Контур заземления это

Контур заземления

Контур заземления классически представляет собой группу соединенных горизонтальным проводником вертикальных электродов небольшой глубины, смонтированных около объекта на относительно небольшом взаимном расстоянии друг от друга.

В качестве заземляющих электродов в таком заземляющем устройстве традиционно использовали стальной уголок либо арматура длинами 3 метра, которые забивали в грунт с помощью кувалды.

В качестве соединительного проводника использовали стальную полосу 4х40 мм, которая укладывалась в заранее подготовленную канаву глубиной 0,5 — 0,7 метра. Проводник присоединялся к смонтированным заземлителям электро- или газосваркой.

Контур заземления для экономии места обычно «сворачивают» вокруг здания вдоль стен (по периметру). Если взглянуть на этот заземлитель сверху, можно сказать, что электроды смонтированы по контуру здания (отсюда и название).

Таким образом контур заземления — это заземлитель, состоящий из нескольких электродов (группы электродов), соединенных друг с другом и смонтированных вокруг здания по его контуру.

Устройство и принцип действия заземления

Защитное устройство и его основное назначение – соединение всех потребителей электричества, при помощи заземляющего провода с контуром защиты. Систем заземления 3, но в жилом помещении наиболее часто устанавливают систему с маркировкой TN – 5. Эта система предусматривает проведение ноля и земли двумя отдельными проводами.

При коротком замыкании или утечке тока с корпуса приборов снимается опасное напряжение и по проводу подается на контур защитного заземления. Он должен монтироваться и изготавливаться, выполняя требования ГОСТа. Нормы, предусматривают оборудование контура с учетом уровня сопротивления. На его величину влияют:

• виды почвы;
• влажность и уровень грунтовых вод;
• глубина погружения заземлителей;
• количества заземлителей в контуре;
• материалы электрода и всех составляющих устройства.

По форме, контур заземления, согласно нормам СНиП, делают в форме равностороннего треугольника, из вертикальных заземлителей и горизонтальных электродов. Они должны располагаться на определенной глубине. Из этого значения и свойства грунта производится расчет контура заземления. Каждый вид грунта имеет свой уровень сопротивления растекания токов КЗ.

Для обустройства контура защиты лучшим вариантом будет:

• торфяник;
• суглинистая почва;
• глинистая, с близко расположенными грунтовыми водами.

Худшими свойствами обладают каменистые участки грунта и монолитные скалы. На выбор влияют климатические особенности региона установки.

Разновидности контуров заземления

Различают несколько типов конструкций, используемых для заземления.

Традиционные системы заземления

Система такого типа состоит из минимального числа элементов: двух вертикальных электродов из металлической арматуры и одного горизонтального в виде полосы, который соединяет два предыдущих. Сечения и размеры элементов должны соответствовать нормам. Устанавливать заземление рекомендуется на северной затененной стороне участка, во влажном месте. Однако из-за того, что контур зачастую изготавливают из стали и покрывать его краской нельзя, он быстро коррозирует. Также на сопротивление такого устройства влияют температура и уровень влажности почвы, поскольку контур размещают в верхних слоях.

Глубинные системы заземления

Такую систему изготавливают модульно-штыревым способом. По сравнению с предыдущим вариантом, она отличается:

• долгим сроком службы;
• простыми расчетами;
• неподверженностью влиянию окружающей среды;
• отсутствием необходимости в обслуживании;
• легкостью монтажа.

Замер сопротивления смонтированного оборудования должен выполняться специалистами.

Наружный контур заземления состоит из вертикальных электродов и горизонтальных заземляющих элементов. Он изготавливается из четырех полос толщиной 40-50 мм и устанавливается на удалении не менее 1 м от здания. Горизонтальная полоса должна располагаться на глубине от 50 до 70 см от поверхности.

Схемы подключения

Самыми популярными схемами подключения заземлителей являются:

Замкнутая, в форме треугольника (рис. 3). Главным достоинством можно назвать более стабильную и надежная работа. В случае повреждения перемычки между стержнями, контур все равно будет продолжать работать (но с другой стороны).

Линейная (рис. 4). Последовательное соединение в одну линию вкопанных металлических колышков. Недостатком такого контура можно назвать то, что при выходе из строя перемычки контур работать не будет.

Кроме вышеперечисленных разновидностей схем контуров можно еще использовать формы:

1. прямоугольника;
2. овала.

Необходимые инструменты и материалы:

1. аппарат для сварки;
2. режущий инструмент (болгарка);
3. лопата;
4. перфоратор;
5. гаечные ключи;
6. измеритель сопротивления;
7. измеритель тока;
8. измеритель напряжения.

Кроме вышеперечисленных приспособлений 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 вышеприведенные параметры, необходимо проверить, используя измеритель.

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.

Все металлические элементы внешнего заземления, находящегося в земле, охватывают определенную площадь соприкосновения с грунтом, который позволяет быстро рассредоточить электрический ток по всему контуру, обозначенному электродами.

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.

По геометрической форме вертикальные электроды, в соответствии с нормативами СНиП, должны забиваться в землю на определенную глубину, с одинаковым расстоянием друг от друга, и представлять собой равнобедренный треугольник.

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.

Например, то, что является заземляющим контуром в частных домах, — это простая одноконтурная схема, собранная из трех вертикальных арматурных стержней, металлических уголков или труб, которые соединяются между собой полосой из стали.

Из чего состоит заземление

1. Внешний контур заземления. Располагается за пределами помещений, непосредственно в грунте. Представляет собой пространственную конструкцию из электродов (заземлителей), соединенных между собой неразделимым проводником.
2. 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.
3. Заземляющие проводники. Соединительные линии, предназначенные для подключения электроустановок непосредственно к заземлителю, или внутреннему контуру заземления.

Рассмотри эти компоненты подробнее.

Внешний, или наружный контур

Монтаж контура заземления зависит от внешних условий. Прежде чем начать расчет, и выполнить проектный чертеж, необходимо знать параметры грунта, в котором будут установлены заземлители. Если вы сами строили дом, эти характеристики известны. В противном случае лучше вызвать геодезистов, для получения заключения по грунту.

Какие бывают грунты, и как они влияют на качество заземления? Примерное удельное сопротивление каждого типа грунта. Чем оно 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 лучшая среда для того, чтобы установить наружный контур заземления. Сопротивление растекания тока будет достаточно низким даже при малом содержании влаги. А в этих грунтах естественная влажность обычно выше среднего.

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

Сопротивление немного выше, но при нормальной влажности параметры заземления не выйдут за нормативы. Если в регионе установки установится продолжительная сухая погода, необходимо принимать меры к принудительному увлажнению мест установки заземлителей.

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

Гравий, скала, сухой песок – даже при высокой общей влажности, заземление в такой почве будет неэффективным. Для соблюдения нормативов, придется устанавливать глубинные заземлители.

Важно! Неверный расчет контура заземления, игнорирование параметров, часто приводят к печальным результатам: поражение электротоком, выход из строя оборудования, возгорание кабеля.

Многие владельцы объектов, экономя «на спичках», просто не понимают, для чего нужен контур заземления. Его задача при соединении фазы с землей обеспечить максимальную величину тока короткого замыкания. Только в этом случае быстро сработают устройства защитного отключения. Этого невозможно достичь, если сопротивление растекания тока будет высоким.

Определившись с грунтом, вы сможете выбрать тип, и самое главное — размер заземлителей. Предварительный расчет параметров можно выполнить по формуле:

Расчет приведен для вертикально установленных заземлителей.

Расшифровка величин 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.

Задавая известные данные, а также меняя соотношение величин, вы должны добиться значения для одного электрода порядка 30 Ом.

Если установка вертикальных заземлителей невозможна (по причине качества грунта), можно рассчитать величину сопротивления горизонтальных заземлителей.

Важно! Монтаж горизонтального контура более трудоемок и связан с повышенным расходом материала. К тому же, такое заземление сильно зависит от сезонной погоды.

Поэтому лучше потратить больше времени на забивание вертикальных стержней, чем следить за барометром и влажностью воздуха.

И все же приводим формулу расчета горизонтальных заземлителей.

Соответственно, расшифровка дополнительных величин:

• Rв — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
• b — ширина электрода — заземлителя.
• ψ — коэффициент, зависящий от погодного сезона. Данные можно взять в таблице:

• ɳГ — так называемый коэффициент спроса горизонтально расположенных электродов. Не вдаваясь в подробности, получаем цифры из таблицы на иллюстрации:

Предварительный расчет сопротивления необходим не только для правильного планирования закупок материала: хотя будет обидно, если вам не хватит для завершения работ, пары метров электрода, а до магазина несколько десятков километров. Более-менее аккуратно оформленный план, расчеты и чертежи, пригодятся для решения бюрократических вопросов: при подписании документов о приемке объекта, или составлении ТУ с компанией энергосбыта.

Разумеется, никакой инженер не подпишет бумаги только на основании пусть и красиво исполненных чертежей. Будут произведены замеры сопротивления растекания.

Далее расскажем о том, как добиться правильных характеристик внешнего контура заземления.

Потребность в заземлении

Бытовая техника

В быту без возможности заземлить корпус требуется занулить. Это общее правило, годящееся в большинстве случаев. Даже для трёхфазных цепей. Занулять не нужно корпусы и прочие части установок, проводящие ток, цепи питания которых лишены защиты дифференциальным автоматом. Это простое правило вытекает из очевидных соображений: в двухфазных цепях току все равно, где замыкаться на землю. Если авария не обнаружена немедленно (при помощи дифференциального автомата), замыкание происходит через любые части контура:

1. Трубы канализации, водоснабжения, газа.
2. Арматура зданий.
3. Электрические щиты.
4. Антенны.

Предсказать заранее, куда двинется ток, сложно. В бытовой технике занулённый предмет нужно защищать дифференциальными автоматами. Прямо не говорится, но требования ПУЭ и ГОСТ Р 50571.11 однозначно выполняют предписание. Согласно нормам, полагается занулять все (присутствуют исключения) металлические предметы на кухне и в ванной комнате, а на потребителей ставить дифференциальные автоматы защиты. Чем обеспечивается безопасность в случаях, рассмотренных выше.

Что касается трёхфазных цепей (с глухозаземлённой нейтралью), в них зануление корпуса считается надёжной защитой. В одной из ветвей питания потенциал способен оказаться ниже почвы, ток утечки направится туда. Если корпус просто завести на контур заземления, образуется резистивный делитель, где сложно предсказать потенциал конкретной точки. Львиная доля тока пойдёт через неудачника, взявшегося за оголённую токонесущую конструкцию рукой. Занулённый корпус уже возможно, а иногда нужно заземлить.

Защита от однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью

С защитного заземления в цепях с изолированной нейтралью начинается книга М.Р. Найфельда из известной Библиотеки электромонтера. Из описания следует, что уравнивание с потенциалом грунта любых токонесущих конструкций становится обязательной мерой защиты. Рабочий персонал в полной безопасности. Как определить, что произошла утечка? Мощное оборудование продолжает функционировать и в описанных условиях.

Режим однофазного замыкания учебником рассматривается лишь как потенциально опасный. Оборудование продолжает работать, а аппаратура контроля изоляции просигнализирует ремонтной группе, вводя в курс грядущих событий. Налицо серьёзные трудности:

1. Потеря электроэнергии на нагрев проводки и почвы. Помимо очевидных неприятностей это грозит порчей полимерной изоляции кабелей и проводов.
2. Создаётся потенциально опасная ситуация. Возможно образование точек, где проявляется шаговое напряжение.
3. Перекос фаз, неизбежно проявляющийся в такой ситуации, становится потенциально невыгодным режимом эксплуатации для поставщика энергии и потребителей. Возможны рост или падение напряжения по другим линиям.

Бригада ЛЭП знает, как себя вести в опасной ситуации, что делать обычным гражданам и даже предприятиям? Чтобы бороться с ситуацией на месте, применяются типы реле:

1. Реле перекоса фазных напряжений работает на описанном принципе. При замыкании на землю нагрузка одной ветви сильно вырастает. Нарушается баланс напряжений по терм фазам. Реле отслеживает этот момент и отключит нагрузку или подаст сигнал тревоги.
2. Реле нулевой последовательности функционируют на основе метода симметричных составляющих. По особым правилам ток раскладывается на сумму векторов. Появление определённых составляющих в уравнениях сигнализирует о наступлении нежелательной ситуации. Напряжение нулевой последовательности сигнализирует о появлении короткого замыкания.

Небезопасным считается перекос фаз для работы оборудования. Требуется отключать холодильники (компрессоры) и кондиционеры при возникновении подобных ситуаций. Защитное заземление максимально простым путём поможет решить сложность идентификации ситуации. Особенно, если цепь контролировать трансформатором тока.

Электрический обогрев пола

Из сказанного следует, что сферы, ранее обеспечиваемые исключительно нефтью, сегодня частично переведены на снабжение электричеством. Речь, прежде всего, идёт об отоплении. Появляется повод задуматься об утеплении дома и безопасности. К примеру, система Тёплый пол занимает всю площадь комнаты. Опасность способна прийти со всех сторон:

• Влага из подвала поднимается за счёт капиллярного эффекта вверх.
• Потоп превратится в катастрофу. Опасно ходить по влажному полу.

Бетон, кирпич проводят электрический ток. Как сделать заземление системы Тёплый пол? Не стоит полагаться на статистику, мол, низкая вероятность поражения человека, но… Допустим, человек вошёл в комнату, где проведена влажная уборка, босиком – чтобы не натоптать. Взялся рукой за смеситель и получил полноценный удар током. Механизм произошедшего:

1. От перегрева или в силу старости электрическая изоляция кабеля растрескалась.
2. Бетонная стяжка стала больше похожа на кракелюр ввиду прошедшего времени.
3. Вода, налитая на пол, проникла к кабелю. Заземляющих предметов не оказалось поблизости, система продолжила работу в обычном режиме: току нет пути.
4. Когда голой ногой некто встал в лужу, а потом взялся рукой за смеситель, замкнул телом цепь. Часть тока пошла через человека, прочая – дальше по цепи обогревать помещение.

В этой ситуации учитывается, что сопротивление резистивного кабеля весьма высокое, через человека пойдёт значительный ток. Скептики заявят – на входе стоит дифференциальный автомат защиты, который немедленно засечёт утечку. Но, как правило, лучше опасной ситуации не допускать, чем гадать, почему пол холодный. Автомат, будучи поставлен согласно указаниям А. Земскова, вероятно, работает обособленно от освещения и розеток. Хозяин не узнает, что пол больше не греется.

Это очевидные доводы, контур заземления предлагается изначально обустроить по-иному. Если не удаётся найти экранированный резистивный кабель, чтобы занулить оплётку, допустимо подобрать металлорукав. Электрики кладут провод Тёплого пола зигзагом. Это не противоречит общим требованиям нормативных актов и однозначно снизит опасность. Допускается заземлять армирующую сетку, проложенную поверх кабеля, вдобавок общие правила рекомендуют арматуру железобетона соединять с грунтом. Естественно заземлённые конструкции допускается использовать в системах защиты.

Монтаж контура заземления

Для проведения работ нами были приобретены следующие материалы:

• Стальной уголок 50х50, толщиной 5мм. – 3шт. по 2м.
• Стальная полоса 40мм., толщиной 5мм. – 4 шт. по 2м.
• Кабель 10мм, коробка, гофра, клипсы и тд.

Стоимость этих материалов составила около 2000 руб. (стоимость на конец 2019г.)

Из инструмента нам потребуется:

• Болгарка
• Лопата
• Кувалда
• Сварочный аппарат
• Тиски

Работы можно разделить на несколько этапов:

• Подготовительные работы.
• Заглубление конструкции.
• Сварка металлоконструкции
• Соединение с распределительным щитом.

В первую очередь было выбрано место размещения контура, мы отступили около 1 метра от тыльной стены дома, в том месте, где не предполагается дальнейших построек или зон отдыха. Вырыли траншею в форме треугольника, глубиной около 40см. длина стороны получилась почти 2 м. и заглубление под отмосток с одного угла, для прокладки шины на стену дома и подключения к кабелю.

Далее с помощью болгарки нарезаем полосы необходимой длины, а концы уголков отрезаем косо, чтобы они легче входили в грунт, чем острее угол, тем лучше.

Заглубление наших «электродов» производили молотом и кувалдой, грунт оказался достаточно плотным и каменистым, после углубления на 1,5 метра верх уголка постоянно гнулся, и его приходилось ровнять, в конце он начал рваться и принял форму, как на фото ниже. Углубить удалось почти полностью, осталось около 20 см. Далее разорванные концы были отрезаны.

Далее приступаем к сварке всей конструкции. Полосу привариваем к уголкам и замыкаем конструкцию, в ближнем углу, где мы оставили траншею под шину, выводим полосу за уголок, чтобы удлинить место сварки. Тут же, из проволоки был изогнут шаблон, полосы-шины к стене дома, чтобы учесть все изгибы, и их расстояния. На основе этого шаблона с помощью тисков согнули полосу, можно было использовать другие подручные средства, но толщина металла достаточно серьезная, и «гнуть на коленке» ее не удобно, да и точность будет так себе. После этого, в месте примыкания к стене, просверлили пару отверстий для крепления к ней.

После проваривания всех швов, выставления отводящей полосы и крепления ее к стене дома, устанавливаем защитную коробку в месте соединения шины с кабелем, используем болтовое соединение с контр шайбой. Кабель прокладываем в гофре для меньшего повреждения УФ лучами и внешними воздействиями.

Проверка и испытание контура заземления

Далее переходим к проверке и испытаниям контура заземления, т.к. распределительный щит и новая проводка у нас в процессе монтажа, используем старую проводку. Специального оборудования для замера сопротивления контура у нас под рукой нет, поэтому воспользуемся «бытовым методом» проверки: 1. Замеряем напряжение в сети фаза — ноль, 2. замеряем напряжение фаза – земля. Как видно на фото, напряжение в режиме фаза-земля немного выше.

Мы рассмотрели на примере процесс монтажа контура заземления в частном доме при помощи подручных материалов, как видите, процесс не очень сложный, поэтому если нет возможности или желания приобретать готовые комплекты заземления, можно прибегнуть к такому способу.