Как сделать заземление в квартирах и частных домах

Эксплуатация электроустановок тесно связана с вопросами безопасности. При резком возрастании современных нагрузок им стало уделяться повышенное внимание.

Для этого используются различные защитные устройства и схемы подсоединения заземлений. Благодаря подключению к жилому помещению РЕ-проводника, удается:

• снизить разрушительные последствия возникающих аварийных ситуаций;

• предотвратить пожары от неисправного электрооборудования;

• спасти людей от получения электрических травм и гибели.

Решить все эти вопросы помогает защитное заземление.

Принципы выполнения защиты человека от аварийных токов на землю

Как работает заземление

Электрическая энергия высокого напряжения передается на большие расстояния с помощью трансформаторов.

Любой бытовой электрический прибор совершает действие тогда, когда через него протекает ток. Путь для него образуется замкнутым кольцом от генератора к потребителю по проводам «фазы» и «нуля». Разность потенциалов между ними определяет величину приложенного напряжения.

Когда происходит пробой изоляции фазного провода на корпус и землю, то приложенный потенциал большей частью стекает по пути наименьшего электрического сопротивления через случайно образованные цепочки: металлические трубопроводы, водопроводные сети, железобетонную арматуру, лифтовое оборудование…

Человек, оказавшийся на пути этого тока, получает электротравму, которая может закончиться трагически. Частично снизить последствия подобной аварии помогает УЗО или дифавтомат, подключенный в двухпроводную схему. Они отключают аварийный ток через тело человека с небольшой выдержкой времени, ограничивая его термическое воздействие на организм.

Для предотвращения такого несчастного случая используется «зануление». Это метод, основанный на подключении корпуса бытового прибора к нулевому проводнику схемы без использования контура защитного заземления.

При возникновении пробоя изоляции на корпус потенциал фазы схемы автоматически оказывается закороченным на ноль. Сразу возникает ток короткого замыкания. Его должна почувствовать защита вводного автомата и снять напряжение с работающего неисправного прибора. При этом способе основное внимание обращается на точность работы защитных устройств по назначенным для них уставкам.

Применяя метод зануления необходимо проявлять внимательность, нельзя перепутывать местами ноль и фазу. Иначе потенциал электроустановки будет приложен на корпус постоянно: вместо защитного подключения создастся прямая предпосылка для получения электротравм.

В зданиях, оборудованных электропроводкой по системе TN-S, при пробое изоляции фазы аварийный ток отводится по защитному РЕ-проводнику.

При этом устройства УЗО и дифавтоматы, реагирующие на появление тока утечки через защитный ноль, снимают напряжение с контролируемого участка с поврежденной изоляцией. Человек избавлен от воздействия аварийного тока.

По такому же алгоритму работают защиты в зданиях, переоборудованных на систему TN-C-S, в которой дополнительно заземление использует расщепления PEN-проводника на рабочий и защитный ноль на вводе в дом.

Таким способом защитное заземление здания спасает человека от поражения электрическим током при пробоях изоляции на корпус всех бытовых приборов. Однако, это не единственная его защитная функция.

В коттедже и отдельном частном доме заземление позволяет реализовать в комплексе:

• выравнивание потенциалов, образующихся при эксплуатации электроэнергии;

• отвод разряда молнии, направленный в здание в системе молниезащиты;

• устранение высокочастотных помех, возникающих от работающей телевизионной и радио аппаратуры.

Технические требования к заземлению

Надежность конструкции

Энергия молнии может достигать очень больших значений. Ее кратковременный разряд на землю в сотни килоампер прожигает крышу дома, разрушает стволы деревьев. Конструкция заземления должна выдержать это воздействие и надежно отвести от здания такой большой ток.

Для этого при монтаже используют толстые металлические уголки не менее 40х40 мм, полосы с сечением от 50 мм кв. и штыри, которые надежно соединяют сваркой. Элементы меньших поперечных площадей, используемые в контуре заземления, могут просто не выдержать энергию молнии.

Электрическая проводимость контура

Грунт местности, на котором располагается здание, обладает различными электрическими характеристиками. Скальные породы, песок, глина, суглинки, болотистая почва по-разному проводят электрический ток.

В зависимости от времени года изменяется заполнение водоносных слоев грунтовыми водами. Все это требует исследования специальной лабораторией, поскольку влияет на выбор конструкции заземления, его углубление, а, следовательно, и стоимость. Заземлители должны надежно пропустить ток через верхний слой почвы в глубину со стабильными электрическими характеристиками. А его свойства проводимости периодически ухудшаются благодаря промерзанию или засухе.

Металл контура заземления работает во влажной среде почвы, подвержен коррозии. Ее чешуйки со временем отодвигают частицы грунта от заземлителя, ухудшая его электрический контакт.

Покраска элементов заземления недопустима из-за нарушения его диэлектрических свойств. Для предохранения от разрушения химическими реакциями, происходящими в почве, стальные детали покрывают слоем цинка или меди.

Защищенные методами гальванопластики заземлители способны работать несколько десятилетий. Но, они тоже нуждаются в периодическом контроле технического состояния, которое выполняется замером величины сопротивления между их металлом и грунтом.

Электротехнические лаборатории, осуществляющие оценку качества контура заземления, используют мощные источники и измерители тока или падения напряжения высокой точности. Один из принципов таких замеров показан на картинке.

Рядом с заземлителями вбиваются на глубину 5÷10 метров на определенном удалении два контрольных штыря, выполняющие роль дополнительных электродов. Затем напряжение холостого хода прибора калибруется, фиксируется и подается вначале на контрольные штыри, а потом на заземлитель контура и поочередно на каждый из электродов.

При всех подключениях контролируется падение напряжения на схеме. По полученным данным производятся вычисления. Худший результат с наибольшим сопротивлением принимается за основу замера.

Когда используется аналоговый прибор, то вычисления и замеры выполняет оператор вручную. Оснащенные микропроцессорными устройствами модели позволяют автоматизировать процесс и ускорить анализ.

Приведенный алгоритм измерений электротехнической лабораторией описан для того, чтобы показать, что обычные тестеры, мультиметры и мегаомметры для оценки качества заземления не годятся. Их результат не будет точным.

Конструкции устройств заземления

Изготовить контур заземления можно своими руками или купить готовый комплект. Но, перед этим необходимо узнать электрические характеристики грунта и получить консультацию у специалистов местной лаборатории, выполняющих такие замеры. Они подскажут наиболее приемлемое решение.

Лучшее время для планирования контура заземления совпадает со стадией проекта дома. На этом этапе его удобно рассчитать и совместить с конструкцией молниеотвода и другими системами безопасности, красиво вписать в дизайн, а монтаж поручить строителям.

Однако, чаще всего о заземлении, как и обо всей электрике, вспоминают после строительства здания. В этом случае рассматривают несколько типовых конструкций.

Упрощенный вариант конструкции для кратковременного заземления

Самый простой способ изготовления заземлителя сводится к следующему:

• забить в землю двухметровый уголок, штырь или прут арматуры (можно закопать стальной лист);

• подсоединить к созданному электроду медный провод сечением не меньше 4÷6 мм кв;

• второй конец этого проводника вывести и смонтировать на металлическую полоску, используемую в качестве шины, а на нее подключить все корпуса бытовых приборов.

Однако, этот метод ненадежен: он работает ограниченное время. Чаще всего его используют на передвижных бытовках-вагончиках, которые эксплуатируются на одном месте несколько месяцев, а затем переезжают на другой объект.

Горизонтальный контур из трех заземлителей

Эта конструкция работает в верхнем слое почвы. Для заземлителей используются трубы или уголки, которые для лучшего вхождения в грунт при забивании заостряют на нижних концах.

На поверхности будущего контура прокапывают траншею в форме треугольника или отрезка, если будет применяться ленточный контур, когда по условиям местности можно использовать только его. По углам выкопанного равностороннего треугольника вбивают электроды на всю глубину, оставляя место для их соединения сваркой к стальной полосе.

После окончательного монтажа всех металлических элементов полосовую сталь выводят на поверхность для подключения к шине здания, а траншею засыпают.

Правильность выполнения расчетов и монтажа покажет замер электрических характеристик контура. Если будет выявлен брак, то придется забить и подключить дополнительный заземлитель, повторить замер. Таким же способом исправляют ухудшенные характеристики контура, которые возникают через несколько лет его эксплуатации.

Горизонтальный контур из шестнадцати заземлителей

Эта конструкция обладает большей мощностью передачи на землю аварийных токов и используется там, где грунтовые почвы обладают высоким электрическим сопротивлением. Для нее необходим участок местности размером 25х25 метров и значительно большее количество материала.

Технология изготовления и проверки соответствует предыдущему методу.

Вертикальный контур

Производители промышленных заземлителей выпускают различные комплекты, которые при монтаже занимают мало времени и в то же время приспособлены для длительной эксплуатации.

Одна из таких конструкций состоит из четырех вертикально забитых омедненных штырей. Они монтируются из двухметровых элементов с помощью прочного резьбового переходника. Ввинчивание их друг в друга позволяет последовательно заглубить электрод на глубину от 12 и более метров.

Специальный электрический вибромолот вгоняет каждый стержень за короткое время. Для надежного соединения электродов между собой омедненными стержнями используются специальные зажимы. Таким же способом выполняется подключение контура к шине здания.

Однако, даже для этой конструкции необходимо выполнять электрические замеры.

Таким образом, чтобы заземление надежно защищало жильцов, а, заодно и электрооборудование квартиры или частного дома, необходимо:

• уточнить функции, которое оно должно выполнять;

• проанализировать электрические характеристики грунта;

• выбрать оптимально подходящую конструкцию;

• правильно смонтировать;

• выполнить замеры электрических характеристик и не забывать об их проведении через каждый последующий год.

Только в этом случае реальная проверка вашей работы разрядом молнии не причинит вам никакого вреда.