Система заземления в частном доме обеспечивает связь электроустановок, приборов и бытовой техники с заземляющим устройством. Такое подключение позволяет снизить напряжение при возможном коротком замыкании до безопасных уровней. Если рассматривать вопрос о эффективности заземления для частного дома, важным аспектом является сопротивление заземления, которое обеспечивает безопасность использования электричества в доме.
Нужно ли заземление в частном доме
Частный дом наполнен большим количеством электроприборов — стиральная машина, телевизор, вытяжка, светильники, утюг…Заземление защищает чувствительную электротехнику от выхода из строя в случае изменения характеристик тока.
Но самая важная задача заземления — обеспечение безопасности человека и его жилья, поэтому в частном доме его нужно устраивать обязательно. При прикосновении к поврежденному участку сети электрический удар неизбежен, поскольку тело человека — хороший проводник тока. Но если в цепь встроен заземляющий контур, сопротивление которого намного ниже, электрический потенциал уходит в землю по более предпочтительному пути, сохраняя тем самым человеческую жизнь.
При отсутствии заземления в случае короткого замыкания проводка или прибор может заискрить и вызвать пожар. Поэтому правильное заземление гарантирует не только электрическую, но и пожарную безопасность.
Нормы заземления
Заземление — это не просто вбитые в землю штыри. Для его правильной организации применяется основной нормативный документ — Правила устройства электроустановок ПУЭ. В них предусматривается заземления для установок:
- мощностью свыше 1 кВт с заземленной или изолированной нейтралью;
- мощностью до 1 кВт с глухозаземленной или изолированной нейтралью.
Согласно нормам розетки для стиральной машины, утюга, водонагревателя должны иметь линию подключения к заземляющему контуру. Варочные панели и другую встроенную технику допускается заземлять отдельным проводом.
Правила и требования ПУЭ
В главе 1.7 правил содержатся конкретные указания по организации заземления частного дома. Они являются обязательными при напряжении переменного тока от 42 до 380 вольт в помещениях повышенной опасности. К ним относятся ванные, санузлы, банные комплексы, кухни и другие помещения с повышенной влажностью, а также неотапливаемые помещения, где есть электрооборудование. Также требуется заземление наружных установок.
В первую очередь нужно использовать естественные заземлители. Допускается применять 1 устройство на группу электроустановок. Например, объединить в одну систему сети стоящих рядом с домом гаража, сарая и бани. Заземляющий проводник в этом случае должен быть протяженным.
Основные требования к заземлению
Для характеристики заземляющего устройства используются такие понятия, как сопротивление и напряжение прикосновения. Чем ниже сопротивление, тем лучше нейтрализуются токи различного происхождения и ниже напряжение прикосновения.
При устройстве заземления в частном доме своими руками одна из главных задач — обеспечить максимальную проводимость. Согласно нормативом максимально допустимое сопротивление заземления:
- при напряжении трехфазного тока 380 В — 30 Ом, 220 В — 60 Ом;
- однофазного тока 220 В — 30 Ом, 127 В — 60 Ом.
Минимальная глубина от поверхности до верха заземлителя — 0,5-0,7 м. Расстояние от фундамента должно быть не менее 0,8-1 м. В местах выступа рабочей части выполняется подсыпка из щебня слоем 0,1-0,2 м. Не рекомендуется использовать места с возможностью подсушивания почвы, например, около теплоцентрали.
Главная заземляющая шина
Заземлители соединяются с помощью 1-2 проводников с главной заземляющей шиной, расположенной, как правило, в распределительном щитке или монтажном шкафу в доме. С электроустановками она связывается проводниками, которых может быть от 5 до 18 штук. Каждый крепиться к ней с помощью болта со стопорной гайкой, защищающей соединение от раскручивания.
Заземляющая шина служит для выравнивания потенциала в электросети частного дома и отведения опасных напряжений на заземлитель. Изготавливается из стали или меди, алюминий использовать запрещено.
Виды контуров заземления
Любое заземляющее устройство состоит из серии вертикальных стержней, заглубленных в землю с таким расчетом, чтобы их верх находился на 0,5-0,7 м от поверхности земли. Они соединяются горизонтальным заземлителем, который помимо этого используется для вывода контура к потребителю. В частном домостроении используются замкнутые или линейные конструкции.
Почему нельзя обойтись 1 заземлителем?
Казалось бы, есть контакт с землей, значит, можно использовать только один стержень. Но этого недостаточно и запрещено ПУЭ.
Есть такое понятие — сопротивление растеканию. Максимальное значение плотности тока и напряжения — вокруг погруженного стержня. При прохождении электричества через землю сопротивление его движению растет, и на каком-то расстоянии становится нулевым. Эта зона называется зоной растекания.
При установке 1 заземлителя зона растекания слишком мала и не обеспечивает быстрого растекания тока, поэтому используется как минимум 2-3 стержня. Благодаря этому напряжение короткого замыкания, поступающего на заземлитель, быстро распределяется, а сопротивление устройства снижается.
Замкнутый контур
Представляет собой 3 и более стержней, связанных по верху стальной полосой толщиной не менее 4 мм и погруженных в грунт. С главной заземляющей шиной соединяется одним проводником. Его сечение подбирается на основании суммарной мощности приборов, материала жилы и степени изоляции. Подробнее можно посмотреть в ПУЭ п.1.7.76 и п.1.7.77.
Линейный
Используется как для одного, так и группы зданий. Вертикальные стержни соединяются между собой горизонтальной стальной трубой или профилем без замыкания контура.
Сетчатый
Наружный контур в этом случае изготавливается из стержней и горизонтальных связей в виде сетки. Служит для заземления мощных электроустановок, поэтому в частных домах не применяется.
Глубинная система заземления
Согласно ПУЭ расстояние между штырями должно быть не меньше их длины, поэтому при укладке таких громоздких конструкций нужно выкапывать многометровые траншеи. На уже благоустроенном участке это не самый лучший вариант, поэтому для устройства более компактного заземления используются модульные глубинные системы.
Длина заземлителя зависит от требований к сопротивлению. В доме без газового отопления требования мягче, и достаточно глубины забивки штырей 6-10 м. Если есть газовый котел, их погружают в землю на 10-15 м. Сварка не используется, между собой электроды соединяются муфтами. Забивка ведется мощным перфоратором или вибромолотом.
Влияние экранирования
Для расчетов расстояния штырей относительно друг друга используется коэффициент экранирования, учитывающий взаимное влияние. При близком расположении между ними возникает наложение одного напряжения растекания на другое, эффект усиливается.
Чтобы снизить эффект, можно увеличить длину штыря. Обычно такая конструкция изготавливается из 2 стержней — сначала забивается 1, следом другой. Но в частном домостроении такие заземлители не применяются из-за сложности монтажа.
Соединяя горизонтальным элементом вертикальные штыри, мы уменьшаем зону растекания каждого из них. При расчетах его влияние учитывается коэффициентом, зависящим от числа электродов в контуре.
Удельное сопротивление грунта
В системе из нескольких элементов взаимно зависимы количество, расстояние, глубина и даже форма самих стержней. Большое влияние оказывает удельное сопротивление грунта. Способность проводить электрический ток разная у разных видов почв. Максимально низкая она у камня из-за никого содержания воды.
Самый хороший проводник — вода, соответственно, чем более влажный грунт, тем лучше проводимость. Для примера удельное сопротивление суглинка 100 Ом/м, а у песка в 7 раз больше — 700 Ом/м.
Чтобы точно найти удельное сопротивление грунта, нужно выкопать шурф глубиной 0,7-1 м и определить тип слагающей породы. Можно измерить проводимость специальным прибором.
При расчете используется климатический коэффициент, учитывающий влажность почвы в зависимости от региона.
Напряжение прикосновения и напряжение шага должны быть минимальными. В ПУЭ выведены нормы, при которых жизни человека ничего не угрожает.
Материалы для контура заземления в частном доме
Казалось бы, достаточно использовать любые металлические штыри или трубы, но ПУЭ рекомендует применять для изготовления заземлителей медь, черную или оцинкованную сталь.
Материалы должны быть:
- прочными, чтобы выдержать нагрузку при забивке в землю;
- стойкими к коррозии, поскольку находятся во влажной среде годами.
Красить или проводить антикоррозийную обработку нельзя, поскольку это повышает сопротивление контура. Исключение составляют сварочные швы и выходящие выше уровня земли части.
Заземление устраивается с помощью естественных или искусственных (повторных) заземлителей.
Для естественного заземления частного дома рекомендуется использовать:
- подземные коммуникации — водопровод, канализацию, кроме газовых линий по причине их взрывоопасности;
- колодцы, обсадные трубы скважин;
- контактирующие с землей ж/б и металлические конструкции;
- свинцовые оболочки проложенных под землей кабелей, алюминиевые запрещено.
В качестве искусственных заземлителей применяют:
- прутки оцинкованные и неоцинкованные диаметром 6-10 мм;
- металлические уголки с толщиной стенки не менее 4 мм;
- профильные и круглые трубы площадью поперечного сечения от 48 мм².
Расчет заземления для частного дома: как посчитать по формуле
Для изготовления конструкций можно использовать материалы, которые есть под рукой. Главное — чтобы их параметры соответствовали требованиям ПУЭ (таблица). Для расчета задается:
- глубина H, на которую будут погружены электроды;
- расстояние между ними D;
- количество стержней N;
- длина штыря L;
- глубина до верха электрода L1;
- длина полосы Lп.
В землю достаточно трудно вручную вбить трехметровый уголок или трубу, понадобится участие какой-либо техники. Если такой возможности нет, можно взять штыри покороче — 2-2,5 м.
Расстояние между электродами должно быть кратно их длине, то есть D/L — целое число, чтобы воспользоваться соответствующим коэффициентом экранирования из таблицы. Длина горизонтальной полосы равна сумме расстояний плюс отрезок, примыкающий непосредственно к дому.
В землю достаточно трудно вручную вбить трехметровый уголок или трубу, понадобится участие какой-либо техники. Если такой возможности нет, можно взять штыри покороче — 2-2,5 м.
По готовой конфигурации рассчитывается сопротивление заземления. Если оно в пределах нормы, то конструкция будет хорошо выполнять свою работу. Если нет, изменяем параметры.
На первом этапе рассчитываются сопротивление одиночных заземлителей. Формулы достаточно сложные, их нужно применять с учетом формы штыря и его положения — вертикальное или горизонтальное.
На втором этапе из 4 таблиц выбираются коэффициенты экранирования, соотношения расстояния и числа электродов.
Третий этап — расчет итогового сопротивления по формуле с учетом всех коэффициентов.
Вот так выглядит итоговая формула для расчета:
Если сопротивление больше, чем нужно, добавляется количество электродов или их длина. При слишком уж маленьком значении для экономии материалов можно убрать несколько штырей или уменьшить длину.
Простой расчет с помощью онлайн калькулятора с примером
Есть специальные программы для расчета заземления — MatchCad и Excel, но с ними нужно уметь работать. Наиболее простые для пользователей — онлайн калькуляторы. В соответствующие поля вводится климатический регион, тип почвы верхнего и нижнего слоя, длина и диаметр электрода.
На выходе вы получите сразу все данные — удельное сопротивление грунта в вашей местности, сопротивление растеканию тока вертикального заземлителя и соединительной полосы, общее сопротивление, количество штырей и длину полосы. Меняя данные, вы сможете определить наиболее компактную конфигурацию с учетом характеристик имеющихся у вас материалов.
Пример. Для частного дома, подключенного к сети с напряжением переменного тока 380 В, нормируемое сопротивление равно 30 Ом. Климатическая зона выбирается из температурного режима в январе и июле — II. Верхний и нижний слой грунта — глина. Для заземления используются вертикальные электроды длиной 2 м диаметром 25 мм. Для горизонтального элемента будем использовать полосу шириной 10 см. Глубина закладки стандартная — 0,7 м.
При этих данных калькулятор высчитал, что потребуется 3 стержня при длине горизонтального заземлителя 4 м, что нас вполне устраивает. 2 электрода будут по краям полосы, один в центре.
Схема заземления в частном доме: как выбрать
В индивидуальном строительстве используется 2 системы заземления:
- ТТ;
- TN-C-S.
Система ТТ самая простая. Она имеет независимый контур заземления. Проводник подключается к заземляющей шине в электрощите, соединенным проводом с контуром заземления.
Система TN-C-S реализуется сложнее. Заземляющая шина связана с воздушным PEN-проводником, идущим от трансформатора. Контур заземления в этой схеме не является независимым.
PEN-проводник должен заземляться на каждой опоре, но это правило часто не выполняется. При возникновении аварийной ситуации на PEN-проводнике, не имеющем повторного заземления, весь потенциал стекает в ГЗШ и заземлитель частного дома.
Система TN-C-S по нормам ПУЭ считается приоритетной. Ее заменяют на ТТ, если нет возможности использовать TN-C-S. Но многие домовладельцы выбирают простую систему ТТ, которая достаточно надежна.
Устройство заземления своими руками: поэтапная инструкция
Рассмотрим, как правильно сделать заземление в частном доме на примере линейной конструкции. Для вертикальных заземлителей был выбран уголок 50х50 мм длиной 2 м с толщиной стенки 4 мм, для горизонтальной — полоса 40х4 мм Расстояние между уголками 2 м. Почва на участке суглинистая. При устройстве замкнутого контура порядок работ будет таким же, за исключением подготовки траншеи другой формы.
Выбор места
Заземление устраивается на свободном участке, где нет трубопроводов и где не предполагается проводить какие-либо земляные или строительные работы. Место ввода в дом должно быть поблизости с контуром.
Заземлитель нельзя забивать близко к фундаменту, минимальное расстояние 1 м, рекомендуемое 6-10 м. Желательно, чтобы к выступающим частям заземлителя не было доступа детям и домашним животным.
Земляные работы
Разметить прямую линию и выкопать траншею глубиной 0,5-0,7 м.
Проделать буром небольшие углубления, чтобы легче было забивать уголки. Если они будут плохо погружаться в грунт, можно подливать в яму воду.
Подготовка материала для заземления
Один конец уголка нужно заострить с помощью болгарки, чтобы он легче заходил в грунт.
На другой конец наварить накладку. Тогда при забивании кувалдой уголок не будет изгибаться.
Забивание заземлителей
Забить уголок в землю. Верх должен слегка приподниматься над дном траншеи, чтобы потом можно было приварить горизонтальный элемент.
Проделать то же самое с остальными вертикальными заземлителями.
Сварные работы
Приварить к верху уголков полосу 40х4 мм. Длина каждого сварного шва должна быть не менее 10 см.
Проваривать место соединения нужно очень тщательно, чтобы увеличить площадь контакта полосы и уголка. К концу полосы приварить болт, с помощью которого будет крепиться медный провод от щитка.
Участок пластины, выступающий выше уровня земли, закрепить к отмостке анкерными болтами. Для этого сначала просверлить в металле отверстия.
Затем вкрутить анкеры.
Сварные швы — участки, подверженное повышенной опасности коррозии. Их нужно покрасить антикоррозионной битумной мастикой, предварительно обработав поверхность щеткой по металлу.
Ввод в дом
Осталось подключить заземление к щитку. Для этого используется медный провод сечением 10 мм².
Просверлить в стене отверстие, вставить один конец проводника, другой закрепить к болту на полосе.
Подключение к заземляющей шине
Чтобы хорошо можно было зажать конец медного проводника, его нужно аккуратно запаять. Прикрутить к контакту заземляющей шины с небольшим усилием.
Чтобы проводники не болтались, скрутить их хомутами.
Обратная засыпка
Засыпать траншею грунтом, уплотнить. Нарисовать схему заземления и приклеить ее к дверце щитка на случай возможных электротехнических работ. Указать, какие использовались материалы, их размеры и характеристики.
Монтаж заземления без сварки
Сварные швы обеспечивают плотный контакт проводников и непрерывность электрической цепи в такой нестабильной и агрессивной среде, как земля. ПУЭ разрешает использовать болтовые соединения в помещениях или наружных установках, если будет организован доступ для осмотра и испытаний. Соединять горизонтальные и вертикальные заземлители болтами не рекомендуется.
Готовые комплекты для заземления
Если покупать стальную полосу, уголки или круглую сталь не входит в ваши планы, можно воспользоваться уже готовым набором для устройства заземления в частном доме.
В стандартный комплект продукции включены:
- 4 металлических штыря с медным покрытием длиной 1,5 м;
- насадка для перфоратора;
- 4 соединительных муфты, одна из которых имеет насадку под кувалду;
- копье для наконечника нижнего штыря;
- болтовое соединение с клеммой для подключения заземляющего контура к отводу из дома;
- защитная герметизирующая лента для болтового соединения;
- электрическая смазка для улучшения контакта заземляющего контура с проводом.
Такое заземление обеспечивает сопротивление не более 10-15 Ом, что соответствует требованиям по подключению 3 фаз с номинальным напряжением 380 В.
Глубинный заземлитель можно установить забивкой с помощью кувалды или мощного ударно-вибрационного перфоратора. Перед погружением наконечник обрабатывается смазкой, прикручивается к стержню. На другой конец надевается насадка. Каждый штырь погружается до уровня земли, соединяется с последующим муфтой, резьба которой также покрывается токопроводящей смазкой.
Верхнюю часть электрода можно заглубить в небольшую ямку, чтобы сделать незаметным на участке. Но рекомендуется ее все-таки оставить на виду для контроля состояния контакта с проводом.
Монтаж готового заземления занимает не более 2 часов, что значительно быстрее, чем самодельного. Но при залегании на глубине скальных пород установить его очень сложно.
Ошибки при монтаже заземления
Очень часто причиной электротравматизма, пожаров или порчи электротехники становятся несоблюдение правил при устройстве заземления.
Вот список самых распространенных ошибок при устройстве заземления:
- подключение заземлителя непосредственно к электроустановке, а не заземляющей шине;
- использование в качестве заземляющего контура опор ограждений, труб отопления или газоснабжения, что строго запрещено;
- отсутствие связи нулевого PEN-проводника с заземляющим устройством, установка в нем выключателей, которые могут отключить связь;
- применение материалов, не соответствующих требованиям ПУЭ по толщине и размерам, что приводит к их быстрой коррозии;
- слишком короткие сварные швы;
- отсутствие антикоррозионной обработки мастикой сварных швов и полосы, находящейся на поверхности земли;
- несоответствующие расчету размеры горизонтальных и вертикальных элементов;
- расстояние между штырями слишком маленькое и не кратно их длине;
- неправильное применение схемы подключения ТТ и TN.
Заключение
Заземление в частном доме — необходимая мера, которая убережет вас и ваших близких от удара током. Не стоит пренебрегать требованиями по устройству и эксплуатации электроустановок, поскольку при любом повреждении цепи электрический ток находит самый короткий путь, что может привести к трагедии. Заземление направляет его в наиболее безопасное место, эффективно снижает напряжение прикосновения. При монтаже нужно соблюдать правила, о которых мы рассказали в нашей статье.
Какое должно быть заземление в частном доме?
Заземление в частном доме имеет важное значение для обеспечения безопасности электрической системы и защиты от потенциальных опасных ситуаций, таких как короткое замыкание или поражение электрическим током. Важно соблюдать нормы и стандарты заземления, установленные в вашей стране или регионе, так как они могут немного различаться.
Общие принципы заземления в частном доме включают:
-
Система заземления: Обычно используется система заземления TN-C-S или TN-S. В системе TN-C-S (плюс-ноль с разделением на землю), нейтраль и заземление раздельны. В системе TN-S (плюс-ноль и земля раздельны с источника), нейтраль и заземление подаются отдельно.
-
Заземляющий электрод: Для заземления используются специальные заземляющие электроды, такие как заземляющая петля, заземляющий колодец, заземляющий штырь и другие. Электроды должны быть глубоко засыпаны в землю, чтобы обеспечить хороший контакт и низкое сопротивление.
-
Проводники заземления: Заземляющие электроды соединяются с электроустановкой при помощи специальных проводников заземления.
-
Защита от перенапряжений: Заземление также выполняет роль защиты от перенапряжений, например, вызванных молнией. Для этой цели могут использоваться молниеотводы и специальные устройства для разрядки перенапряжения.
-
Соблюдение норм и стандартов: Обязательно соблюдайте требования строительных норм и стандартов вашей страны или региона относительно заземления. Это может включать в себя минимальное сопротивление заземления, типы заземляющих электродов, способы подключения и т. д.
-
Контроль и обслуживание: Регулярно проверяйте состояние заземления и проводите его обслуживание при необходимости. Отломанные или поврежденные проводники заземления могут снизить эффективность системы.
Для точной информации о заземлении в вашем частном доме, рекомендуется обратиться к местным электротехническим нормам и стандартам или проконсультироваться с квалифицированным электриком.
