабатывает при напряжении 0.8х230=180 вольт (точно можно уточнить при эксперименте). При повышении на РЕ проводе напряжения, например, до 60 вольт между L проводом и РЕ проводом будет 220+60=280 вольт. Тогда 280-180=100 вольт, это означает, что 220-100=120 вольт<180 вольт и реле не сработает, а 280-100=180 вольт =180 вольт и реле сработает.

В диагональ моста включаем транзистор. Когда напряжение на стабилитроне будет 100 вольт (стабилитрон выбираем на 100 вольт) транзистор откроется и сработает реле. Автомат отключится и разорвет L, РЕ и N проводники и одновременно разорвется цепь питания самого реле.

Автор статьи – Миронов С.И. fifc.ivanov2012@Ya.ru 

Продолжение статьи: Электробезопасный частный жилой дом и дача. Часть 3. Молниезащита