Что такое уравнивание потенциалов

Как выполнить дополнительную систему уравнивания потенциалов для ванной комнаты

Система ДСУП предназначена для эффективной работы в схеме TN-C-S или TN-S. Для TN-C ее использовать нельзя.

Особенности эксплуатации помещений повышенной опасности

К таким помещениям предъявляются специальные дополнительные требования, а их пространство условно разделяется на зоны, обладающие разными степенями безопасности.

Наибольшим рискам подвержена зона 0, а минимальным — 3. В нулевой зоне пользование электрическими приборами не разрешается, а в третьей, как исключение, допускается (как исключение) устанавливать электрические розетки в специальном герметичном корпусе с защитой по IP.

Зона 3 отделена от нулевой и первой на 60 см во все стороны. При размещении внутри ее розеток их подключение регламентируется ГОСТом Р 50571.11—96 через УЗО или дифавтоматы либо разделительные трансформаторы.

Состав ДСУП

В комплект системы входят:

• специальная монтажная коробка для коммутации проводников дополнительного уравнивания потенциалов — КДУП;
• сборная шина внутри КДУП;
• соединительные проводники.

Как выполнить монтаж дополнительной системы уравнивания потенциалов

Вначале выбирают удобное для установки и эксплуатации место расположения коробки КДУП.

Затем РЕ проводник, подведенный к квартирному электрическому щитку от внешнего контура заземления, соединяется отдельным электрическим проводником со сборной шиной, расположенной внутри коробки КДУП. Для него выбирается материал медь, а площадь поперечного сечения должна быть не менее 6 мм кв.

Далее сборная шина КДУП по радиальной схеме подключается со всеми металлическими деталями ванной комнаты защитными проводниками:

• системой отопления;
• горячим и холодным водопроводом;
• корпусом ванны либо душевой кабины;
• заземляющими контактами розеток;
• корпусами бытовых стационарных приборов.

Поперечное сечение отходящих от КДУП проводников должен быть не менее 2,5÷6 мм кв. Их материалом выбираем только медь. Чтобы закрепить проводники на трубопроводах можно использовать любые хомуты и стяжки, включая металлические.

После окончания монтажа наступает очень важный момент, связанный с электрическими замерами, позволяющими качественно оценить выполненную работу, возможность стекания опасных потенциалов через собранную схему. Без их проведения и анализа полученных результатов судить об окончании монтажа и отсутствии в нем электрических ошибок схемы нельзя.

Как проверить монтаж дополнительной системы уравнивания потенциалов

Специалисты электротехнической лаборатории по вызову владельца квартиры должны:

• произвести внешний осмотр проведенного монтажа схемы ДСУП, оценить надежность крепления всех элементов;
• проверить электрическую проводимость созданных электрических цепочек ДС УП между заземляемыми металлическими конструкциями и шиной РЕ в квартирном щитке и коробке КДУП;
• измерить электрическое сопротивление заземления.

Результаты замеров должны укладываться в технические нормативы, обеспечивающие безопасное стекание аварийных токов с созданной схемы ДСУП. В противном случае придется улучшать монтаж и выполнять повторные замеры.

Включение схемы ДСУП в работу без проведения электрических замеров может быть причиной несчастного случая.

Рассмотрим это положение на примере плохого контакта или обрыва электрической связи между РЕ проводником квартирного щитка и коробкой КДУП с подключенными к ней всеми токопроводящими металлическими частями ванной комнаты.

В этой ситуации образуется местная система уравнивания потенциалов, а не схема ДСУП. Она не подключена к контуру заземления.

Если в каком-то ее элементе, например, розетке появится опасный разряд аварийного тока, то он моментально распространится по всем составным частям местной СУП. Когда человек, имеющий электрический контакт с потенциалом земли, случайно прикоснется к любому компоненту собранной таким образом схемы, то через его тело пойдет ток.

Допускать такую ситуацию нельзя, а выявить ее можно только выполнением электрических замеров.

Выводы по установке дополнительной системы уравнивания потенциалов

1. В схемах заземления по системам TN-C-S и ТТ система ДСУП призвана эффективно защищать человека от поражения электрическим током.
2. В устаревшей схеме TN-C систему ДСУП применять нельзя: образуется местная система уравнивания потенциалов, которая значительно повышает риски получения электрических травм.

Для чего нужно выравнивать потенциалы

Прежде чем подробно рассматривать данную систему, следует разобраться с понятиями электрического потенциала и тока. Их физические свойства наглядно видны на примере обычного проводника. Когда он находится в состоянии покоя, все заряженные частицы – положительные и отрицательные – равномерно заполняют его внутреннюю структуру.

Каждый источник тока имеет на одном из полюсов недостаточное количество электронов, а на другом – избыточное. При подключении к нему проводника, все электроны, находящиеся внутри, станут перемещаться в определенном направлении с целью выравнивания этого недостатка и избытка. Такое движение называется электрическим током, а разница в электронах известна как положительный и отрицательный электрический потенциал.

При неизменной разнице потенциалов движение электронов будет происходить в одном направлении, поэтому ток считается постоянным. Если же наблюдается частая смена мест положительного и отрицательного потенциалов, то такой ток будет называться переменным. В домашней сети такие изменения происходят 50 раз в секунду, то есть частота переменного тока составляет 50 Гц.

Все проводники, по которым протекает электрический ток, защищены изоляцией, исключающей любые контакты с окружающими предметами. Это касается всех металлических элементов, деталей и конструкций, обладающих нулевым электрическим потенциалом, по которым не должен течь ток. В идеальном варианте все они работают автономно и не представляют опасности для окружающих.

Однако довольно часто возникают ситуации, в квартире или в частном доме, связанные с утечками тока. Например, в результате аварии произошло соприкосновение токоведущего провода и батареи. В этом случае ток проникает во всю систему отопления, что приводит к изменению электрического потенциала металлического радиатора.

Подобная ситуация может привести к различным вариантам дальнейшего развития событий:

• Человек стоит на полу в обуви, не проводящей ток. В этом случае ничего не произойдет, и поражения током не будет.
• При нахождении на заземленном полу, человек неизбежно получает удар током. Для подобных ситуаций предусмотрено УЗО – устройство защитного отключения.
• Человек стоит на изолированном полу, одновременно касаясь металлической трубы и батареи, находящейся под напряжением. Каждая из этих конструкций обладает разным электрическим потенциалом и ток начнет протекать через тело. Именно в этот момент человек получает электротравму. Для борьбы с этим явлением и предусмотрена система для выравнивания потенциалов.

С этой целью все типы элементов из металла и защита приборов и оборудования, которые не должны быть под напряжением, соединяются в единую цепь. При возникновении аварийной ситуации все они будут иметь одинаковый потенциал

Даже, если напряжение составит 220 вольт, удара током не произойдет, важно, чтобы под ногами человека была изолированная поверхность

Уравнивание и выравнивание электрических потенциалов. Изолирующие площадки

Уравнивание потенциалов заключается в металлическом соединении между собой открытых проводящих частей электрооборудования (корпусов), а также сторонних проводящих частей (металлоконструкций, трубопроводов), чтобы устранить или уменьшить напряжение между ними при появлении электрического потенциала на одной из них, например при повреждении изоляции. Выравнивание потенциалов — это снижение разности потенциалов между заземленными (зануленными) открытыми металлическими частями или заземлителем и поверхностью земли, пола путем укладки вблизи поверхности земли, пола неизолированных проводников, соединенных с заземленными (зануленными) частями. Это уменьшает напряжение прикосновения при повреждении изоляции. Можно рассматривать выравнивание потенциалов как частный случай уравнивания, если считать проводящий пол сторонней проводящей частью в электроустановке наряду с металлоконструкциями, трубопроводами. В каждом здании должны быть соединены с системой уравнивания потенциалов следующие проводники: магистральный нулевой защитный проводник, магистральный заземляющий проводник или основной заземляющий зажим, стальные трубы коммуникаций в здании или между зданиями и металлические части строительных конструкций, система центрального отопления, система вентиляции и кондиционирования. Эти проводящие части должны быть также соединены между собой на вводе в здание. Изолирующие от земли площадки используют, например, при ремонте воздушных линий под напряжением с телескопической вышки. Изоляцию площадки от земли рассчитывают так, чтобы ток через человека, работающего на ней, был безопасен. Если пол такой площадки металлический, но изолирован от земли, его можно соединить с проводом ВЛ для уравнивания потенциалов между ними. Тогда можно допустить большой ток утечки через изоляцию площадки, потому что ток через человека, стоящего на площадке и прикасающегося к проводу, не пойдет.

В жилых домах нужно делать металлическое соединение водопроводных труб с корпусом ванны, так как иначе человек, находясь в ванне и касаясь водопроводного крана, может попасть под напряжение, если на водопроводных или отходящих от ванны канализационных трубах появился электрический потенциал. Это может случиться при недопустимом использовании канализационных или водопроводных труб внутри дома в качестве естественного заземлителя или нулевого проводника. Выравнивание потенциалов применяют также и в коровниках между частями, которых касаются коровы (автопоилки), и неизолированными стальными проводниками, уложенными в пол. При пробое изоляции между обмотками трансформатора на подстанции напряжением 6. 10/0,38 кВ или при падении на провода ВЛ напряжением 380/220 В проводов линии более высокого напряжения оно появляется на нулевом проводе и на зануленных частях. В сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью на случай перехода на провода этой сети более высокого напряжения включают между заземленным корпусом трансформатора и любым из выводов обмотки пониженного напряжения пробивной предохранитель. Внутри фарфоровой пробки этого предохранителя между резьбой и пяткой среди двух металлических дисков зажата тонкая слюдяная пластинка с отверстиями. При появлении напряжения выше нормального происходит пробой воздуха в отверстиях пластинки и сеть оказывается заземленной. Опасный потенциал на нулевом проводе может появиться и в результате пробоя изоляции высоковольтного оборудования трансформаторной подстанции, например разъединителя на раму, заземленную через то же заземляющее устройство, что и нулевая точка вторичной обмотки, от которой отходит нулевой провод, и при срабатывании грозоразрядников. Для защиты от поражения людей из-за заноса высоких потенциалов по нулевому проводу в коровник, в мастерскую наиболее эффективная мера — выравнивание потенциалов.

Опасность воздействия

Прохождение тока через тело, при прикосновении к элементам конструкций с разной величиной электрического напряжения, опасно для здоровья и жизни. Здесь тело является проводником тока от точки с высоким потенциалом к точке с низким значением напряжения.

Опасными характеристиками тока являются:

• частота;
• сила;
• путь прохождения через тело пострадавшего.

Наиболее опасен переменный ток. Он ощутим уже при величине до 0,6 мА. Ток, лежащий в пределах от 0,6 мА до 0, 025 мА, имеет притягивающие свойства из-за своей периодичности импульсов. Человек самостоятельно не может «отлепиться» от точек прикосновения. Конечности непроизвольно сжимаются, тело не слушается.

Сила тока выше 0,1 А вызывает фибрилляцию внутренних органов и сердца и является смертельно опасной.

Направления движения электричества через тело человека определяют уровень вреда здоровью.

Смертельные маршруты прохождения электротока:

• «рука – рука» – под воздействие попадают бронхи, лёгкие и сердце;
• «рука – нога» – страдают все внутренние органы;
• «голова – конечности» – поражаются как внутренние органы, так и мозг.

Ещё один путь вредного движения тока – «нога – нога». Это «шаговое напряжение», которое может возникнуть при нахождении в пятне растекания тока по поверхности в случае обрыва провода, находящегося под напряжением. Сердце при этом не повреждается, если человек не упал и не изменил точек соприкосновения с источником опасности.

Радиус действия напряжения шага

Подбор сечения ГЗШ

Опять обратимся к документам. ПУЭ говорит, что шина установленная в щитовой, то есть там, где есть доступ только для специально обученного персонала может быть:

открытой – без каких-либо шкафов

должна предусматривать возможность индивидуального присоединения всех проводников

То есть, под один болт разрешается сажать не более одного проводника или наконечника.

Касательно размеров в ПУЭ сказано – сечение ГЗШ должно быть не менее сечения PEN проводника питающей линии.

В то же самое время циркуляр говорит немного иначе. Согласно ему, сечение ГЗШ выбирается по следующей таблице:

Как видите, здесь выбор делается не исходя из сечения PEN питающего кабеля, а в расчете на фазную жилу!

Все мы знаем, что Pen проводник может быть как равен фазному, так и иметь меньший размер. Например, если у вас кабель от 35мм2 и более, то вы имеете полное право для PEN взять сечение в половину меньше фазного.

Хотя чаще всего питающий кабель от подстанции приходит с одинаковыми жилами (4*120мм2, 4*150мм2).

Получается, что если у вас кабель слишком толстый, то по вышеприведенной таблице вовсе не обязательно подбирать такую же большую медную шину ГЗШ. Главное, чтобы она была сечением в половину от фазной жилы.

Чему же верить и как собирать щитовую РЩ-0,4кв? Поскольку циркуляр является своеобразной выжимкой правил и уточнений ПУЭ, то конечно, можно отталкиваться и от него.

Но на практике следует учитывать обе ситуации. То есть, делайте так, чтобы ваша ГЗШ отвечала обоим условиям:

не менее сечения фазного проводника

и одновременно соответствовала PEN

В этом случае к вам никаких претензий относительно системы заземления и уравнивания потенциалов не будет.

Не всегда ясно, кто будет принимать готовый объект. Насколько он окажется компетентен в своей сфере. Если же делаете, что называется для себя, то выбирайте наиболее оптимальный и экономный вариант, не оглядываясь на возможных инспекторов.

При расчете сечения не забывайте про разницу материалов и марку кабеля.

Питающие вводные кабеля, как правило, выполнены из алюминия. А шину мы решили делать из меди!

Соответственно полезную площадь сечения алюминия, вам придется пересчитать на медь. Помогут в этом деле таблицы ПУЭ для допустимых длительных токов медных и алюминиевых проводов.

Смотрите пропускную способность алюминиевого кабеля и уже по этому току в аналогичной таблице подбираете сечение медной шины.

К примеру, если у вас вводной кабель АВБбШв 4*120мм2, то его PEN проводник имеет сечение 120мм2 и ток I=295А.

По меди это соответствует сечению жилы чуть более 70мм2.

Сообразно этому вам и следует подбирать медную шину ГЗШ. Стандартного размера 4*30мм будет более чем достаточно.

При этом конечно нужно учитывать толщину крепежного болта. Иначе высверлив под него отверстие, у вас может не остаться полезной площади для плотного прилегания наконечника.

В этом случае выбирайте шинку потоньше, но несколько большую по ширине.

Дополнительные размеры медных шин:

При желании сэкономить и выборе в качестве материала ГЗШ не меди, а стали, берите данные по токам из другой таблицы, относящейся к стальной полосе.

Здесь как понимаете, размеры уже будут существенно отличаться.

А вот уже готовая таблица для выбора сечения главной заземляющей шины для тех, кто не хочет ничего считать и желает сразу получить готовый результат.

Опасность

Помните со школы? Любой металлический предмет проводит электрический ток. В наших домах подобные предметы повсюду. Это – трубы центральной отопительной системы, холодного и горячего водопровода; батареи и полотенцесушитель; короб вентиляции и водосток; металлический корпус любого электроприбора.

В общедомовых коммуникациях металлические трубы между собой взаимосвязаны. Рассмотрим простой пример. У нас есть ванная комната, в которой рядом расположены батарея отопления и душевая кабинка. Если вдруг между этими двумя элементами возникает разность потенциалов, а человек в одно время прикоснётся и к батарее, и к душевой кабинке, будет крайне опасно в плане поражения током. В данном случае тело человека сыграет роль перемычки, по которой потечёт электрический ток. Путь его протекания нам известен из законов физики – от потенциала с большим значением к меньшему.

Ещё один типичный пример, если разные потенциалы возникают на трубах водопровода и канализации. Когда на водопроводной трубе появляется токовая утечка, есть вероятность поражения человека во время купания в ванной. Это произойдёт в том случае, если человек стоит в ванной с водой, при этом открывает слив и касается рукой водопроводного крана. Чтобы подобных проблем не возникало, необходимо уравнивание потенциалов.

Ситуация, когда на трубах в жилом доме присутствует напряжение, показана в этом видео:

https://youtube.com/watch?v=Ume7hhDA5Zc

В чем опасность

• Участки систем отопления и водоснабжения меняются на полипропиленовые трубы. Пропадает физическая связь с заземлителем. Надеяться на воду в трубах нельзя. Сегодня она есть, а завтра труба будет сухой.
• Сосед решил отмотать показания счетчика, и подключил нуль к своей батарее отопления. По всей системе появился потенциал: от 220 вольт вблизи квартиры соседа, до нуля в районе подключения трубопровода к главной заземляющей шине.
• У кого-то установлен бойлер без заземления, и он пробивает фазу в бак с водой. Пара ближайших этажей, получает в кранах с водой напряжение до 110 вольт.
• «Продвинутый» сосед электрик организовал заземление электроплиты на стояк с горячей водой (он действительно имеет хороший контакт с грунтом, к тому же конструктивно соединен с ГЗШ). А после аварии, на втором этаже заменили кусок стального стояка, на пластик. У соседа «электрика» коротнула фаза на корпус электропечи, и весь подъезд выше 2 этажа получил на стояке потенциал более 127 вольт.

Вы скажете, что это все незаконно, и запрещено? Да, это так.

Но это логика пешехода, который видит несущийся на него автомобиль, и продолжает находиться на переходе, уповая на ПДД. Пешехода собьют, водителя обязательно накажут. Кому от этого станет легче?

Не следует надеяться на то, что вокруг вас все придерживаются Правил устройства электроустановок. Поэтому организуем дополнительное уравнивание потенциалов.

Создание систем выравнивания потенциалов

Проект каждой системы индивидуален, и разрабатывается в соответствии с конфигурацией помещения. Существуют общие правила монтажа, которые необходимо выполнять:

• Шина выравнивания потенциалов и шина защитного заземления должны быть соединены, или объединены в один узел.
• Все объекты: электроустановки, поддоны, ванны, раковины, элементы инфраструктуры здания, подключаются к шине выравнивания потенциалов параллельно.

  Это означает, что каждый элемент имеет отдельный проводник, подключенный к общей шине. Не допускается последовательное соединение между объектами. Если первичный проводник будет оборван, все последующие объекты на линии окажутся отключенными от системы выравнивания потенциалов.

• На всей протяженности токопроводящих линий, не должно быть коммутационных и размыкающих устройств: выключателей, реле, плавких предохранителей.
• Подключение должно быть надежным: не допускаются скрутки, приматывание изолентой. Применяется сварка, винтовые соединения, штатные контактные зажимы.

Какие объекты подключаются к системе выравнивания потенциалов

• Металлические корпуса всех электроустановок (если они не заземлены надлежащим образом). В список входят и токопроводящие корпуса светильников (торшеров).
• Разумеется, вся система защитного заземления. Собственно, от нее и начинается система выравнивания потенциалов.
• Металлические части каркаса здания, арматура фундамента, стен, перекрытий.
• Самостоятельно установленные металлические элементы инфраструктуры. Например, стальная сетка под стяжкой пола или металлический профиль под листами гипсокартона.
• Металлические трубы и кожухи системы вентиляции.
• Медные трубки системы подачи хладагента в кондиционерах (если они имеют большую протяженность).
• Металлические оболочки бронированных кабелей.
• Экранная оплетка информационных кабелей (телевидение, интернет).

На этом пункте остановимся подробнее. Кабель в металлической оплетке начинается от распределительного или усилительного устройства, которое расположено далеко за пределами вашего помещения. При этом у вас нет возможности контролировать правильность организации питания или заземления этих устройств. Может возникнуть ситуация, когда по экрану к вам в дом придет фаза.

Вы, ничего не подозревая, можете одновременно коснуться оплетки под напряжением, и заземленного металлического предмета (например, радиатора отопления). Последствия очевидны — поражение электротоком. При подключении экрана к системе выравнивания потенциалов, внешний пробой фазы на кабель, не страшен.

• Все металлические части системы водоснабжения и канализации: трубы, смесители, раковины из нержавейки, поддоны и металлические кабинки душевых, ванны.
• Компоненты систем водонагрева: бойлеры, внутренние трубы.
• Система отопления: трубы, радиаторы, полотенцесушители.
• Система газоснабжения.
• Заземление молниезащиты (если у вас частное жилище, в многоквартирных домах «опция» недоступна). При этом молниеотвод подключается к общей системе, и собственному заземлителю одновременно.
• Металлопластиковые рамы окон (если токопроводящие элементы не покрыты пластиком).
• Стальные двери и дверные коробки.

На схеме это выглядит так:

1. Шина выравнивания потенциалов.
2. Грозоразрядник от щита питания. Соединен с фазой. В нормальном состоянии, контакта между фазным и заземляющим проводником нет — в разряднике достаточный зазор. При ударе молнии в силовой кабель, возникает дуговой ток на «землю», и разница потенциалов в несколько тысяч вольт не возникнет.
3. Ограничитель перенапряжения в линии данных.
4. Кронштейны крепления заземляющих проводников к металлическим трубам.
5. Фундаментный заземлитель с шиной, входящий в общую систему выравнивания потенциалов.

Причины использования выравнивания потенциалов

Для начала следует определиться, что же может вызвать разность потенциалов. Она возникает в следующих случаях:

• при появлении статического электричества;
• при различиях в структуре металлических изделий;
• при высоком атмосферном напряжении (например, при грозе);
• под действием блуждающих токов.

Особую опасность представляют утечки электротока из проводов, замыкание их на корпус электроприборов. Обычно такую картину можно наблюдать в ванной, когда при прикосновении к металлическим трубам человека может ударить током. Происходит это в основном из-за повреждённой изоляции проводов, в результате чего, в проходящих в непосредственной близости водопроводных трубах, возникает разность потенциалов.

Обезопаситься от удара электротоком можно как раз при помощи выравнивания потенциалов. Для этого все металлические части корпусов бытовой техники, электрооборудования и приборов, труб водоснабжения и отопления соединяются с применением специальных проводников. Это позволяет выровнять их электрический потенциал до одинакового значения, что исключает возможность поражения током при прикосновении к ним.

Кроме этого, одним из обязательных условий является организация эффективного заземления. При его наличии металлические предметы и корпусы техники должны быть объединены с проводами, с последующим их подключением к общей шине земли, совместно с распределительным щитом.

Если заземление отсутствует или не выполняет должным образом свои функциональные задачи, то при сочетании ряда факторов поражения человека электрическим током неизбежно.

Стоит отметить, что действующие нормы строительства и безопасности обязывают строительно-монтажные организации при возведении многоквартирных домов обустраивать системы выравнивания потенциалов и защиты от поражения током путём заземления.

Но чтобы исключить риск повреждения соединяющих элементы цепи проводников (что часто случается при ремонте в квартирах) рекомендуется дополнительно организовать конструкцию, обеспечивающую выравнивание.

В частных домах решение о построении такой системы целиком ложится на плечи владельца. Но из соображений безопасности рекомендуется осуществить её монтаж.

Почему необходимо дополнительное уравнивание потенциалов?

Стояки горячей и холодной воды, стояки отопления, все эти части в прошлом были  сделаны строго из металла. Но как известно, на смену металлу пришел пластик — полипропеленовые трубы. Если раньше, когда абсолютно все трубы были из металла и опасный потенциал, случайно оказавшись на металлической части, мог без препятствий стечь в землю, то пластик такой возможности не дает. Например, у вас стояки металлические, а вот сосед этажом ниже поменял на пластик. Теперь опасному потенциалу уходить некуда. Взявшись за трубу, на которой скопился опасный потенциал одной рукой, а другой за стояк, который  заземлен, то это как раз тот случай, который  может оказаться роковым.

Схема дополнительного уравнивания потенциаловСхема дополнительного уравнивания потенциалов

• Как защитить частный дом от молнии?
• Как подключить провода в распределительной коробке? 
• Чем отличается заземление от зануления?