Как сделать контур заземления

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).

Рис. 3 Принципиальная схема треугольника

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.

Рис. 4 Принципиальная схема линейного вида

Кроме вышеперечисленных разновидностей схем контуров можно еще использовать формы:

1. прямоугольника;
2. овала.

Рис. 5 Формы контуров заземления

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.

Какой комплект заземления выбрать: цены и производители

Для установки защитного контура в домашних и промышленных условиях предлагаются готовые комплекты оборудования. Стоит рассмотреть следующих производителей:

• Популярным производителем считается Галмар. Прибор предназначен для монтажа на глубину около 30 м. Стоит такой прибор около 40 тыс. рублей.
• К отечественным производителям относится продукция «ВОЛЬТ-СПБ». Глубина монтажа может быть от 6 до 30 метров. Стоимость от 6 до 26 тыс. рублей.
• Универсальными устройствами считаются приборы компании Zandz. Они монтируются на глубину 10 м.
• Комплекты компании Эзетек считаются недорогими. Могут стоить около 7 тыс. рублей.
• Из нержавеющей стали производятся комплекты фирмы Elmast. Могут стоить около 7 тысяч рублей.

Готовый комплект

Как быстро забить основные заземлители

Когда требуемые расчёты выполнены, наступает очередь монтажа. Тривиальная, на первый взгляд, задача забить электроды в землю может обернуться испорченным металлопрокатом просто из-за незнания механики процесса.

Грунт на глубине более метра достаточно плотный и находится под давлением. Почва плотно обжимает стальной стержень, при этом силы трения препятствуют погружению и растут вместе с площадью соприкосновения при каждом ударе. Мороки добавляют встречающиеся на пути обломки твёрдой породы, иногда электрод разумнее выдернуть и вбить в новом месте.

Заземлители нужно правильно заточить перед забивкой. Общий угол скоса острия должен быть порядка 30–35º. От края острия нужно отступить около 40 мм и свести спуск под более тупым углом, около 45–50º. Тавр, двутавр и швеллер могут иметь несколько спусков, прутья до 24 мм рекомендуется острить ковкой с медленным отпуском.

Забивать стальные стержни лучше всего вручную, кувалдой около 7–10 кг. Да, вибрационное погружение работает лучше, но соответствующее оборудование не так просто достать и допускается его использовать не везде. Основная проблема при забивании — деформация хвостовика от частых ударов, поэтому бить нужно через бабку специальной формы, надевающуюся сверху на электрод и не позволяющую ему согнуться или расплескаться сверх меры. Также можно периодически обрезать УШМ край электрода по мере сплющивания или подливать в приямок воду небольшими порциями.

Распространенные ошибки при выполнении монтажных работ

Есть ряд характерных недочетов, которым подвержены люди, не являющиеся специалистами. Если их знать, можно избежать возможных ошибок. В перечень входит:

1. Обработка электродов защитой от влаги. Некоторые их просто красят, не отдавая себе отчет в том, что лакокрасочный слой исключает проводимость. Отдача электроэнергии не происходит, система не выполняет положенной функции.
2. Отказ от сварки. Сварочный аппарат стоит дорого, аренду платить не хочется, и появляется ошибочное мнение, что штыри со связью можно соединить болтами. Такой крепеж сохранить электропроводность не больше одной-двух недель. Коррозия станет причиной выхода из строя.
3. Попытки «вынести» наружный контур как можно дальше от жилого здания. В результате снижается пропускная способность, так как увеличивается суммарное сопротивление системы. Это происходит, так как ввод слишком большой, и становится препятствием для движения электронов.
4. Экономия на профиле и проводах. Недостаточное сечение будет работать до первого случая. Затем провода или другие элементы попросту перегорают, и хорошо, если до этого момента заземление выполнит работу. В следующий раз пагубные последствия замыкания неизбежны.
5. Применения меди и алюминия. Опять же к подобному решению прибегают во имя экономии. Часто жилы есть в гараже, мастерской, кладовке. Но при подключении таких проводников сварка невозможна, а значит, коррозия со временем выведет цепь из строя.

Как только появился повод думать, что есть проблема, и заземление не работает, выясните, в чем проблема. Немедленно ее устраните. Только в этом случае можно гарантировать безопасность имущества и здоровья членов семьи. Надежда, что угроза не возникнет – пожалуй, самая большая ошибка. Именно поэтому в частных домах случают пожары, страдают люди, ломается быттехника.

Расчёт заземляющего устройства

Производят расчет заземляющего устройства также из условия максимальной величины сопротивления контура защитного заземления. Которая не должна превышать 4 Ом. Лучшим вариантом будет величина сопротивления искуственного заземлителя, не превышающая значение 1 Ом.

Выполнить основательный расчет заземлителя в домашних условиях, без наличия специальных знаний и технической литературы практически невозможно. Так как он предусматривает опытное определение удельного сопротивления грунта с учетом поправочных коэфициентов, учитывающих высыхание и промерзание грунта. Определение величины сопротивления растекания. Поэлементного расчета сопротивления контура исходя из его геометрических размеров, глубины залягания и влажности почвы. Коэффициент использования вертикальных заземлителей. Наличие естественных заземлителей. И другое.

Лучше, чтобы этим занимались специализированные организации, выдающие протокол о пригодности заземляющего контура и о соответствии его характеристик нормативным документам.

Существует упрощённый метод.

Упрощенный расчет заземлителя:

Для вертикального электрода заземлителя (одиночного) применяют такую формулу:

R1=0,84*p/L где:

R1 — сопротивление заземления, Ом;

р — удельное сопротивление грунта, Ом*м;

L — длина (глубина) заземлителя;

Для нескольких вертикальных заземляющих штырей (электродов):

R=R1/0,9*n где:

R — сопротивление одного электрода, Ом;

n — количество электродов в контуре заземления;

Таким образом, если известно удельное сопротивление грунта (p), то по первой формуле рассчитывают сопротивление одного электрода (R1). Полученное значение подставляют во вторую формулу и определяют количество электродов (n), при установленной длине (L).

В случае, когда удельное спротивление грунта не известно, можно воспользоваться справочной таблицей:

Значения для распространённых грунтов

Если на практике не удалось найти или измерять значение значение удельного сопротивления грунта на участке для монтажа контура, используют метод пробного погружения электрода. Метод заключается в периодическом измерении сопротивления электрода по мере его погружения в грунт. Прекратить забивать электрод можно в том случае, когда показатели сопротивления прекратили снижаться. Это значит, что электрод достиг глубины, на которой удельное сопротивление грунта становиться постоянным. В дальнейшем этот электрод нужно связать металлической полосой с другими элементами контура.

Технология проведения работ

Выбираем место размещения заземлителей. Разумеется, недалеко от дома (объекта), чтобы не пришлось прокладывать длинный проводник, который придется механически защищать. Желательно, чтобы вся площадь контура находилась на территории, которую вы контролируете (являетесь собственником). Чтобы в один прекрасный момент, ваша защитная «земля» не была выкопана пьяным экскаваторщиком. Так что забивать штыри за забором не будем.

Подойдет огород (за исключением картофельной грядки), палисадник, клумба возле дома. Возделываемые участки предпочтительнее, они регулярно поливаются. А дополнительная влага в земле пойдет на пользу заземлению. Если ваш грунт обладает низким удельным сопротивлением — можно установить заземление на площадке, которая затем будет покрыта асфальтом или плиткой. Под искусственным покрытием земля не пересушивается. Да и риск повредить контур заземления минимален.

В зависимости от формы площадки, выбираем порядок расположения электродов: в линию, или треугольником.

Если выбран треугольник — размечаем площадку соответствующей формы со сторонами 2.5–3 метра.  Копаем траншею в форме равностороннего треугольника на глубину 70–100 см, шириной 50–70 см. Мы знаем, что все заземлители соединяются между собой. Проводник должен быть углублен на расстояние не менее 50 см, с учетом минимального уровня грунта (например, вскопка грядки). Если сверху будет уложено покрытие — его толщина в расчет не берется. Только чистый грунт.

Можно выбрать весь грунт, не только по периметру траншеи. Получится треугольная яма глубиной 0.7–1.0 м. Готовый контур можно будет засыпать грунтом с низким удельным сопротивлением. Например, золой или пеплом. Соли проникнут в землю, и будут способствовать снижению общего сопротивления растекания тока.

После чего, по углам ямы (траншеи) начинаем забивать электроды.

Параметры заземлителей (рассматриваем вертикальное расположение)

Сталь без гальванического покрытия:

Круг — диаметр 16 мм.

Труба — диаметр 32 мм.

Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 100 мм².

Сталь оцинкованная

Круг — диаметр 12 мм.

Труба — диаметр 25 мм.

Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 75 мм².

Медь

Круг — диаметр 12 мм.

Труба — диаметр 20 мм.

Прямоугольник или уголок — площадь поперечного сечения 50 мм².

Грунт должен плотно облегать металлическую поверхность заземлителя. Красить электроды запрещено!

А как быть, если по расчетам длина каждого из трех электродов превышает 1.5–2 метра? Есть небольшие секреты.

1. Электроды забивают не кувалдой, а вибратором, отбойным молотком с насадкой, или перфоратором. Кувалда подойдет для высоты чуть более 1 метра. Это вариант для идеального грунта с наименьшим сопротивлением.
2. Совершенно не обязательно устанавливать трехметровую стремянку. Длинные электроды соединяются между собой по мере погружения в грунт. Если вы купили фабричный комплект — заземлители составные, можно набрать из сегментов любую длину.
3. Для кустарного изготовления также есть способ забить в землю 4 метровый уголок. Нарезаем электрод на куски по 1.5 метра. Забиваем первый сегмент. Привариваем к нему следующий — забиваем далее. И так до расчетной глубины.
4. Если забить стержни на расчетную глубину не получается в принципе — опять же берем количеством. Линейный перерасчет (типа: вместо трех по 4 метра, забиваем шесть по 2 метра длиной) не работает. Количество заземлителей определяется только последующим замером сопротивления растекания тока.

Соединяем электроды проводником. Если арматура стальная — лучше всего подойдет сварка. Медные стержни соединяются болтовой стяжкой, проводник должен иметь сечение не менее 30% от сечения электродов.

После сборки контура, проводим замеры сопротивления растекания тока. Требования к контуру заземления для индивидуального жилья — 10 Ом. Измерение лучше доверить сертифицированным специалистам, у которых имеется соответствующее оборудование. Тем более, что при получении ТУ от энергетиков, вам все равно придется представить систему заземления для измерений. Если сопротивление выше нормы — добавляем электроды и привариваем их к контуру. Пока не получим норму.

Схема заземления в частном доме

Как правило, электропитание в частных домах осуществляется воздушными линиями с системой заземления TN-C. В такой системе нейтраль источника питания заземлена, а к дому подходят фазный провод L и совмещенный нулевой защитный и рабочий провод PEN.

После того как в доме произведен монтаж собственного контура заземления необходимо произвести его подключение к электроустановкам дома.

• Сделать это можно двумя способами:
• переделать систему TN-C на систему заземления TN-C-S;
• произвести подключение дома к контуру заземления по системе ТТ.

Подключение дома к контуру заземления по системе TN-C-S

Как известно в системе заземления TN-C не предусмотрено отдельного защитного проводника, поэтому в доме переделываем систему TN-C на TN-C-S. Осуществляется это разделением в электрощите совмещенного нулевого рабочего и защитного PEN проводника, на два отдельных, рабочий N и защитный PE.

И так, к вашему дому подходят два питающих провода, фазный L и совмещенный PEN. Чтобы получить в доме трехжильную электропроводку с отдельным фазным, нулевым и защитным проводом необходимо в вводном электрощите дома произвести правильное разделение системы TN-C на TN-C-S.

Для этого установите в щите шину которая металлически связана с щитом, это будет шина заземления РЕ к ней будет подключаться PEN проводник со стороны источника питания. Далее от шины РЕ идет перемычка на шину нулевого рабочего проводника N, шина нулевого рабочего проводника должна быть изолирована от щита. Ну и фазный провод подключаете на отдельную шину, которая тоже изолирована от щита.

После всего этого необходимо соединить электрощит с контуром заземления дома. Это делается с помощью медного многожильного провода, один конец провода соединяете с электрощитом, другой конец крепите к заземляющему проводнику с помощь болта на конце, который для этой цели и был специально приварен.

Подключение дома к контуру заземления по системе TТ

Для такого подключения не нужно проводить ни каких разделений PEN проводника. Фазный провод подключаете к изолированной от щита шине. Совмещенный PEN проводник источника питания подключаете к шине, которая изолирована от щита и в дальнейшем считаете PEN просто нулевым проводом. Затем подключаете корпус щита к контуру заземления дома.

Как видно из схемы, контур заземления дома не имеет никакой электрической связи с PEN проводником. Подключение заземления таким способом имеет несколько преимуществ по сравнению с подключением по системе TN-C-S.

В случае отгорания PEN проводника со стороны источника питания, все потребители будут подключены к вашему заземлению. А это чревато многими негативными последствиями. А так ваше заземление не будет иметь связи с PEN проводником, это гарантирует нулевой потенциал на корпусе ваших электроприборов.

Часто встречается и такое, когда на нулевом проводнике из-за неравномерной нагрузки по фазам (перекос фаз) появляется напряжение, которое может достигать значений от 5 до 40 В. И когда есть связь между нулем сети и защитным проводником, на корпусах вашей техники также может возникать небольшой потенциал. Конечно, при возникновении такой ситуации должно сработать УЗО, но зачем надеяться на УЗО. Лучше и правильнее будет не испытывать судьбу и не доводить до такой ситуации.

Из рассмотренных способов подключения контура заземления дома можно сделать вывод, что система ТТ в частном доме более безопасна по сравнению с системой TN-C-S. Недостатком использования системы заземления ТТ является ее дороговизна. То есть, при применении системы ТТ обязательно должны устанавливаться такие защитные устройства как УЗО, реле напряжения.

Также хотелось отметить, что необязательно делать контур в виде треугольника. Все зависит от внешних условий. Можно располагать горизонтальные заземлители в любом порядке, по окружности или по одной линии. Главное, чтобы их количество было достаточным для обеспечения минимального сопротивления заземления.

Выбор заземлителя

Под заземлителем подразумевают проводник, имеющий контакт с землей. Главная особенность его конструкции — как можно большая площадь соприкосновения с землей. Почва хоть и является проводником, но очень плохим. Именно поэтому, чтобы обеспечить низкое сопротивление заземления (требования нормативов по эксплуатации газовых котлов), необходима большая площадь соприкосновения заземлителя с грунтом. Заземление газовой трубы не является заземлением котла, для него необходим отдельный заземляющий контур.

Предложено множество вариантов конструкции заземлителей, как промышленных (например, для подстанций), так и для частного применения. Главная характеристика для выбора — максимальный ток, который необходимо отвести в землю при полном пробое, то есть то значение, на которое установлена защитная автоматика.

Перед тем, как сделать заземление для газового котла в частном доме, учитывайте, что конструкция заземлителей, проводов, контактных соединений будет проверяться аттестованными специалистами и на основе полученных данных будет составлен «Протокол проверки заземлителей и заземляющих устройств».

Три вида контура заземления: треугольник, линейная схема, модульно-штыревое заземление

На объекте, где сделано заземление котла, проводятся измерения сопротивления растеканию тока контура заземления. Эта процедура позволяет получить объективные данные о качестве заземлителей, которые давно скрыты под землей. Именно поэтому не стоит пытаться сделать схему заземления на непроверенные объекты неизвестной конфигурации: водопровод, арматуру, газопроводы, канализацию. В этом есть риск, что вам не удастся получить акт о заземлении газового котла, и все придется переделывать заново. Нормы на заземление газовых котлов и газопроводов выработаны ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок). Они устанавливают характеристики заземления: сопротивление, сечение проводников, используемые материалы и технологии.

Наиболее распространены столбчатые заземлители. Это любой металлопрокат: трубы, уголки, швеллер, двутавры. Необходимое условие — достаточная жесткость используемых элементов, чтобы их можно было вбить в землю. Если используется ямобур, то соблюдать это требование необязательно. Столбики ставят по треугольнику, что делается для ограничения габаритов места на участке.

Готовые комплекты заземлителей имеют довольно высокую стоимость, поэтому используются редко. Они имеют точно такую же столбчатую конструкцию. Их преимущество — возможность сборки без сварочного аппарата (с латунными соединяющими втулками), однако, такое соединение менее надежно.

Столбчатые заземлители для газового котла в частном доме используют только по той причине, что их можно вбить в землю на значительную глубину. На самом деле, это далеко не лучшая конструкция, потому, что надежный электрический контакт может быть только во влажной почве, в последней четверти заглубленной части столба. Если на участке не каменистый и не скальный грунт, то можно выкопать траншею глубиной около 1 м и длиной 3 м и более (длиннее — лучше). В нее укладывается металлический проводник, который тоже может быть сделан из любого черного или цветного проката. Однако, эта схема не является классической, но тоже вполне может пройти аттестацию.

От чего зависит контур

Перед началом работы обязательно проводятся замеры и измерение сопротивления контура заземления. Этот показатель зависит от нескольких факторов, в частности:

1. Состояние земельного настила;
2. Глубина установки заземления;
3. Качество грунта и его тип (глина, чернозем, песок и т.д.);
4. Количества заземляющих групп и электродов в каждой группе;
5. Материала электродов и его характеристик.

В идеале нужно расположить заземлительный контур в черноземе, глинистых грунтах и суглинках. Категорически запрещено монтировать электрическое сопротивление в каменных покровах или скалах, они также проводят ток, и сопротивление у данных материалов очень низкое.

Грунты для заземления

Выбор места для монтажа

От правильно подобранного места обустройства контура во многом зависит его эффективная и безопасная работа. Существует несколько рекомендаций по этому поводу:

• Нельзя размещать контур заземления в месте постоянного или частого нахождения людей или животных. В момент пробоя изоляции и отвода напряжения в грунт, находящийся в непосредственной близости человек или животное могут пострадать. Лучше принять меры по ограждению такого участка.
• Некоторые специаоисты рекомендуют располагать контур с северной стороны здания. Это объясняется более влажной сырой на таком участке.
• Если почва через чур влажная и существует большая вероятность коррозии металла контура, то лучше изготовить его из стали большого сечения. А также конструкцию контура можно покрыть специальными токпроводящими материалами, которые защитят от коррозии, но не ухудшат электрический контакт с землёй.
• Не стоит располагать контур заземления вблизи с теплокоммуникациями. Пересушенный грунт негатино сказывается напоказателе сопротивления контура.
• Запрещено располагать контур в непосредстьвенной близости с газопроводом, проходящим в земле.
• Глубина размещения контура должна быть ниже уровня замерзания грунта, но не менее 0,5 м.

При соблюдении этих рекомендаций, можно быть уверенным в правильности подобранного места, и надежной работы заземлителя.

Пример расчета ЗУ

В качестве примера рассматривается расчет сопротивления одиночного вертикального стержня (фото справа). Для его проведения

Схема установки одиночного вертикального заземлителя

используются следующие данные:

ρ – удельное сопротивление почвы (в Омах на·метр);

L – общая длина исходного стержня (в метрах);

d – его основной типоразмер (диаметр) в метрах;

Т – расстояние от поверхности земли до середины штыря.

Если исключить влияние факторов, определяющих растекание тока в горизонтальных элементах, сопротивление для вертикальных кольев вычисляется так:

Требуемое число стержней, гарантирующее нужную величину проводимости (без учета горизонтальных составляющих) определяется из следующей формулы:
где Rн – это нормируемый ПТЭЭП эталонный показатель растекания.

С учетом не рассматриваемых ранее горизонтальных элементов формула для определения числа прутьев приобретает такой вид:

где ηв – коэффициент загруженности ЗК, учитывающий влияние токов стекания различных прутьев друг на друга.

При чрезмерно «плотном» их расположении комплексное сопротивление ЗК заметно возрастает. Полученное в результате предложенных выкладок значение проводимости округляется затем в большую сторону.

Какие правила нужно учитывать при монтаже заземления

Монтаж заземления, дело тонкое, требующее опыта. Если вы не знаете основных правил и требований, то смонтировать нормальный заземляющий контур не получится.

Итак, при монтаже заземления важно учитывать следующие правила:

• Все элементы заземлительного контура должны быть выполнены из металла. Это может быть черный или оцинкованный металл, также допускается использовать и медь. Для каждого элемента заземления рассчитывается своя длина, ширина и толщина. Более подробные параметры всех элементов заземления можно узнать из таблицы ПУЭ 1.7.4.
• Заземление должно находиться ниже промерзания грунта. Средняя длина электрода составляет 2,5-3 метра.
• Расстояние между каждым электродом должно быть не меньше длины самого электрода. Поэтому лучше сразу отказаться от монтажа заземления треугольником, потому что такое заземление займёт очень много места на участке. Плюс ко всему, многие забывают о данном правиле и делают расстояние между электродами меньше, что в корне неправильно.

Совет автора. Если у вас на участке нет свободного места для монтажа заземления треугольником, лучше отдать предпочтение модульному заземлению.

Такое заземление представляет собой всего один электрод, который забивается в землю. Модульное заземление имеет ряд преимуществ перед «треугольником». В частности, для его монтажа не надо много места на участке.

Заключение

Не нужно спешить и сразу же скрывать смонтированный контур под слоем отсыпанного ранее грунта. Сначала желательно снять конструкцию на видео с привязкой к окружающим ее ближайшим объектам. Такая предусмотрительность может оказаться полезной при необходимости их реконструкции в будущем.

Кроме того, потребуется проверить переходное сопротивление собранного контура заземления. Для этого придется пригласить специалистов снабжающей организации, которые одновременно подготовят комплект разрешительных документов. Если в результате испытаний окажется, что контролируемый параметр не удовлетворяет требованиям ПУЭ (не более 30 Ом) – потребуется добавить в конструкцию еще один штырь.

Нажмите, пожалуйста, на одну из кнопок, чтобы узнать помогла статья или нет.

Помогла30Не помогла2