Контур заземления

Покупая дачные участки для строительства домов и коттеджей, мы должны получить разрешение от энергоснабжающей организации на присоединение определенной мощности. И на данном этапе практически у всех возникает проблема с электромонтажом контура заземления, т.к. втехусловиях на электроснабжение дома  он обязателен.

Также он необходим при реконструкции старой электропроводки.

Для чего  нужен контур заземления ?При возникновении какой-то неисправности, которая приводит к появлению опасного напряжения на корпусе электроприбора, фактически возникает электрический контакт между фазным проводом и «землей». А это есть не что иное, как короткое замыкание. Такая ситуация приводит к возникновению электрического тока большой величины – как правило 150-300 А. На этот бросок тока реагирует аппарат защиты – автоматический выключатель или предохранитель, который отключает напряжение с поврежденного участка электропроводки.

Также может возникнуть ситуация, при которой повреждение внутри электроприбора не приводит к появлению настоящего короткого замыкания. При частичном повреждении электрической изоляции прибора ток утечки на корпус может быть относительно небольшим – несколько десятых Ампера и более. При таком небольшом значении токе утечки автоматический выключатель или предохранитель не сработают и не отключат повреждение. На корпусе электроприбора возникает относительно небольшое напряжение. Но оно является опасным для человека. Для защиты человека от поражения электрическим током в такой ситуации предназначено устройство защитного отключения (УЗО). Если автоматический выключатель реагирует на большие токи, то принцип работы УЗО обеспечивает реагирование на относительно небольшие токи утечки и своевременно отключает напряжение с опасного участка электропроводки, обеспечивая электробезопасность.

Кроме обеспечения электробезопасности заземление обеспечивает правильную работу различных фильтров и блоков питания сложных электронных устройств (компьютеры, телевизоры и т.д.). Работа таких устройств при отсутствии хорошего заземления корпусов приводит к появлению помех, повреждениям при перенапряжениях в электрической сети. Об особенностях работы сложных электронных устройств при различных состояниях заземления мы обязательно расскажем в будущем.

Правильная работы системы защитного заземления обеспечивается только при правильно смонтированном заземляющем устройстве. В процессе эксплуатации необходимо проводить периодическую проверку заземляющего устройства, которая включает в себя визуальный осмотр с частичной откопкой грунта и измерение сопротивления заземляющего устройства. Состояние контактных соединений между корпусами электроприборов и заземляющим устройством также должно регулярно проверяться – такая проверка называется проверкой металлосвязи и включает в себя проверку состояния контактных соединений в цепи защитного заземление и проверку состояние соответствующих проводников.Если система УЗО отсутствует? Следует понимать, что заземление или зануление не отменяют необходимость установки УЗО. В случае его отсутствия может произойти следующее: корпус неисправного прибора будет оставаться под напряжением, пока к нему кто-нибудь не прикоснется. Этот человек и выступит в роли заземляющего проводника, а ток утечки пройдет на землю через его тело. 

Если по неосторожности, из-за невнимательности или просто из-за отсутствия в голове нужных извилин мы возьмем в руки оголенный фазный провод, или дотронемся до металлического корпуса электроприбора, у которого повредилась изоляция фазного провода и оголенный фазный провод касается корпуса, то мы тоже можем стать участком электрической цепи и через нас пойдет электрический ток, даже если мы совершенно не будем касаться нулевого провода, но, например, будем касаться ногой мокрого железобетонного пола, просто стоять на земле или другой рукой дотронемся до металлической батареи и в некоторых других случаях:

Что такое контур заземления?

Для начала давайте разберемся, что такое заземление?

Заземление — это ЗУ (заземляющее устройство), предназначенное для электрического соединения с «землей» различных заземляемых частей электрооборудования.

Для каждой системы заземления  существуют свои требования к сопротивлению заземляющего устройства .

Величина сопротивления заземления в частном доме не должна превышать 30 Ом.

Если к частному дому подключен газопровод, то величина заземления не должна превышать 10 Ом.

При подключении телекоммуникационного оборудования величина сопротивления заземления не должна превышать 4 Ома.

Сопротивление ЗУ очень сильно зависит от:

• типа грунта
• структуры грунта
• состояния грунта
• глубины залегания электродов
• количества электродов
• свойств электродов

Контур заземления — это и есть, соединенные между собой, горизонтальные и вертикальные электроды, которые заложены на определенной глубине в грунте Вашего участка.

Все вышеописанные свойства грунта определяются его сопротивлением растекания тока. И чем это сопротивление меньше, тем лучше для монтажа контура заземления.

Грунты, идеально подходящие для монтажа контура заземления:

• торф - горючее полезное ископаемое. Образовано скоплением остатков мхов, подвергшихся неполному разложению в условиях болот.
• 
• суглинок - почва с преимущественным содержанием глины и значительным количеством песка
• 
• глина с высокой влажностью - мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении
• 

Грунты, не подходящие для монтажа контура заземления:

• каменный
• 
• скальный
• 

В зависимости от условий окружающей среды, даже один и тот же тип грунта может иметь разные свойства.

Поэтому производить монтаж контура заземления необходимо осознанно, а выбор количества и длины заземляющих электродов рассматривать по конкретному случаю.

В данной статье я опишу Вам самый распространенный и простой способ монтажа контура заземления. Существуют и более современные способы, например, модульно-штырьевая система заземления. Но к ним мы вернемся в других моих статьях. Чтобы не пропустить новые выпуски статей, подпишитесь.

Подготовка

Выбираем место для установки и монтажа заземляющего устройства.

Рекомендуется выбирать место для заземления вблизи вводно-распредилительного устройства Вашего дома. 

Согласно ПУЭ (п.1.7.111), искусственные вертикальные и горизонтальные заземлители (электроды) должны быть либо медными, либо из черной или оцинкованной стали. Также их поверхность не должна быть окрашена.

Вот таблица (ПУЭ, табл.1.7.4) рекомендуемых размеров вертикальных и горизонтальных заземлителей (электродов) и заземляющих проводников для прокладки в земле:

В качестве вертикальных и горизонтальных заземлителей (электродов) мы используем:

• стальной уголок размером 50х50х5 (мм) с поперечным сечением 480 (кв.мм)
• стальную полосу размером 40х4 (мм) с поперечным сечением 160 (кв.мм)

Влияние размера: увеличение диаметра штыря уменьшает сопротивление заземления незначительно. Удвоение диаметра снижает сопротивление меньше, чем на 10% (см. рис.2).

Влияние глубины заземления штыря: сопротивление заземления уменьшается с увеличением глубины. Теоретически при удвоении глубины сопротивление уменьшается на 40 %. Стандарт NEC (1987, 250-83-3) предписывает заземлять штырь минимум на 8 футов (2,4 м) для обеспечения хорошего контакта с землей . В большинстве случаев штырь, заземленный на 3 метра, удовлетворяет требованиям NEC.

Минимальный диаметр стального штыря равен 1,59 см, а медного или покрытого медью стального штыря — равен 1,27 см  (NEC 1987, 250-83-2).

На практике минимальный диаметр 3 м штыря заземления равен:

• 1/2 дюйма (1,27 см) для обычного грунта,
• 5/8 дюйма (1,59см) для сырого грунта,
• 3/4 дюйма (1,91 см) для твердого грунта или для штыря длиннее 10 футов.

Удельное сопротивление почвы, также, зависит от температуры. Рис. 6 показывает, как меняется удельное сопротивление песчаного суглинка с содержанием влаги 12,5% при изменении температуры от +20 до -15°С. Как можно видеть, удельное сопротивление изменяется от 7200
до 330 000 Ом-сантиметров.

Рис. 6

Поскольку удельное сопротивление грунта сильно зависит от температуры и содержания влаги, разумно считать, что сопротивление устройства заземления будет зависеть от времени года.  Поскольку стабильность температуры почвы и содержания в ней влаги улучшается по мере удаления от поверхности, то система заземления будет эффективна в любое время, если штырь вбит на значительную глубину. Отличные результаты получаются, когда штырь достигает уровня воды.

В некоторых случаях удельное сопротивление грунта настолько велико, что для получения низкого сопротивления заземления требуется сложное устройство и значительные затраты. В этих случаях оказывается более экономичным использовать заземленный штырь небольших размеров и снижать сопротивление заземления, периодически повышая содержание растворимых веществ в почве вокруг электрода. Рисунок 8 показывает существенное уменьшение сопротивления песчаного суглинка при увеличении содержания в нем соли.

Рис. 8

Монтаж контура заземления

Теперь нам необходимо взять лопату и выкопать траншею в виде треугольника с размерами (3 х 3 х 3) метра. Можно выкопать траншею в виде прямой линии длиной порядка 4-5 метров. Последнее время мы именно так и делаем.

Ширина траншеи составляет 0,3-0,5 метра, а глубина 0,5-0,8 метра.

Траншея для контура заземления

В вершины данного треугольника забиваем кувалдой стальной уголок (вертикальные заземлители) длиной 2,5-3 метра. Вместо кувалды можно использовать специальные буры. Если траншея у Вас выкопана в виде прямой линии, то забиваем вертикальные электроды в количестве 4-5 штук через каждый метр.

Чтобы легче забивать стальные уголки в землю, заострите их концы болгаркой.

Забиваем стальные уголки (вертикальные электроды) не полностью, а оставляем около 20 (см). Затем с помощью сварочного аппарата привариваем к нашим стальным уголкам по периметру треугольника или прямой линии горизонтальную стальную полосу, идущую в силовой электрический щиток на шину РЕ (ГЗШ).

Проводник, который соединяет заземляющее устройство с заземляющей частью электроустановки (вводным распределительным устройством или сборкой), называется заземляющим.

В нашем примере в качестве заземляющего проводника применяется стальная полоса размерами 40 х 4 (мм), что удовлетворяет требованиям ПУЭ .

В итоге у нас получается вот такая конструкция (схема). Кстати забыл сказать, что места сварки нужно обработать антикоррозийным составом, например, битумом, а траншею закопать однородным грунтом.

Далее стальную полосу прокладываем до шины РЕ (ГЗШ).

Можно сделать и по-другому, воспользовавшись ПУЭ, п.1.7.117. Выводим из земли горизонтальный заземляющий проводник в виде стальной полосы, а к нему с помощью болтового соединения  подключаем проводник, который прокладываем до шины РЕ (ГЗШ):

• медный сечением не менее 10 кв.мм
• алюминиевый сечением не менее 16 кв.мм
• стальной сечением не менее 75 кв.мм

Окончание работ

После монтажа необходимо произвести замер его сопротивления, которое должно быть не больше значений, указанных в нормативно-технической литературе: ПТЭЭП (п.26.4, табл. 35 и табл.36.) и ПУЭ (п.1.7.101 и Глава 1.8, табл.1.8.38).

Перед началом работ по измерению сопротивления заземляющего устройства по мере возможности и доступности необходимо произвести осмотр видимой его части без вскрытия грунта. При осмотре оценивается состояние контактных соединений, наличие антикоррозийного покрытия и отсутствие обрывов.

Качество сварных швов проверяется простукиванием молотком, а ослабление болтовых соединений — с помощью гаечных ключей.

Также во время осмотра нужно убедиться в том, что монтаж заземляющего устройства, сечения заземлителей и заземляющих проводников,монтаж шины ГЗШ и правильность подключения к ней заземляющего проводника и проводников системы уравнивания потенциалов соответствуют проекту и требованиям ПУЭ.

Знакомство с прибором М416 и его технические характеристики

Если при визуальном осмотре не выявились какие-либо замечания и нарушения, то можно приступать к проведению замера.

Данный прибор применяется для замера сопротивления заземления, удельного сопротивления грунта и активного сопротивления. Принцип его работы основан на компенсационном методе измерения с использованием вспомогательного заземлителя и потенциального электрода (зонда).

Когда нужно проводить измерения сопротивления заземляющего устройства?

Чтобы при измерении сопротивления заземления получить достоверные показания, их необходимо проводить в период наибольшего высыхания (летом в сухую погоду) или промерзания грунта (зимой), т.е. при наибольшем удельном сопротивлении грунта (ПТЭЭП, п.2.7.13).

Если замер проводился в другие погодные условия, то в полученный результат необходимо внести поправочный сезонный коэффициент Кс. Об этом я расскажу Вам в отдельной статье — подпишитесь на новости сайта, чтобы не пропустить выход новых статей.

Проведение работ

Порядок проведения работ по измерению сопротивления заземляющего устройства (ЗУ) с помощью измерителя М416.

1. Проверяем наличие, и в случае отсутствия устанавливаем, комплект элементов питания 3х1,5 (В), соблюдая полярность. Отсек питания расположен в нижней части прибора.

2. Устанавливаем прибор М416 на ровной поверхности строго в горизонтальном положении.

3. Производим калибровку прибора. Для этого переключатель диапазонов измерения необходимо поставить в положение «Контроль 5Ω». Затем нажать на красную кнопку и, вращая ручку реохорда, установить стрелку прибора на ноль. На шкале должно быть показание 5±0,3 (Ом). Если так, то продолжаем измерения, если нет, то перепроверяем заряд и полярность элементов питания. Если с ними все нормально, то отдаем прибор в ремонт.

4. Чтобы уменьшить влияние сопротивления соединительных проводов между выводами (1), (2) и Rх на результат измерения, прибор необходимо расположить как можно ближе к измеряемому заземлителю.

5. Выбираем необходимую схему подключения прибора.

Для грубых измерений сопротивления ЗУ или относительно больших сопротивлений (больше 5 Ом) выводы (1) и (2) соединяют перемычкой. Измеритель М416 при этом подключают по трехзажимной схеме. При такой схеме в результат измерения входит сопротивление соединяемого провода между Rx и выводом (1).

• Rх — измеряемое сопротивление заземлителя или заземляющего устройства
• Rз — зонд
• Rв — вспомогательный заземлитель

Если Вам необходимо более точно провести измерение сопротивления заземлителя (ЗУ меньше 5 Ом), то применяют четырехзажимную схему подключения прибора, сняв перемычку между выводами (1) и (2). При такой схеме исключается погрешность от соединительных проводов и контактных соединений.

• Rх — измеряемое сопротивление заземлителя или заземляющего устройства
• Rз — зонд (потенциальный электрод)
• Rв — вспомогательный заземлитель

Для подсказки, четырехзажимная схема подключения указана на крышке прибора.

Для заземлителей, выполненных в  виде сложных контуров с протяженными периметрами, применяются аналогичные схемы подключения измерителя М416, только между Rх и Rз должно быть расстояние не менее 5-кратного расстояния между двумя наиболее удаленными заземлителями плюс 20 (м).

.

6. Стержни зонда и вспомогательного заземлителя нужно забивать в плотный не насыпной грунт на глубину не меньше, чем на 0,5 (м).

В качестве Rз и Rв можно применять металлические стержни или трубы диаметром не менее 5 (мм).

Чтобы избежать значительного переходного сопротивления между заземлителем и забитыми стержнями, их необходимо забивать прямыми ударами без раскачивания. Для этого придется «потрудиться» с помощью  кувалды.

В качестве соединительных проводов можно использовать медные провода сечением не менее 1,5 кв.мм.

7. Место соединения проводов к заземлителю необходимо очистить от краски, например, с помощью напильника.

К этому же напильнику с другой его стороны подсоединен медный провод сечением 2,5 кв.мм, т.е. напильник также является и щупом для соединения заземлителя с выводом (1) при трехзажимной схеме подключения прибора М416.

8. После выбора схемы и подключения прибора переходим к измерению. Переключатель диапазонов измерения ставим в положение «х1» (умножение на один). Нажимаем на красную кнопку и, вращая ручку реохорда, устанавливаем стрелку прибора на ноль.

Если сопротивление заземлителя больше 10 (Ом), то переключатель диапазонов необходимо установить в положение «х5», «х20» или «х100».

9. Результат находим путем умножения показания шкалы реохорда на установленное положение переключателя диапазонов «х1», «х5», «х20» или «х100».

В нашем примере переключатель прибора М416 установлен в положении «х1», а значит полученное значение 1,9 нужно умножить на 1, т.е. измеренное сопротивление заземлителя составляет 1,9 (Ом).

10. После завершения работ заносим полученные данные в протокол соответствующей формы.

Периодичность проведения измерений

Периодичность проверки сопротивления заземлителя или контура заземления производится по утвержденному графику предприятия, а также после после ремонта или его реконструкции. Более подробно об этом Вы можете почитать в нормативно-технической литературе ПТЭЭП (п.2.7.8. — 2.7.15).