Пуэ-7 п.1.7.88-1.7.95 заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кв в сетях с эффективно заземленной нейтралью

Устройство и типы контуров

Согласно определению ПУЭ контур является частью системы заземления предназначенной для обеспечения контакта с грунтом. Металл имеет намного меньшее сопротивление, чем человеческое тело. Изделие притягивает электроны, принимая их в массив, направляя излишки в почву через утопленные в ней штыри.

Обязательным правилом является погружение изделия ниже точки промерзания грунта. Это объясняется тем, что мерзлая земля имеет большое сопротивление, которое превышает проводимость тела человека. Сезонное пучение грунта приводит к деформации фигуры, что чревато разрывом сварочных и болтовых соединений. Кроме этого, глубина вкапывания зависит от уровня грунтовых вод. Рекомендуется опускать рамку на 50 см выше от их верхней точки.

Форма изделия принципиального значения не имеет. Выбор делается исходя из наличия свободного места и особенностей придомовой территории.

Наиболее распространены такие разновидности конфигурации металлических рамок:

• прямоугольник;
• квадрат;
• треугольник;
• линия.

В некоторых случаях принимается решение об установке рамки по периметру строения. Такой проект востребован для обустройства электроустановок большой мощности. Общая площадь, которая отводится под конструкцию, может составлять до 20 кв.м. Размер определяется силой тока и напряжением, которое теоретически может пробить на корпус устройства.

Для небольшого частного дома достаточно внутренней треугольной конструкции с ребром 100-120 см. Для защиты от поражения объекта мощностью от 50 кВт потребуется контур общей длиной не менее 20 м.

Устройство контура заземления

Заземляющий контур — это защитное устройство, состоящее из нескольких металлических электродов, вертикально забитых в грунт на определенную глубину. Они соединены между собой горизонтальным заземлителем, который изготавливается из стальной полосы и с помощью сварки крепится к верхней части электродов. Собранный таким образом контур при помощи специального кабеля или стальной полосы соединяется с внутренней схемой заземления дома, которая выводится на наружную сторону стены здания.

Принцип действия защитной цепи

Правильно собранные в одну цепь заземляющие элементы защищают человека от внезапного удара током, а бытовые электроприборы — от поломки в случае пробоя напряжения на их корпус.

Это происходит таким образом. Во время короткого замыкания или утечки тока на обшивку прибора, с него снимается напряжение и через проводник отводится в грунт на заземляющее устройство. Поэтому, чтобы схема контура заземления работала четко, она выполняется строго по требованиям ГОСТа, где специально предусмотрены нормативы внешнего сопротивления всей цепи заземления с учетом таких факторов, как:

1. Вид почвы и его влажность.
2. Уровень подпочвенных вод.
3. Количество электродов, их размер и расположение в контурном заземлении.
4. Глубина погружения электродов.
5. Материал электродов и линейных заземлителей, соединяющих их между собой, и внутренним заземлением здания.

Расчет профиля схемы

Для правильного функционирования системы защиты желательно произвести расчет ее сопротивления. Для этого нужно учитывать следующее:

1. Количество и параметры заземляющих электродов: длину, контактную площадь соприкосновения с землей и расстояние между собой.
2. Общую линейную длину горизонтальных заземлителей, соединяющих электроды и внутренний контур в доме.
3. Удельное сопротивление грунта.
4. Влажность грунта и его соленость.
5. Время года (температуру почвы).

Но как показывает практический опыт, ни одна расчетная методика полностью не учитывает приведенные факторы, а просто используется типичный образец конструкции ранее спроектированного и уже смонтированного контура.

Нормы и требования

Сопротивление PE-контура нормируется. Максимально допустимые значения задают ПУЭ и другие документы. Данные сведены в таблицу:

Устройство	Максимально допустимое сопротивление заземления, Ом
Молниеотвод	10-20
Телекоммуникационные системы	2
Серверное оборудование	1
Рабочее заземление электроустановок	4-10
Защитное заземление жилых и общественных зданий при суммарной мощности одновременно работающих потребителей до 100 кВА	10
То же при мощности свыше 100 кВА	4

В качестве электродов разрешено применять:

• трубы диаметром 3-5 см с толщиной стенки от 3,5 мм;
• полосовую сталь или уголок толщиной от 4 мм;
• прут диаметром от 10 мм.

В агрессивных почвах (кислых, щелочных и т.д.) вместо быстро корродирующей стали применяют медные, омедненные или оцинкованные стержни. Алюминий использовать нельзя: он покрывается плохо проводящей электричество окисной пленкой.

Число стержней и глубина погружения не нормируются – их определяют расчетом. Но в правилах прописано ограничение: электроды забивают хотя бы на 30 см ниже отметки промерзания грунта. Причина заключается в том, что мерзлая почва обладает высоким сопротивлением растеканию тока.

Со временем резистивность PE-контура может вырасти по ряду причин:

• из-за коррозии стержней;
• вследствие изменения химического состава грунта;
• в результате снижения влажности почвы после работ по осушению участка.

По этой причине ПУЭ и Правила технической эксплуатации электроприемников предписывают периодически замерять сопротивление заземлителя. Установлены следующие сроки:

Потребители	Периодичность проверок
Работающие в особо опасных условиях – лифты, прачечные, бани, кухни и столовые, грузоподъемные машины и механизмы	1 год
Силовые подстанции	6 лет
Частные дома	1 год
То же, если электроустановки, дымовые трубы или изоляция проводов уже подвергались ремонту	6 месяцев

Замер сопротивления осуществляет лицензированная компания. Результаты отражают в протоколе, который домовладелец должен предъявить в РЭС.

Устройство контура заземления

В состав системы входят такие компоненты:

1. Главная Pe-шина. Находится в распределительном щите внутри здания. К ней подключены кабели от розеток и электроприборов.
2. Электрод-заземлитель. Так называется заглубленная в грунт конструкция.
3. Проводник, связывающий оба вышеописанных компонента. В этом качестве используют стальную полосу толщиной до 5 мм или кабель.

В производственных зданиях в качестве общей шины часто используют контур, проложенный внутри помещений по периметру.

Заземляющий электрод

Самый простой электрод – вбитый в землю стальной прут, труба или уголок. Для снижения сопротивления растеканию заряда заземлитель формируют из нескольких таких элементов, соединяя их горизонтальными перемычками.

Описанный вариант недолговечен, т.к. металлопрокат корродирует, а ржавчина имеет высокую резистивность.

Более длительным ресурсом обладают электроды с защитным покрытием:

• цинковым;
• медным.

Второй вариант дороже, но эффективнее, т.к. обладает низким сопротивлением.

Работоспособность системы зависит не только от резистивности заземлителя, но и от проводимости грунта. На нее влияют такие факторы:

• состав почвы;
• влажность;
• концентрация солей.

С увеличением глубины резистивность грунта резко снижается. Поэтому широкое распространение получили сборные (модульные) электроды, погружаемые на десятки метров. Изделие состоит из секций с резьбой или иным соединительным элементом.

Первую из них оснащают заостренным наконечником и вбивают в грунт, пока на поверхности не останется только хвостовик. Затем навинчивают или приваривают следующую секцию и продолжают заколачивание.

Защита заземления

Наружные элементы Pe-системы нуждаются в защите от коррозии, т.к. она приводит к негативным результатам:

• увеличению сопротивления в зоне контакта с грунтом и в местах соединений отдельных компонентов;
• уменьшению сечения проводников, вследствие чего те разрушаются при протекании больших токов.

Заглубляемую часть электродов защищают покрытием из цинка или меди либо помещают в бетон. Стыки перед обратной засыпкой грунта обматывают смоляной лентой.

Наземную часть обмазывают битумом. Его заливают и внутрь электрода, если в этом качестве используется труба.

Некоторые материалы несовместимы, т.к. дают в зоне контакта гальваническую коррозию. С учетом этого запрещено размещать медные заземлители рядом со стальными, в т.ч. арматурой фундаментов.

Видео в развитие темы

Источники

• https://elektrik-sam.ru/jelektroprovodka/3377-kakoj-provod-ispolzovat-dlja-zazemlenija.html
• http://petrem.ru/kakoy-provod-luchshe-ispolzovat-dlya-zazemleniya/
• https://www.asutpp.ru/provod-zazemleniya.html
• https://StrojDvor.ru/elektrosnabzhenie/kak-pravilno-vybrat-sechenie-dlya-provoda-zazemleniya/
• https://samelectrik.ru/provod-dlya-zazemleniya.html
• https://yastroyu.ru/obzor/36610-kak-pravilno-vybrat-sechenie-dlya-provoda-zazemleniya.html
• https://rusenergetics.ru/provoda-i-kabeli/zazemleniya

Виды контуров заземления

Для быстрого «стекания» тока в землю наружная подсистема перераспределяет его на несколько электродов, расположенных в определенном порядке для увеличения площади рассеивания. Выделяются 2 основных вида соединения в контур.

Треугольник – замкнутый контур

В данном случае отвод тока реализуется при помощи трех штырей. Их жестко соединяют железными полосами, которые становятся ребрами равнобедренного треугольника. До того, как заземлить дом таким способом, необходимо разобраться в геометрических пропорциях. Действуют следующие правила:

1. Количество штырей, полос – по три.
2. Штыри монтируются в углах треугольника.
3. Длина каждой полосы равна длине прута.
4. Минимальное заглубление всей конструкции – о,5 м.

Конструкцию собирают до монтажа заземления на поверхности. Самое надежное соединение – сварное. Шина изготавливается из полосы достаточного сечения.

Линейный

Такой вариант составляется из нескольких электродов, расположенных в линию или полукругом. Используется разомкнутый контур в тех случаях, когда сформировать замкнутую геометрическую фигуру не позволяет площадь участка. Расстояние между штырями выбирается в пределах 1-1,5 глубины. Недостаток способа – увеличение количества электродов.

Указанные виды наиболее часто используются при обустройстве заземления частного дома. В принципе, замкнутый контур можно сформировать в форме прямоугольника, многоугольника или круга, но потребуется большее количество штырей. Главное преимущество замкнутых систем – продолжение функционирования в полном объеме при разрыве связки между электродами.

Защита передвижных установок

Все, что было рассмотрено ранее, традиционно относится к обычному стационарному оборудованию. Иной подход наблюдается при необходимости заземления передвижных электроустановок, для которых выполнение требований по переходному сопротивлению несколько затруднено. В связи с этим ПУЭ допускают повышение его величины до предельного значения, равного 25-ти Омам.

Последнее требование справедливо лишь для установок с автономным питанием, имеющим изолированную от земли нейтраль (в качестве примера может быть приведено ГРПШ).

Этот вид заземляющих устройств традиционно применяется для тех образцов оборудования, которые не являются источниками питания для остальных установок и не склонны к искрообразованию. Другая область их применения – передвижные агрегаты, оснащенные собственными стационарными заземлителями, не используемыми в данный момент. Передвижные установки с автономным питанием из-за возможного образования трущихся сочленений и изолированной от земли нейтрали подлежат регулярному освидетельствованию в части состояния защитной оболочки (изоляционного покрытия).

Заземление

Начнем с разбора каждой системы по отдельности.

Так, заземление – это преднамеренное соединение электрической сети, прибора или оборудования со специальной конструкцией, закопанной в землю посредством нулевого проводника.

По сути, это единая система, соединяющая между собой токопроводящие элементы приборов и оборудования (к примеру, их корпусы), подсоединенные к ним провода, и штыри, закопанные в землю (контур).

Благодаря высокому сопротивлению контура при касании фазного провода на корпус в случае пробоя, большая часть напряжения уходит в землю, и хоть потенциал все же будет оставаться на корпусе, но его значение будет значительно сниженным и неопасным для человека.

Международный стандарт, разработанный МЭК, включает в себя несколько систем заземления, различия между которыми сводится к разным видам заземления источника питания (генератора или трансформаторной подстанции), и заземления открытых участков сети, приборов.

В стандарт входит три системы – TN, TT и IT.

Первая буква индекса указывает на тип заземления источника (T – «земля), получается, что в первых двух системах трансформаторная подстанция подключается к заземляющему контуру.

Что касается третьей (IT), то у нее источник питания заизолирован, либо же подключен к прибору, обеспечивающему высокое сопротивление (I – изоляция).

Вторая буква индекса указывает на тип заземления открытых участков сети. В системе TN (N — нейтраль) эти участки соединены с нейтральным проводником источника, подключенного к заземляющему контуру (глухое заземление нейтрали).

Для соединения оборудования и приборов используются рабочий (N) и защитный (PE) нулевые проводники.

Что касается двух других систем – TT и IT, то второй буквенный индекс указывает на то, что открытые участки сети, оборудование и приборы заземляются своим отдельным контуром.

Как правильно скручивать провода

В свою очередь система TN делится на подсистемы, их три – TN-C, TN-S, TN-C-S.

Различия между ними сводятся к использованию разных защитных проводников, которыми потребители соединяются с нейтралью источника.

В подсистеме TN-C используется объединенный проводник (PEN), совмещающий в себе и рабочий, и защитный «нуль». Эта подсистема является уже устаревшей, поэтому при укладке новых электросетей она не используется.

Подсистема TN-S отличается тем, что у нее рабочий и защитный «нули» — это разные проводники. То есть, к нейтрали подключается N-проводник, а к заземляющему контуру – PE-проводник, хоть они совмещены на источнике питания.

Третья подсистема – TN-C-S является промежуточным звеном между первыми двумя подсистемами. У нее от нейтрали отходит PEN-проводник, то есть нулевые проводники объединены, но на определенном участке сети они разделяются и к потребителям подходит отдельно рабочий и защитный «нули». После разделения защитный «нуль» дополнительно заземляется.

Более подробно о системах заземления, их достоинствах и недостатках можно почитать здесь https://elektrikexpert.ru/sistemy-zazemlenij.html.

Требования, выдвигаемые заземлению достаточно серьезные. Ведь оно должно обеспечить отвод опасного напряжения с прибора или оборудования в случае пробоя.

Заземление в обязательном порядке делается для сетей, в которых напряжение выше 42 В переменного тока или 110 В – постоянного тока.

Поэтому при проектировании должны правильно подбираться части сети и оборудования, которые подлежат обязательному заземлению, осуществляться контроль за тем, чтобы заземляющая цепь нигде не прерывалась.

Серьезно подходят и к выбору проводников, их сечение должно обеспечивать соответствующую пропускную способность.

Все требования, которые выдвигаются системам заземления прописаны в ПУЭ (Правила устройства электроустановок).

Здесь можно подробнее узнать, как сделать заземление в частном доме.

Заземлители

1.7.109. В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

1) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий и сооружений, имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в неагрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах;

2) металлические трубы водопровода, проложенные в земле;

3) обсадные трубы буровых скважин;

4) металлические шпунты гидротехнических сооружений, водоводы, закладные части затворов и т.п.;

5) рельсовые пути магистральных неэлектрифицированных и железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами;

6) другие находящиеся в земле металлические конструкции сооружения;

7) металлические оболочки бронированных кабелей, проложенных в земле. Оболочки кабелей могут служить единственными заземлителями при количестве кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в качестве заземлителей не допускается.

1.7.110. Не допускается использовать в качестве заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов и смесей и трубопроводов канализации и центрального отопления. Указанные ограничения не исключают необходимости присоединения таких трубопроводов к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциалов в соответствии с 1.7.82.

Не следует использовать в качестве заземлителей железобетонные конструкции зданий и сооружений с предварительно напряженной арматурой, однако это ограничение не распространяется на опоры ВЛ и опорные конструкции ОРУ.

Возможность использования естественных заземлителей по условию плотности протекающих по ним токов, необходимость сварки арматурных стержней железобетонных фундаментов и конструкций, приварки анкерных болтов стальных колонн к арматурным стержням железобетонных фундаментов, а также возможность пользования фундаментов в сильноагрессивных средах должны быть определены расчетом.

1.7.111. Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными.

Искусственные заземлители не должны иметь окраски.

Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать приведенным в табл.1.7.4.

1.7.112. Сечение горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1 кВ следует выбирать по условию термической стойкости при допустимой температуре нагрева 400 °С (кратковременный нагрев, соответствующий времени действия защиты и отключения выключателя).

В случае опасности коррозии заземляющих устройств следует выполнить одно из следующих мероприятий:

увеличить сечения заземлителей и заземляющих проводников с учетом расчетного срока их службы;

применить заземлители и заземляющие проводники с гальваническим покрытием или медные.

При этом следует учитывать возможное увеличение сопротивления заземляющих устройств, обусловленное коррозией.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т.п.

Как сделать заземление своими руками

Прежде чем самостоятельно обустроить заземление своего загородного дома, рекомендуется изучить пошаговую инструкцию, как правильно сделать и установить конструкцию.

Выбор места установки контуров

В первую очередь на участке подбирают безопасное для жителей коттеджа место размещения контура заземления. При пробое электрической проводки срабатывает защита, и весь ток уходит на закопанные в землю электроды. В этот момент здесь находиться очень опасно.

Поэтому участок закладки системы подбирают там, где никто не ходит. Лучше сделать отвод за зданием возле забора, но расстояние от заземлителя до фундамента дома не должно превышать 1 м. Опасную зону дополнительно рекомендуется загородить небольшим деревянным заборчиком.

Начальные земляные работы

На выбранном участке размечают треугольник с равными сторонами по 3 м и снимают грунт на глубину 0,5 м. Ширина равна размеру штыковой лопаты. Это делается для облегчения сваривания металлической полоски со штырями.

От треугольника выкапывают траншею аналогичного заглубления до фундаментного основания жилого здания. В нее закладывают вывод для тока, который соединяет электрощит с заземляющим контуром.

Установка заземлителей

В готовую траншею закладывают заземляющую конструкцию. Для этого концы штырей предварительно затачивают болгаркой, затем забивают их в грунт на глубину 3 м по концам треугольника. Их верхние окончания должны располагаться на плоскости ямы.

Сварка

К выступающим концам забитых в землю электродов приваривают полоски из металла толщиной 4 мм и шириной 40 мм. В результате получается стальной треугольник, к которому приваривают длинную стальную полосу, пролегающую до фундамента жилого дома. Здесь осуществляют подключение заземляющей конструкции к проводникам, выходящим на щиток. Для этого к концу полоски на расстоянии 0,3-1 м от поверхности земли приваривают болт М8 (М10).

Обратная засыпка

После завершения сварочных работ траншею засыпают грунтом и тщательно утрамбовывают. Но предварительно на дно ямы заливают соляной раствор. Для его приготовления используют ведро воды и 2-3 пачки соли.

Проверка сопротивления

При самостоятельном обустройстве заземления многие владельцы загородных коттеджей интересуются, нужно ли покупать для проверки сопротивления системы специальный прибор. Такое устройство заводского изготовления стоит дорого. Если в дальнейшем его использование не планируется, рекомендуется сделать похожее приспособление своими руками с помощью обычной лампочки на 100 Вт и проводов.

Чтобы проверить, работает система или нет, самодельное устройство одним контактом подключают к фазе, другим – к контуру заземления. Если лампа горит ярко, значит, все монтажные работы сделаны правильно. Тусклый свет говорит о том, что между элементами конструкции слабый контакт.

Если лампочка не загорелась, значит, при сборке были допущены ошибки либо неправильно разработана схема.

Глухое погружение нейтрали

Системы заземления разделяют на две большие группы: с глухо заземленной нейтралью и с изолированной. В схеме первого типа нейтральный проводник (обозначается N) всегда заземлен и может быть независимым от защитного PE-проводника, а может соединяться с ним, образуя PEN-проводник.

Если нейтральный провод объединен с защитным проводником, он образует систему TN-C, если проводиться отдельно − систему TN-S, в случае, когда объединен на подстанции с защитным проводником, а при входе в здание разделяется на два проводника – защитный PE и функциональный N, образуется система TN-C-S. Еще одним видом является система, при которой нейтральный проводник заземляется на подстанции и к потребителю трехфазный ток поступает по четырем проводам, одним из которых является ноль N. Это − система TT.

Применение системы TN-C

Система TN-C широко использовалась ранее при так называемой двухпроводной сети. В этом случае в розетках отсутствовал заземленный контакт. В сетях, сконструированных по этой системе, заземлялся нулевой провод, но при обрыве его, все приборы оставались под напряжением. Это вынуждало заземлять корпуса каждого отдельного электроприбора. В современных строящихся зданиях эта система не проектируется. Используется только в старых зданиях.

Применение системы TN-S

Система TN-S более совершенна, обладает высокой степенью электробезопасности, так как имеет отдельный заземленный проводник, но стоимость ее неоправданно высока. При трехфазном питании приходится прокладывать от источника пять проводов – три фазы, нейтраль и защитный проводник PE.

Для устранения недостатка системы TN-S была создана TN-C-S. Она предусматривает один проводник PEN, который представляет собой общий провод, заземленный по всей длине от источника питания до ввода в здание, а перед вводом разделяется на нейтраль N и защитный проводник PE. Эта система тоже имеет весомый недостаток. При повреждении проводника PEN на протяжении участка от подстанции до здания, все подключенные внутри здания приборы остаются под опасным напряжением. Для этой системы ПУЭ (Правила устройства электроустановок) требуют проведения мероприятий по устройству дополнительной защиты проводника PEN от механических повреждений.

Тип заземления ТТ

Система ТТ используется для подачи электричества за городом и в сельской местности по линиям электропередач, устанавливаемым на опорах. Подключение электроустановок по этой системе разрешается лишь в том случае, если невозможно обеспечить все условия электробезопасности в системе TN и избежать при этом неоправданных материальных затрат. При контакте с электроприборами защита от тока должна осуществляться путем отключения питания в цепи. Для этого правилами предписываются специальные изделия – устройства защитного отключения – УЗО.

Маркировка

Для лучшего понимания поднимем вопрос маркировки изоляции применяемых проводников.

В названии провода могут использоваться следующие обозначения:

• А — алюминиевый сердечник (при отсутствии буквы — медный);
• АС — наличие оплетки из свинца;
• АА — многожильный провод, имеющий алюминиевый сердечник и оплетку из этого же материала;
• Б — защита от коррозии, выполнена из двуслойной стали;
• Г — без оболочки;
• Бн — защита от влаги и стойкость к огню;
• НП — негорючий материал;
• Р — резиновая оболочка;
• В — оболочка из поливинилхлорида;
• К — контрольный кабель и т. д.

На указанную выше маркировку необходимо обращать внимание при выборе провода для заземления в привязке с его сечением (об этом упоминалось выше)