Как сделать заземление

Я думаю, что слово «заземление» слышали все, и уж точно большинство из нас знают, что оно делается для обеспечения безопасности электричества. Но как оно обеспечивает эту безопасность знает далеко не каждый, даже среди тех, кому это знать положено — электриков и электромонтажников. Это незнание окутывает тему заземления ореолом недомолвок и таинственности, что, прямо скажем, просто недопустимо, так как недопонимание в такой критической области может стоить очень дорого.

Отдавая себе отчет в том, что объять такую масштабную тему, как безопасность в электричестве в рамках одной статьи невозможно, я все же попытаюсь дать описание устройства и практических нюансов заземления и зануления в домашних, относительно простых для понимания случаях. Для большей строгости, параллельно изложению я буду давать в скобках ссылки на пункты в ПУЭ, подтверждающие мои слова. Итак...

Заземление и зануление: теория и основы

Здесь я дам немного теории. Мне думается, зная «физиологию» системы заземления будет проще усвоить то, как оно делается на практике, а также избежать большинства грубых ошибок в дальнейшем.

Электрический ток имеет некоторое сходство с водой — он тоже, как говорят «течет», да и свойства их во многом схожи. Так же как и вода, электрический ток течет везде, где может. Как только появляется «дорожка» из вещества со сравнительно небольшим сопротивлением между двумя точками с разным потенциалом (например плюсом и минусом батарейки), между ними начинает течь ток, тем больший, чем это сопротивление меньше.

Медь обладает крайне малым сопротивлением, отчего ток по медным проводам течет крайне «охотно» и почти без потерь. Так же и любой металл имеет небольшое сопротивление и способен проводить ток. Но в отличие от медных проводов, которые закрыты изоляцией, многие металлические предметы отделены от наших рук и прочих частей тела лишь тонким слоем краски или вообще ничем.

«Ну и что?, - спросит меня читатель. - На них ведь напряжение не подается, откуда здесь опасность?»

Верно, в норме, скажем на корпусе холодильника, напряжения нет. Но что если с результате неисправности, это напряжение все-так туда попадет, например от оголившегося провода внутри прибора? В этом случае, даже если стальной корпус покрыт краской, любой человек вблизи него будет в опасности, причем довольно серьезной.

Этот вопрос мы, конечно задали не первыми, и защиту на такой случай придумали уже очень давно, больше 100 лет назад. Она, как вы уже догадались, называется «заземление». Как же оно работает?

На подстанции, откуда в любой дом и квартиру приходит электричество, один из проводов (нейтраль, «ноль») соединяется с Землей посредством большого количества вбитых в землю металлических штырей. Эти штыри, вместе с соединяющими их стальными полосами, называют «заземляющее устройство», или сокращенно ЗУ. Такие же ЗУ устраиваются вблизи каждого более-менее крупного потребителя электроэнергии, обычно возле каждого большого сооружения, где «ноль» так же соединяется с Землей. Делается это вот для чего.

Если все металлические корпуса приборов мы надежно соединим с ЗУ, то есть с Землей, в том случае, если на него попадет напряжение, ток «утечет» через Землю обратно на подстанцию, а человеку достанется лишь ничтожная его часть, не способная причинить ему какой-либо вред. А все потому, что между «фазой», приходящей с подстанции и нулем, соединенным с Землей существует потенциал, в нашем случае 220 Вольт, и ток от фазы к нулю гораздо «охотнее» потечет через заземляющее устройство, чем через тело человека, отделенное от земли подошвами обуви, покрытием пола и сопротивлением строительных конструкций.

Кстати, слово «зануление» фактически является синонимом слова «заземление», так как корпуса приборов соединяются и с нулем и с Землей одновременно. Они не будут одним и тем же только в случае, который я опишу в конце статьи и который, скажем так, нетипичен для российский электросетей.

Но, возвращаясь к нашей теме, заземление «сработает» как надо только в том случае, если сопротивление ЗУ, сложенное с сопротивлением защитных проводников (тех, которые соединяют корпуса приборов с ЗУ) будет гораздо меньше сопротивления человека, стоящего на полу, иначе человеку достанется изрядная доля тока утечки на корпус, а это неправильно и очень опасно. Нашими нормативами принято, что сопротивление ЗУ не должно превышать 4 Ом для напряжения 220 Вольт (ПУЭ 7, 1.7.101).

Теперь перейдем непосредственно к устройству ЗУ, требованиям к защитным проводникам, а также познакомимся с непонятными аббревиатурами «СУП» и «ДСУП».

Общие требования к ЗУ, а также СУП и ДСУП

Для того, чтобы заземление было надежным и реально рабочим, оно должно отвечать определенным требованиям.

Во-первых, электроды, которые погружаются в землю, не должны проржаветь в труху через пару лет, а должны прослужить хотя бы 30 лет. Для этого, если говорить о стальных электродах (они самые ходовые), они должны иметь определенную толщину. Если говорить о стальных уголках, эта толщина не должна быть меньше 4 мм. Все прочие минимальные размеры можно найти в ПУЭ, табл. 1.7.4.

Во-вторых, эти электроды (а их потребуется больше одного, как я покажу дальше) соединяются стальной полосой и только с помощью сварки, так как болтовые соединения и пайка не обеспечивают достаточно прочного контакта.

В-третьих, после монтажа (который удобно и желательно выполнять летом) нужно измерить сопротивление получившегося ЗУ, и если оно получится больше 4 Ом — вкопать и присоединить дополнительные электроды.

В-четвертых — место соединения ЗУ с проводником, который пойдет в распределительный щиток должно быть защищено от коррозии, а само соединение — быть надежным. Обычно его выполняют парой наконечник-болт. Сам провод может быть сечением не менее 10 кв. мм, например марки ПВ-3.

В принципе, искусственный заземлитель можно и не делать, в том случае если есть естественные заземлители — металлические водопроводные или канализационные трубы (уже редкость), обсадные трубы скважин, фундамент, но пользоваться ими лишь убедившись, что их сопротивление не превышает 4 Ом.

Я уже упоминал выше свойство тока течь в любом направлении от большего потенциала к меньшему. В большом здании с большой протяженностью и «запутанностью» кабельных линий это свойство тока может сыграть злую шутку. Даже если корпус какого либо прибора заземлен, он все равно может оказаться под напряжением, так как «блуждающие» по заземляющим проводникам, металлическим трубам и арматуре бетона токи могут внезапно «вылезти» в самом неподходящем месте и поразить человека, коснувшегося батареи отопления, крана в ванной или кухонной плиты.

Для того, чтобы исключить такое развитие событий, устраивается система уравнивания потенциалов, или сокращенно СУП, которая по-простому суть медная полоса, к которой присоединяется арматура фундамента, все металлические трубы, входящие в здание и проводник от ЗУ. Это устройство «сливает» все блуждающие токи по кратчайшему пути в Землю, не давая им добраться до ни в чем не повинных людей. Подробно об устройстве СУП рассказано в ПУЭ 7, п.1.7.7.

В отдельных случаях, например для ванных, где опасность поражения токов очень высока, устраивается дополнительная СУ, или ДСУП, которая суть СУП в миниатюре (см. рис. — на стенку вешается пластиковая коробочка, внутри которой установлена шинка. К этой шинке присоединяются заземляющий проводник из распределительного щитка, проводники от труб горячего и холодного водоснабжения, от ванной, стиральной машины, если она есть, и т. д. (ПУЭ 7, п. 1.7.83).

Безопасность в квартире.

Теперь от общих соображений перейдем к реальной практике. Если мы захотим защитить квартиру, сооружать свое личное ЗУ не нужно и нельзя, по той причине, что оно будет за пределами СУП здания и может стать причиной возникновения блуждающих токов. Пользоваться мы можем только общедомовой системой заземления.

В принципе, по правилам (принятым еще в 2003 году) каждый дом должен быть оборудован стояком из 5-ти проводов, где пятый провод — как раз заземляющий проводник. Если у вас это так — поздравляю, вам остается лишь развести заземляющий проводник по квартире (3-я жила в кабеле), поставить везде розетки с заземлением и устроить в ванной ДСУП.

Но бывает и так, что электроустановка в доме еще не переоборудована по новому стандарту. В этом случае, к сожалению, предпринять в отношении заземления ничего нельзя, остается только ждать переоборудования. Могу посоветовать поставить УЗО на все линии розеток, особенно в ванной, это хоть и не избавит от периодических неприятных ощущений, но от серьезного поражения защитит надежно.

Заземляться «под окном», «на трубу», «от нуля» категорически нельзя. Единственное исключение — заземление «на ноль» в домах оборудованных под электрические плиты, но делать это нужно только после внимательно обследования нулевого проводника в стояке на сечение (не меньше 16 квадрат для алюминия) и неразрывность (ПУЭ 7, п. 1.7.131). Сделать это должен электрик, но нормально сможет далеко не каждый, так что рисковать или нет — решать вам.

Заземление в частном доме.

Если вам повезло (как я лично считаю) и у вас есть свой частный дом, то здесь вы — полноправный хозяин ситуации. Прежде всего нужно определиться с типом почвы. Если у вас не сверхсухой песок и не вечная мерзлота, то вы спокойно можете приступать к расчету заземления. Обычно достаточно несколько 2-2,5 метровых электродов из стального уголка или новомодных, обмедненных штырей, соединенных стальной полосой с помощью сварки. Точное число можно подсчитать любой из методик, представленных в специальной литературе.

В месте, где к ЗУ будет присоединяться защитный проводник (тот, что не меньше 10 кв. мм), лучше соорудить что-то типа закрытого лючка, который можно будет периодически (например раз в год) открывать и визуально контролировать, исправно ли соединение.

Разумеется, после монтажа нужно проверить сопротивление заземления и при необходимости добавить к ЗУ один-два заземлителя. В подвале здания или (при отсутствии такового) в распределительном щитке нужно будет оборудовать СУП, по методу описанному выше, а в ванной — ДСУП.

Так как к дому по воздушной линии (ВЛ) подходит два (одна фаза) или четыре (три фазы) провода, а в доме нужен отдельный заземляющий проводник, нулевой провод, после вводного двух- или четырехполюсного автомата разделяется (на шине) на две отдельные линии — одна идет на счетчик, и дальше будет просто нулем, а с шины, к которой присоединяется толстый защитный проводник от ЗУ, снимаются защитные проводники, которые далее пойдут к потребителям (см. рис.).

«Чистое» заземление

Иногда, если провода ВЛ, от которой запитывается строение ветхие, на скрутках и не вызывают доверия, либо сооружение полноценного ЗУ с сопротивлением 4 Ом сильно затруднено, можно использовать схему заземления, в которой защитный проводник от ЗУ не соединяется с нулевым, а идет отдельно по все длине, везде. Это так называемая система TT (для справки: обычная система, описанная выше, называется TN-C-S).

Ее преимущество в том, что сопротивление ЗУ (да, оно все равно понадобится) может быть намного выше 4 Ом, и может достигать сотен Ом, потому что защиту в данном варианте осуществляет УЗО, которое должно стоять обязательно. Но нет преимущества без недостатков — если УЗО выйдет из строя, вы останетесь без защиты. Поэтому такой вариант заземления лучше приберечь на крайний случай.

Итог.

Так что же нужно, чтобы заземление работало и работало долго? Подытожим:

1)правильно рассчитанное и испытанное ЗУ;
2)надежные (массивные) заземляющие электроды, соединенные сваркой;
3)система уравнивания потенциалов — основная и дополнительная;
4)ежегодные проверки качества всех соединений заземляющих проводников — от ЗУ до каждой из розеток или каждого из приборов, а лучше — испытание специальным прибором.

Удачи и безопасного электричества!

Евгений Потапчук
Обсудить статью на форуме по электрике.