Заземление в частном доме своими руками: схемы, устройство, подключение

Системы с изолированной нейтралью

В ходе передачи и распределения электрического тока на потребителей применяется трехфазная система. Это дает возможность обеспечить симметричность и равномерное распределение нагрузки по току.

Такое устройство создает режим, предусматривающий использование трансформаторной будки и генераторов. Их нейтральные точки не оснащены контуром заземления.

Изолированный тип нейтрали применяется в схеме питания при соединении вторичных обмоток трансформаторных установок по схеме треугольника и при отсутствии питания во время аварийный ситуаций. Такая сеть представляет собой замещающую цепь.

Изолированная нейтраль способствует пробиванию изоляционного покрытия при коротком замыкании и возникновению короткого замыкания на других фазах.

Watch this video on YouTube

Система IT

Система IT с напряжением до 1000 В обеспечивает заземление через высокий уровень сопротивления и оснащена нейтралью источника питания.

Все внешние элементы электроустановки, которые выполнены из материалов, проводящих ток, заземляются. Среди преимуществ можно выделить невысокие показатели утечки тока во время однофазного КЗ электрической сети. Установка с таким механизмом может функционировать долгое время даже при аварийных ситуациях. Между потенциалами отсутствует разность.

Недостаток: защита от тока не срабатывает при замыкании на землю. Во время работы в режиме однофазного КЗ возрастает вероятность поражения током при прикосновении ко второй фазе установки.

Что такое короткое замыкание по-простому?

УЗИП — что это такое, описание и схемы подключения в частном доме

Какого цвета и как обозначаются провода ноля, фазы и земли в электрике?

Как правильно сделать контур заземления в частном доме — расчёт схемы и монтаж

Схема подключения УЗО и автоматов в щитке

Чем отличается УЗО от дифавтомата

Заземление на шасси

Так называют заземление, когда речь идет о металлическом корпусе устройства, который берут за базисную точку электрической цепи. Это может быть кузов автомобиля (см. рисунок 6), стиральной машины и любого другого устройства, которое имеет электропроводящий корпус. Одна из причин использования шасси корпуса и земли в качестве базисных точек – это безопасность. Наши тела почти всегда имеют потенциал такой же, как у земли (или почти такой же). Представьте на мгновение, что вы собираетесь постирать белье. Внутри вашей стиральной машины вся электроника подключена к шасси (заземление на шасси), а шасси подключены к заземляющему контакту сетевой розетки (заземление на землю). Что произойдет, если высокое сетевое напряжение в стиральной машине вдруг попадет за шасси? Ответ показан на рисунке 7.

Рисунок 6. Минусовая клемма аккумулятора подключена к корпусу автомобиля.
Точка подключения определяет базисный узел всей электроники вашего автомобиля

Рисунок 7. Если заземление на землю и заземление шасси соединены вместе, то цепь возврата тока не проходит через человеческое тело, обеспечивая вашу безопасность

Как вы можете видеть, при использовании заземления на землю и заземления на шасси цепь возврата тока гарантированно не проходит через человеческое тело в случае касания корпуса неисправной стиральной машины. Опять же, если мы рассматриваем пути возврата тока, то можно увидеть, что в этом примере заземление на шасси и заземление на землю образуют путь к источнику переменного тока. Такое подключение помогает избежать разности потенциалов вашего тела и корпуса стиральной машины, которая может привести к возникновению электрического тока через ваше тело. Давайте повторим сценарий еще раз. Что произойдет, если по той или иной причине шасси стиральной машины в следствие ошибки проектирования не подключены к земле? На рисунке 8 показаны неприятные последствия этого.

Рисунок 8. Соединение с землей нарушено, вы стали частью цепи возврата тока

В этом сценарии вам уже не повезло, так как из-за того, что соединение с землей нарушено, единственная доступная цепь возврата переменного тока теперь ВЫ. В этом сценарии как только вы коснетесь корпуса стиральной машины, вы получаете удар электрическим током. Что еще хуже – как правило, сила тока недостаточна для срабатывания защитного автомата, и вы можете быть подвергнуты воздействию тока в течение долгого времени. Мудро выбрав базисные узлы, можно использовать цепи возврата тока так, чтобы они защищали вас. Как вы уже поняли, название этих узлов «земля» вносит путаницу в понимание, как работают меры по обеспечению безопасности.

Земля для картошки и морковки

Одна из причин, по которой заземление — такая запутанная тема, может являться тот факт, что этим термином постоянно злоупотребляют. В зависимости от контекста оно может означать слегка разные, но связанные вещи. Это та причина, по которой некоторые инженеры не любят этот термин и используют сленговое слово из подзаголовка выше. Чтобы понять, что такое заземление, давайте вначале познакомимся с цепью возврата тока, а уже тогда затем мы легко разберемся и с заземлением.

Рисунок 1. Каждая рабочая электрическая цепь представляет собой замкнутый контур,
в котором обязательно должен быть обратный путь источнику тока

На рисунке 1 показана очень простая цепь. Как вы можете видеть: ток вытекает из батареи, течет через резистор, через светодиод, а затем втекает обратно в батарею. Чтобы любая электрическая цепь работала, она должна быть замкнутой, в ней обязательно должен быть обратный путь, по которому ток может вернуться к источнику. Вне зависимости от того, насколько сложной становится схема, на печатной плате для нее всегда есть или дорожка (дорожки) или слой, которые выступают в роли пути возврата тока назад к источнику.

Практически во всех электрических схемах эти цепи возврата имеют общее название «земля». Проблема здесь заключается в том, что термин «земля» также используется для указания базисной точки схемы. В большинстве случаев земля и базисная точка совпадают (см. рисунок 2) и все понятно, но бывает и по-другому (см. рисунок 3). Базисная точка нужна потому, что в цепи нет такого напряжения, которое было бы равно нулю абсолютно. Напряжение всегда измеряется относительно того или иного базисного узла схемы. Напряжение, то есть разность потенциалов в ветви цепи возврата тока, не обязательно должно быть равно нулю. На самом деле, с теоретической точки зрения, любой узел в цепи может выступать в качестве базисного. Тем не менее, по тем или иным причинам, о которых мы поговорим позже, одни узлы лучше подходят для этого, чем другие. Мы уверены, вы уже начали догадываться, как все усложняется – один и тот же термин используется для определения двух разных понятий.

Рисунок 2. Базисная точка и цепь возврата тока –

это один и тот же узел, очень естественно и типично

Рисунок 3. Базисная точка и цепь возврата тока не совпадают,
в сложных цепях это может превратиться в сущий кошмар

Сложные схемы могут содержать множество цепей возврата тока, и иногда некоторые из них могут подключаться РАЗНЫМ землям. Что это значит? Вам, наверное, интересно, как это может быть, ведь несколькими абзацами ранее мы говорили, что все цепи возврата тока в конце концов возвращают ток к источнику, и здесь, должно быть, есть какое-то противоречие. Взгляните на рисунок 4 – сейчас мы вместе разберемся в этом.

Рисунок 4. Различные участки схемы имеют разные земли,
но все они в конце концов ведут к источнику тока

На рисунке 4 вы можете видеть, по крайней мере, три различные земли: аналоговая земля (AGND), цифровая земля (DGND) и общая земля (GND) (Хотим сразу оговориться – схема, приведенная выше, собрана в системе проектирования и приведена с целью наглядной демонстрации различных цепей возврата тока. Эта схема в действительности не рабочая).

Обратите внимание — три различные земли служат для возврата тока к источнику, в реальной цепи это допустимо. Тем не менее, зачем мы разделили землю, если в конце концов они все ведут к одному источнику? Быстрый ответ – во время проектирования печатной платы, сгруппировав цепи возврата тока и снабдив каждую группу своей землей, мы можем изолировать помехи от токов одних цепей от других

Например, токи в цепи, подключенной к земле AGND, протекают только через компоненты, подключенные к этой земле. В схемах такой конструкции токи разных цепей взаимодействуют друг с другом только у источника. Используя наши предыдущие определения, мы можем видеть, что все цепи возврата ведут к источнику, просто их расположение было тщательно спроектировано для того, чтобы обеспечить некую помехоустойчивость между тремя цепями.

Земля, шасси и сигнальное заземление — одни и те же яйца, только в профиль

Вооружившись новыми определениями, давайте проанализируем наиболее часто используемые «земли» и тогда мы поймем, что все они работают примерно одинаково, но в зависимости от конкретного применения их называют по-разному.

Немного физики

Электрический ток протекает между точками, которые имеют разный электрический потенциал – в первом приближении, разную величину электрического заряда. Чтобы ток побежал, эти точки нужно соединить проводящей средой – к примеру, медной проволокой. Такая ситуация в электрической розетке: в одном из её гнёзд ±220 В, а в другом — ровным счётом 0 В. Когда эти гнёзда замыкаются через включённый в розетку прибор, между ними начинает течь ток, который, собственно, и вдыхает жизнь в холодильник, фен, утюг, компьютер и т.д.

Земля считается абсолютным нулём – её заряд всегда 0 В. Это ключевой факт. А тело человека проводит ток – иногда не хуже, чем медный кабель.

Замеры сопротивления контура заземления

Что следует знать касательно замеров? Имейте в виду, если вы при монтаже постоянно подливали водичку в приямок, все замеры следует повторить на следующий день, когда грунт просохнет.

Иначе высока вероятность погрешности.

Если вам не удалось добиться нормы, а все штыри израсходованы, попробуйте залить в лунку электропроводящий состав для заземляющих устройств. Специальный порошок растворяете с водой и заливаете по стенкам электродов в скважину.

Сверху засыпаете все грунтом и трамбуете почву. Через сутки состав плотно забьет все щели и увеличит плотность прилегания грунта к заземлителю.

В отдельных случаях удается уменьшить сопротивление почти в два раза от изначального!

Замеры с выдачей протокола делаются в обязательном порядке! При подключении дома к электросетям, у энергетиков сетевой компании начинается масса вопросов.

При каких-то нюансах могут вообще отказать. А если у вас будет чертеж схемы заземления и протокол измерения, многие вопросы отпадут сами собой.

Поэтому, когда говорят, что контур заземления можно выполнить полностью самостоятельно своими руками, немного лукавят. Стороннюю организацию или эл.лабораторию с измерительными приборами все таки придется вызывать.

Раньше основным прибором для замера сопротивления контура заземления был М416 и два штыря к нему.

Сегодня все большую популярность получают цифровые аналоги. Например, такие как ИС-10 или измеритель 2120ER.

Обычным мультиметром это не делается!

При проверке модульно-штыревого заземления один колышек забивается на расстоянии четырехкратном от глубины заземлителя, другой на двухкратном. На обычном контуре (треугольник, квадрат, линия), технология немного другая.

Имейте в виду, все замеры делаются летом, в период максимального просыхания грунта.

А теперь об ошибке, о которой многие даже не догадываются.

Через чур хорошее сопротивление, это такой же “косяк” монтажа, как и завышенное!

Оно должно быть на один порядок выше, чем сопротивление заземления на ТП.

Не нужно делать его с “запасом” и радоваться при этом. В противном случае при подключении по системе TN-C-S, вся “дрянь”, включая токи КЗ на землю, будет стекать в первую очередь не через трансформаторную подстанцию, а через заземление вашего дома!

Ток ведь не дурак, он будет стремиться туда, где сопротивление меньше. Именно поэтому многие, после того как сделают идеальный заземляющий контур, подключают свой частный дом по системе ТТ.

Вы то откуда знаете, все ли в порядке на трансформаторе у энергопередающей компании? И когда они там в последний раз делали проверку своего контура?

Определение понятия

Если сказать кратко и простыми словами, то:

Заземление – это устройство, которое защищает человека от поражения электрическим током, если всё электрооборудование соединено с землей. В аварийной ситуации опасное напряжение «стекает» на землю.

Защита – основное назначение заземления. Оно заключается в подключении дополнительного, третьего заземляющего проводника в проводку, который соединен с таким устройством, как заземлитель. Он, в свою очередь, имеет хороший контакт с землей.

Заземление бывает рабочим и защитным по назначению. Рабочее нужно для нормального функционирования электроустановки, защитное нужно для обеспечения электробезопасности (предотвращения поражения электрическим током).

Обычно заземление (заземлитель) выглядит как три электрических прута вбитых в землю, на одинаковом расстоянии друг от друга, расположенных в углах равностороннего треугольника. Эти пруты соединены между собой металлической полосой. Вы могли видеть такие пруты около домов и сооружений.

Также вы могли заметить, что на стенах многих зданий внутри или снаружи закреплены металлические полосы, иногда выкрашенные желтыми и зелеными чередующимися полосами – это заземляющая шина, она тоже соединена с заземлителем. Заземляющая шина нужна для того, чтобы не тянуть от каждой электроустановки заземляющий провод.

Заземление отдельных бытовых приборов и оборудования

Часто бывает, что владельцы частных домов (особенно дачных), не видят смысла монтировать полноценное заземление. Оправдывать или осуждать мы никого не можем, а значит рассмотреть этот вариант так же стоит. Разберемся, как заземлить водонагреватель в частном доме, не монтируя при этом всей системы защиты.

Знак заземления ГОСТ-21130

Сделать это довольно просто, используя естественный заземлитель. От  него нужно проложить кабель непосредственно к прибору или к розетке, от которой устройство питается. Часто, таким образом, производится заземление газового котла в частном доме, но можно так защитить и любой другой бытовой прибор.

Встречаются «электромонтеры», которые на вопрос, как заземлить розетку в частном доме, советуют бросить перемычку от нулевого контакта на заземляющий. Прислушиваться к подобным советам явно не стоит – это чревато проблемами. О подобных ошибках мы обязательно сегодня поговорим. А сейчас стоит подробнее остановиться на том, как проверить готовый контур заземления, соответствует ли он необходимым требованиям.

Швы соединения на шинах должны быть качественно проварены

Расчет заземления, формулы и примеры

Даже если процесс сборки покажется несложным, трудности могут возникнуть при расчетах. Главное требование – чтобы проводники выдерживали скачок напряжения, а электроды обладали достаточными параметрами, чтобы беспрепятственно «передать» тог грунту. Хорошо, когда есть сосед, который уже делал подобные работы и имел возможность проверить эффективность системы в деле. В противном случае придется все делать самому.

Сопротивление грунта

Для каждого стержня используется следующая формула:

Здесь:

• ρ экв — эквивалент удельному сопротивлению однородных грунтов (определяется по таблице для конкретных типов почв);
• L — длина электрода (м);
• d — диаметр прута (м);
• T — расстояние от середины штыря до поверхности (м).

Размеры и расстояния для заземляющих электродов

Для этого необходимо знать допустимое общие сопротивления контуров (для сети 127-220 В – 60 Ом, для 380 В – 15 Ом). Величина климатического коэффициента берется из таблицы ниже.

Теперь необходимо взять сопротивление грунта, которое рассчитывается по формуле из предыдущего раздела статьи. Его умножают на климатический коэффициент. Полученную величину делят на общее сопротивление контура (смотрите выше). Результат и будет количеством электродов. При необходимости округляют в большую сторону.

https://youtube.com/watch?v=UU4RLuuVd4E

Основные функциональные узлы системы заземления

Полноценная система заземления состоит из:

1. Контура заземления.
2. Полосового металла.
3. Медных заземляющих проводников.

Рассмотрим более детально каждый из элементов и его функциональное предназначение.

Контур заземления

Контур заземления — это группа соединенных между собой проводников или электродов (в большинстве случаев нержавеющая или обычная сталь) которые располагаются вертикально в земле и располагаются вблизи защищаемого объекта.

В зависимости от характеристик защищаемого объекта, для устройства контура заземления применяют уголки 50х50х5 мм (заземление для газового котла в частном доме), либо круглую сталь (ᴓ16–18) которые вбивают в землю на глубину 3 м. После чего данные электроды сваривают между собой с помощью полосы (4х40 мм) и выводят вышеуказанную полосу к месту подключения общей системы заземления дома.

Схема контура заземления для частного дома или дачи

На сегодняшний день существует 2 основных типа контура заземления:

1. Замкнутый в виде равностороннего треугольника.
2. Линейный.

Поскольку линейный контур заземления имеет существенный недостаток — при сильной коррозии соединителя между электродами часть контура будет попросту не способна отводить потенциал от электрооборудования и тем самым основное функциональное предназначение контура не будет выполнятся. По этой причине монтаж данного контура не будет рассмотрен в данной статье.

Конструктивно контур заземления своими руками выполняется в виде равностороннего треугольника с длинной стороны 3 м. Оптимальное расстояние от контура заземления до фундамента составляет 1 м.

Как было сказано ранее, вершинами данного треугольника служит либо уголок 50х50х5, либо круглая арматура с сечением 16–18 мм (далее «электроды»). Электроды перед забиванием в землю с помощью кувалды либо какого-либо другого инструмента, предварительно необходимо заострить, поскольку в противном случае Вы не сможете забить его на глубину в 3 м.

После забивания на необходимую глубину электродов, по контуру полученного треугольника необходимо снять слой грунта в 30–50 см. Это необходимо для того, чтоб в дальнейшем упростить сваривание электродов между собой. Сваривание заземлителей между собой выполняется с помощью обычной полосы 40х4 мм.

После сваривание электродов, на фундамент здания в одном или нескольких местах выводится полоса 40х4 с приваренным болтом М12 или М14 с гайками и шайбами к которой затем производится подключение заземляющего проводника (в большинстве случаев желто-зеленого цвета) который является одной жилой вводного кабеля ВВГнг (ПВСнг) 3х6, ВВГнг (ПВСнг) 3х10.

Если же в доме предусмотрена 3-х фазная система запитки, то вводной кабель может быть (ПВСнг) 5х6, ВВГнг (ПВСнг) 5х10, в котором 3 жили — это фазы «А», «B», «С», нулевая жила синего цвета «N» и заземляющий проводник «G» желто-зеленого цвета.

Хитрости при монтаже контура заземления

При вводе объекта в эксплуатацию, очень часто возникают случаи, когда при проверке полученного контура заземления специализированной электротехнической лабораторией значение сопротивления выше 4 Ом. Это может быть вызвано высоким сопротивлением грунта или несоблюдением требований запроектированного заземления.

В таком случае можно развести в ведре воды 2–3 пачки соли и залить полученный раствор в места залегания электродов. Благодаря такой простой манипуляции можно уменьшить значение сопротивления контура заземления до 1–3 Ом.

После ознакомления с теорией рассмотрим практический ответ на вопрос: «как сделать заземление в частном доме своими руками»?

Объясните назначение и принцип действия защитного заземления( со схемами)

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по назначению к потенциалу заземленного оборудования.

Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В с любым режимом нейтрали.

Рис.1 Принципиальные схемы защитного заземления:

а – в сети с изолированной нейтралью до 1000В и выше

б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000В

1 – заземленное оборудование;

2 – заземлитель защитного заземления

3 – заземлитель рабочего заземления

r_в и r_о – сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений

I_в – ток замыкания на землю

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

Данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000В, где потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения. Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно.

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводу, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей. При этом в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражения током, а также в наружных установках заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42В переменного и выше 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380В и выше переменного и 440В и выше постоянного тока. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от назначения установки.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы для иных целей.

Для искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 3…5см и стальные уголки размером от 40*60 до 60*60мм и длиной 2,5…,м.

В качестве естественных заземлителей можно использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии. Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для целей заземления дает большую экономую. Недостатками естественных заземлителей является доступность их неэлектротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей.