Заземление в частном доме

В любом загородном доме или частном строении, расположенном в городской черте, в распоряжении хозяев имеются бытовые приборы и силовое оборудование, при пользовании которыми возможны нештатные ситуации. Обычно они проявляются в том, что в какой-либо технике повреждается изоляция, после чего фаза напряжения питания попадает на металлический корпус. При случайном прикосновении к нему одного из жильцов он получает сильный удар током, который может привести к непоправимым последствиям. Чтобы избежать таких ситуаций – в любом современном строении организуется защитное заземление, призванное снизить опасный потенциал, воздействующий на человека при аварийном режиме работы оборудования.

Нужно ли заземление в частном доме

Надежное заземление в частном доме необходимо хотя бы потому, что требования ПУЭ не допускают эксплуатацию имеющихся в нем бытовых приборов без защиты от опасных напряжений.

Обратите внимание: Кроме того, в отличие от городских квартир, в загородном хозяйстве допускается подводка 4-х или 5-ти жильного кабеля с трехфазным питанием 380 Вольт.

Подобный ввод позволяет устанавливать на участке небольшой фрезерный станок, например, а также подключать к линии электроснабжения асинхронные двигатели и другие образцы силового оборудования.

Если в частном загородном доме предполагается обустроить бассейн или сауну (то есть объекты, связанные с повышенной влажностью) – обязательно потребуется проработка вопроса о системе выравнивания потенциалов. Ее организация позволит объединить все крупные металлические составляющие данного объекта (включая стальные трубопроводы и металлические двери) в единую цепь. А та в свою очередь подключается к уже готовому контуру заземления, как это показано на фото справа.

Принцип действия заземления

Чтобы было понятнее, зачем нужно заземление в домах или на даче – потребуется рассмотреть принцип его работы, основанный на том, что электрический ток всегда выбирает для стока кратчайшее расстояние. Иными словами – электронные носители всегда устремляются в цепи, обладающие минимальным сопротивлением. В аварийной ситуации, когда токопроводящий корпус прибора из-за повреждения изоляции оказывается под напряжением как раз и реализуется этот случай. Если это уже произошло, единственно, что сможет защитить работающего с ними пользователя – это наличие цепочки для стекания опасного тока.

Добиться его ответвления удается за счет обустройства специального заземляющего контура (ЗК), отдельные элементы которого связаны с корпусом защищаемого электрооборудования. Благодаря этому представляющий угрозу для человека аварийный ток уменьшается до безопасной величины. Последнее объясняется тем, что большая его часть стекает в землю по параллельной цепочке, образованной конструкцией ЗК (смотрите фото ниже).

Важно! Величина токовой составляющей, протекающей через человеческое тело, в значительной мере зависит от изолированности его ног от грунта.

При наличии резиновой обуви или толстого защитного коврика она снижается по абсолютной величине, в идеале приближаясь к нулевому значению. С учетом этого профессиональные электрики обычно работают на оборудовании, расположившись на резиновой подстилке и в резиновых ботах.

Схемы заземления, какую выбрать

Перед тем как сделать заземление у себя в частном доме потребуется ознакомиться с особенностями обустройства и функционирования защитных систем, предполагающих использование одной из известных схем. Для этого необходимо учесть следующие важные моменты:

1. При организации электроснабжения любого современного объекта на него помимо нулевой и фазной шины должен заводиться так называемый «заземляющий» проводник.
2. Его основное назначение – защитить людей от опасного потенциала, попадающего на корпус приборов при нарушении изоляции проводников.
3. Для этого заземляющая шина еще на стороне подстанции соединяется со специальным элементом заземления (контуром), который обустраивается непосредственно на ее территории.

Дополнительная информация: Благодаря этому функция защиты по нейтральной жиле (совмещенной с рабочим нулем или по отдельному проводнику) передается на сторону потребителя.

При этом рассматриваемые здесь устройства заземления в доме принято относить к категории «повторных» ЗУ, дублирующих станционные на случай обрыва нейтрали (совмещенного PEN проводника).

По способу заземления нулевой жилы трансформатора на подстанции и объекта на стороне потребителя все используемые схемы делятся на следующие две категории:

1. Во-первых – это системы с глухозаземленной нейтралью, представляющие собой наиболее распространенный способ заземления трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены «звездой». В этом случае их средняя точка постоянно подключена к контуру.
2. Во-вторых, нередко применяются схемы с так называемой «изолированной» нейтралью, в которых средняя точка не соединяется с землей или подключена к ней через высокое сопротивление прибора защиты.

Полезное замечание: Во втором случае рабочие обмотки трансформатора выполняют разделительную функцию и используются обычно в производственных целях или в специальных электронагревательных установках.

Их применение связано с необходимостью изолировать токоведущие части оборудования от заземляющего контура. Глухозаземленную нейтраль согласно правилам устройства электроустановок принято обозначать как «TN». Одним из самых распространенных способов защитного использования такой нейтрали – подсоединение с ней металлических корпусов приборов посредством отдельной шины.

Виды систем заземления (СЗ)

При изучении последней редакции ПУЭ сразу же обращает на себя внимание то, что в главе 1.7 документа приводится следующий перечень защитных схем:

1. TN-C или система с совмещенным рабочим и нулевым проводниками (английское «common» означает в переводе «общий»);
2. TN-S или схема с раздельной прокладкой этих шин («select» или раздельная проводка);
3. TN-C-S – это способ, представляющий собой комбинацию из 2-х предыдущих подходов;
4. особые схемы включения оборудования в защитные цепи с изолированной нейтралью, обозначаемые как TT и IT.

Правильный выбор системы заземления, оптимально подходящей для конкретных условий эксплуатации оборудования в частном доме – еще одна проблема, требующая безотлагательного решения.

Выбор системы заземления

Решать этот вопрос рекомендуется еще на стадии проектирования загородного строения, то есть задолго до начала возведения самого объекта. От того, какая выбрана система защиты от поражения электротоком, зависят параметры обустраиваемой в здании электропроводки (подбор комплекта электроустановочных изделий, в частности). В ситуации, когда к дому от высоковольтного столба спускается кабель с двумя рабочими жилами – это значит, что в подводке используется система заземления типа TN-C.

Обратите внимание: В этом случае организация повторного заземления обязательна, так как рабочий и заземляющий проводники объединены (PEN).

Искусственное расщепление его на планке вводно-распределительного щитка позволит выделить отдельный PE провод, который уже может использоваться для организации местного заземляющего контура. Этот тип защитной системы морально устарел и используется только в домах старой застройки.

Подключение дома к контуру заземления по системе TN C S и TN-S

Если планируется капитальный ремонт частного дома с полной заменой электропроводки – как временная мера выбирается система TN-C-S. Она может эксплуатироваться до тех пор, пока местные службы электросетей не проведут их модернизацию и не пробросят до данного региона пятижильный силовой кабель (с отдельной заземляющей шиной). Кстати, и в этом случае (по мнению специалистов) организация на приусадебном участке повторного заземления совсем не помешает. При реализации этой схемы на части трассы от подстанции до потребителя используется общий или совмещенный провод PEN, а на подводе к объектному оборудованию он разделяется на PE и N.

Самой дорогой по сопутствующим затратам, но зато наиболее удобной и надежной в эксплуатации является схема TN-C-S. Это – система типа TN-S, работающая совместно с трансформаторами с глухозаземленной нейтралью. В этом случае PE и N проводники разделены на всем протяжении линии питания от трансформаторной подстанции до потребителя. То есть к нему они приходят как две независимые шины: нулевой рабочий N и нулевой защитный PE провод. Как уже отмечалось, для гарантий защищенности самого объекта и работающих в нем людей заземляющий провод РЕ может соединяться с контуром, обустроенным неподалеку от частного дома. В данном случае особо жестких требований к самому ЗК не предъявляется.

Однако при наличии этой системы придется мириться с ее характерными недостатками, заключающимися в следующем:

1. Электропроводка по всему дому и подсобным строениям должна прокладываться трехжильным проводом.
2. При наличии 3-хфазной силовой подводки 380 Вольт потребуется кабель с 5-ю жилами.
3. Величина расходов на комплектующие и материалы в этом случае существенно возрастает.

Важно! С другой стороны при эксплуатации такой системы повышается безопасность работы с обслуживаемым оборудованием и упрощается обустройство повторного заземления.

Современные линии энергоснабжения (как воздушные, так и кабельные) прокладываются только с использованием пятижильного кабеля, защищаемого по системе TN-S.

Система TT

Эта система наиболее популярна для выполнения заземления частных домов, коттеджей и дачных домиков.

Особенностью этого способа защиты оборудования и работающих на нем людей является применение его только в ситуациях, когда никакая другая система заземления не подходит. В этом случае нейтральная жила трансформатора подстанции не имеет прямого электрического контакта с заземляющей шиной электропроводки, которая в свою очередь подключается к отдельному контуру заземления. 

Важно! То есть в этой системе нулевой сетевой провод (так называемая «нейтраль») не связан с заземляющим контуром, обустроенным на стороне потребителя.

Конкретные ситуации, когда потребуется выбор системы ТТ, подробно описаны в действующих нормативах (ПУЭ, пункт 1.7.59, в частности).

Важно! Поскольку ток стекания, возникающий при аварийной ситуации, может оказаться недостаточным для срабатывания обычной защиты – согласно пункту 1.7.59, в ней дополнительно устанавливается УЗО или дифавтомат.

Близкой к ТТ по устройству является система IT, подробно ознакомиться с которой можно в следующем разделе.

Подключение дома к контуру заземления по системе IT

Этот способ применяется, если на трансформаторе подстанции нейтраль полностью изолирована от земли. Как вариант – она может быть соединена с ней через разрядник, сопротивление которого велико при низких напряжениях и резко снижается при их повышении выше предельного уровня.

Дополнительная информация: Этот прибор надежно защищает станционные потребители электроэнергии от попадания первичного напряжения во вторичную часть обмотки.

В такой схеме включения в силовой сети, подающей питание на электроустановки, отсутствует не только нулевой провод N, но и заземляющая шина РЕ. Вместе с этим в них нет и однофазного напряжения в прямом значении этого слова. Ко всем подключенным к такой линии потребителям поступает линейное напряжение 380 Вольт, действующее между фазами A, B и C). Из-за того, что токи КЗ в этой системе подобно предыдущему случаю, не очень велики – применение приборов УЗО или дифференциальных автоматов считается обязательным.

В заключение раздела отметим, что в природе не существует систем заземления, которые бы были универсальными и подходили на все случаи жизни. Каждая из них имеет известные плюсы и минусы, выполняя, тем не менее, основную задачу – создание максимально безопасных условий для работы обслуживающего персонала и простых потребителей энергии. Грамотный подход к выбору типа системной защиты невозможен без четкого понимания того, для чего она предназначена и как работает в линиях питания.

Виды контуров заземления

При обустройстве контуров заземления в доме своими руками исполнители работ могут воспользоваться следующими вариантами их изготовления:

1. Подготовка треугольного сооружения со сторонами равной длины, выбираемой в зависимости от предъявляемых к заземлителю требований.
2. Сборка ЗК в виде линейной (протяженной) конструкции, обустроенной по периметру защищаемого строения.
3. Применение так называемого «модульно-штыревого» варианта исполнения.

Рассмотрим каждый из этих подходов к изготовлению заземления в частных владениях более подробно.

Треугольник

Заземляющий контур в виде равностороннего треугольника – самый распространенный тип ЗУ, чаще всего обустраиваемый в частных домах. Для его изготовления потребуется приготовить следующий комплект составляющих конструкцию элементов:

1. Три металлических штыря (прутка) длиной не менее 2,5 метра.
2. Стальные перемычки, соединяющие прутья в единую конструкцию (они заготавливаются в том же количестве).
3. Толстая медная или стальная шина, необходимая для подключения выносной конструкции к главному заземляющему контакту, имеющемуся в распределительном шкафу.

Плоскость треугольного контура, образованного стальными полосами с расположенными по углам штырями должна располагаться в заранее вырытой траншее глубиной примерно 50-60 см.

Линейный контур

Этот тип защитного сооружения обустраивается в ситуациях, когда к ЗУ предполагается подключать сразу несколько устройств или единиц оборудования, размещенных на значительном удалении один от другого. Он представляет собой линейную конструкцию, состоящую из целого ряда вбитых в землю штырей, расстояния между которыми рассчитываются по классическим формулам.

От полученной конструкции подобно предыдущему случаю делается отвод (2) в сторону распределительного щитка с главной заземляющей шиной (ГЗШ). Перед расчетом такого заземления следует помнить о том, что число используемых стальных заготовок ограничено особенностями растекания аварийного тока. Ознакомиться с параметрами линейного ЗУ можно в соответствующих разделах ПУЭ.

Модульно-штыревое заземление

Модульно штыревая система представляет собой образец современного подхода к решению технического вопроса. Она включает в свой комплект следующие обязательные элементы:

1. Металлические стержни полутораметровой длины с нарезанной на их рабочей части резьбой (поверхность этих заготовок сверху покрыта слоем меди).
2. Резьбовые муфты, изготовленные из латуни и служащие элементами соединения вертикально вбиваемых штырей.
3. Особой конструкции латунные зажимы, обеспечивающие сочленение металлических штырей с перемыкающей полосой.
4. Наконечники стержней, вбиваемых вертикально в грунт.
5. Рабочая насадка с ударным винтовым наконечником, обеспечивающая передачу импульса от вибрационного инструмента (вибромолота).

Обратите внимание: Для надежной защиты от влаги и последующей за этим коррозии все соединительные резьбовые элементы обрабатываются антикоррозийной графитной пастой, входящей в комплект поставки.

Она хорошо сохраняется при эксплуатации конструкции и не растекается при сильном нагревании элементов, обеспечивая требуемое сопротивление растеканию аварийного тока. Входящая в его состав антикоррозийная лента обладает высокой устойчивостью к воздействию агрессивных растворов и надежно защищает от разрушения стальные элементы заземления. Остальные детали имеют типовое исполнение и стандартные размеры, задаваемые технологией сборки модульно-штыревой конструкции.

О том, как сделать модульно-штыревое заземление, читайте в нашей статье «Модульно-штыревое заземление своими руками: инструкция, монтаж».

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.

Устройство и конструкция заземляющего контура

Классическое заземление в частном доме или просто заземлитель содержит в своей конструкции такие обязательные элементы, как:

1. Комплект металлических штырей или прутьев, вбитых в грунт на глубину примерно 2-3 метра (они размещаются в заранее вырытой траншее в форме правильного треугольника).
2. Плоские стальные перемычки, соединяющие эти штыри на сварку (фото ниже).

1. Специальный отвод, изготовленный из медного провода или стальной полосы, необходимый для соединения конструкции с главной заземляющей шиной (она обустраивается в распределительном шкафу частного дома).

Дополнительная информация: Плоскость треугольного контура из стальных полос обычно располагается на глубине примерно 50-60 см.

Ознакомившись с основными конструктивными элементами защитного контура, можно переходить к изучению материала о том, как правильно сделать контур заземления в частном доме.

Расчет системы заземления

Расчет защитного заземления рассмотрим на примере линейной конструкции, штыри которой забиваются в землю неподалеку от дома. При его проведении потребуется узнать следующие исходные показатели:

1. Размеры и общее число стальных прутьев.
2. Расстояние между ними (шаг установки).
3. Глубина погружение штырей.
4. Удельное сопротивление грунта в зоне ЗК.

Согласно предлагаемой методике расчета заземляющего контура его основная или генеральная задача – узнать необходимое число стержней и определиться с параметрами стальной соединительной полосы.

Пример расчета ЗУ

В качестве примера рассматривается расчет сопротивления одиночного вертикального стержня (фото справа). Для его проведения

используются следующие данные:

ρ – удельное сопротивление почвы (в Омах на·метр);

L – общая длина исходного стержня (в метрах);

d – его основной типоразмер (диаметр) в метрах;

Т – расстояние от поверхности земли до середины штыря.

Если исключить влияние факторов, определяющих растекание тока в горизонтальных элементах, сопротивление для вертикальных кольев вычисляется так:

Требуемое число стержней, гарантирующее нужную величину проводимости (без учета горизонтальных составляющих) определяется из следующей формулы:
где Rн – это нормируемый ПТЭЭП эталонный показатель растекания.

С учетом не рассматриваемых ранее горизонтальных элементов формула для определения числа прутьев приобретает такой вид:

где ηв – коэффициент загруженности ЗК, учитывающий влияние токов стекания различных прутьев друг на друга.

Дополнительная информация: При параллельном размещении двух линеек из трутков их взаимное влияние проявляется намного сильнее.

При чрезмерно «плотном» их расположении комплексное сопротивление ЗК заметно возрастает. Полученное в результате предложенных выкладок значение проводимости округляется затем в большую сторону.

Рассмотренный способ расчета можно полностью автоматизировать, если воспользоваться онлайн калькулятором расчета сопротивления заземления, специально разработанного для этих целей.

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.

Обратите внимание: В качестве примера изготовления нами выбрана простейшая треугольная конструкция.

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).

Важно! При глубоком расположении подходящих почвенных слоев длину угловых штырей придется увеличить, чтобы достичь нужных пластов грунта.

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:

1. Прежде всего, по углам вбиваются вертикальные заземлители.
2. Затем их выступающие из грунта концы с отступом примерно на 30 см от поверхности грунта соединяют с заранее подготовленными стальными перемычками с помощью сварки.
3. 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.
4. На конце полосы приваривается стальной болт, к которому прикручивается медный проводник сечением не менее 16 кв. мм.
5. Другой его конец заводится в распределительный щиток и фиксируется в нем на главную заземляющую шину (ГЗШ).

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.

Проверка устройства

По завершении комплекса монтажных работ, но еще перед тем, как подключить заземление непосредственно к ГЗШ – потребуется проверить его на работоспособность. Существуют хорошо отработанные методики оценки состояния и определение величины сопротивления стеканию тока на землю, учитывающие все составляющие последовательной цепочки (включая переходные контакты).

Под «проверкой» понимается визуальное обследование систем заземления на соответствие следующим требованиям:

• надежность контактов в местах сочленения элементов ЗУ;
• отсутствие следов разрушения на открытых частях конструкций и подводящих медных шин;
• состояние защитной окраски, которую рекомендуется регулярно обновлять, а также наличие маркировки на подводящих проводниках.

Под словом «контроль» понимают периодические испытания заземляющих контуров с целью выявления соответствия их сопротивлений стеканию тока установленным ПУЭ нормам. Согласно требованиям этого документа оно не должно превышать ниже указанных значений.

Дополнительная информация: Для контроля состояния заземления потребуются измерительные приборы, подключаемые к конструктивным элементам по специальной схеме. Подробно этот процесс описан в статье «Как произвести замер сопротивления заземления»

Согласно требованиям ПУЭ действующие ЗК после их запуска в работу проверяются не реже одного раза в полгода (имеется в виду визуальный осмотр). Обследование, сопровождающееся выборочным вскрытием грунта в подозрительных местах, организуется не реже одного раза за 12 лет.

В заключение отметим, что заземление в частном доме своими руками изготовленное на придомовом участке должно удовлетворять всем требованиям действующих нормативов. Это касается не только правильности выбора и надежности его конструкции, но и таких важных характеристик ЗУ, как сопротивление стеканию тока в землю. Лишь при соблюдении всех этих условий самостоятельно обустроенное заземление в доме с 380 Вольтовой подводкой питающей сети будет выполнять свою защитную функцию. То же самое можно сказать относительно линий питания 220 Вольт.