Контур заземления. Что такое контур заземления.

Содержание

Примечание: В небольших помещениях (квартиры или частные дома) вместо защитного устройства устанавливается стандартная панель со специальной планкой. Обычно это называется главной заземляющей шиной (MFE).

Заземление в частном доме своими руками

Электричество — это опасное вещество, которое при неправильном обращении может вызвать множество проблем. Например, если в электрическом приборе произойдет короткое замыкание и вы прикоснетесь к нему, заряд электричества пройдет через ваше тело и может убить вас.

Чтобы минимизировать риск поражения электрическим током и защитить электронные устройства от перегрузки, электросети заземляются, чтобы избыточная энергия могла стекать прямо в землю. Именно в этом и заключается смысл заземления частного дома, дачи или любого другого места, где используется электричество. Ниже приведена схема, показывающая, как правильно установить контур заземления.

Зачем нужно заземление

При коротком замыкании температура проводника резко повышается, расплавляя как изоляцию, так и сами токопроводящие жилы. Если в момент короткого замыкания прикоснуться к проводникам, через тело проходит ток, который может оказаться смертельным. Это происходит потому, что ток всегда идет по пути наименьшего сопротивления — т.е. через землю.

Заземление — это путь, который проводит ток непосредственно в землю, где он не может причинить никому вреда. Электричество всегда идет по пути наименьшего сопротивления, и заземленная цепь обладает именно этим свойством. При утечке электричества его избыток немедленно отводится в контур заземления. Даже если человека ударит током, в этом нет ничего страшного, потому что большая часть тока проходит через систему заземления.

Было показано, что заземление является важной частью системы электробезопасности. Следует сказать, что заземление является неотъемлемой частью любой конструкции, использующей электричество. Правила требуют, чтобы любое здание с питанием переменным током мощностью более 100 Вт было оборудовано системой заземления.

Заземление необходимо не только для безопасности, но и для защиты оборудования. Контур заземления принимает на себя чрезмерную нагрузку во время колебаний сети, снижает влияние помех и нейтрализует негативное воздействие электромагнитного излучения.

Отличие громоотвода от заземления

Заземление не следует путать с молниезащитой. Хотя они работают по схожему принципу, задачи у них разные. Молниеотводы служат для приема разрядов молнии и проведения их непосредственно в землю, которая изолирована от внутренней сети.

Заземление, в свою очередь, используется для отвода тока от внутридомовой сети в случае перегрузки. В принципе, заземление и молниеотвод могут иметь общий внешний контур при условии соблюдения правил безопасности. Кстати, вы также можете приобрести готовые комплекты молниезащиты, в которых соблюдены все нормы и требования по эффективности и безопасности.

Контур заземления

Традиционно в качестве заземляющих электродов в таком заземляющем устройстве использовались 3-метровые стальные уголки или арматура, которые забивались в землю кувалдой.

В качестве соединительного проводника использовалась стальная полоса 4х40 мм, которая укладывалась в заранее подготовленную траншею глубиной 0,5-0,7 м. Проводник был подключен электрически или с помощью газовой сварки к установленному заземлению.

Контур заземления обычно «оборачивается» вокруг здания вдоль стен (по периметру) для экономии места. Если посмотреть на этот заземлитель сверху, то можно увидеть, что элементы прикреплены к внешней стене здания (отсюда и название).

Таким образом, контур заземления представляет собой заземлитель, состоящий из нескольких взаимосвязанных электродов (групп электродов), размещенных вокруг здания по его контуру.

Контур заземления: классический или современный?

Классический грунтовый контур из стальных уголков и арматуры имеет одно большое преимущество — его цена. Благодаря использованию дешевого стального проката (уголки и полосы) стоимость компонентов снижается до минимума. С другой стороны, классическая система также имеет много недостатков:

большая площадь заземлителя (часто необходимо более 10 электродов)
необходимость резки материала на куски нужного размера (по 2-6 метра)
необходимость транспортировки материала до места установки грузовым автомобилем
трудоемкий и длительный процесс установки, требующий забивания уголков-электродов и проведения сварочных работ, требующих квалифицированных специалистов и специального оборудования
недолгий срок службы такого заземления
необходимость получения множества разрешений при строительстве заземления в городской черте (особенно при плотной застройке)

Современный контур заземления

Технологии и промышленное производство компонентов помогли преодолеть недостатки классического контура заземления. В этом новом типе системы разработчики создали ряд стандартизированных компонентов. С помощью этих элементов/модулей можно легко и быстро создать свой собственный контур заземления из очень глубоких (до 30 метров) электродов, не требуя специальных техник, оборудования или навыков.

Новый тип системы — модульное заземление ZANDZ.

Заземлитель современной системы заземления представляет собой единый составной электродный стержень глубиной до 30 метров, состоящий из легко соединяемых полутораметровых секций — стержней/шипов.

Заземление такого электрода осуществляется с помощью обычного бытового электрического молотка.

Строительство современного контура заземления не требует специальных знаний и может быть выполнено одним человеком.

Разновидности контуров заземления

Существует несколько основных типов систем заземления:

Традиционные системы заземления

Такая система заземления состоит из одного электрода, расположенного горизонтально, и двух электродов, расположенных вертикально. Первый элемент состоит из металлической полосы, а остальные — из армирующих элементов. Все эти элементы должны быть проверены, и необходимо убедиться, что они изготовлены в соответствии с заданными стандартными размерами. Если заземление должно быть размещено в жилище, оно должно быть размещено в той части дома, где жильцы находятся с наименьшей вероятностью. Это может быть северная часть здания, где чаще бывает тень и где земля остается более влажной.

К недостаткам этого типа установки относятся:

сложность и трудность постройки;
большинство детали заземлительного контура изготавливаются из черного металла, который очень сильно подвержен воздействию коррозии;
на находящееся в верхних слоях земли оборудование влияет перепады влажности, температуры.

Это интересно: Как разобрать лампочку. Как разобрать лампочку обычную?

Глубинные системы заземления

Считается, что эта система заземления лишена многих недостатков предыдущего типа. Он имеет модульную штифтово-болтовую конструкцию.

Его преимуществами являются:

более высокая точность изготовления всех деталей;
длительный срок службы;
любая погода не помеха, поскольку заземлительные электроды установлены на большую глубину;
нет необходимости в постоянном техническом обслуживании;
довольной простой расчет заземления;
несложность монтажа.

После завершения монтажных работ необходимо проверить работу всего оборудования. Следуя расчетам заземлителя, проверьте качество всех соединений. Измерения сопротивления заземления проводятся сотрудниками квалифицированных и утвержденных лабораторий.

Наружные системы заземления

Эта система заземления имеет контур, используемый на подстанциях. Она включает в себя:

вертикальные электроды;
горизонтальное устройство заземления.

Заземлитель состоит из 4 полос по 40-50 мм каждая. Внешний контур заземления должен находиться на расстоянии более одного метра от стены. Горизонтально установленный элемент помещается в траншею на глубину 50-70 см от поверхности земли.

Схемы подключения

Наиболее распространенными типами заземления являются:

Закрытая дельтаобразная система (рис. 3), основным преимуществом которой является большая стабильность и надежность. Если мост между стержнями поврежден, схема все равно будет работать (но с другой стороны).

Линейный (рис. 4): Линия — это ряд соединений между заглубленными металлическими сваями в одну линию. Недостатком такой схемы является то, что если мост выйдет из строя, схема не будет работать.

Помимо вышеперечисленных вариантов форм контуров, могут использоваться и другие формы:

Необходимые инструменты и материалы:

аппарат для сварки;
режущий инструмент (болгарка);
лопата;
перфоратор;
гаечные ключи;
измеритель сопротивления;
измеритель тока;
измеритель напряжения.

В дополнение к вышеперечисленным компонентам необходимо использовать:

Уголок из коррозионно-стойкой стали, его размеры могут быть 50х50, 60х60 мм. Длина – более 2 метров. Также возможно использование стальной трубы, диаметром не менее 32 мм с толщиной стенки более 3,5-4 мм.
Металлические полосы (3 штуки). Их параметры: длина – 120-130 см; ширина – 4-6 см; толщина стенки – 4-6 мм.
Полоса стальная из нержавеющего материала 40х4, 50х5 мм. Она соединяет контур заземления и крыльцо дома.
Болты М10, М8.
Токопроводник медный, диаметром не меньше 6-7 мм2.

Все вышеперечисленные параметры должны быть проверены с помощью измерительного прибора.

Работы по монтажу

Как проверить и зачем выбирать лучшее место? Этот момент является основополагающим, поскольку от выбора места зависит безопасность контура заземления. Обязательным условием является размещение электродов в месте, где никто не присутствует.

Подготовка почвы. В качестве примера возьмем треугольную диаграмму (рис. 6).

Рис. 6 Подготовленные траншеи для треугольной схемы.

Траншея выкапывается на глубину 50-80 см. Длина сторон треугольника 1,0-1,5 м.

Используются металлические стержни. Чтобы облегчить копание в земле, их рекомендуется заточить (рис. 7),

Затем приварите соединительные пластины к вершинам столбов (рис. 8),

Соедините проводник с пластиной с помощью винта (рис. 9) и окончательно накройте заземляющую конструкцию землей.

Наконец, измерьте заземление и проверьте сопротивление всей цепи.

Внутренний и внешний контуры

Для создания системы заземления соедините корпуса оборудования с главной заземляющей шиной, чтобы создать внутренний контур. Затем к этому контуру подключаются металлические конструкции здания, включая водопроводные трубы.

Технология выравнивания потенциалов описана в разделе 1.7.82 Электротехнического кодекса. Другая петля, внешняя петля, прикреплена к внешней стороне здания. Он также должен быть подключен к основной линии.

Материалы для заземлителей

Контур заземления включает горизонтальные или вертикальные электроды.

Материалы, из которых не рекомендуется изготавливать заземлители:

рифленая арматура;
круглая сталь менее чем 10-миллиметрового диаметра.

Рекомендуемые материалы для строительства вертикальных заземлителей:

уголки 50×50×5 миллиметров;
трубы диаметром свыше 32 миллиметров со стенками толщиной от 3,5 миллиметра.

Горизонтальные заземлители должны быть изготовлены из следующих материалов:

стальная проволока с 10-миллиметровым сечением (или больше);
стальные полоски (40×4 миллиметра).

Концы уголков или круглых металлических изделий должны быть отрезаны под углом 30 градусов. Это облегчает проникновение электрода в землю.

Осторожно! Контур заземления должен находиться ниже линии промерзания грунта.

Составление расчета

Неопытные мастера часто устанавливают заземление методом проб и ошибок. Сначала определите глубину залегания грунтовых вод, затем отойдите от здания и проложите треугольный контур, сварите электроды вместе и измерьте сопротивление в существующей структуре. Если сопротивление превышает нормы, добавьте новые проводники до достижения приемлемого значения.

Более продвинутый подход заключается в проведении некоторых расчетов перед созданием контура заземления. Расчеты используются для определения количества заземлителей и длины соединительных элементов на основе сопротивления заземления.

В качестве примера рассмотрим установку вертикальной системы заземления. Сначала определите сопротивление заземляющего электрода по формуле:

Удельное сопротивление почвы с различным составом приведено в таблице ниже.

В таблице ниже приведен сезонный климатический коэффициент удельного сопротивления почвы.

Однако, если почва неоднородна, используется следующая формула:

Формула дает эквивалентное удельное сопротивление гетерогенного грунта.

Если сопротивление горизонтального заземлителя не учитывается, то количество электродов можно определить по формуле:

Сопротивление току горизонтального заземлителя определяется по следующей формуле:

Длина электрода устанавливается следующим образом:

Импеданс вертикальных электродов, включая горизонтальный заземлитель:

Общее количество вертикальных электродов определяется по этой формуле:

В таблице ниже показана степень использования заземлителей.

Технические требования к сопротивлению заземляющих контуров

Теперь, когда теория прояснена, мы можем перейти к технической части предмета. Для частных жилых домов в первую очередь стоит изучить главу 1.7 ПУЭ, которая регламентирует монтаж контуров заземления в сетях до 1000 В. Все частные жилые дома относятся к этой категории, поэтому данный стандарт следует использовать в качестве руководства при выборе компонентов.

Согласно этому документу, сопротивление может достигать различных значений:

До 0.5 Ом для электроустановок напряжением свыше 1000 Вольт с большими токами замыкания на землю (более 500 А).
До 4 Ом для установок до 1000 Вольт (нужная нам категория частных домов, дач, коттеджей).
Не более 10 Ом для электроустановок с напряжением свыше 1000 В и маленькими токами замыкания на землю.
Не более 10 Ом, если общая суммарная мощность электроустановок не превышает 100 кВА.

Это нормативная документация для выбора правильных параметров контуров заземления при выборе материалов и компонентов для их монтажа. Теперь перейдем к самим конструкциям, которые позволяют эффективно отводить высокие токи замыкания в землю.

Разновидности контуров и схемы заземления

Скорость рассеивания тока на землю напрямую связана с производительностью самой системы. Заземлители конструктивно очень похожи на молниеотводы, поскольку выполняют ту же задачу, но это относится и к техническому элементу.

Это интересно: Как установить розетку в стене из гипсокартона. Как установить розетку в гипсокартон.

Чем больше электродов одновременно рассеивают электрический заряд, тем меньше времени на это требуется.

Существует три типа заземления:

Модульно-штыревая — наиболее простой вид контуров, представляющий собой аналог громоотвода в виде одиночного электрода, уходящего вглубь земли. Из-за малой эффективности и узкого применения из-за отличий в твердости грунтов, практически не применяется. Несмотря на это, данный вариант намного эффективнее, чем полное отсутствие заземления в доме или на даче.
Линейный — компромиссное решение, поскольку эффективность разомкнутого контура значительно ниже замкнутых. Тем не менее в случае отсутствия необходимого количества пространства, линейный контур может здорово спасти ситуацию. Технически он представляет цепочку электродов, расположенных на одной линии, или по кругу на расстоянии 1-1,5 единицы относительно длины электрода. Для большей эффективности придется увеличить точек отвода.
Замкнутый контур (треугольник) — наиболее эффективный метод защиты от замыканий и перепадов напряжения в сети. Замкнутый треугольник позволяет быстро и эффективно отвести большой ток утечки без необходимости углубления электродов на большую глубину. Жесткое соединение штырей позволяет существенно повысить качество и эффективность контура, при этом схема позволяет существенно снизить затраты на установку.

Рассмотрим последний вариант, так как он рекомендуется для частных домов, дач или загородных коттеджей.

Конструкция довольно проста, вам понадобятся:

Три заостренных прута равной длины — 2-3 метра.
Три соединительных полосы равной длины — 1,2-1,5 метра.

Эти элементы соединены в равносторонний треугольник, из каждой угловой точки которого выходит клемма. Лучше всего выполнять соединение с помощью электросварки, которая превращает все компоненты в надежный монолитный контур заземления.

Необходимые параметры отдельных компонентов уже обсуждались в начале статьи, поэтому теперь следует упомянуть глубину и размеры треугольника.

Минимальная глубина составляет 0,5 метра, и по возможности стоит увеличить этот параметр. Длина колышков варьируется от 2 до 3 метров, а расстояние между колышками в окончательной конструкции — от 1,2 до 1,5 метра, на ваше усмотрение.

Выкопайте такой контур в подходящем месте недалеко от дома на глубине, указанной выше. Если у вас ограниченное пространство, рассмотрите другие системы заземления. Помните: плохое заземление лучше, чем отсутствие заземления.

Монтаж заземления в частном доме своими руками

Приступайте непосредственно к монтажу контура заземления на строительной площадке.

Чтобы построить 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.

В зависимости от состояния грунта вам также может понадобиться выколотка или дрель. Они могут пригодиться, если во время рытья траншеи вы наткнетесь на камни.

Теперь несколько слов о наборе материалов для изготовления контура заземления.

Перечислите материалы, которые вам понадобятся:

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 используйте в качестве заземлителя рифленую арматурную сталь или круглую сталь диаметром менее 10 мм. Минимальное требование для заземлителя — уголок 40x40x5 или стальной круг диаметром 14 мм.

Приняв все эти меры, вы сможете создать хорошую и надежную систему заземления, которая защитит ваших соседей и весь ваш дом от проблем с электричеством.

Перед тем как закопать булавки, необходимо заточить один из концов, желательно под углом не менее 30 градусов. Это значительно облегчит закапывание уголка в землю.

Приступаем непосредственно к земляным работам.

Для облегчения вбивания штырей можно просверлить три вертикальных отверстия и только после этого вбить заземлитель в землю. Помните, что вся конструкция должна быть погружена в землю на 0,5 м, поэтому все параметры должны рассчитываться от этой глубины, а не от поверхности земли.

После вставки штифтов можно сварить все компоненты вместе, чтобы сформировать монолитную конструкцию. Благодаря равной длине отрезков стальной полосы, вы обязательно получите равнобедренный треугольник. Не забудьте расположить полосу так, чтобы одна из точек была обращена к дому, откуда необходимо удалить остальную часть полосы для подключения трубы дома.

Мы также даем вам совет: лучше всего покупать материалы на складе, исходя из максимальной длины, указанной выше. Так вы можете перестраховаться, поскольку при забивании дюбели могут деформироваться, уменьшая свою длину. Это также стоит сделать с металлической полосой, так как размеры могут измениться во время сварки или резки.

Итог

В заключение хотелось бы отметить рекомендации опытных мастеров:

Перед началом монтажных работ желательно подготовить чертеж будущей конструкции, который может понадобиться при дальнейшей эксплуатации. При его наличии легче восстановить в памяти схему расположения штырей.
Отрезки электродов допускается вбивать не только в угловых точках треугольника. Их можно располагать как в линию, так и по дуге. Главное, чтобы суммарное сопротивление растеканию тока, создаваемое всей цепочкой, не превышало 3-4-х Ом.
Если оно больше нормируемого значения, то систему придется доработать, добавив в нее еще пару стержней.
При отсутствии опыта самостоятельной проверки сопротивления заземления — лучше всего пригласить специалиста.

Изучив все тонкости сборки и испытав шестеренки, каждый может попробовать собрать их самостоятельно.

Видео по теме

Для того чтобы в совершенстве освоить процесс обустройства систем заземления, специалисты советуют ознакомиться с примерами расчета задвижек, которые широко представлены в Интернете. В дополнение к информационным сайтам рекомендуется посмотреть следующие видеоматериалы по данной теме:

Ознакомившись с этими материалами, вы будете знать, как выполнить расчет с помощью электронного калькулятора, как построить и испытать защитную конструкцию.

Из чего состоит заземление

Внешний контур заземления. Располагается за пределами помещений, непосредственно в грунте. Представляет собой пространственную конструкцию из электродов (заземлителей), соединенных между собой неразделимым проводником.
Внутренний контур заземления. Токопроводящая шина, размещенная внутри здания. Охватывает периметр каждого помещения. К этому устройству подсоединяются все электроустановки. Вместо внутреннего контура может быть установлен щиток заземления.
Заземляющие проводники. Соединительные линии, предназначенные для подключения электроустановок непосредственно к заземлителю, или внутреннему контуру заземления.

Это интересно: Как определить сечение кабеля (провода) по диаметру. Как узнать сечение провода по его диаметру таблица

Рассмотрим эти пункты подробнее.

Внешний, или наружный контур

Установка контура заземления зависит от внешних условий. Прежде чем приступить к расчетам и составлению проектного плана, необходимо знать параметры грунта, на котором будут установлены заземлители. Если вы сами построили дом, то эти характеристики известны. В противном случае лучше вызвать геодезиста, чтобы получить экспертное заключение о почве.

Какие типы почв существуют и как они влияют на качество заземления? Приблизительное удельное сопротивление каждого типа почвы. Чем он ниже, тем лучше проводимость.

Глина пластичная, торф = 20–30 Ωм·м
Суглинок пластичный, зольные грунты, пепел, классическая садовая земля = 30–40 Ом·м
Чернозем, глинистые сланцы, полутвердая глина = 50–60 Ом·м

Это лучшее средство для установки контура заземления на открытом воздухе. При низком содержании влаги сопротивление току также довольно низкое. А в таких почвах естественное содержание влаги обычно выше среднего.

Полутвердый суглинок, смесь глины и песка, влажная супесь — 100–150 Ом·м

Сопротивление немного выше, но при нормальном содержании влаги параметры заземления не превышают стандартов. Если в районе установки наблюдается постоянная засуха, необходимо принять меры по принудительному увлажнению мест установки заземлителей.

Глинистый гравий, супесок, влажный (постоянно) песок = 300–500 Ом·м

Гравий, камни, сухой песок — даже если общая влажность высокая, заземление не эффективно в таких почвах. Для соблюдения нормативных требований необходимо установить глубинные заземлители.

Важно! Неправильный расчет контура заземления, игнорирование параметров, часто приводит к печальным результатам: поражению электрическим током, повреждению приборов, возгоранию кабеля.

Многие домовладельцы, которые «экономят спички», просто не понимают, зачем нужен контур заземления. Цель контура заземления — обеспечить протекание максимального тока короткого замыкания при соединении одной фазы с землей. Это единственный способ быстрого включения устройства остаточного тока. Этого невозможно достичь, если сопротивление току утечки велико.

После того, как вы определились с заземлителем, вы можете выбрать его тип и, прежде всего, размер. Предварительный расчет параметров можно произвести по формуле:

Расчет приведен для вертикально установленных заземлителей.

Объяснение значений формулы:

R0 — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
Рэкв — удельное сопротивление грунта, см. информацию выше.
L — общая длина каждого электрода в контуре.
d — диаметр электрода (если сечение круглое).
Т — вычисленное расстояние от центра электрода до поверхности земли.

Технология проведения работ

Выберите положение заземляющих электродов. В любом случае, не далеко от дома (объекта), чтобы не пришлось прокладывать большой провод, который должен быть механически защищен. Желательно, чтобы вся зона контура находилась на территории, которую вы контролируете (вы — владелец). Чтобы вашу защитную «территорию» однажды не перекопал пьяный землекоп. Таким образом, мы не будем сбивать кегли за забором.

Достаточно огорода (не картофельного поля), палисадника, клумбы возле дома. Предпочтительны культивируемые участки, которые регулярно поливаются. А лишняя влага в почве пойдет на пользу заземлению. Если ваша почва имеет низкое сопротивление, вы можете установить на участке заземление, которое затем покрывается асфальтом или плиткой. Почва не будет высыхать под искусственным покрытием. При этом риск повреждения контура заземления минимален.

Конечно, необходимо учитывать и планы на будущее. Если гараж с контрольной ямой планируется построить через год, лучше выбрать более спокойный участок.

В зависимости от формы участка выберите расположение электродов: в линию или в треугольник.

Это важно: независимо от расположения, вертикальных заземляющих электродов должно быть не менее трех.

Если вы выбрали треугольник, разметьте область подходящей формы с длиной стороны от 2,5 до 3 метров. Выкопайте траншею в форме равностороннего треугольника глубиной 70-100 см и шириной 50-70 см. Мы знаем, что все заземляющие проводники соединены. Лестница должна быть углублена не менее чем на 50 см с учетом минимальной высоты почвы (например, при перекопке грядки). Если нанесено покрытие, его толщина не учитывается. Только чистая почва.

Можно выбрать всю почву, а не только край траншеи. Делается треугольная яма глубиной 0,7-1,0 м, которую можно заполнить грунтом с низким сопротивлением. Например: зола или гарь. Соли проникают в почву и способствуют снижению общего сопротивления водотока.

Затем начните забивать электроды в углах ямы (траншеи).

Параметры заземлителей (рассматриваем вертикальное расположение)

Круг — диаметр 16 мм.

Труба — диаметр 32 мм.

Прямоугольник или угол — площадь поперечного сечения 100 мм².

Круг — диаметр 12 мм.

Труба — диаметр 25 мм.

Прямоугольник или угол — площадь поперечного сечения 75 мм².