Заземление в частном доме своими руками

Как правило не требуется объяснять зачем нужен контур заземления и насколько он важен. Однако прежде чем начать монтаж заземления, рассмотрим его основные параметры, нормы для него, общее устройство, основы расчёта, условия изготовления.

Помимо специфических, любой контур заземления или заземляющее устройство состоит из серии вертикальных заземлителей, заглублённых тем самым, чтоб верхняя часть была в земле на 70 см. Они соединяются между собой горизонтальным заземлителем, продолжение которого служит для подключения. Т.е. к нему подключается заземляющий проводник, который идёт на шину заземления. Конструкция несложная, однако есть особенности. Почему не обходиться всего одним вертикальным заземлителем? Ведь это проще, тоже присутствует контакт с землёй. Оказывается, у любого контура есть важный параметр – сопротивление растеканию. Что это означает?

Содержание статьи

• 1 Заглянем в теорию
• 2 Напряжение прикосновения и напряжение шага
• 3 Удельное сопротивление грунта
• 4 Материалы и размеры контура
• 5 Расчёт контура заземления
• 6 Как изготовить устройство заземления
  • 6.1 Похожие статьи

Заглянем в теорию

Рассмотрим пример – схема заземления с одиночным вертикальным заземлителем, забитым в землю. С ним соединён металлический корпус электроприбора, где произошло короткое замыкание – фаза соединилась с корпусом. Вместе с тем исходные условия: замыкание «металл – на металл», не имея учёта сторонних факторов, по этой причине сопротивлением в точке контакта можно пренебречь. Сопротивление заземляющего проводника от прибора до земли тоже не учитываем, поскольку оно незначительное, в случае, если применяется достаточно большое сечение.

Далее если соблюдать условие, что грунт вокруг заземлителя считаем однородным во всех направлениях, то и ток будет уходить в землю одинаково в этих же направлениях. Вместе с тем наибольшая плотность тока будет у самого заземлителя. Чем дальше от заземлителя, тем больше уменьшается его плотность. В итоге получается, что на пути тока сопротивление его движению с увеличением расстояния от заземлителя всё более уменьшается, потому что он проходит через постоянно увеличивающееся «сечение» проводника – земли. И напряжение, которое снижается на пути чего тока по закону Ома: самое большое на самом заземлителе, а при удалении плавно убывает. А на каком-то расстоянии от заземлителя напряжение станет пренебрежимо мало – приблизится к 0. Точка с таким напряжением – точка нулевого потенциала. По сути эта точка нулевого потенциала и есть та самая земля, с которой связан корпус электроприбора.

Сопротивление заземляющего устройства, это не электрическое сопротивление его металла – оно низкое, это не сопротивление между металлом штыря и землёй – при соблюдении определённых условий оно тоже небольшое. Это сопротивление земли между штырём и точкой нулевого потенциала.

Всё это отображается формулой Rз : Uф / Iкз. Т.е. – сопротивление заземляющего устройства будет равно фазовому напряжению, пришедшему на корпус, поделённому на ток короткого замыкания. На этой формуле всё и завязано.

Однако параметров сопротивления одиночного заземлителя скорее всего будет недостаточно, чтоб организовать контур заземления, соответствующий требованиям ПУЭ. Как всё привести в соответствие? Площадь заземляющего электрода имеет решающее значение, по этой причине самое очевидное решение – необходимо забить рядом ещё один электрод. Однако в случае, если забить их в непосредственной близости, то ток растекается, как и прежде, ничего не меняется. Для того чтоб поменять конфигурацию растекания необходимо разнести заземляющие электроды подальше друг от друга. В данном случае получается разделение тока между ними – он стекает с каждого из них.

Тем не менее существует зона, где они пересекаются. Получается, что это не простое параллельное соединение двух сопротивлений, за исключением примеров, в случае, если заземлители довольно далеко друг от друга. Однако это довольно непрактично, для реального устройства заземления потребуются огромные площади. По этой причине при расчётах удаления заземляющих электродов применяют поправочные коэффициенты, которые учитывают их взаимное влияние – коэффициент экранирования.

Чтобы ещё уменьшить сопротивление контура заземления, необходимо увеличить глубину погружения электрода, т.е. увеличить его длину. Ведь чем длиннее заземлитель, тем больше площадь, способствующая растеканию тока. Такой эффект широко применяется при изготовлении омеднённых штырей для комплектов заземления. Они забиваются в землю друг за другом соединяясь резьбовыми муфтами в единый электрод. Вместе с тем достигается нужная для параметров заземления глубина.

Соединяя электроды заземления горизонтальной связью, ещё снижается общее сопротивление заземляющего устройства. Влияние связи тоже учитывается, также принимаются во внимание, что её экранируют вертикальные электроды.

Получается система из нескольких элементов, зависящих друг от друга:

• Расстояние между вертикальными заземлителями.
• Их количество.
• Важно, на какую глубину они забиты.
• Форма – прут, труба, уголок. Это разная площадь прилегания к земле.
• Форма и длина горизонтальной связи.

Т.е. факторов достаточно много и по одной формуле всё рассчитывать некорректно. Остальные характеристики для расчёта берутся из следующих понятий и величин.

Напряжение прикосновения и напряжение шага

В случае, если человек касается корпуса рассматриваемого в примере электроприбора, он имеет большее сопротивление, чем часть земли, на которой он стоит, и ток по нему идёт незначительной. Однако он стоит на земле в зоне растекания тока короткого замыкания. А это значит, что присутствует какое-то напряжение между контактирующими частями тела. Не всегда это руки и ноги, однако и рассмотрения чего частного случая достаточно для понимания процесса. Напряжение, действующее на человека через эти точки – напряжение прикосновения.

Для него существуют определённые нормы. Его стремятся уменьшить на сколько возможно, по этой причине расчётным путём достигаются допустимые характеристики для заземляющего устройства.

Для простоты возьмём только один заземлитель, рассмотрим, что происходит непосредственно на земле. Чем больше удаление от заземляющего электрода, тем меньше напряжение, потенциал относительно удалённой точки, где он равен 0. Непосредственно у самого заземляющего электрода он максимально возможный. В случае, если абстрактно соединить точки с одинаковым потенциалом, образуются так называемые эквипотенциальные линии – окружности. Очевидно, что приближаясь к заземлителю, который проводит ток короткого замыкания, на каком-то удалении человек между ступнями получает какое-то напряжение – разность потенциалов от положения ступней. Это напряжение шага.

Конечно, в электроустановках где стремятся ток замыкания на землю как можно скорее отключить это напряжение не является слишком опасным, даже в случае, если оно будет существовать какие-то секунды, человек возможно и получит какие-то неприятные ощущения, однако только и всего.

В иных электроустановках, где ток замыкания на землю может существовать очень долго, на это тоже обращают особое внимание. Надо сказать, шаговое напряжение – термин, который активно применяют в электробезопасности в части приближения к токоведущим частям, замыкающимся с землёй в открытых и закрытых распределительных устройствах. И существует допустимое расстояние приближения к этим устройствам – 4 м для закрытых и 8 для открытых. Они связаны с тем, как ток замыкания на землю растекается по земле.

Напряжения прикосновения и шага стремятся сделать минимальными, чтобы не пострадал человек. Для чего и получены, опубликованы в ПУЭ нормы – для практического применения.

А в случае, если от подстанции отходит воздушная линия, то через определённые расстояния для обеспечения тока короткого замыкания, достаточного для срабатывания защиты, на балках устраиваются повторные заземляющие устройства.

На вводе в бытовые здания: дома, коттеджи, также устраивается контур заземления, который тоже является повторным. Как только его подключили померять его индивидуальные характеристики невозможно – он становится составной частью всей системы.

Конечно частника интересует только его «собственный» контур, точнее, как сделать заземление в доме. Чтоб оно было эффективным, а силы и средства небыли потрачены впустую. значение сопротивления повторного заземляющего устройства для частного дома тоже, как и для всех других. Это 15, 30, 60 ом соответственно напряжениям 660, 380, 220 В. источника трёхфазного тока или 380, 220, 127 В. источника однофазного тока. И неважно, что частенько это бывает однофазное напряжение 220в – 30 Ом, в случае, если контур не подключен, 10 Ом у подключенного в сеть устройства заземления.

Тем не менее может выясниться, что при некоторых условиях экономическая составляющая расчётного заземления зашкаливает разумные пределы. К примеру, удельное сопротивление грунта настолько велико, что даже многократное увеличение числа заземляющих электродов не приносит желаемый итог. По этой причине при удельном сопротивлении грунта более 100 Ом на метр, норму для устройства заземления можно превышать, однако не более чем в 10 раз.

Удельное сопротивление грунта

Любой проводник электрического тока имеет удельное сопротивление. Какой-то проводник лучше, какой-то хуже проводит ток. К примеру, медь, алюминий или вообще нихром. Подобно можно классифицировать и грунты. Удельное сопротивление грунта – это его способность проводить электрический ток. Самый плохой проводник – камень, в сухом виде, при отсутствии солей это на практике диэлектрик. Самый лучший проводник – довольно влажный грунт. Остальные имеют промежуточные значения.

Казалось бы, у чернозёма отличные показатели, однако он залегает лишь на поверхности земли. Чтоб миновать сезонно замерзающие грунты приходится иметь дело с грунтами ниже глубины промерзания. Какие расчётные характеристики брать для заземляющего устройства в конкретном месте, можно определить только разведочным шурфом или наблюдением, при земляных работах.

В случае, если грунт чистый песок или глина, берём их значения, однако смешанный грунт необходимо классифицировать. К примеру, возьмём немного глины в ладони, пытаемся раскатать в жгут. В случае, если это удаётся и получается тонкий жгутик, это чистая глина. В случае, если он рвется на сантиметровые отрезки – это суглинок. В случае, если тонкий жгут не раскатывается и рвётся – супесь, совсем не раскатывается – песок. Из всех пород шурфа в расчет берётся вид с самым худшим удельным сопротивлением. Ещё померять удельное сопротивление грунта можно специальным прибором, олько мало кто имеет такую возможность.

На проводимость грунтов значительно влияет количество влаги в земле. Чем её больше, тем электрические параметры лучше. По этой причине удельное сопротивление грунта зависит от климатических и сезонных изменений. Поэтому измерения сопротивления заземляющего устройства рекомендуется проводить в самое засушливое или морозное время. Тем не менее, чтобы проводить расчёты в любое время года, ввели сезонные коэффициенты. Они учитывают климатические условия местности, где планируется установка заземления. Уже с поправкой, удельное сопротивление грунта принимается в расчёт.

Материалы и размеры контура

Из любого материала, даже не «бросового», а специально приобретённого контур заземления тоже не получится сделать. ПУЭ регламентирует и такой пункт, потому что:

• Эти материалы быть должны погружены в землю не имея деформаций и повреждений. Способ – для чего – забивание либо задавливание.
• У материалов должна быть хорошая сохранность – срок службы устройства исчисляется десятилетиями, они должны выдерживать условия эксплуатации.

Для чего обозначены минимальные допустимые значения сечений и размеров материалов для изготовления вертикальных и горизонтальных элементов заземлителей.

Для вертикальных заземлителей применяется: труба, прут, уголок – это стержень заземления. Для горизонтальных заземлителей применяется стальная полоса, круглый прут либо профиль.

Красить контур заземления ненужно, за исключением сварочных швов, наружных элементов.

Расчёт контура заземления

Традиционно электроды заземления расположены в линию, однако существуют и другие варианты: треугольник, квадрат и пр. А контуром устройство заземления иногда называют потому, что их располагали по периметру здания, опоясывали связью с несколькими вводами на внутренний контур – стальную полосу уже внутри здания. По этой причине контур – историческое название.

Однако совсем необязательно окружать дом полностью, достаточно выбрать направление при линейном размещении электродов или определить площадь для какого-либо «кустового» варианта, где нет помех, не планируются земляные работы. Важно удобное расположение, чтоб избежать сложностей при вводе в распределительный щит.

Для расчётов используется многоуровневая схема, просто параметров материалов и значений сопротивлений для конечного итога недостаточно. Некоторые из них элементарно зависят от конкретной ситуации. К примеру, от разнообразия материалов. Из этого делать? Из того что в наличии, чтобы меньше докупать. В случае, если сразу ориентироваться «через магазин» – то исходить из условий цена-качество. Главное, чтобы материал и характеристики для каждого элемента заземляющего устройства соответствовали приведённым в таблице значениям. В случае, если заземляющее устройство собирается не из комплекта-конструктора, а из более доступных материалов, то далее необходимо задаться:

• Глубиной погружения электродов заземления. Их длина должна иметь разумные пределы. Не меньше глубины промерзания грунта, однако и соразмерно подручным средствам для забивания.
• Расстоянием между ними. Оно должно быть кратным их длине, чтоб иметь возможность применить к расчётам коэффициенты взаимного влияния – экранирования.
• Количеством электродов. Хотя в расчёт необходимо заложить не только количество, однако и длину полосы, которая их соединяет, ввод в дом.

Т.е. по сути контур полностью формируется, а после рассчитывается его сопротивление. В случае, если оно соответствует нормам, то принимаем эти характеристики для изготовления устройства. В случае, если нет меняем некоторые, для улучшения характеристик.

Имея такие исходные данные, в первую очередь считаем сопротивление одиночных электродов заземления.

При всей своей сложности, формулы для разных типов заземлителей тоже разные: свои для круглого сечения, уголка и полосы. Также для расчёта придется выбрать коэффициенты взаимного влияния электродов, соответствующие исходным данным. После чего подставляем значения в общую формулу:

• Где Rг – расчётное сопротивление горизонтального заземлителя.
• Rв – расчётное сопротивление вертикального заземлителя.
• Nв – количество вертикальных заземлителей.
• nг – коэффициент экранирования горизонтальных заземлителей.
• nв – коэффициент экранирования вертикальных заземлителей.

Считаем сопротивление заземляющего устройства. В случае, если итог не устраивает, можно что-то изменить в исходных данных. К примеру, добавить или наоборот убрать лишние электроды заземления. Однако, как только меняется их количество или длина, автоматически меняется либо длина горизонтальной связи, либо коэффициент взаимного влияния, или всё вместе. Дополнительно может измениться расстояние между электродами, для соблюдения кратности длине. По этой причине весь расчёт начинается с начала. Как видно процесс сравнительно непростой.

Тем не менее можно воспользоваться онлайн калькуляторами. А для убеждения в правильности расчёта сравнить показатели нескольких. Тем более, что уже имеется представление: что, как и зачем, а это уже преимущество. После расчётов можно переходить непосредственно к монтажу.

Как изготовить устройство заземления

Теоретических знаний как сделать контур заземления вполне достаточно, чтоб изготовить его своими руками. Объединим всё в короткую последовательность:

• Делаем разметку на местности.
• По ней копаем траншею глубиной 0.7 м, для удобства расширяем места для электродов.
• Забиваем электроды. В случае, если это уголок, можно прихватить к нему тот же обрезок, чтоб получить квадратное сечение – по нему удобней бить. Так же штыри любого сечения хорошо заколачивать электрическим отбойным молотком.
• Прокладываем к ним соединительную полосу, подводим её к дому или даже заводим внутрь.
• Обвариваем соединения максимально качественно, со всех сторон. При необходимости стыки производим не в торец, а внахлёст.

Далее, чтобы выполнить подключение заземления в частном доме своими руками полосу или прут подведённый к дому необходимо подключить к PE или к PEN-шине в распределительном щитке. Для чего нужен проводник, так же соответствующий требованиям ПУЭ. Он быть может медным – 10 мм², алюминиевым -16 мм², стальным – 75 мм² – это минимально допустимые сечения. Тем не менее подводить стальную полосу – хоть и экономно, однако довольно неудобно. Какой провод подойдёт?

Конечно медь – наилучший вариант по удобству подключения. В случае, если соединение находится снаружи дома, для надёжности применяется обжимная клемма, оно выполняется в корпусе для защиты от атмосферных осадков либо в герметичной распределительной коробке.

Перед вводом в эксплуатацию устройства заземления для нового дома, обязательно проводятся замеры, чего просто не избежать. Тем не менее не рассматривайте это как «повинность», ведь всё и затевалось для собственной безопасности. По этой причине для прочих, давно эксплуатируемых домов, сразу после устройства контура заземления рекомендуется пригласить специалистов, чтобы провести замеры и убедится в его работоспособности. Для измерения сопротивления растеканию «конкретно Вашего» устройства заземления подготовьтесь, однако временно не делайте подключение в щит, при замерах оно должно быть не более 30 Ом. После подключения – не более 10 Ом.

Тем не менее, никто не застрахован от ошибок и форс-мажорных обстоятельств, контрольные замеры могут выявить значения сопротивления, превышающие норму. Для устранения таких недостатков «малой кровью», придётся добить дополнительный электрод.

Тем самым рассчитывается, монтируется и подключается правильное заземление частного дома. Как видно – всё можно сделать своими руками. Надо сказать, нигде нет ограничений, что право на изготовление контура имеют только лицензированные организации, однако воспользоваться их услугами для проверки – нужно.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ ДОМА СВОИМИ РУКАМИ