Контур заземления по нормам ПУЭ

Чтобы контур заземления эффективно выполнял свои функции, необходимо использование норм, которые приведены в «Правилах устройства электроустановок». Они утверждены Министерством энергетики России, приказом от 08. 07. 2002 г. Сейчас действительной является седьмая редакция. Но перед реализацией конкретного проекта необходимо уточнить новейшие изменения. Так как далее в статье есть ссылки на этот документ, будут применяться следующие сокращения: «ПУЭ», или «Правила».

Типовые схемы контуров заземления дома

Для чего выполнять требования

Может показаться, что неукоснительное соблюдение Правил избыточно, необходимо только для прохождения официальных проверок, ввода в действие объекта недвижимости. Конечно, это не так.

Нормативы созданы на основе научных знаний и практического опыта. В ПУЭ есть следующие сведения:

• Формулы для расчетов отдельных параметров защитной системы.
• Таблицы с коэффициентами, которые помогают учесть электротехнические характеристики разных проводников.
• Порядок проведения испытаний и проверок.
• Специализированные организационные мероприятия.

Применение на практике этих нормативов позволит предотвратить поражение электрическим током людей и животных. Создание контура должно быть безупречным, в точном соответствии с Правилами. Это снизит вероятность возгораний при авариях, поможет исключить развитие негативных процессов, способных нанести ущерб имуществу.

В данной статье рассматриваются вопросы защиты частного дома. Таким образом, будут изучаться те разделы ПУЭ, которые относятся к работе с напряжением до 1 000 V.

Составные части системы

Ключевым параметром данной системы является сопротивление заземления. Сопротивление заземления должно быть настолько малым, чтобы именно по такому пути шел ток при возникновении аварийной ситуации. Это обеспечит защиту при случайном прикосновении человека к поверхности, на которую подано напряжение.

Специалисты рекомендуют подключать бытовую технику к системе заземления

Для получения необходимого результата шасси и корпуса бытовых устройств дома соединяют с главной шиной заземляющего устройства,  создается внутренний контур. К нему же подключают металлические элементы конструкции здания, трубы водопровода. Подробно состав такой системы выравнивания потенциалов описан в ПУЭ (п.1.7.82). Снаружи строения устанавливается другая часть защиты, внешний контур. Его также подключают к главной шине. Для оснащения частного дома можно использовать разные схемы. Но проще всего заглубить в землю металлические стержни.

В следующем списке приведены отдельные компоненты системы и требования к ним:

• Провода, которыми подсоединяются утюги, стиральные машины и другие конечные потребители. Они находятся внутри сетевого кабеля, поэтому необходимо только наличие соответствующей линии заземления, подключенной к розетке. В некоторых ситуациях, при установке варочных панелей, духовых шкафов, иного встроенного в мебель оборудования, требуется подсоединение корпусов отдельным проводом.
• В качестве общей шины можно использовать не только специальный провод, но и «естественные» проводники такие, как металлические каркасы зданий. Исключения и точные правила будут рассмотрены ниже. Здесь же надо отметить, что этот участок прохождения тока надо создавать так, чтобы предотвратить механические повреждения в процессе эксплуатации.
• Наружный контур частного дома создают из металлических элементов без изоляции. Это увеличивает вероятность разрушения процессом коррозии. Для снижения этого негативного воздействия используют цветные металлы. Места сварных соединений стальных деталей покрывают битумными смесями и другими составами аналогичного назначения.
• Реальное сопротивление заземляющего устройства такого типа будет зависеть от характеристик грунта. Глина и сланцы хорошо удерживают влагу, а песок – плохо. В каменистых грунтах сопротивление слишком велико, поэтому понадобится искать другое место для установки, или погружать заземлитель еще глубже. В особо засушливые периоды, чтобы сохранить функциональность устройства рекомендуется регулярный полив почвы.

Почвы обладают разной проводимостью

Проводники системы заземления

Частью внутреннего контура являются изолированные провода. Их оболочки делают цветными (чередующиеся зеленые и желтые продольные полосы). Такое решение уменьшает ошибочные действия при выполнении монтажных операций. Подробно требования изложены в разделе «Защитные проводники» Правил, начиная с раздела 1.7.121.

В частности, там приведена методика простого расчета допустимой площади изолированного проводника в сечении (без поверхностного слоя). Если фазный провод меньше, или не превышает 16 мм², то выбирают равные диаметры. При увеличении размеров применяют иные пропорции.

Для точных расчетов используется формула из пункта 1.7.126 ПУЭ:     

 /k    , где:

• S – сечение проводника заземления в мм²;
• I – ток, проходящий по нему при коротком замыкании;
• t – это время в секундах, за которое автомат разорвет цепь питания;
• k – специальный комплексный коэффициент.

Величина тока должна быть достаточной для срабатывания автомата за время, не превышающее пяти секунд. Чтобы система была рассчитана с определенным запасом, выбирают ближайшее большее по типоразмеру изделие. Специальный коэффициент берут из таблиц 1.7.6., 1.7.7., 1.7.8. и 1.7.9. Правил.

Если планируется использовать многожильный алюминиевый кабель, в котором один из проводников – защитный, то применяют следующие коэффициенты с учетом разных изоляционных оболочек.

Таблица коэффициентов с учетом типа изоляционных оболочек

При использовании такого варианта обеспечивается непрерывность цепи, предпринимаются дополнительные меры для защиты от механических воздействий. Учитываются особенности конкретного строения, структурные деформации, которые возникают в процессе усадки.

Не разрешается использовать:

• Части трубопроводных систем газоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения.
• Трубы водоснабжения из металла, если они соединяются с применением прокладок, изготовленных из полимеров,  иных диэлектрических материалов.
• Стальные струны, использующиеся для крепления светильников, гофрированные оболочки, иные недостаточно прочные проводники, либо изделия, находящиеся под относительно большой для их параметров загрузкой.

Если используется отдельный медный проводник, не входящий в состав кабеля цепи питания, или он находится не в общей изоляционной, защитной оболочке с фазными проводами, допустимо следующее минимальное сечение в мм²:

• при дополнительной защите от механических воздействий – 2,5;
• в случае отсутствия таких предохранительных средств – 4.

Этот медный проводник не защищен от случайного механического повреждения

Алюминий менее прочен по сравнению с медью. Поэтому сечение проводника из такого металла (вариант – отдельная прокладка) должно быть равно, или более следующей нормы: 16 мм².

Какое должно быть сечение проводников внешнего контура заземления дома можно посмотреть в таблице ниже.

Сечение проводников внешнего контура заземления

При проходе через внешнюю толстую стену дома проще просверлить тонкое отверстие. Его изнутри  можно укрепить трубкой подходящих размеров. Медный провод не сложно будет согнуть под углом для присоединения к стальной шине внешнего контура.

Допустимое сопротивление заземляющего устройства определено в п. 1.7.101 ПУЭ. Сводные нормы приведены в таблице ниже.

Нормы допустимого сопротивления заземляющего устройства

За городом для подключения дома часто используют воздушные линии электропередачи. Поэтому уместно упомянуть нормы ПУЭ, относящиеся к соответствующей ситуации. Если проводник одновременно выполняет функции защитного и нулевого (PEN-типа),  то на концах таких линий, участках подключения потребителей устанавливают устройство повторного  заземления. Как правило,  такие действия обязана выполнить энергетическая компания, но хозяину дома следует сделать соответствующую проверку. В качестве заземлителя используют металлические части опор, заглубленные в грунт.

Заземление воздушной линии электропередачи

При выборе комплектующих элементов личного внешнего контура, который будет установлен в земле, используют следующие нормы ПУЭ.

Параметры комплектующих элементов внешнего контура заземления по нормам ПУЭ

Если повышен риск повреждения горизонтальных участков окислительными процессами, применяют следующие решения:

• Увеличивают площадь сечения проводников выше нормы, указанной в ПУЭ.
• Применяют изделия с гальваническим поверхностным слоем, либо изготовленные из меди.

Траншеи с горизонтальными заземлителями засыпают грунтом с однородной структурой, без мусора. Повысить сопротивление способно чрезмерное осушение грунта, поэтому в летние периоды, когда долго нет дождей, специально поливают соответствующие участки.

Какое должно быть сопротивление

Прочность металлических проводников, их электрическое сопротивление определить несложно. Если должно быть определенное сопротивление по ПУЭ, то соблюдение правил не будет чрезмерно сложным. Так, например, для заземления опор воздушных линий установлен максимально допустимый норматив 10 Ом, если эквивалентное сопротивление грунта не превышает 100 Ом*м (Таблица 2.5.19.).  Целостность сварных соединений обеспечивают дополнительной защитой антикоррозийным слоем. При риске разрыва в процессе сдвижек почвы, или деформации строения, соответствующий участок делают из гибкого кабеля.

Но гораздо больше проблем возникает с землей. В этой неоднородной среде, подверженной самым разным внешним воздействиям, одинаковая величина  проводимости в течение длительного времени невозможна. Именно поэтому в ПУЭ отдельный раздел посвящен устройствам заземления, которые устанавливаются в почвах с большим удельным сопротивлением (нормы по пунктам 1.7.105. – 1.7.108.).

Ниже перечислены основные рекомендации для таких случаев:

• Используются металлические элементы (заземлители вертикального типа) увеличенной длины. В частности, допустимо подсоединение к трубам, установленным в артезианские скважины.
• Заземлители переносят на большое расстояние от дома (не более 2000 м), туда, где сопротивление почвы (Ом) меньше.
• В скальных и других «сложных» породах прокладывают траншеи, в которые засыпают глину или другой подходящий грунт. Туда, в свою очередь, устанавливают элементы системы заземления горизонтального типа.

Горизонтальные заземлители в системе заземления

Если удельное сопротивление грунта превышает 500 Ом на м, а создание заземлителя сопряжено с чрезмерными затратами,  разрешено превышение нормы заземляющих устройств не более чем в 10 раз. Используется следующая формула для вычисления. Точное значение должно быть: R * 0,002. Здесь величина R – это удельное эквивалентное сопротивление грунта, в Ом на м.

Внутренний и внешний контур

Как правило, главную шину внутри здания устанавливают внутри устройства ввода. Ее допустимо изготавливать только из стали или из меди. Применение алюминия в данном случае не разрешено. Предпринимают меры, предотвращающие свободный доступ к ней посторонних людей. Шина размещается в запирающемся шкафчике, или в отдельном помещении.

К ней подключают:

• металлические элементы конструкции здания;
• проводник внешнего контура заземления;
• проводники РE и PEN типов;
• металлические трубопроводы и проводящие части систем водоснабжения, кондиционирования и вентиляции.

Внешний контур дома создают, учитывая перечисленные выше нормы ПУЭ по отдельным частям системы. Это позволит получить необходимое минимальное сопротивление системы заземления (Ом), которое достаточно для надежной защиты. Для повторного заземления рекомендуется использовать заземлители естественного типа.

Ниже приведены некоторые важные особенности стандартного заземлителя частного дома:

• Основную часть, вертикальные элементы, устанавливают на небольшом удалении от дома, с учетом параметров грунтов.
• К ним прокладывают траншею глубиной до 0,8 м и не менее 0,4 м шириной, в которой устанавливаются горизонтальные участки цепи. Точной нормы нет, но размеры траншеи должны быть достаточными для беспрепятственного монтажа элементов.
• Вертикальные заземлители длиной до 3 м устанавливают в углах равностороннего (по 3 м) треугольника. Эти размеры приведены в качестве примера. Точных нормативов по длине нет. Есть нормы только по максимально допустимому сопротивлению защитной системы.
• Чтобы проще было забивать их в грунт, концы заостряют.
• К выступающим частям сварным соединением крепят полосы.
• Траншеи засыпают равномерным по структуре грунтом, не содержащим щебня.

Монтаж внешнего контура заземления частного дома

Видео. Заземление своими руками

Нормы для испытательных процедур изложены в главе 1.8 ПУЭ, а также в «Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей» (ПТЭЭП, пр. 3.1), действующих с 1.07.2003 г. на основании решения Министерства энергетики России (приказ от 13. 01. 2003 г.). Выполняется визуальный контроль, проверяется целостность соединений. По специальной методике выясняется сопротивление контура системы заземления. Измеренное значение не должно быть выше нормы (Ом). Если такое условие не выполнено, используют заземлитель большей длины или иные технологии, приведенные в данной статье.