Як зробити контур захисного заземлення у приватному будинку самостійно

Правильно зроблений контур заземлення в приватному будинку убереже вас від ураження електричним струмом під час проби ізоляції на корпус приладу.

При пробої ізоляції дроту живлення на металевому корпусі незаземленого приладу з'являється потенціал. Якщо торкнутися такого пристрою, можна отримати удар струмом. У найкращому разі вас трохи «пощипає», а в гіршому – отримайте серйозні травми, несумісні із життям.

Чому ж людина потрапляє під напругу? Струм іде шляхом найменшого опору.А прагне він у землю, оскільки вона має велику електроємність. Тому при контакті з несправним приладом ваше тіло (що має опір порядку 1 ком) стає єдиним провідником. Але що, якщо «запропонувати» струму легший шлях, з'єднавши корпус обладнання із землею металевим провідником меншого опору? У цьому випадку більшість заряду піде вже по ньому.

Крім забезпечення безпеки, заземлення дозволяє:

• стабілізувати роботу електроустановок;
• захистити пристрої від стрибків напруги;
• зменшити мережеві перешкоди, а також інтенсивність електромагнітних випромінювань підвищеної частоти.

Важливо: Заземляти потрібно всіх споживачів, що працюють від мереж напругою понад 42 В змінного та 110 В постійного струму.

Пристрій

Контур заземлення і двох елементів: самого заземлювача і провідників. Останніми називають будь-які частини пристрою, які з'єднують електрообладнання з контуром. Як правило, це кабеля з жовто-зеленою ізоляцією та шина, розташована у розподільному щиті (РЩ). До заземлювача відносяться електроди та інші елементи ланцюга, що безпосередньо контактують з ґрунтом і забезпечують розтікання електричного заряду.

Заземлювачі бувають природними та штучними. У першому випадку роль заземлювального устрою виконують заглиблені частини будівельних конструкцій будівель, а в другому спеціально зроблений провідник. Відповідно до Правил пристрою електроустановок (ПУЕ), перевагу потрібно віддавати природним заземлювачам. Наприклад, у приватному будинку це може бути:

• обсадна труба свердловини;
• металеві трубопроводи;
• броня силових кабелів;
• всілякі металеві конструкції надворі, наприклад, паркан;
• заглиблені залізобетонні частини будівлі (колони та фундаменти).

Якщо опір природних заземлювачів менший за встановлені норми, то можна застосовувати штучні. Саме про них сьогодні й йтиметься.

Як правильно розрахувати

Насамперед слід визначити провідність заземлювача. Тобто треба вибрати електрод так, щоб опір контуру був у межах норми. Відповідно до положень ПУЕ, максимальні значення опору розтіканню заземлювачів такі:

• 2 Ом – для лінійної напруги 660/380 джерела трифазного/однофазного струму;
• 4 Ом – для 380/220;
• 8 Ом - для 220/127 Ст.

Провідність захисної конструкції залежить від площі її контакту із землею, а також питомого опору ґрунту. Чим більші розміри штирів (електродів), тим більша площа їх поверхні і, отже, вище провідність та ефективність контуру. При цьому для досягнення хороших характеристик заземлювального пристрою правильніше збільшувати довжину електродів, а не поперечний переріз. Це дуже актуально при створенні контуру в твердих ґрунтах, таких як пісковик, скелястий ґрунт та інші.

Так, для визначення провідності одного електрода круглого перерізу використовується така формула:

R1 = ρ(ln(2L/d) + 0,5ln(4T+L)/(4T-L))/2ПL,

де d і L – діаметр і довжина електрода, T – половина глибини закладання штиря, ln – натуральний логарифм, П – постійна (3,14), ρ – питомий опір ґрунту (Ом×м).

Питомий опір ґрунту також є важливим параметром. Чим він більший, тим гіршою буде провідність контуру заземлення. Величину питомого опору для певного типу ґрунту можна дізнатися у загальнодоступних таблицях.

Чим нижчий питомий опір ґрунту, тим краще буде контур

Це цікаво: З настанням холодів опір землі різко зростає. Причиною тому стає замерзла вода, адже лід є діелектриком. Тому в областях з вічномерзлими ґрунтами глибина закладення заземлювачів має бути більшою, ніж у широтах з теплішим кліматом.

При монтажі контуру заземлення, що складається з кількох електродів, розрахунок трохи змінюється. Спочатку визначається опір кожного окремого штиря за вказаною вище формулою. Згодом отримані показники підсумовуються з урахуванням так званого «коефіцієнта використання». Розрахункова формула тут така:

R = R1/(KN), де R – загальний опір контуру, N – кількість електродів, К – коефіцієнт використання, R1 – опір одного штиря.

Розмір К залежить від відстані між електродами. Причому що далі друг від друга розташовані штирі, то більше вписуватиметься цей коефіцієнт. Електрики ж рекомендують розташовувати електроди на відстані 2,2 від їхньої довжини.У цьому випадку К може набувати таких значень:

• при використанні двох електродів – 0,9–0,92;
• трьох - 0,85-0,88;
• п'яти - 0,79-0,83.

Для визначення глибини закладання стрижнів потрібно скористатися формулою:

N = R1/KR, де R - отриманий раніше проектний опір контуру, R1 - опір одного штиря, К - коефіцієнт використання.

Що стосується горизонтальних частин, що з'єднують штирі в один контур заземлення, їх провідність тут не розрахована

Вибір схеми контуру для приватного будинку

Контур заземлення, виконаний за схемою «трикутник», є найнадійнішим.

Існує багато схем контурів заземлення та найпопулярніша з них – це розташування електродів трикутником (замкнута схема). Штирі вбивають у землю у трьох вершинах рівносторонньої фігури та поверху з'єднують між собою горизонтальною смугою. Головна перевага такої схеми полягає в тому, що при несправності одного із заземлювачів контур продовжуватиме функціонувати.

Штир можна вбити і в один ряд (лінійна схема). Цей варіант використовується в тому випадку, якщо для монтажу заземлення виділено одну вузьку смугу землі. Коли з'єднуються між собою однією або двома металевими шинами. З одного боку, монтаж цієї схеми виконати набагато простіше, тому що не потрібно рити три траншеї. Однак така варіація контуру є менш надійною. Справа в тому, що при виході з ладу хоча б однієї горизонтальної перемички ефективність роботи системи різко погіршується.

Вибір залишається за вами, але з двох вищезгаданих схем краще віддати перевагу замкненій конфігурації контуру заземлення. Якщо ж ви вирішите робити заземлення за лінійною схемою, додайте кілька електродів і горизонтальних смуг. Це підвищить надійність контуру.

Матеріали та інструменти для самостійного виготовлення

Як електроди використовуйте стержні з матеріалів з високою електричною провідністю

Виконавши розрахунок та обравши схему контуру заземлення, можна перейти до покупки матеріалів. Для створення констуркції своїми руками знадобляться:

• прути з чорної сталі діаметром 16 мм або більше – вертикальні електроди;
• сталева смуга (шина) перетином 5×40 мм – горизонтальний заземлювач;
• мідний провід із перетином мінімум 10 квадратних міліметрів – з'єднання контуру з розподільним щитом;
• болти діаметром 10 мм;
• чорна фарба для зовнішніх робіт чи мастика.

Важливо: Будівельна арматура не підходить для використання як стрижні заземлення. Справа в тому, що зовнішній шар таких лозин розжарений, тому електричний струм розподіляється по перерізу нерівномірно. А це, своєю чергою, призводить до руйнування металу. Крім того, арматура схильна до корозії.

Кількість та розміри матеріалів вибираються відповідно до розрахункових даних.

Крім цього, нам знадобляться наступні інструменти та обладнання:

• лопата (розробка ґрунту);
• зварювальний апарат (з'єднання елементів контуру);
• болгарка (обрізання матеріалів);
• плоскогубці (загин горизонтальної смуги);
• кувалда та перфоратор бажано зі спеціальною насадкою під прути (забивання вертикальних електродів).

Хід роботи (з фото)

Вибір місця та розробка ґрунту

Ройте траншеї під контур поблизу будинку. Так, вам не доведеться рити довгу траншею до будівлі

Насамперед треба вибрати місце, де розташовуватиметься контур заземлення. Щоб максимально скоротити обсяг робіт і витрати матеріалів, монтаж заземлювального пристрою слід виконувати поряд з будинком будівлі.

Після вибору місця виконуються земляні роботи. Беремо лопату і копаємо траншеї. У разі їх буде три, тобто робимо контур за схемою «рівносторонній трикутник». Глибина і ширина траншеї мають бути більш як півметра, а довжина – відповідати розрахунку. Також необхідно прокопати виїмку від найближчої вершини трикутника до силового щита.

Складання контуру заземлення

Якщо грунт неоднорідний, то для забивання штирів використовуйте перфоратор

1. Спочатку готуємо вертикальні заземлювачі. Нарізаємо їх за допомогою болгарки відповідно до розрахункових даних. Потім кінці штирів сточуємо під конус. Робиться це у тому, щоб електрод легше входив у землю.
2. Потім нарізаємо сталеву смугу. Довжина кожного відрізка має бути трохи більшою за сторону трикутника (приблизно на 20–30 сантиметрів). Кінці смуг бажано заздалегідь обігнути плоскогубцями для щільного контакту зі штирями під час зварювальних робіт.
3. Беремо підготовлені штирі та забиваємо їх у вершинах трикутника. Якщо земля піщана та електроди легко заходять, то можна обійтися кувалдою. Але якщо щільність ґрунту велика або часто трапляються камені, то доведеться використовувати потужний перфоратор або навіть бурити свердловини. Стрижні забиваємо так, щоб вони виступали над основою траншеї приблизно на 20-30 сантиметрів.
4. Далі беремо металеву смугу 40×5 міліметрів та прихоплюємо її зварюванням до штирів. У результаті у вас вийде контур як рівностороннього трикутника.
5. Тепер робимо підведення контуру до будівлі. Для цього також використовуємо смугу. Її потрібно вивести та зафіксувати біля стіни (по можливості поблизу розподільного щита).

Добре приваріть болт до шини, тому що від якості контакту залежить опір контуру заземлення

Захистіть зварювальні шви від корозії. Пофарбуйте місця з'єднання елементів контуру та виведення шини біля будівлі чорною фарбою для зовнішніх робіт. Інші частини заземлювального пристрою зафарбовувати не можна!

Всі зварні з'єднання повинні бути пофарбовані, так як ці місця найбільше схильні до руйнування

Після монтажу контуру захисного заземлення будинку засипаємо траншеї однорідним ґрунтом без будівельного сміття та щебеню. Рекомендується для цих цілей застосовувати щільні однорідні дрібнозернисті склади.

Відео-інструкція з монтажу контуру заземлення

З'єднання зі щитом

Щоб підключити контур до електрощита, потрібно використовувати мідний дріт перетином 10 квадратних міліметрів. Один його кінець прикрутіть до виведення заземлювача, а інший заведіть у будівлю та прикрутіть до силового щита. До речі, якщо РЩ розташований у будинку, то для закладу заземлення можна використовувати ту саму смугу, а болтовий перехід виконати вже всередині приміщення.

У приватному будинку контур заземлення підключається за схемою TN-C-S або TT

Тут також варто звернути увагу на схему підключення контуру до щитка. У приватних будинках електроживлення найчастіше здійснюється повітряними лініями (ПЛ) за системою заземлення TN-C. У цій схемі нейтраль від джерела та захисний провідник об'єднані. Тобто до щитка підходить фазний провід (L) і суміщений "нуль" та "земля" (PEN-провідник). Тому, при підключенні контуру до електроустановки систему TN-C потрібно переробити на TN-C-S, у якій PEN провідник поділений на нульовий робочий (N) та нульовий захисний (PE) провідники. У цьому випадку до споживача приходитимуть вже три дроти: «фаза», окремо «нуль» та «земля».

Але як підключити будинок до заземлюючого пристрою за системою TN-C-S? Робиться це досить просто. Щоб отримати трижильну електропроводку з окремим захисним провідником потрібно в РЩ виконати такі дії:

1. Встановіть у щитку металеву шину (її можна придбати у будь-якому магазині електротоварів). Потім з'єднайте її мідним дротом із корпусом РЩ. Це буде заземлююча шина РЕ.
2. Підключаємо до шини РЕ суміщений РЕN провідник, що йде від джерела живлення.
3. Потім робимо перемичку між заземлюючою шиною та нульовим робочим провідником N, шина якого має бути ізольована від розподільного щита.
4. Наприкінці підключаємо фазний провід на окрему шину, яка також не пов'язана з корпусом РЩ.

Підключити будівлю до контуру можна іншим способом – за системою ТТ. В цьому випадку не потрібно нічого поділяти. Фазний провід підключається до ізольованої шини, а сумісний PEN провідник від джерела живлення сідає на другу окрему шину і вважається "нулем". Ну а корпус щита з'єднується із заземлюючим пристроєм. Таким чином, при підключенні контуру за схемою ТТ він електрично не зв'язується з PEN провідником. Єдиним недоліком такого підключення є необхідність встановлення додаткових захисних пристроїв, наприклад, ПЗВ.

Вимірювання опору заземлення

Вимірювання опору розтіканню заземлювача здійснюється за допомогою повіреного приладу Ф4103-М1

Після монтажу та підключення контуру потрібно обов'язково перевірити, чи захистить вас від ураження електричним струмом. Для цього слід провести вимірювання опору розтікання струму та металозв'язку.

Як зазначалося раніше, відповідно до ПУЭ 1.7.101 опір заземлювального пристрою в будь-який час року не повинен перевищувати 2, 4, 8 Ом при лінійних напругах 660, 380, і 220 джерела трифазного струму або 380, 220 і 127 В . Щоб виміряти опір контуру, потрібний спеціальний прилад Ф4103-М1. Коштує він дорого, тому купувати його нема рації. Набагато простіше запросити співробітників з енергоуправління або електролабораторії, які знімуть виміри та видадуть паспорт та протокол на заземлювальний пристрій. Якщо опір контуру перевищуватиме норму, то доведеться забивати додаткові штирі.

Вимірювання опору металозв'язку дозволяє визначити наявність ланцюга між заземлювальними та заземлюючими елементами. Цей параметр вимірюється мікроомметр Ф4104-М1. Відповідно до ПТЕЕП п. 28.5 перехідний опір не повинен бути більше 0,05 Ом. Якщо опір металозв'язку буде вищим за норму, то доведеться перевірити всі болтові та зварювальні з'єднання елементів контуру.

Що ж до періодичності перевірки стану заземлювальних пристроїв, вона визначається графіком планово-профілактичних робіт. Його затверджує технічний керівник споживача. Відповідно до п. 2.7.9. ПТЕЭП, візуальний огляд зовнішніх елементів заземлювачів необхідно проводити не рідше ніж один раз на півроку. А огляд із вибірковим розтином землі – раз на 12 років.

Важливо: Опір контуру має бути нижчим за норму цілий рік, тому заземлювач бажано перевіряти при посусі або заморозках (коли питомий опір ґрунту збільшується).

Найпоширеніші помилки під час виконання робіт

Помилки, які не допускаються при облаштуванні контуру захисного заземлення в приватному будинку:

• Якщо ви вирішили звернутися за допомогою до монтажників, потрібно переконатися в тому, що вони використовують тільки підходящі матеріали. Справа в тому, що багато організацій намагаються заощадити на електродах і вкопують у землю штирі з малою провідністю, наприклад, іржаву арматуру. А це, як ви вже знаєте, сильно погіршує захисні властивості контуру або робить його марним.
• Влаштування заземлення на великій відстані від будівлі. Контур не становить небезпеки для людини, тому його слід встановлювати ближче до будинку. І бажано, щоб заземлювач розташовувався у вологому місці. Адже вода покращує провідність, що призводить до більш швидкого замикання ланцюга та миттєвого спрацьовування захисної апаратури.
• З'єднання контуру заземлення з блискавкозахистом. Якщо у вашому розподільчому щиті не встановлено пристрій УЗІП, який розмикає ланцюг у разі надходження надзаряду, то великий струм від блискавкоприймача може вивести з ладу електрообладнання або сам РЩ.

Контур захисного заземлення – обов'язковий захід безпеки при використанні електричних приладів у приватному будинку. Якщо ви вирішили робити заземлення самостійно, то виконуйте всі роботи відповідно до вищезазначених правил та рекомендацій. При цьому не забувайте про техніку безпеки під час роботи зі зварюванням та енергоустановками.