Урбанизация современного человека, появление в быту большого количества технических средств, использующих электричество, значительно повысили требования к электробезопасности, одним из основных компонентов которой является преднамеренное заземление открытых частей электрооборудования, в нормальном положении не находящихся под напряжением. Они распространяются и на частные дома, владельцы которых несут прямую ответственность за безопасность здания и его жильцов. Небольшие познания хозяина в электротехнике могут помочь ему сделать самостоятельно условия проживания комфортными и безопасными для жизни и здоровья окружающих.
Необходимость и условия заземления в частном доме
До появления значительного количества бытового электрооборудования в частном доме не было необходимости в заземлении электропроводки. Сейчас же, даже на даче, не говоря уже о собственном коттедже, устанавливают десятки электрических приборов, от соприкосновения с корпусом которых можно получить удар током.
Дело в том, что со временем из-за износа изоляции на проводах уменьшается их сопротивление, поэтому может возникнуть «пробой» тока на корпус. Он может оказаться под напряжением и стать смертельно опасным для пользователей.
Кроме того, при длительной эксплуатации электроагрегатов на их внешних частях накапливаются значительные заряды статического электричества, воздействие которого на человека тоже малоприятно. В завершение ко всему они излучают большое количество электромагнитных волн, которые не менее пагубно влияют на здоровье людей.
Правильная установка заземления практически полностью избавляет человека от этих опасных факторов, особенно детей, которые более чувствительны к их воздействию.
Есть еще одна естественная и самая рискованная причина, по которой необходимость установки заземления возрастает – это воздействие грозовой молнии. Причем, чем меньше расстояние между грозовым облаком и подстилающей поверхностью (то есть крышей дома), тем больше вероятность «пробоя». Поэтому в регионах с частыми и интенсивными летними грозами, да еще, если дом оказался выше относительно окружающих сооружений, устанавливать молниеотвод нужно в обязательном порядке.
Искусственное и естественное заземление
Прежде чем монтировать заземление, необходимо определиться с основными терминами и принципом его работы. В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ):
- искусственное заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством;
- заземляющее устройство (ЗУ) – конструкция, состоящая из заземлителя и заземляющих проводников;
- заземлитель – проводник из металла, который непосредственно соединяется с землей;
- заземляющие проводники – система металлических проводников, которые соединяют заземлитель с электрическим оборудованием.
К естественно заземленным относятся конструкции и строения, которые постоянно находятся в земле, а в качестве заземлителя служит, к примеру, железобетонный фундамент.
К естественным заземлителям также относятся металлические системы подземных трубопроводов (водопровод, канализация, скважины) или металлические конструкции зданий и сооружений, глубоко входящие в землю.
В соответствии с ПУЭ, трубопроводы, проложенные под землей, могут быть использованы в качестве естественного заземления лишь в том случае, если стыки труб были соединены сваркой. Использовать в данных целях нефте-, газо- и бензопроводы запрещается.
В качестве искусственных заземлителей используются металлические конструкции, состоящие из вертикальных и горизонтальных проводников (трубы, уголки, полосы) и соединенные в виде контура или гребенки.
Принцип же работы этой системы заключается в том, что при «утечке» электротока на открытые металлические поверхности оборудования заземляющее устройство позволяет мгновенно переправить часть его в почву, причем в зависимости от емкости ЗУ до значений, безопасных для здоровья человека или практически полностью. Это равноценно тому, как если бы каплю концентрированной кислоты разбавить в стакане или ведре воды – сама по себе она очень вредоносна для здоровья, а вот раствор, особенно в ведре, опасности уже не представляет.
В свою очередь объем емкости защитного сооружения зависит не только от размера конструкции, но и удельного сопротивления (проводимости) почвы, в который оно будет монтироваться.
Таблица 1
Из таблицы 1 видно, что лучшей проводимостью обладают торф, чернозем, садовая земля, глина и суглинок, поэтому именно эти грунты лучше всего подходят для заземления. Скальные породы, пески для этих целей использовать нельзя.
Требования ПУЭ по установке ЗУ
Контур заземления частного дома должен быть выполнен в соответствии с нормами Правил устройства электроустановок. Полное их соблюдение с разработкой проекта, составлением необходимых проверочных документов после установки, актированием работ, привлечением для этого специалистов – очень затратное мероприятие. На эти расходы идут обычно при строительстве нового жилья.
Что же касается зданий, уже находящихся в эксплуатации, то задача их владельцев при установке защитного сооружения заключается в обеспечении прежде всего своей электробезопасности, а для этой цели достаточно придерживаться лишь отдельных положений документа. Причем, используя б/у материалы, сделать это своими руками вполне бюджетно и реально.
Но для начала необходимо убедиться, можно ли это выполнить при старой проводке. Разводка должна быть выполнена трехжильными проводами (третья из которых, окрашенная в желто-зеленый цвет, как раз и будет использоваться для заземления). А вот если установлены двужильные, без «земли» – придется менять на новые, причем с тремя жилами – при использовании однофазного тока с напряжением в 220 В и с пятью – если имеется и трехфазный ток с 380 В.
Чтобы заземляющее устройство могло справиться со своей задачей, его емкость должна быть больше «вместимости» всего используемого в доме оборудования и электропроводки, в противном случае оно только усугубит опасность. Поэтому в качестве материала для его изготовления в соответствии с ПУЭ можно применять медные и стальные стержни, арматуру, уголки, трубы с поперечным сечением не менее, чем предусмотрено в таблице 1. 7. 4.
Для частного дома оптимальными по конструкции и размеру являются ЗУ в виде треугольного контура со сторонами 3 м, изготовленные из трех вертикально расположенных, стальных уголков с полкой 50 мм и длиной 2,5 м, соединенных между собой стальной полосой шириной 40 мм или круглым прутом диаметром не менее 10 мм. Устанавливаются они на расстоянии не менее 1 м и не более 10 м от здания, в затененных и наиболее увлажненных местах. Так как верхние слои грунта обладают большим сопротивлением, чем нижние, то монтаж сооружения начинают из траншеи, вырытой на глубину 0,7 м.
Кроме ЗУ для устранения последствий утечки тока в сеть дополнительно встраивают на фазовом проводе устройство защитного отключения (УЗО), которое в этом случае мгновенно срабатывает, отключая всю проводку.
Но даже его наличие не спасет здание от негативных результатов, если к этому заземлению присоединить еще и молниеотвод. Поскольку для поглощения мощнейшей энергии грозового заряда емкости его просто не хватит, и тогда ток хлынет в обратную сторону, расплавляя на своем пути все проводники из-за того, что у УЗО есть некоторая реакция, и оно не успевает своевременно отключиться. Поэтому для защиты от молнии необходимо сооружать свой контур на отдалении от первого.
Монтаж контура заземления
Монтаж следует начать с прокладки заземляющего медного кабеля сечением не менее 4 квадратов от силового электрощита до места будущего соединения с выходом от контура заземления. В щите он подсоединяется к главной заземляющей шине (ГЗШ). В нем же на разрыве фазового провода можно установить УЗО. Если в доме есть ввод сети напряжением 380 вольт, то от него должен прокладываться отдельный проводник сечением не менее 10 кв. мм.
Далее можно приступать к установке самого контура. Для этого на удалении не менее 1 м и не более 10 м от стены, из которой выведен заземляющий проводник от щитка, прокапывается траншея глубиной не менее полуметра в виде равностороннего треугольника с длиной сторон 3 м и направлением одного из углов в сторону дома. Затем от него следует докопать ее до фундамента.
В вершинах получившейся фигуры нужно раскопать ямы объема, который обеспечит комфортное выполнение последующих работ. В середину этих углублений вбиваются вертикальные заземлители (электроды) длиной 2-3 м (с оставлением концов до 10 см), в качестве которых используются стальные уголки с полкой 40-50 мм или круглые пруты диаметром не менее 12 мм. Для облегчения этой трудоемкой работы конец уголка можно заострить или, если есть возможность, пробурить ямы на всю длину стержней.
К оставленным участкам электросваркой, плотно, в «нахлестку» горизонтально привариваются стальные полосы шириной 30-40 мм или «кругляк» диаметром не менее 10 мм, замыкая их в единый контур. Такой же элемент основательно крепится на ближайший к стене угол с последующей выкладкой его к месту выхода медного кабеля и, чтобы их соединить между собой, к концу проводника ЗУ сваркой закрепляется болт М 8.
Соединения элементов конструкции, которые длительное время будут находиться в земле, должны быть только сварными и покрытыми токопроводящими материалами на основе битума (краску использовать нельзя, она диэлекритричная). Болтовые крепления не допускаются, так как со временем они корродируют, ухудшая качество заземления.
По завершении сборки контур заземления плотно засыпается землей.
Проверка готовности заземляющего устройства
Проверить, насколько качественно был проведен монтаж контура заземления, можно при помощи обычного бытового мультиметра, сверив напряжения между: заземляющий проводник – фаза и нулевой провод – фаза. При незначительной их разнице можно быть уверенным, что работы выполнены правильно. Если она значительная – какое-то соединение выполнено некачественно и его придется переделывать.
Такую проверку можно сделать и без приборов, при помощи «контрольки» – патрона с лампочкой и оголенными проводами, один из которых нужно приложить к потенциалу, а второй на «ноль». Лампа ярко засветит, после этого его следует подключить к желто-зеленому проводнику – яркость должна уменьшиться или остаться прежней. Это подтверждение того, что «земля» работает. Если же нить накала будет чуть тлеть или погаснет – с сооружением имеются проблемы.
Мультиметром можно замерить и сопротивление ЗУ, одного из основных его качественных показателей. А так как приборы этого класса имеют большую погрешность, их показания не признаются при составлении официальных документов, но для домашнего пользования они вполне достаточны. Нормативами ПУЭ (пункт 7. 1. 101 седьмой редакции издания 2016 г.) определено, что для жилых объектов, эксплуатирующих сети с напряжениями 220 или 380 вольт, оно не должно превышать 30 Ом.
Для выполнения этих замеров необходимо установить еще один заземлитель. В его качестве можно использовать любой стальной или медный штырь сечением не менее 5 мм, который нужно воткнуть на отдалении 5-10 метров от контура на глубину до 1,5 м. Так как мультиметры не комплектуются длинными проводами, то стоит найти еще и провод с хорошим сечением, чтобы дотянуться от этого электрода до нейтрального выхода, а клемма потенциала подключается к выходу ЗУ.
Ток, пущенный включением определенной кнопки на приборе, пройдет по замкнутой цепи «контур – земля –вспомогательный стержень – прибор» и определит общее удельное сопротивление сооружения и прилегающего к нему грунта. Оно прямо пропорционально напряжению между клеммами мультиметра и обратно пропорционально заряду, который смог по ней пройти. Чем больше его прошло, тем выше проводимость и заземляющие свойства контура.
Чтобы эти показания были правдивее, необходимо по возможности избавиться от окружающих помех: установить прибор горизонтально, убедиться, что рядом нет мощных электроизлучателей.
Такие замеры в последующем придется проводить регулярно, не реже одного раза в год, так как со временем стальные штыри, находящиеся длительное время в земле, начнут покрываться коррозией, являющейся крайне сильным изолятором, ухудшающим проводимость. Поэтому, если сопротивление контура окажется выше нормативного, его необходимо будет заменить или реконструировать. Идеальным вариантом могло бы стать использование в качестве заземлителей омедненных уголков или медных стержней, но это очень дорогостоящие материалы.
Более точные показания можно получить только при помощи специальных приборов для измерения заземления, мегомметров типа М416 или Ф4103-М1, в которых в отличие от мультиметров используются способы многопроводникового подключения дополнительных электродов. А если для этого привлечь еще и специалистов энергообеспечивающих сетей, которые в своих замерах используют всевозможные поправочные коэффициенты окружающей среды, цифры эти окажутся правдивее.
Схема подключения мегомметра М416 при измерении сопротивления контура заземления:
Особенности обустройства молниеотвода
Особенностью монтажа молниеотвода, состоящего из трех элементов (приемника, токоотвода и заземлителя), является то, что при установке компонентов, не соответствующих расчетным данным, «непрошеная гостья» с неба, несущая в себе непредсказуемо мощный заряд, который никакой контур заземления не в состоянии принять, обратным током просто расплавит всю конструкцию, вызвав пожар дома. Поэтому все ее составляющие должны обладать достаточной проводимостью и быть хорошо изолированы огнеупорными материалами от легковоспламеняющихся частей здания.
В продаже имеются готовые комплектующие для мачты, но они дорогие, а сложности в изготовлении этих сооружений нет, поэтому их легко сделать собственными руками из подручных материалов. Для молниеприемника используются медные или стальные стержни длиной 0,5-2 метра и сечением: медных – 35 кв. мм, стальных – 70 кв. мм.
При этом следует учитывать: одна вертикаль в состоянии покрыть площадь, радиус которой равен 1,5 ее величины. То есть если высота дома со штырем составляет 6 м, то он будет 9 м. Поэтому при необходимости их устанавливают несколько, подсоединив к одному токоотводу, в качестве которого используется медная или алюминиевая проволока толщиной 6 мм.
В частных домах, покрытых шифером, часто применяют горизонтальные приемники, в качестве которых используют стальной трос толщиной не менее 5 мм, натянутый над коньком крыши на деревянных столбиках.
Кровлю, изготовленную из профнастила, металлочерепицы и другого металлического покрытия, можно применять как молниеприемник. В этом случае материал должен быть не тоньше 0,4 мм, а под ним отсутствовать легковоспламеняющиеся предметы. К такой крыше достаточно присоединить токоотвод и вывести его на заземлитель.
Все соединения мачты должны быть болтовые или сварные, а компоненты проложены по кратчайшей линии до земли. Перед тем как подсоединить к контуру заземления, нужно мультиметром измерить сопротивление, подключив потенциал и нейтраль к ее концам – оно должно быть не более 10 Ом.
Что касается заземляющего устройства для молниеотвода, то его следует делать отдельно от сетевого и на значительном отдалении. Конечно, сейчас уже есть оборудование, которое позволяет свести все в одно ЗУ, но стоимость его настолько высока, что значительно превысит обустройство двух.
