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.

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

Уравнивание потенциалов в доме
Заземление всех металлических составляющих в частном доме

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.

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.

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).

Работа системы заземления
Принцип работы системы заземления

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.

Основы работы защитного заземления

Правила заземления в частном доме

В неисправном электрическом приборе (например, при повреждении изоляции питающего провода) на его корпусе может появляться напряжение. Когда человек прикасается к устройству, ток устремляется в землю, проходя через его тело и часто нанося непоправимый вред, далеко не все защитные приспособления могут среагировать или успеть достаточно быстро разорвать цепь.

Почему ток идёт в землю? Потому что она легко принимает разряд, так как обладает очень большой электроёмкостью. Если току утечки (сквозной ток проводимости, протекающий между двумя или несколькими электродами) предложить другой, более простой путь, например проводник с меньшим сопротивлением — для заземления оно не должно превышать 4 Ом, то он пойдёт к земле по нему, а не через человека с сопротивлением тела 1 кОм. В цепи возникает утечка тока, и устройство защитного отключения (УЗО) за доли секунды отключает повреждённый участок.

Именно поэтому все современные электрические исполнительные устройства и агрегаты разрабатываются таким образом, чтобы к ним можно было подключить заземляющий проводник, а для разводки применяют трёхжильные провода. Это касается также всей современной бытовой техники, где корпус и один из контактов сетевой вилки соединены — для их питания применяют розетки с РЕ-контактом (усиками).

Все светильники, люстры, бра имеют клеммы для присоединения «жёлтого» проводка, заземляются и металлические ящики распределительных щитков и металлоконструкции, на которых расположено силовое оборудование. В обязательном порядке заземляются все потребители сетей с напряжением переменного тока свыше 42 В, для постоянного тока — свыше 110 В. Заметим, что заземление обеспечивает не только электробезопасность людей, но также:

  • стабилизирует работу электроустановок;
  • защищает приборы от перенапряжений;
  • снижает количество сетевых помех и интенсивность электромагнитных излучений высокой частоты.

Заземляющее устройство состоит из следующих элементов:

  • заземлителя
  • заземляющих проводников

Заземляющим проводником будет любая часть заземляющего устройства, соединяющая электроустановки с заземлителем, это отдельные жилы проводов (общепринято — в жёлтой изоляции), элементы наружных и внутренних контуров, специальная шина, находящаяся в щитке.

Заземлитель — это электрод, часть цепи заземления, непосредственно контактирующая с землёй. Данный элемент обеспечивает стекание токов в грунт и их рассеивание. В зависимости от того, используются для этого заглублённые элементы строительных конструкций или созданный специально проводник, выделяются естественные и искусственные заземлители. Согласно ПУЭ предпочтение всегда необходимо отдавать использованию естественных заземлителей (пункт 1.7.35), в частном доме это может быть:

  • металлическая обсадная труба скважины;
  • любые стальные трубопроводы, в том числе трубы для прокладки электрических проводов;
  • свинцовая броня силового кабеля;
  • различные металлические стойки и опоры на улице, например, элементы забора;
  • заглублённые железобетонные и металлические элементы здания (колоны, фермы, шахты, фундаменты).

Искусственные электроды можно использовать, если сопротивление естественных заземлителей не соответствует норме, далее мы рассмотрим их подробнее.

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.

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.
Предлагаем ознакомиться:  Примыкание кровли к трубе дымохода
глухозаземленная и изолированная нейтраль
а) сеть с глухозаземленной нейтралью, б) сеть с изолированной нейтралью, соединенной с землей через разрядник

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.

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.
Основные системы заземления
Основные системы заземления электрических сетей

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

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).

электроснабжение частного дома
К дому от высоковольтного столба спускается кабель с двумя рабочими жилами

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.

Устройство и конструкция заземляющего контура

Правила заземления в частном доме

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).
контур тзаземления
Контур заземления по схеме треугольник
  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).

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

Основной параметр, который необходимо рассчитать — это проводимость заземлителя. Иными словами, нам нужно подобрать электрод такой конфигурации, чтобы сопротивление заземляющего устройства не превышало нормативное. Положения ПУЭ указывают следующие цифры, которые являются допустимым максимумом:

  • 2 Ом — для линейного напряжения однофазного тока 380 вольт;
  • 4 Ом — для 220 вольт;
  • 8 Ом — для 127 вольт.

При трёхфазном токе максимальными сопротивлениями будут те же 2, 4 и 8 Ом, но только для напряжений 660, 380 и 127 вольт соответственно.

где: d — диаметр штыря, L — длина электрода, T — расстояние от поверхности до средины заземлителя, ln — логарифм, π — константа (3,14), ρ — удельное сопротивление грунтов (Ом·м).

Правила заземления в частном доме

Обратите внимание, удельное сопротивление грунта — это основной параметр расчёта. Чем меньше это сопротивление, тем более проводимым будет наше заземление и более эффективной защита. Основные базовые цифры для определённого типа грунта можно найти в общедоступных таблицах и графиках, но многое зависит от его фактического состояния — плотности, водного баланса, температуры, сезонной глубины промерзания, наличия и концентрации в нём «электроактивных» химических веществ — щелочей, кислот, солей.

При температурах ниже нуля сопротивление грунтов резко повышается из-за замерзания воды. Поэтому возникают определённые сложности с заземлением в районах с вечномёрзлыми грунтами. По этой же причине, длина заземлителей должна быть на порядок больше, чем сезонная глубина промерзания в нормальных широтах.

В идеале, сопротивление грунта и заземляющего устройства в целом необходимо исследовать практически, тогда как формулы помогут нам сделать базовые расчёты. Часто анализ происходит непосредственно на стадии монтажа контуров — погружают электроды и в реальном времени делают замеры проводимости заземления: если сопротивление слишком велико, то увеличивают количество заземлителей или степень их заглубления.

Отметим, что заземление должно работать в любое время года, поэтому его рекомендуют проверять в самых неблагоприятных условиях (засуха, морозы). Если такой возможности нет, к результатам применяются специальные коэффициенты, учитывающие сезонные изменения сопротивления грунтов в конкретной местности.

Если для обустройства заземлителя используется несколько электродов, то порядок расчётов будет несколько другим:

  1. Производится расчёт сопротивления для каждого из них (может применяться формула, указанная выше).
  2. Показатели суммируются.
  3. Необходимо учесть «коэффициент использования».
  4. Формула выглядит следующим образом:
Предлагаем ознакомиться:  Клей Момент: разновидности, область применения, плюсы и минусы

Правила заземления в частном доме

где: N — количество заземлителей, Ки — коэффициент использования, R1 сопротивление каждого электрода в отдельности.

Как видим, проводимость горизонтальных элементов, соединяющих электроды в единый контур, не учитывается.

Некоторую сложность может вызывать коэффициент использования — он отображает явление, при котором рядом расположенные электроды в контуре оказывают влияние друг на друга, так как зоны рассеивания токов в грунте при излишнем приближении начинают пересекаться. Чем ближе расположены отдельные заземлители друг к другу — тем больше общее сопротивление заземляющего устройства.

Отношение расстояния между электродами к их длине Число электродов Коэф. использования
1 5 0,7
1 10 0,6
1 15 0,53
1 20 0,5
2 5 0,81
2 10 0,75
2 15 0,7
2 20 0,67
Размещение по замкнутому контуру
Отношение расстояния между электродами к их длине Число электродов Коэф. использования
1 5 0,65
1 10 0,55
1 15 0,51
1 20 0,45
2 5 0,75
2 10 0,69
2 15 0,66
2 20 0,63

где: R — проектное сопротивление заземляющего устройства, R1 — сопротивление одного электрода, Ки — коэффициент использования.

Что касается схемы расположения заземлителей, то они не обязательно должны образовывать треугольник, хотя это самая распространённая конфигурация контура. Электроды могут располагаться в один ряд с последовательным соединением. Такой вариант удобен, если для обустройства заземления выделена узкая полоска земли.

Типовые схемы проводки однофазной электросети

Монтаж заземления в частном доме невозможен без наличия правильно выбранного заземлителя а также проводника, который будет проведен к электрощиту. Заземлители могут быть следующих видов:

  • естественные;
  • искусственные.

В роли естественных выступают металлические конструкции, которые находятся одним концом в земле, к примеру, трубы водопровода или же конструктивные части фундамента здания из железобетона. Только при этом учитывайте, что в качестве таких элементов не могут использоваться трубы газопровода и любые трубы с опасными и легковоспламеняющимися веществами.

Если естественные заземлители использовать не представляется возможным, то в частном доме можно создать искусственные элементы. К ним можно отнести электроды, выполненные из цинка, меди или стали с любым типом сечения. При этом есть одно важное условие – данные электроды должны быть покрыты краской или же другим изоляционным материалом.

Правила монтажа заземлителей

Рассмотрим основные правила и рекомендации для монтажа заземлителей:

  • осуществлять естественное заземление можно лишь, если сопротивление или же напряжение данных элементов не превышает 1кВ;
  • перед тем как произвести данную процедуру необходимо провести все необходимые расчеты;
  • заземлители можно располагать вертикально или горизонтально, но обязательно ниже уровня промерзания грунта;
  • все соединения электродов между собой выполняются посредством сварочного аппарата, так как болтовые соединения могут привести к недопустимому в этом случае процессу окисления;
  • при выборе заземлителя особое внимание стоит обратить на тип грунта на участке вашего дома.

Обратите внимание, что монтаж заземления в частном доме будет эффективен и надежен только в том случае, если правильно произведены все замеры, осуществлены расчеты электросопротивления почвы, а также длины заземляющих электродов. Кстати, не забудьте и про подсчет необходимых материалов. Зачастую, стремясь сэкономить, домовладельцы пытаются выполнить данные работы самостоятельно, однако теряют на этом много времени и сил, получая не всегда нужный результат.

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.

При его обустройстве необходимо действовать в соответствии с положениями отраслевых стандартов, касающиеся эксплуатации имеющегося на объекте оборудования.

Расчет системы заземления

УЗО будет корректно работать только при наличии заземляющего контура

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.

Предлагаем ознакомиться:  Вязание мочалок: 115 фото и видео инструкция лучших идей как связать мочалку своими руками

Пример расчета ЗУ

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

одиночный вертикальный заземлитель
Схема установки одиночного вертикального заземлителя

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.

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

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

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

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.

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).

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).
треугольная форма контура
Монтаж контура заземления в форме треугольника

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.

Читаем правила ПУЭ п. 1.7.102:

Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 510 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 1530 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.

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.