Виды и контурное устройство заземления

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.

Глубинное заземление

Заземление производится с погружением заземлителей в грунт на глубину до 20-30 метров. При этом заземляющее устройство сконцентрировано на небольшой площади, что дает возможность не распылять монтажные работы по всему участку, как это происходит с контурным заземлением.

Характерная черта глубинного заземления – достижение заземлителей плотных и водонасыщенных слоев грунта, которые отличаются очень низким сопротивлением и охотно «проглатывают» ток.

Достоинства глубинного заземления

• Невысокие затраты на строительно-монтажные работы и последующее благоустройство участка,
• Возможность выбора места установки заземлителей с грунтом наименьшего сопротивления,
• Компактность расположения заземляющего устройства.

Недостатки глубинного заземления

• Неприменимо в случаях напряжения выше 1 кВ,
• Отдаленное размещение заземлителя от защищаемого участка, из-за чего на части защищаемой площади коэффициент прикосновения равен единице,
• Возрастание сопротивления проводника при большом расстоянии до заземлителя.

Какой же вид заземления выбрать?

Выбор нужно делать исходя из условий: назначения защищаемого участка, величины напряжения и финансовых условий.

Глубинное заземление часто применяют на дачных участках и частных домах, где не подразумеваются большие напряжения и нет желания «уродовать» траншеями весь участок.

Контурное заземление – это прерогатива производственных участков, площадок с установками, находящимися под большим напряжением. Оно надежнее по сравнению с глубинным, но требует финансовых затрат в большем количестве.

Использование шины

При выполнении плана электрооборудования монтаж заземляющих устройств обычно включает в себя установку шин. Они размещаются рядом с распределительными щитами и рубильниками, находящимися под напряжением, и выполняют роль узловых соединений для нескольких проводников от внутреннего заземляющего контура. При помощи шины к заземляющему контуру можно подключить электрооборудование с различными характеристиками энергопотребления, а также заземляющие магистрали от разных помещений. С шиной при помощи заземляющего болта соединяется внешний контур, выходящий на заземлители.

« вернуться

Схема контура

Когда расчеты завершены, подбираем правильное место для установки контура. Выбираем геометрическую фигуру, в соответствии с формой которой будут расположены электроды. Чертим схему контура, учитывая типы применяемых материалов. В схеме указываем количество используемых электродов, соединительной полосы, их длину, сечение, диаметр, глубину установки.

Наиболее оптимальной схемой организации контура считается треугольник. Однако подойдет и любая другая геометрическая форма. На рисунке внизу представлены четыре варианта фигур.

Все схемы заземлительных контуров делят на 2 типа.

Их преимущество в надежности, поскольку даже при повреждении перемычки между электродами сохраняется еще одна перемычка (с другой стороны). На рисунке ниже показана замкнутая схема в виде треугольника.

В этой схеме все электроды находятся на одной линии. Соединения выполняют последовательно. Недостаток способа в том, что при выходе из строя одной из перемычек вся дальнейшая цепочка становится неработоспособной (в соответствии с принципом гирлянды). Схема линейной организации показана на рисунке внизу.

Комплект заземления

В продаже можно встретить специальные комплекты заземления, цена которых около 4 600 рублей.

Также можно приобрести отдельные комплектующие для монтажа, стоят они недорого. К примеру, стальной стержень (электрод) длиной 1,5 м обойдется в 500 рублей, муфта – 200 рублей, соединительная шина – 850 рублей. Каждый комплект заземления имеет соответствующую инструкцию по монтажу, которая учитывает специфику всех изделий.

Однако большинство требуемых элементов можно изготовить самостоятельно. К тому же выбор материалов довольно широкий. Нужно лишь знать требования, которые к ним предъявляются.

Какую схему выбрать

Перед тем, как приступить непосредственно к монтажу заземления, необходимо выбрать схему, согласно которой электроды будут располагаться под землей. Нужно правильно подобрать материалы, из которых будут сделаны все элементы конструкции, а также провести расчет размеров электродов и соединительных частей. Параметры заземления рассчитываются по специальной формуле, которая позволяет безошибочно выбрать схему расположения всех защитных элементов.

Что касается рисунка заземления, наиболее эффективным считается треугольник. Именно трехсторонняя схема обеспечивает быстрое и полное поглощение электричества землей, равномерно распределяя ток по поверхности.

Если размер участка не позволяет разместить объемную треугольную конструкцию, электроды располагают в одну линию, полукругом, или, например, волной. Однако, большинство специалистов сходятся во мнении, что лучшей схемой расположения электродов считается треугольная, поскольку обеспечивает наиболее быстрое и эффективное поглощения тока землей.

Особенности схем заземления 220 и 380 В

Подключение в каждом из случаев особенное. Единственное, что остается неизменным – внешний контур. Конструкция может быть любой (замкнутой, линейной). А вот с момента ввода в дом нужно учитывать некоторые нюансы. То же касается устройства проводки. Напряжение в 220 Вольт требует двухпроводной линии. При этом один придется расщепить на «землю» и «нейтраль». Другой монтируется по изоляторам.

380 В – это электросеть, для которой используется четырехпроводная система. Одна из жил подлежит расщеплению, как и в предыдущем случае. Остальные монтируются через изоляторы, не контактируя между собой. Еще одна особенность такого способа монтажа – необходимость использования дополнительных средств защиты. Это УЗО и дифференциальные автоматы. К ним подводят «нейтральный» проводник.

Заглянем в теорию

Рассмотрим пример – схема заземления с одиночным вертикальным заземлителем, забитым в землю. С ним соединён металлический корпус электроприбора, где произошло короткое замыкание – фаза соединилась с корпусом. При этом исходные условия: замыкание «металл – на металл», без учёта сторонних факторов, поэтому сопротивлением в точке контакта можно пренебречь. Сопротивление заземляющего проводника от прибора до земли тоже не учитываем, так как оно незначительное, когда используется достаточно большое сечение.

Далее при условии, что грунт вокруг заземлителя считаем однородным во всех направлениях, то и ток будет уходить в землю одинаково в этих же направлениях. При этом наибольшая плотность тока будет у самого заземлителя. Чем дальше от заземлителя, тем больше уменьшается его плотность. В итоге получается, что на пути тока сопротивление его движению с увеличением расстояния от заземлителя всё более уменьшается, потому что он проходит через постоянно увеличивающееся «сечение» проводника – земли. И напряжение, которое снижается на пути этого тока по закону Ома: самое большое на самом заземлителе, а при удалении плавно убывает. А на каком-то расстоянии от заземлителя напряжение станет пренебрежимо мало – приблизится к 0. Точка с таким напряжением – точка нулевого потенциала. По сути эта точка нулевого потенциала и есть та самая земля, с которой связан корпус электроприбора.

Сопротивление заземляющего устройства, это не электрическое сопротивление его металла – оно низкое, это не сопротивление между металлом штыря и землёй – при соблюдении определённых условий оно тоже небольшое. Это сопротивление земли между штырём и точкой нулевого потенциала.

Всё это отображается формулой Rз : Uф / Iкз. То есть – сопротивление заземляющего устройства будет равно фазовому напряжению, пришедшему на корпус, поделённому на ток короткого замыкания. На этой формуле всё и завязано.

Но параметров сопротивления одиночного заземлителя скорее всего будет недостаточно, чтоб организовать контур заземления, соответствующий требованиям ПУЭ. Как всё привести в соответствие? Площадь заземляющего электрода имеет решающее значение, поэтому самое очевидное решение – нужно забить рядом ещё один электрод. Но если забить их в непосредственной близости, то ток растекается, как и прежде, ничего не меняется. Для того чтоб поменять конфигурацию растекания нужно разнести заземляющие электроды подальше друг от друга. В этом случае получается разделение тока между ними – он стекает с каждого из них.

Однако существует зона, где они пересекаются. Получается, что это не простое параллельное соединение двух сопротивлений, за исключением примеров, когда заземлители очень далеко друг от друга. Но это очень непрактично, для реального устройства заземления потребуются огромные площади. Поэтому при расчётах удаления заземляющих электродов используют поправочные коэффициенты, которые учитывают их взаимное влияние – коэффициент экранирования.

Чтобы ещё уменьшить сопротивление контура заземления, нужно увеличить глубину погружения электрода, то есть увеличить его длину. Ведь чем длиннее заземлитель, тем больше площадь, способствующая растеканию тока. Этот эффект широко используется при изготовлении омеднённых штырей для комплектов заземления. Они забиваются в землю друг за другом соединяясь резьбовыми муфтами в единый электрод. При этом достигается нужная для параметров заземления глубина.

Соединяя электроды заземления горизонтальной связью, ещё снижается общее сопротивление заземляющего устройства

Влияние связи тоже учитывается, также принимаются во внимание, что её экранируют вертикальные электроды

Получается система из нескольких элементов, зависящих друг от друга:

Расстояние между вертикальными заземлителями.
Их количество.
Важно, на какую глубину они забиты.
Форма – прут, труба, уголок. Это разная площадь прилегания к земле.
Форма и длина горизонтальной связи.

То есть факторов достаточно много и по одной формуле всё рассчитывать некорректно

Остальные параметры для расчёта берутся из следующих понятий и величин

То есть факторов достаточно много и по одной формуле всё рассчитывать некорректно. Остальные параметры для расчёта берутся из следующих понятий и величин.

Монтаж наружного контура заземления

Заземляющие устройства на участке внешнего контура располагаются в толще грунта, поэтому все наружные проводники соединяют сваркой:

• Приваривание проводников внахлёст делается с учётом минимальной длины нахлёстки (равна ширине пластины, или 6 диаметрам прутка);
• К установленному наружному заземляющему контору через стену здания подводится и приваривается соединение с внутренним защитным контуром;
• Проводник, соединяющий оба контура, на отрезке прохождения сквозь стену укладывается внутрь обрезка металлической трубы, которая затем заполняется цементом, или другим негорючим изоляционным материалом.

Соединение металлических частей наружного контура можно производить любым видом сварки.

Типы систем заземления

Для частного дома и квартиры подходят следующие типы заземления:

• TN;
• IT;
• TT.

У первой и самой распространенной системы TN есть подтипы — S и C S. Вообще, для расшифровки аббревиатур нужно понять несколько моментов.

1. По умолчанию, первая буква t говорит о принципе функционирования питающего источника.
2. Вторая буква — N, T или I — указывает на принцип заземления и защиту открытых элементов отводов. T прописывают, если контур заземлен, N — если зануление осуществляется подключением к нейтрали, а I — когда электрическое оборудование не имеет электрических контактов, то есть отвод изолирован. На картинке ниже вы увидите обозначение заземления и соответствующую схему.
3. В нынешних Госстандартах есть понятие нулевого заземляющего проводника. Он актуален для систем с напряжение до 1 кВ. Выделяют землю (PE), нулевой заземляющий проводник (N) и объединение земли с нулем (PEN).

Монтаж контура заземления

Теперь вам необходимо выкопать треугольную траншею. При необходимости выкопать траншею можно и в виде прямой линии. Ее длина должна составлять 4-5 метров. Ширина траншеи должна составлять 0.5 метра, а ее глубина 0.7 метра.

У вершины треугольника вам необходимо будет забить вертикальный уголок, который имеет длину 3 метра. При необходимости вместо кувалды вы можете использовать бур. Если ваша траншея выполнена в виде прямой линии тогда потребуется 4 вертикальных уголка. Забивать их необходимо через каждый метр. Забивать стальные уголки необходимо не полностью. На поверхности необходимо оставить 20 см уголка. Затем с помощью сварочного аппарата необходимо приварить к стальным уголкам горизонтальную линию, которая будет идти в электрический щиток на шину PE.

В примере, который мы вам предоставили, контур заземления выполнен из стальной полосы. Вот схема контура заземления, которая облегчит вам работу.

Затем стальную полосу необходимо проложить до шины PE.Вот фотография, на которой можно увидеть этот процесс.

При необходимости вы можете воспользоваться и другим способом. Для этого из земли необходимо вывести горизонтальный заземляющий проводник в виде стальной полосы. К нему вам необходимо провести еще один проводник, который будет вести к шине PE. Этот проводник должен обладать следующими характеристиками:

1. Медный иметь сечение не менее 10 кв.мм.
2. Алюминиевый иметь сечение не менее 16 кв.мм.
3. Стальной иметь сечение не менее 75 кв.мм.

Установка заземлителей

Заземлители устанавливаются на том месте, которое определено в проекте в следующей последовательности:

• с учётом расположения заземлителей (треугольная, или линейная конфигурация) роются несколько траншей глубиной до 1 м и шириной до 0,5 м по трассам, обозначенным в плане электроустановки;
• Разметка установки электродов производится с учётом их запланированного количества и минимально допустимого расстояния между ними 2,5 м.
• Заземляющие электроды погружают в грунт так, чтобы выступающие части имели высоту 10-20 см.
• Установленные заземлители скрепляют между собой стальной полосой, железным уголком или прутками арматуры.

Способы заглубления в грунт заземлителей

Стержни заземлителей должны быть опущены в грунт на глубину 2,5-3 м. Для обеспечения расчётной глубины погружения применяются следующие приспособления:

• Электромеханические сверлильные устройства, оборудованные зажимами для электродов круглого сечения (ПВЭ);
• Сверлильные аппараты на ДВС (ПЗД 12) для круглых прутков и арматуры;
• Вибрационные молоты для заглубления труб, уголков или профиля;
• Ручные инструменты для ввинчивания с зажимами или кувалды.

При использовании ввинчивающих устройств на концы электродов приваривают спиралевидные лопатки, или шнеки.

Какую систему выбрать

В частном секторе на сегодня применяются только две схемы — TN-C-S и TT. Чаще всего к строению подводится двухжильный проводник на 220 В или четырехжильный – на 380 В.

Устройство системы заземления TN-C-S

Схема подключения заземления

Схема заземления TN-C-S  обеспечит качественную защиту только при наличии дифавтомата и УЗО. Подключать все системы на основе проводников тока (водоподачу, армирование фундамента, канализацию, отопление) на земляную шину нужно отдельными проводами:

1. Выбор шин для разводки PEN-кабеля. Понадобится «земля» (PE) с металлическим основанием, нейтраль (N) с диэлектрическим основанием и расщепитель на 4 точки.
2. Подключение металлической шины к металлическому корпусу щитка для образования контактов. Краску на точках крепления удаляют полностью.
3. Монтаж нулевой шины на дин-рейке.
4. Проверка расположения шин – они не пересекаются.
5. Заведение PEN-проводника на расцепитель.
6. Подключение к расцепителю контура заземления.
7. Установка перемычки на земляную шину от одного гнезда при помощи медного провода с сечением 10 мм2.
8. Монтаж перемычки со свободного гнезда на шину нуля или нейтрали – применяется аналогичный провод из меди.

Потребители подсоединяются по принципу протягивания фазы от вводного провода, нуля – от шины нейтрали, земли – от шины РЕ.

Заземление по системе TT

Систему TN-C в старых домах можно преобразовать в ТТ. Фазный кабель от столба используется в качестве фазы, а защитный – фиксируется на нулевую шину и остается нейтралью. Проводник от готового контура сразу выводится на шину заземления.