Напряжение прикосновения и напряжение шага
Если человек касается корпуса рассматриваемого в примере электроприбора, он имеет большее сопротивление, чем часть земли, на которой он стоит, и ток по нему идёт небольшой. Но он стоит на земле в зоне растекания тока короткого замыкания. А это значит, что присутствует какое-то напряжение между контактирующими частями тела. Не всегда это руки и ноги, но и рассмотрения этого частного случая достаточно для понимания процесса. Напряжение, действующее на человека через эти точки – напряжение прикосновения.
Для него существуют определённые нормы. Его стремятся уменьшить на сколько возможно, поэтому расчётным путём достигаются допустимые параметры для заземляющего устройства.
Для простоты возьмём только один заземлитель, рассмотрим, что происходит непосредственно на земле. Чем больше удаление от заземляющего электрода, тем меньше напряжение, потенциал относительно удалённой точки, где он равен 0. Непосредственно у самого заземляющего электрода он максимально возможный. Если абстрактно соединить точки с одинаковым потенциалом, образуются так называемые эквипотенциальные линии – окружности. Очевидно, что приближаясь к заземлителю, который проводит ток короткого замыкания, на каком-то удалении человек между ступнями получает какое-то напряжение – разность потенциалов от положения ступней. Это напряжение шага.
Конечно, в электроустановках где стремятся ток замыкания на землю как можно скорее отключить это напряжение не является слишком опасным, даже если оно будет существовать какие-то секунды, человек возможно и получит какие-то неприятные ощущения, но только и всего.
В иных электроустановках, где ток замыкания на землю может существовать длительное время, на это тоже обращают особое внимание. Кстати, шаговое напряжение – термин, который активно используют в электробезопасности в части приближения к токоведущим частям, замыкающимся с землёй в открытых и закрытых распределительных устройствах
И существует допустимое расстояние приближения к этим устройствам – 4 м для закрытых и 8 для открытых. Они связаны с тем, как ток замыкания на землю растекается по земле.
Напряжения прикосновения и шага стремятся сделать минимальными, чтобы не пострадал человек. Для этого и получены, опубликованы в ПУЭ нормы – для практического применения.
А когда от подстанции отходит воздушная линия, то через определённые расстояния для обеспечения тока короткого замыкания, достаточного для срабатывания защиты, на опорах устраиваются повторные заземляющие устройства.
На вводе в бытовые здания: дома, коттеджи, также устраивается контур заземления, который тоже является повторным. Как только его подключили померять его индивидуальные параметры невозможно – он становится составной частью всей системы.
Конечно частника интересует только его «собственный» контур, точнее, как сделать заземление в доме. Чтоб оно было эффективным, а силы и средства небыли потрачены впустую. значение сопротивления повторного заземляющего устройства для частного дома тоже, как и для всех остальных. Это 15, 30, 60 ом соответственно напряжениям 660, 380, 220 В. источника трёхфазного тока или 380, 220, 127 В. источника однофазного тока
И неважно, что зачастую это бывает однофазное напряжение 220в – 30 Ом, когда контур не подключен, 10 Ом у подключенного в сеть устройства заземления
Однако может выясниться, что при некоторых условиях экономическая составляющая расчётного заземления зашкаливает разумные пределы. Например, удельное сопротивление грунта настолько велико, что даже многократное увеличение числа заземляющих электродов не приносит желаемый результат. Поэтому при удельном сопротивлении грунта более 100 Ом на метр, норму для устройства заземления можно превышать, но не более чем в 10 раз.
Нужно ли защитное устройство на садовом участке, и каким оно должно быть?
Нужно ли заземление на даче? Каждый участок дачного товарищества должен быть снабжен этим недорогим и простым приспособлением для безопасности не только одной дачи, но и всего садового массива. Нередко при авариях электропроводки возникает пожар, который может перекинуться на соседние дома.
Дома на садовых участках строят из различных материалов. Для быстрого возведения дачного дома часто применяется способ каркасного строительства. При грозах и не оборудованном заземляющим устройством и громоотводом участке, велика вероятность возникновения пожара и поражение людей электричеством.
Также необходимо сказать о выходе из строя дорогостоящих бытовых приборов:
- при резких скачках напряжения в сети;
- замыкания на корпус фазы;
- при поражении молнией.
Еще один очень важный вопрос, который необходимо разобрать перед началом работ – это критерии выбора защитного устройства:
Следует определить величину сопротивления устройства. Разброс рекомендаций в источниках достаточно широк. Он колеблется от 0,5 Ома до 60 Ом, но все — таки необходимо делать заземление ниже уровня организма человека. Значит, оптимальным будет значение ниже 4 Ом.
- Необходимо знать на какую глубину необходимо забивать электроды заземления. Это значение зависит от: качества и состава почвы на участке;
- глубины прохождения грунтовых вод;
- глубины промерзания земли зимой и других климатических особенностей региона.
Чем выше находится уровень грунтовых вод, тем меньше глубина забивания в грунт уголков или готовых электродов заземлителей.
Этот критерий влияет и на размер равностороннего треугольника при монтаже заземления. Длина электродов и размер стороны треугольника бывают от 120 сантиметров до 300 сантиметров. Устройство заземления располагают не ближе 3 метров от стены домика и на участке расположения распределительного щитка.
Расшифровка аббревиатур
Чаще всего, производитель указывает в названии продукта все его технические особенности
Это важно учитывать при покупке устройства. Чтобы было легче ориентироваться в магазине, следует знать:
- T – потребитель заземлен;
- I – элементы, которые проводят электрический ток полностью изолированы от земли;
- N – источник занулен;
- C – главные проводники соединены в один, который имеет название PEN;
- S – возможности основных проводников разделены.
Все подвиды TN, отличаются друг от друга способом подключения N и PE.
Система TN-C
Главная отличительная черта подобного решения — возможность использовать один проводник для работы и защиты.
Такая конструкция больше предназначена для проведения заземления в старом загородном доме, где нет большого количества электронной техники. Преимущество – простота монтажа и экономичность. Однако есть и недостатки, так из-за того, что у сооружения отсутствует отдельное защитное заземление, это может привести к короткому замыканию, если случится внезапный скачок электрической энергии. Поэтому продукцию запрещено устанавливать в новых сооружениях. TN-C подойдет больше для замены, отработавшей системы.
TN-S
В этом случае главные элементы полностью разъединены, что позволяет устранить появление напряжения на металлическом изделии. Такая система отличается большей безопасностью и защищает человека на протяжении длительного периода. Подойдет для размещения в современных постройках. Главный недостаток такой конструкции – высокая цена установки.
Система TN-C-S
Этот вариант представляет собой комбинированную систему, где на выходе проводники соединяются в единую систему, а на входе добавляется еще один защитный элемент, что увеличит безопасность в каждом сооружении.
Когда человек задается вопросом, что лучше всего купить для коттеджа, то большинство электриков советуют покупать именно этот вариант. Такая система проста в установке, не требовательна к владельцу, а ещё гарантирует надежность и долговечность работы на десятки лет. Кроме того, модель защитит дом от пожара при возникновении короткого замыкания.
Как сделать монтаж контура самостоятельно
Для самостоятельного изготовления контура заземления сначала потребуется выбрать его тип, после чего на основе данного исполнения провести подготовительные работы. Они включают в себя такие обязательные процедуры как выбор места под ЗК, подбор необходимых заготовок-штырей, перемычек и т. п., а также подготовку приямка под заземляющий контур.
Рассмотрим этапы предстоящих работ более подробно.
Выбираем место для монтажа
При выборе участка на придомовой территории, подходящего для обустройства защитного контура, исходят из следующих соображений:
- он должен располагаться не слишком далеко от дома; это позволит не только сэкономить на соединительной шине за счет ее небольшой длины, но и уменьшить сопротивление цепи стекания тока;
- грунт в месте обустройства ЗК должен быть достаточно мягким, чтобы можно было вбить в него металлические штыри;
- качество почвы на участке также влияет на эффективность действия заземления (минимальным сопротивлением обладают суглинки, пластичная глина и торф).
Монтируем конструкцию
Сначала подготавливается небольшой приямок глубиной около 40-50 см, по форме напоминающий треугольник с размерами чуть больше чем каждая из сторон будущей заземляющей конструкции. Все последующие действия проводятся в следующем порядке:
- Прежде всего, по углам вбиваются вертикальные заземлители.
- Затем их выступающие из грунта концы с отступом примерно на 30 см от поверхности грунта соединяют с заранее подготовленными стальными перемычками с помощью сварки.
- После этого к одной из вершин (которая располагается ближе к дому) приваривается стальная полоса сечением не менее 48 кв. мм и подводится как можно ближе к распределительному щитку.
- На конце полосы приваривается стальной болт, к которому прикручивается медный проводник сечением не менее 16 кв. мм.
- Другой его конец заводится в распределительный щиток и фиксируется в нем на главную заземляющую шину (ГЗШ).
Монтаж контура заземления в форме треугольника
Монтаж линейного контура заземления На завершающей стадии работ готовая к эксплуатации стальная конструкция засыпается сверху ранее откинутой землей, которая затем хорошо утрамбовывается.
С подробным руководством по монтажу контура заземления Вы можете ознакомиться в статье на нашем сайте.
Схемы заземления для частного дома
Существует несколько схем зануления в индивидуальном коттедже: TN-C, TN-C-S и TN-S. Первая буква в аббревиатуре обозначает способ подключения «земли» к источнику питания, вторая расшифровывает характеристики потребителя.
Схема TN-C
Эта удобная разновидность отличается тем, что проводник одновременно выполняет функции защиты и рабочего устройства. Данный вариант часто используют в старых домах из-за простоты реализации и экономичности. Однако из-за отсутствия отдельного контура защиты во время аварии есть вероятность возникновения замыкания. В современных коттеджах этот вариант не применяют, потому что он не соответствует нормативным требованиям.
Схема TN-S
В данной схеме применяют разделенные проводники. В аварийной ситуации на корпус бытовой техники не выходит напряжение. Этот вариант считается самым безопасным, потому что защищает от поражения электрическим током. Однако для реализации такой схемы нужно приложить много усилий и потратить дополнительные средства.
Схема TN-C-S
Это комбинированный вариант, в котором два проводника, идущие от источника питания, объединены в один. В этом случае на входе в дом устанавливают дополнительный защитный проводник типа РЕ. Эту схему советуют использовать в качестве основной модели в постройках любого назначения, в том числе и в частных домах. Ее преимущества в надежности и простоте сборки. Благодаря использованию дополнительного проводника вероятность возникновения пожара при коротком замыкании минимальная.
Схемы заземления: какую лучше сделать
В настоящий момент в частном секторе используют только две схемы подключения заземления — TN-C-S и TT. В большинстве своем к дому подходит двухжильный (220 В) или четырехжильный (380 В) кабель (система TN-С). При такой проводке кроме фазного (фазных) провода приходит защитный проводник PEN, в котором объединены ноль и земля. На данный момент этот способ не обеспечивает должной защиты от поражения электротоком, потому рекомендуется заменить старую двухпроводную проводку на трехпроводную (220 В) или пятипроводную (380 В).
Две схемы, которые применяются если надо сделать заземление в частном доме
Для того чтобы получить нормальную трех- или пяти- жильную проводку необходимо провести разделение этого проводника на землю PE и нейтраль N (при этом необходим индивидуальный контур заземления). Делают это во вводном шкафу на фасаде дома или в учетно-распределительном шкафу внутри дома, но обязательно до счетчика. В зависимости от способа разделения получают либо систему TN-C-S, либо TT.
Устройство в частном доме системы заземления TN-C-S
При использовании этой схемы очень важно сделать хороший индивидуальный контур заземления. Обратите внимание, что при системе TN-C-S для защиты от поражения электрическим током необходима установка УЗО и дифавтоматов. Без них ни о какой защите речь не идет
Также для обеспечения защиты требуется к земляной шине отдельными проводами (неразрывными) подключить все системы, которые сделаны из токопроводящих материалов — отопление, водоснабжение, арматурный каркас фундамента, канализация, газопровод (если они выполнены из металлических труб). Потому шину заземления необходимо брать «с запасом».
Схема преобразования системы TN-С на TN-С-S
Для разделения PEN проводника и создания заземления в частном доме TN-C-S нужны три шины: на металлическом основании — это будет шина PE (земляная), и на диэлектрическом основании — это будет шина N (нейтрали), и маленькая шина-расщепитель на четыре «посадочных» места.
Металлическую «земляную» шину надо прикрепить к металлическому корпусу шкафа так, чтобы был хороший электрический контакт. Для этого в местах крепления, под болты, с корпуса счищают краску до чистого металла. Нулевую шину — на диэлектрическом основании — лучше крепить на дин-рейку. Такой способ установки выполняет основное требование — после разделения шины PE и N нигде не должны пересекаться (не должны иметь контакта).
Заземление в частном доме — переход с системы TN-С на TN-С-S
Далее подключаем так:
- Пришедший с линии проводник PEN заводится на шину-расщепитель.
- На эту же шину подключаем провод от контура заземления.
- С одного гнезда медным проводом сечением 10 мм2 ставим перемычку на земляную шину;
- С последнего свободного гнезда ставим перемычку на нулевую шину или шину нейтрали (тоже медный провод 10 мм2).
Теперь все — заземление в частном доме сделано по схеме TN-C-S. Далее для подключения потребителей фазу берем от вводного кабеля, ноль — с шины N, землю — с шины PE. Обязательно следим, чтобы земля и ноль нигде не пересекались.
Заземление по системе TT
Преобразование схемы TN-C в TT происходит вообще просто. От столба приходят два провода. Фазный и дальше используется как фаза, а защитный PEN-проводник крепится к «нулевой» шине и дальше считается нулем. На шину заземления напрямую подается проводник от сделанного контура.
Заземление в частном доме своими руками — схема TT
Недостаток этой системы в том, что она обеспечивает защиту только той техники, у которой предусмотрено использование «земляного» провода. Если есть еще бытовая техника, сделанная по двухпроводной схеме, она может оказаться под напряжением. Даже если корпуса их заземлить отдельными проводниками, в случае проблем напряжение может остаться на «нуле» (фазу разорвет автомат). Поэтому из этих двух схем предпочтение отдают TN-C-S как более надежной.
Для чего нужно заземление?
Заземление – это соединение электрического оборудования, установки или точки сети с заземляющим устройством, находящимся за пределами жилого строения.
Правильно организованное соединение переводит весь потенциал токов утечки в землю, является надежной мерой защиты человека от повреждения электрическим разрядом
Целями, помимо обеспечения безопасности человека, являются: продление работы бытовой техники; обеспечение стабильного функционирования электроустановок; защита от перенапряжений.
Также заземление ослабляет воздействие внешних электромагнитных излучений, устраняет помехи в сети.
Агрессивные грунты и защита железобетона от их действия
В настоящее время вопросы защиты железобетонных конструкций от агрессивного воздействия грунтов регулируются в России межгосударственным стандартом ГОСТ 31384-2008 «Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие требования». Согласно этому ГОСТ, агрессивность грунта определяется по глубине, на которую бетон разрушается, либо теряет защитные свойства относительно стальной арматуры, за 50 лет. Слабая степень агрессивности — менее 10 см, средняя — от 10 см до 20 см, высокая — более 20 см.
К первичным методам защиты относят изменения состава бетона, а также комплекс проектно-конструкторских решений, снижающих уровень коррозии. Бетон должен быть более плотным, обеспечивать более надежную защиту стальной арматуры, чем обычно. К вторичным мерам относят нанесение на железобетонные конструкции защитных покрытий, а также обработка антисептиком, если причиной коррозии является действие бактерий.
Пошаговая инструкция выполнения работ
Работы по выполнению работ по монтажу модульно-штыревого заземления можно разбить на несколько этапов: подготовительный, монтаж и завершающий.
Подготовительный этап
Приобретается комплект системы заземления, подготавливаются необходимые инструменты и приборы, выбирается место для установки системы заземления.
Монтаж контура заземления
Работы по монтажу контура заземления модульно-штыревого типа выполняются в определенной последовательности.
В месте, где предстоит выполнить монтаж, выполняется замер удельного сопротивления грунта. Для этого используют специальные приборы для комплексного испытания систем заземления, выпускаемые различными производителями.
После того как удельное сопротивление грунта определено, можно определить требуемое количество вертикальных электродов, используя формулу: n = R*Ψ/Rн, где:
- n — количество электродов (стержней);
- R — сопротивление растеканию одного вертикального электрода;
- Rн — нормативное сопротивление грунта;
- Ψ — коэффициент сезонности.
При выполнении расчета предварительно необходимо рассчитать и определить несколько показателей.
Сопротивление растеканию (R) одного вертикального электрода. Определяется по формуле: R = P/2*(1n(2L/d)+0,5ln(4T+L/4T–L)), где:
- Р — удельное сопротивление грунта, Ом/м;
- L — длина электрода;
- d — диаметр электрода;
- Т — расстояние от середины стержня до поверхности земли;
- ln — линейный логарифм.
Нормативное сопротивление грунта (Rн), в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ), должно соответствовать для электроустановок напряжением до 1 кВ (при линейных напряжениях 660/380/220 В):
- в непосредственной близости от нейтрали — 15/30/60 Ом соответственно;
- с учетом естественных заземлителей и повторных заземлителей отходящих линий — 2/4/8 Ом соответственно.
Коэффициент сезонности, в соответствии с ПУЭ, определяется для различных климатических зон так:
| Вид электрода | Климатическая зона | |||
| II | III | IV | ||
| Вертикальный | 1,8 – 2,0 | 1,5 – 1,8 | 1,4 – 1,6 | 1,2 – 1,4 |
| Горизонтальный | 4,5 – 7,0 | 3,5 – 4,5 | 2,0 – 2,5 | 1,5 |
Когда количество вертикальных электродов определено, принимается решение о форме их расположения на местности (в линию, треугольник, многоугольник).
Форма контура заземления зависит от количества заземлителей и места расположения конструкции от близрасположенных строений и инженерных коммуникаций.
Производится выемка грунта на глубину 0,5 — 0,7 метра в соответствии с выбранной конфигурацией контура заземления (роется траншея). Выполняется монтаж первого модульного штыря (вертикального электрода) собираемой конструкции.
Работы по сборке стержневого элемента конструкции выполняются в такой последовательности:
- На нижний конец модуля наворачивается наконечник, используется специальная мастика.
- На верхний конец модуля наворачивается посадочная площадка.
- Модель устанавливается в размеченное место траншеи. при помощи электро- или пневмоотбойного молотка забивается на всю длину.
- При необходимости установки еще одного модуля в конструкции отдельно взятого вертикального электрода используемый инструмент отсоединяется, выворачивается посадочная площадка, а на ее место наворачивается соединительная муфта, после чего устанавливается следующий модуль и осуществляется его погружение в грунт.
- Когда первый заземлитель смонтирован, проводится промежуточное испытание — проверяется сопротивление растеканию тока одного вертикального электрода. Полученное значение должно характеризовать, правильно ли были сделаны предварительные расчеты. Если значения не совпадают, нужно внести коррективы в конструкцию контура — добавить или уменьшить количество электродов.
- Выполнить монтаж требуемого количества вертикальных элементов конструкции.
- В траншею укладываются горизонтальные электроды (заземлители), которые посредством соединительных зажимов и с использованием специальной пасты крепятся к вертикальным заземлителям.
- Траншея засыпается грунтом с послойной трамбовкой последнего.
Завершающий этап
На завершающем этапе производства работ производится контрольное измерение смонтированного контура заземления и осуществляется проверка полученных значений на соответствие требованиям ПУЭ.
После выполняется подключение смонтированной конструкции к заземляемым элементам (система грозозащиты, электрическое оборудование и сети, инженерные коммуникации, подлежащие заземлению).
Монтаж заземления в частном доме своими руками
Приступаем непосредственно к процессу установки заземлительного контура на участке.
Чтобы сделать контур заземления своими руками вам понадобятся:
- УШМ для резки и зачистки швов.
- Гаечные ключи М12 и М14.
- Штыковая лопата для рытья траншеи до места установки контура.
- Кувалда для заглубления токоподводящих штырей.
- Сварочный аппарат для сборки конструкции.
Кроме этого, в зависимости от почвы, вам может понадобится лом или перфоратор. Они могут пригодится в момент, когда вы наткнетесь на камень при рытье траншей.
Теперь уделим ещё несколько слов комплекту материалов для изготовления контура заземления.
Список необходимых материалов:
- Металлический уголок 50×50 мм с толщиной металла 5 мм — 3 отрезка по 3 метра.
- Стальная полоса 40 мм толщиной 4 мм — 12 метров (для одной точки заземления).
- Болты М12 или М14 с шайбами и гайками — 2 шт.
- Медный проводник для отвода контура от здания — медный кабель сечением 6-10 кв.мм.
Не стоит использовать в качестве заземлителей рифленую арматуру или круглую сталь диаметром менее 10 мм. Минимальные требования для заземлителя является уголок 40x40x5 ммили стальной круг диаметром от 14 мм.
Все перечисленное позволит собрать качественный и надежный заземляющий контур, который обезопасит ваших близких, и весь дом, от неприятностей с электричеством.
Перед заглублением штырей, стоит заострить один из их краев, оптимальным вариантом будет угол не менее 30 градусов. Так уголок будет намного проще заглубить в грунт.
Приступаем непосредственно к земляным работам.
Чтобы упростить вбивание штырей, можно создать три вертикальных отверстия при помощи бура, и лишь после этого вбивать заземлители в землю.Не забывайте, что вся конструкция должна быть заглублена в грунт на 0,5 метра, соответственно все параметры нужно рассчитывать начиная с этой глубины, а не поверхности земли.
После забивания штырей можно заняться свариванием всех компонентов в монолитную конструкцию. Благодаря одинаковой длине отрезков стальной полосы, у вас в любом случае получиться равнобедренный треугольник. Не забудьте расположить его так, чтобы одна из вершин «указывала» на сам дом, именно от неё нужно отвести оставшуюся полосу для связки с проводкой дома.
Также дадим вам несколько советов — лучше всего покупать материалы с запасом, исходя из максимально указанной выше длины. Это позволит перестраховать себя, при этом штыри в процессе забивания могут деформироваться, и соответственно уменьшить свою длину. Также стоит поступить и с металлической полосой, поскольку при сваривании или обрезке размеры могут измениться.
Что необходимо заземлять?
Заземляют в первую очередь молниезащитный контур, в этом случае устройство заземления является частью внешней молниезащиты, которое перенаправляет ток молнии от молниеприемников и токоотводов и распределяет его в земле. Это так называемое заземление молниезащиты.
Есть еще защитное заземление, которое обеспечивает безопасную работу отдельных электроустановок. В этом случае оборудование заземляют в целях получения эффекта стекания заряда по пути меньшего сопротивления в случае возникновения пробоя напряжения на установке.
Если говорить о частном доме, то заземляют следующие электроустановки:
- газовые (и не только) котлы
- бойлеры
- генераторы
- внутренняя электрика (повторное заземление электробытовых приборов через электрический шкаф)
Касательно последнего пункта, то это, например, духовка, микроволновка, стиральная машина и т.п., которые подключаются к общей шине заземления и от нее уже в свою очередь идет токоотвод на заземляющий контур. На рисунке показано защитное уравнивание потенциалов через подключение к ГЗШ (главной заземляющая шина) и уже от шины вывод на систему заземления.
На схеме: 1 — распределительный щит, 2 — фиксированная точка заземления (проход через стену для соединения с заземляющим контуром модульного заземлителя на улице), 3- заземляющие хомуты, 4 — шина уравнивания потенциалов.
