Контур защитного заземления в частном доме

Говорят, что наивысшей ценностью обладает человеческая жизнь. А раз так, то ее, жизнь, нужно всячески оберегать и защищать. Много коварных вещей в мире угрожают здоровью и жизни человеческой. И одна из таких угроз - электрический ток. Примечательно, что даже отсутствие электрической энергии может довольно пагубно отразится на состоянии здоровья современного человека (умрет от голода и холода). Но гораздо более опасно для жизни - непосредственное воздействие тока на человека. И чем больше ток и дольше воздействие - тем опаснее.

 

Не удивительно, что на каждую опасность у человека припасен целый арсенал средств для защиты. Так, от кирпича - каска, от микробов - таблетки, а от поражения электрическим током - защитное заземление. Сразу оговорюсь, что заземление эффективное, но не единственное средство защиты человека и имущества от аварий в электрических установках. И лучше всего, когда применяются сразу несколько средств защиты в комплексе.

Немного теории.

В поселках для обеспечения электроснабжения чаще всего применяются системы TN, в которых нейтраль источника питания (трансформатора) глухо заземлена. В случае 3-х фазного ввода 220/380В, к дому подводятся 4 провода (3 фазных проводника и нулевой проводник). До непосредственного ввода в дом мы имеем систему TN-C, где нулевой защитный и нулевой рабочий проводники соединены на всем протяжении. В такой системе не только трансформатор, но и все столбы должны быть заземлены и соединены с нулевым проводником. После ввода в дом, согласно последним рекомендациям, систему TN-C, лучше преобразовывать в систему TN-C-S. Делается это с помощью разделения в щитке общего нулевого защитного провода на два: отдельно нулевой рабочий N и отдельно защитный PE (который не обрывается на всем протяжении!). Таким образом к конкретному потребителю 220В подходит 3 провода (фаза L, ноль N, защитный PE). Кроме того, на вводе в дом устраивается контур защитного заземления, который подключается к шине PE в щитке.

Зачем это надо?

Арсенал защитных средств составляют, прежде всего, автоматические выключатели (тепловые расцепители), УЗО (устройства защитного отключения), контур заземления. Автомат или тепловой расцепитель срабатывает если ток, проходящий через него выше номинала автомата. Это бывает в случаях, когда подключена мощная нагрузка (как правило нагревательное оборудование) или произошло короткое замыкание. Важно учитывать, что если номинальный ток автомата 25А, то при нагрузке в 27-30А автомат выбьет не сразу, а через какое-то время. Если автомат расположен за пределами дома, то в зимние холода порог срабатывания еще увеличивается. Помимо этого, даже в случае КЗ (короткого замыкания) при большой длине проводов, неправильном выборе сечения провода и номинала автомата, последний и вовсе может не отключится! Номинал автомата и сечение проводов необходимо всегда подбирать в соответствии с нагрузкой! Если максимальный ток потребления составляет 16А, крайне опасно устанавливать автомат на 63А. Прежде всего, автоматы предотвращают возгорания и пожары. Но самое неприятное - это то, что в случае повреждения изоляции в электроприборе и попадания напряжения на незащищенные, открытые участки прибора, на корпус, автомат никак не защитит человека, который прикоснется к этому корпусу. В таких случаях необходимо, чтобы в системе электроснабжения дома были предусмотрены УЗО. УЗО - устройства, которые выявляют утечки. Если на корпусе прибора (компьютера, котла, стиральной машины и пр.) у нас окажется 220В, то автомат не отключится. Не отключится и УЗО, так как нет утечки тока. Но как только человек прикоснется к неисправной стиральной машине и ток потечет в тело (кстати, кровь и жидкость спинного мозга имеют самое низкое сопротивление - ухватиться за 220В пальцами, имеющими раны и порезы очень опасно!), УЗО выявит утечку и отключит линию. Время, за которое срабатывает УЗО очень небольшое, поэтому, как правило, оно спасает жизнь человеку, но при этом током его все же дернет. Однако лучше всего, если в системе присутствует контур заземления, а корпус прибора заземлен. В этом случае, даже при отсутствии УЗО, при попадании напряжения на корпус, ток потечет по защитному заземлению в землю. На корпусе прибора по-прежнему будет напряжение и человека также может ударить током, но это напряжение уже будет значительно меньше. Какое именно - зависит от сопротивления контура заземления (измеряется в Омах). Чем оно ниже, тем меньше будет это напряжение. При хорошем заземлении на корпусе поврежденного прибора будет около 100В, что неприятно, но летальный исход маловероятен. Когда же в системе кроме контура заземления присутствуют УЗО, это самый эффективный способ защиты, поскольку УЗО выключит потребителей сразу после повреждения изоляции и попадания напряжения на корпус прибора.

Другими словами, для защиты людей от поражения электрическим током, необходимо предусматривать защитную шину PE, защитное заземление, установку в щитках автоматических выключателей и УЗО. Только в этом случае можно говорить об эффективной защите от этого в общем-то полезного, но одновременно грозного спутника людского быта - электрического тока.

Делаем заземление

Итак, предположим у нас применяется сеть типа TN-C с глухозаземленной нейтралью. Нам необходимо обеспечить повторное заземление на вводе в дом, которое будет выполнять роль защитного заземления. Напряжение в сети 380/220В. На этот счет ПУЭ 1.7.103 нам сообщает, что сопротивления контура заземления не должно превышать 10 Ом в любое время года. Меньше можно, больше не желательно. Но что такое 10 Ом? Сколько металла нужно зарыть в землю, чтобы получить требуемые 10 Ом? Для расчета контура заземления существует масса формул, учитывающих множество параметров, но есть и компьютерные программы, облегчающие расчет. У меня был проект, который я проверил в компьютерной программе и привожу результат.

Для обеспечения необходимого сопротивления заземления необходимо вбить в землю четыре вертикальных заземлителя, представляющих собой угловую сталь шириной 40-50 мм и длиной 2 метра таким образом, чтобы верх заземлителя был на глубине 0,5-0,7 метра. Между собой заземлители должны соединяться арматурой диаметром 10-12 мм методом сварки. Расстояние между заземлителями не должно быть меньше их длины и в моем случае составляет как минимум 2 метра. Располагать заземлители, можно вряд или квадратом или иным способом, если выдерживаются необходимые расстояния между ними.

Практически делается это так:

Из дома выведено 4 ПНД-32 трубы (вода, электричество для садово-бытовых нужд, заземление). Для коммутации был предусмотрен технический колодец размером 100х100 см и глубиной 120 см. Первый раз опалубку попробовал сделать из экструдированного пенополистирола толщиной 30 мм (была пара листов) и не пожалел. Стенки получились ровными и гладкими. Доски в данном случае нужны для усиления пенопласта, чтобы бетон при заливке не сломал его.

Копаем траншею глубиной 0,5-0,7 метра общей длиной 6 метров для размещения четырех вертикальных заземлителей на расстоянии не менее 2 метров друг от друга.

Режем болгаркой уголки по 2 метра и вбиваем их в землю. Я сделал отверстия шнековым буром глубиной 50 см, чтобы легче было вбивать, но уголки и без того хорошо заходят под ударами 5 кг кувалды.

Конец уголка, который вбивается в землю, я немного заточил на шлифовальном станке. Так уголок легче забивать.

Уголки (вертикальные заземлители) соединяются между собой 12 арматурой (горизонтальными заземлителями) путем сварки. Места сварки желательно защищать битумным лаком.

В техническом колодце соединяем полученный контур заземления с выводом из дома, который соединен в щитке с шиной PE, отделенной от шины N (для системы TN-C-S).

Забить 2 метровые уголки в землю нетрудно, уголки вбиваются относительно легко. С этой работой справится человек любой комплекции. Можно сократить число заземлителей до 3 шт, увеличив их длину до 2,3-2,5 метра. Думаю, еще 50 см вполне можно осилить. Интересный нюанс, 50-ый уголок забивается легче 40-го. Для заземления лучше использовать оцинкованный металл, который менее подвержен коррозии. Места сварки также рекомендуется дополнительно обработать антикоррозийными составами.

Иногда можно встретить рекомендации обеспечивать сопротивление заземления не более 4 Ом. Такое сопротивление безусловно лучше (хотя и необязательно согласно требованиям ПУЭ для повторного заземления), но и создать контур с такими параметрами сложнее, так как в этом случае потребуется не 4, а 14 двухметровых заземлителей.