Контур заземления в частном доме: устройство, расчет, схема, монтаж и проверка

По электротехническим стандартам минувших десятилетий контур заземления в частных домах не был обязательным элементом защиты. Нагрузки на электросети были относительно небольшими, и с утечками тока неплохо справлялись стальные трубы.

Однако с течением времени вместо металлических коммуникаций стали использовать пластиковые и композитные изделия. К тому же в загородных домах появилось большое количество электробытовых приборов: кондиционеры, отопительное оборудование, мощная компьютерная и холодильная техника.

В результате заземлительные контуры стали практически обязательным условием для организации мощной и безопасной электрической системы в частных домах. При желании и наличии базовых знаний по электротехнике создать контур заземления можно своими руками.

Что такое заземлительный контур

Заземление — преднамеренное создание электротехнического соединения с грунтом нетоковедущих элементов электроустановок. Данные элементы оборудования большую часть времени не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним.

Контур заземления выполняет следующие функции:

защищает электрическое оборудование от скачков напряжения в сети;
предохраняет жильцов от удара током;
сопротивляется «растеканию» электроэнергии;
используется в целях молниезащиты.

Как известно из школьного курса физики, ток всегда распространяется по принципу наименьшего сопротивления. В случае нарушения изоляционного слоя на токоведущих элементах быстро отыскивает участок с наиболее низким сопротивлением. В результате происходит пробой на корпус электробытового прибора, который оказывается под напряжением.

Опасность создавшейся ситуации не только в нарушении нормальной работы техники и вероятном выходе из строя приборов, но и в высокой вероятности удара током человека. Исправить положение призван контур заземления, который распределяет ток между человеком и заземляющим устройством обратно пропорционально их сопротивлениям.

Поскольку сопротивление тела намного выше аналогичного параметра у заземляющего контура, через человека проходит лишь незначительная — неопасная — часть тока, а остаток уходит в грунт. Таким образом, создавая контур заземления, необходимо сделать все так, чтобы добиться минимально возможного уровня сопротивления.

Правила, нормы и базовые требования ПУЭ

Настало время познакомиться с основными требованиями к системам заземления в частных домах. Главный параметр — сопротивление контура, которое определяет надежность и эффективность системы.

Чем меньше сопротивление заземляющих устройств — тем выше их надежность.

Закон Ома гласит — сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.

Таким образом чем меньше сопротивлении, тем больше вероятность срабатывания заземляющего контура.

Для большинства жилых домов с электросетями 380В и 220В, сопротивление не должно превышать 30 Ом. При этом если дом оснащен газовым котлом, то сопротивление не должно превышать уже 10 Ом.

Правила Устройства Электроустановок (ПУЭ) определяют, что каждый жилой объект в черте города обязан оснащаться специальными мерами защиты от опасных напряжений. Речь идет именно о металлических контурах заземления, которые гарантируют защиту проживающих от поражения током.

Глава 1.7, часть 1, пункт 1.7.72 ПЭУ гласит — размеры металлических элементов подбираются с учетом окончательного показателя сопротивления (упоминалось выше), при этом параметры каждого элемента конструкции могут отличаться по своим характеристикам.

Минимальные требования к размерам всё же жестко определены:

Соединительная полоса — не менее 12×4 мм (сечение не менее 48 кв.мм).
Штыри (металлический уголок) — толщина металла не менее 4 мм.
Круглые арматурные штыри — площадь сечения не менее 10 кв.мм.
Металлические трубы — толщина стенки не менее 3,5 мм.

На первый взгляд вся эта информация может показаться слишком сложной и даже ненужной. Тем не менее данные о характеристиках заземляющего контура и используемом на участке оборудовании позволит защитить жильцов и животных, предотвратив перегрузку сетей.

Устройство контура

Устройство заземления — группа проводников, расположенных в грунте по вертикали или горизонтали. Данные проводники (электроды) находятся недалеко от защищаемого объекта. Электроды расположены на определенной дистанции между собой и соединены металлическими элементами — полосками, трубами или прутками. Заземлительную конструкцию соединяют с домовым электрощитом при помощи кабеля или металлического проводника.

Глубина нахождения электродов в земле определяется уровнем грунтовых вод и общей влажностью почвы. Чем ближе подземные воды, тем меньшая глубина заложения необходима.

Обратите внимание! Нормативное расстояние от дома для контура — не меньше 1 метра. Максимальное расстояние от здания — 10 метров.

От чего зависит контур

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

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

Материалы для заземлителей

Контур заземления включает горизонтальные или вертикальные электроды.

Материалы, из которых не рекомендуется изготавливать заземлители:

рифленая арматура;
круглая сталь менее чем 10-миллиметрового диаметра.

Рекомендуемые материалы для создания вертикальных заземлителей:

уголки 50×50×5 миллиметров;
трубы диаметром свыше 32 миллиметров со стенками толщиной от 3,5 миллиметра.

Горизонтальные заземлители изготавливают из таких материалов:

стальная проволока с 10-миллиметровым сечением (или больше);
стальные полоски (40×4 миллиметра).

Концы уголков или круглых металлических изделий подрезают под углом 30 градусов. Это позволит электроду легче войти в грунт.

Обратите внимание! Контур заземления должен находиться ниже уровня промерзания почвы.

Составление расчета

Неопытные мастера часто создают заземление путем проб и ошибок. Вначале определяются с глубиной грунтовых вод, затем отступают от здания на некоторое расстояние и создают контур в виде треугольника, после чего сваривают электроды друг с другом и делают замер сопротивления в имеющейся конструкции. Если сопротивление превышает нормативы, добавляются новые проводники — до тех пор, пока не удается добиться приемлемых показателей.

Более продвинутый подход предполагает перед тем, как сделать контур заземления, выполнить ряд расчетов. С помощью вычислений определяют число заземлителей, длину соединительных элементов, исходя из уровня сопротивления земли.

В качестве примера рассмотрим установку системы заземления вертикального типа. Вначале устанавливают сопротивление электрода, для чего используют формулу:

Удельное сопротивление грунта по различным составам указано в таблице ниже.

В следующей таблице представлен сезонный климатический коэффициент сопротивления почвы.

Однако если грунт неоднородный, тогда применяют такую формулу:

Формула позволяет определить эквивалентное удельное сопротивление неоднородного грунта.

Если не учитывать сопротивление горизонтального заземлителя, количество электродов можно найти по формуле:

Сопротивление тока горизонтального заземлителя определяют по формуле:

Длина электрода устанавливается так:

Сопротивление вертикальных электродов с учетом горизонтального заземлителя:

Общее число вертикальных электродов определяется по такой формуле:

В таблице ниже представлен коэффициент использования заземлителей.

Параметр «коэффициент использования» указывает на взаимодействие токов в зависимости от местонахождения вертикальных проводников. При параллельном соединении электродов токи оказывают влияние друг на друга. При уменьшении расстояния между проводниками общее сопротивление контура возрастает.

Обратите внимание! Если по итогам вычислений получится не целое количество проводников, округляем результат в большую сторону.

Системы заземления частного дома

Всего систем шесть, но в индивидуальной застройке применяется, в основном, только две: TN-S-C и TT. В последние годы рекомендована система TN-S-C. В этой схеме нейтраль на подстанции глухозаземлена, а оборудование имеет непосредственный контакт с землей. К потребителю земля (PE) и нейтраль/ноль (N) ведется одним проводником (PEN), а на входе в дом снова разделяется на два отдельных.

Система заземления TN-S-C

Схема контура

Когда расчеты завершены, подбираем правильное место для установки контура. Выбираем геометрическую фигуру, в соответствии с формой которой будут расположены электроды. Чертим схему контура, учитывая типы применяемых материалов. В схеме указываем количество используемых электродов, соединительной полосы, их длину, сечение, диаметр, глубину установки.

Наиболее оптимальной схемой организации контура считается треугольник. Однако подойдет и любая другая геометрическая форма. На рисунке внизу представлены четыре варианта фигур.

Все схемы заземлительных контуров делят на 2 типа.

Замкнутые

Их преимущество в надежности, поскольку даже при повреждении перемычки между электродами сохраняется еще одна перемычка (с другой стороны). На рисунке ниже показана замкнутая схема в виде треугольника.

Линейные

В этой схеме все электроды находятся на одной линии. Соединения выполняют последовательно. Недостаток способа в том, что при выходе из строя одной из перемычек вся дальнейшая цепочка становится неработоспособной (в соответствии с принципом гирлянды). Схема линейной организации показана на рисунке внизу.

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).

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.

Кроме вышеперечисленных разновидностей схем контуров можно еще использовать формы:

Необходимые инструменты и материалы:

аппарат для сварки;
режущий инструмент (болгарка);
лопата;
перфоратор;
гаечные ключи;
измеритель сопротивления;
измеритель тока;
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.

Монтаж контура

Установочные работы состоят из нескольких последовательных этапов.

Подготовка материалов и инструментов

Для выполнения работ понадобятся такие инструменты:

сварочный аппарат;
болгарка;
штыковая лопата;
перфоратор;
тяжелая кувалда;
гаечные ключи.

Необходимые материалы:

Металлический уголок (лучше из нержавейки) размером 50×50 миллиметров и длиной 2 метра. При отсутствии уголка подойдет труба диаметром 32 миллиметра и толщиной стенок 3,5 миллиметра или арматура.
Металлические полосы 40×4 миллиметра. Предназначены для прокладки от системы к дому.
Болты М8 или М10.
Медный проводник толщиной от 6 квадратных миллиметров.

Выбор места

Первый этап работы состоит в том, чтобы определиться, где сделать заземляющий контур. От правильности выбора зависит безопасность системы. Для создания контура нужно подобрать место, где нахождение человека или домашнего животного исключено.

Лучше всего разместить систему в укромном месте, например, вдоль забора за домом. Рекомендуется огородить опасную зону заборчиком, бордюром, декоративными валунами и т. п.

Земляные работы

Необходимо выкопать траншею в виде выбранной геометрической фигуры. Если речь идет о треугольнике, создают фигуру со сторонами 120 сантиметров (проверенная опытом оптимальная дистанция). Рекомендуемая глубина траншеи — 50 – 70 сантиметров. Такая же траншея выкапывается по направлению к электрощиту.

Сборка конструкции

Электроды вбивают в землю на двухметровую глубину. Должны быть видны только верхушки, которые в дальнейшем используют для создания сварочных соединений.

К верхушкам установленных электродов приваривают пластины (полосы). В итоге должен получиться металлический каркас в виде треугольника. Еще одна пластина кладется в траншею, идущую к электрощиту. Эту пластину прихватывают к близлежащей вершине треугольника сваркой или держателем.

Далее присоединяют кабель к пластине. Для этого используют болтовое соединение. Для последующего подключения шины заземления лучше использовать медный проводник. К заземляющей шине присоединяют винт (сваркой) и осуществляют соединение с жилой. К винту подключают медный кабель с помощью пары шайб и гаек.

Обратите внимание! Болтовое соединение должно быть видимым на поверхности и доступным для проверочных мероприятий.

На этапе изготовления контура следует особое внимание уделять прочности соединений. Сварные швы простукивают молотком, а болтовые соединения подтягивают ключом.

Последний этап монтажных работ — засыпка траншеи грунтом.

Совет! Для улучшения проводимости почвы желательно под основание всех электродов залить соляной раствор. Однако у такого действия есть обратная сторона — металл будет быстрее ржаветь.

Устройство заземления частного дома

Некоторые старые линии электропередачи вообще не имеют защитного заземления. Все они должны меняться, но когда это произойдет — вопрос открытый. Если у вас именно такой случай, необходимо сделать отдельный контур. Варианта два — сделать заземление в частном доме или на даче самостоятельно, своими руками или доверить исполнение кампании. Услуги кампаний дороги, но имеется важный плюс: если в процессе эксплуатации возникнут проблемы, вызванные неправильным функционированием системы заземления, возмещает ущерб кампания, которая производила монтаж (должно быть прописано в договоре, внимательно читайте). В случае самостоятельного исполнения все на вас.

Устройство заземления в частном доме

Состоит система заземления частного дома из:

заземлителей-штырей,
металлических полос, их объединяющих в одну систему;
линии от контура заземления до электрощитка.

Из чего делать заземлители

В качестве штырей можно использовать металлический прут диаметром 16 мм и больше. Причем брать арматуру нельзя: поверхность у нее каленая, что меняет распределение тока. Также каленый слой в земле быстрее разрушается. Второй вариант — металлический уголок с полочками 50 мм. Эти материалы хороши тем, что в мягкий грунт их можно забить кувалдой. Чтобы это было легче делать, один конец заостряют, на второй приваривают площадку, по которой проще бить.

В качестве стержней можно использовать трубы, уголок, металлический стержень

Иногда используют металлические трубы, один край которых сплющен (заварен) в конус. В нижней их части (около полуметра от края) сверлятся отверстия. При пересыхании грунтов распределение тока утечки значительно ухудшается, а в такие стержни можно заливать соляной раствор, восстанавливая работу заземления. Минус этого способа — приходится под каждый стержень копать/бурить скважины — забить их кувалдой на нужную глубину не получится.

Глубина забивания штырей

Штыри-заземлители должны уходить в грунт ниже глубины промерзания как минимум на 60-100 см. В регионах с засушливым летом желательно чтобы штыри находились хотя бы частично во влажном грунте. Потому используются в основном уголки или прут длиной 2-3 м. Такие размеры обеспечивают достаточную площадь соприкосновения с грунтом, создающую нормальные условия для рассеивания токов утечки.

Чего делать нельзя

Работа защитного заземления состоит в том, чтобы рассеивать по большой площади токи утечки. Происходит это за счет плотного контакта металлических заземлителей — штырей и полос — с грунтом. Поэтому элементы заземления никогда не красят. Это очень сильно снижает токопроводимость между металлом и землей, защита становится неэффективной. Предотвратить коррозию в местах сварки можно антикоррозионными составами но не краской.

Второй важный момент: заземление должно иметь маленькое сопротивление, а для этого очень важен хороший контакт. Он обеспечивается сваркой. Все соединения провариваются, причем качество шва должно быть высоким, без трещин, каверн и других дефектов. Еще раз обращаем внимание: заземление в частном доме нельзя делать на резьбовых соединениях. Со временем металл окисляется, разрушается, сопротивление многократно возрастает, защита ухудшается или вообще не работает.

Можно использовать только сварные соединения

Очень неразумно использовать в качестве заземлителя трубопроводы или других металлические конструкции, находящиеся в земле. Какое-то время такое заземление в частном доме работает. Но со временем стыки труб из-за электрохимической коррозии, активизированной токами утечки, окисляются и разрушаются, заземление оказывается нерабочим, как и трубопровод. Потому такие виды заземлителей лучше не использовать.

Проверка сопротивления в контуре

Еще одна работа, которую предстоит сделать, — проверка контурного сопротивления. Идеальный вариант — наличие специального прибора для тестирования. Название устройства — Ф41023-М1.

Однако стоимость такой техники велика — бывают приборы только у профессионалов. Для проверки разумнее пригласить работников энергетической компании. Специалисты сделают замеры и на основании полученных результатов выдадут технический паспорт, составят протокол на заземляющее устройство.

В домашних условиях (в случае отсутствия прибора и сторонней помощи) сопротивление проверяют более простым способом: подключают к сети 100-ваттную лампочку (или даже мощнее). Один контакт осветительного устройства подключают к заземляющему контуру, другой — к фазе. Яркий свет указывает на то, что монтаж системы осуществлен правильно. Тусклое свечение свидетельствует о слабом контакте между участками конструкции. Иными словами, необходимо перепроверить всю систему и найти недостаточно прочные соединения.

Считается, что контур сделан правильно, если подключенный между фазой и заземлением электроприбор мощностью 2 кВт будет работать, а снижение напряжения на указанном участке не превысит 10 Вольт.

По правилам ПУЭ (1.7.101) сопротивление проводника в любой сезон года не должно быть выше 2,4 и 8 Ом при линейных напряжениях для соответственно 660, 380 и 220-вольтовых источников трехфазного тока. То же самое относится к 380, 220 и 127-вольтовым источникам однофазного тока.

Обратите внимание! В системе заземления типа TT невысокий уровень сопротивления — хороший признак. Однако если речь идет о системе TN-C-S, уровень сопротивления не должен быть меньше 4 Ом, т. е. показателя трансформаторной подстанции. В противном случае нагрузка на заземление воздушной линии перейдет на контур частного дома.

Разновидности контуров заземления

Контур заземления: нормы ПУЭ

Имеются несколько основных видов заземлительных систем:

Традиционные системы заземления

Такая система заземления состоит из одного электрода, расположенного горизонтально, а другие два – вертикально. Первый элемент изготавливается из металлической полосы, а другие – из арматурных фрагментов. Все эти элементы необходимо проверить и убедиться, что они выполнены согласно заданным стандартным размерам. В том случае, когда заземление монтируется в жилом доме, необходимо произвести монтаж заземления в той части, где реже бывают жители дома. Это может быть северная часть здания, где чаще бывает тень, в земля остается более влажной.

К недостаткам такого варианта монтажа относятся:

сложность и трудность постройки;
большинство детали заземлительного контура изготавливаются из черного металла, который очень сильно подвержен воздействию коррозии;
на находящееся в верхних слоях земли оборудование влияет перепады влажности, температуры.

Глубинные системы заземления

Данная система заземления предполагает отсутствие многих минусов предыдущего вида. Изготавливается на производстве модульно-штыревым образом.

К его достоинствам можно отнести:

более высокая точность изготовления всех деталей;
длительный срок службы;
любая погода не помеха, поскольку заземлительные электроды установлены на большую глубину;
нет необходимости в постоянном техническом обслуживании;
довольной простой расчет заземления;
несложность монтажа.

После окончания монтажных работ, необходимо проверить работу всего оборудования. Следовать расчетам заземлителя, тем самым убедится в качестве всех соединений. Замер сопротивления заземления выполняют сотрудники специализированных и лицензированных лабораторий.

Наружные системы заземления

Эта система заземления имеет контур такой разновидности, которые применяется в трансформаторных подстанциях. В него входят:

вертикальные электроды;
горизонтальное устройство заземления.

Заземлитель изготавливается из 4-х полос по 40-50 мм каждая. Наружный контур заземления должен располагаться от стены на расстоянии более одного метра. Элемент конструкции, располагающийся горизонтально, укладывают в траншею на глубину 50-70 см от поверхности грунта.

Наиболее распространенные ошибки

При создании контура следует избежать ряда ошибок:

Если решено обратиться к электромонтажникам, необходимо особое внимание уделить качеству материалов, которые рабочие собираются использовать. Некоторые подрядчики стремятся удешевить свои услуги путем экономии на электродах, устанавливая проводники с небольшой проводимостью (к примеру, заржавевшую арматуру). Некачественные материалы значительно снижают эффективность защиты или даже делают затею вовсе бессмысленной.
Устройство заземления находится на слишком большом расстоянии от дома.
Установка контура в сухом месте. Вода улучшает проводимость — чтобы система работала эффективно, она должна находиться во влажном месте. Если такое место отсутствует, придется задуматься об искусственном увлажнении.
Объединение заземлительного контура с молниезащитой. Если в распредщите не вмонтировано устройство УЗИП, размыкающее цепь в виде ответной реакции на сверхзаряд, значительный ток из молниеприемника выведет из строя электрическое оборудование.

Контур заземления — важнейшая мера, обеспечивающая безопасность пользования электрическими приборами в частном доме. Если решено выполнить все работы своими руками, необходимо аккуратно придерживаться всех технических правил и рекомендаций, в том числе по технике безопасности. Если уверенности в своих силах недостаточно, лучше обратиться за помощью к специалистам.