Заземление на 220 В и 380 В: создаём надёжную защиту своими руками

Ещё совсем недавно самыми мощными электроприборами в доме были утюг, плитка и кипятильник. В наше время список потребителей электроэнергии регулярно пополняется оборудованием, которое делает жизнь более удобной и комфортной. Обратной стороной медали является то, что увеличение количества бытовых электроприборов повышает риск поражения электрическим током. Для защиты от опасного воздействия высокого напряжения корпус электроприбора подключают к заземляющему контуру. В многоквартирных домах проводка проложена с учётом присоединения к «земле», а на частном подворье соорудить надёжное заземление можно своими руками.

Что такое заземление: немного теории

Прежде чем приступать к сооружению заземления, разберёмся, что это такое и как оно работает. Стандартное напряжение подаётся к бытовым потребителям двумя способами — по двум или четырём проводам. В первом случае между так называемым фазным и нулевым проводником присутствует напряжение 220 В — такая сеть называется однофазной. Во втором случае мы имеем дело с трёхфазной сетью, электричество в которой передаётся тремя фазами и одним нулём. Потенциал между соседними фазами составляет 380 В, тогда как напряжение между нулевым проводником и каждой фазой равняется 220 В.

Однофазное подключение

Схема подключения дома к сети 220 В с контуром заземления называется однофазной

Нулевой провод часто называют «землёй» и совсем неслучайно. Дело в том, что он имеет прямое соединение с поверхностью нашей планеты, вследствие чего потенциал между ними равняется нулю. Если по какой-либо причине соединение с нулевым проводом исчезнет, то проводником электричества может стать человек. Попадание под опорное напряжение смертельно опасно, поэтому учёные придумали способ, как пустить ток по другому пути. Для этого корпус современных электроприборов подключают к устройству, которое имеет хороший контакт с землёй. Его сопротивление по нормам не должно превышать 4 Ом, тогда как наше тело обладает сопротивлением в 100 000–500 000 Ом. Естественно, в этом случае ток будет течь по пути минимального сопротивления и человек окажется в безопасности.

Трёхфазное подключение

Для подключения коттеджа к трёхфазной сети используется четыре провода

Упоминаемое выше приспособление называется контуром защитного заземления. Благодаря ему удаётся:

  • снизить риск поражения электрическим током;
  • избежать повреждения бытовой техники при обрыве нуля;
  • снизить уровень электромагнитных помех, исходящих от бытового электрооборудования и электропроводки;
  • сгладить шумовые помехи, присутствующие в электрических сетях.

Заземляющие контуры обустраиваются не произвольно, а в строгом соответствии со следующими нормативными документами:

  1. Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок (ПТБЭ).
  2. Правилами устройства электроустановок потребителей (ПУЭ).
  3. Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭ).

Прочитав все три документа, вы нигде не встретите упоминаний, что к монтажу заземляющих контуров допускаются исключительно квалифицированные представители энергопоставляющих организаций. Соответственно, работы по обеспечению электробезопасности можно выполнить самостоятельно. Главное, чтобы заземляющий контур был построен по всем правилам и соответствовал принятым нормам.

Определяем тип защитного устройства

Эксплуатация электрооборудования требует использовать несколько типов заземляющих устройств, предназначением которых является не только защита людей от воздействия высокого напряжения, но и обеспечение нормального функционирования самих электрических приборов. Поэтому сегодня на производстве и в частных домовладениях используют две различные схемы подключения — так называемое защитное и рабочее заземление. Подключения по той или иной схеме различаются принципиально и никогда не используются совместно.

Защитное заземление

Контуры защитного заземления создаются с одной целью — защитить людей от поражающего действия тока, если кожух или иные доступные части оборудования по какой-либо причине окажутся под напряжением. Соединение с землёй выполняется малым по величине сопротивлением (от 4 до 10 Ом), вследствие чего значительно уменьшается проходящий через человеческое тело ток.

Защитное заземление: принципиальная схема

Защитное заземление позволяет в разы снизить ток при касании к устройству, корпус которого находится под напряжением

Защитное подключение этого типа сооружается для следующих электросетей и подключений:

  • двухпроводные сети постоянного тока, построенные по схеме с заизолированной общей точкой катушек источников питающего напряжения;
  • заизолированные от земли бытовые однофазные сети с напряжением до 1 кВ;
  • трёхфазные сети переменного тока напряжением до 1 кВ с изолированным нулевым проводом;
  • электросети обоих типов с напряжением выше 1 кВ — с любым режимом нуля.

В бытовых электроприборах защищающее заземление реализуется при помощи третьего контакта, который размещается на вилке подачи питания и присоединяется к внешнему каркасу или кожуху оборудования. Ответная часть системы представляет собой отдельный контакт в розетке, который при помощи заземляющих проводников подсоединяется к заземлителям — вкопанным в грунт металлическим элементам.

Рабочее заземление

Заземление с рабочим контуром подразумевает соединение с землёй различных токоведущих узлов электроустановок, в частности, нейтральных точек трансформаторных катушек или обмоток генераторов. От рассмотренных выше защитных устройств оно отличается назначением — обеспечивать нормальное функционирование оборудования в случае пробоя изоляции, замыкании одного из проводников на землю или для возможности максимально быстро отключить проблемную часть установки.

Рабочее заземление: принципиальная схема

Рабочий защитный контур с глухозаземлённой нейтралью даёт возможность быстро отключить неисправную часть установки

Сопротивление рабочего заземляющего контура по нормативам не должно быть выше 4 Ом. Подобное условие обусловлено потенциалом, который может возникать на нейтральном проводе относительно земли в то время, когда ток замыкания начнёт протекать в сторону заземлителей.

По технике безопасности совмещать рабочий и защитный контуры заземления запрещено, поскольку при этом в сеть могут проникать токовые помехи от атмосферных разрядов. Это чревато нарушением нормальной работы электроустановок, вплоть до выхода оборудования из строя. Кроме того, снижается эффективность защитного заземления, которое в аварийных ситуациях возьмёт на себя функции рабочего или и вовсе будет бездействовать.

Заземление сетей 220 В и 380 В практически не отличается по части обустройства защитного контура. Есть различия только в способе подключения — в сети 220 В коммутация осуществляется при помощи трёх проводов (фаза, нейтраль и земля), тогда как подключения на 380 В требуют задействовать пять проводов (три фазных, нулевой и земля).

Разновидности заземлителей

Выше уже неоднократно отмечалось, что для отвода тока используются заземлители — металлические электроды, которые находятся в прямом электрическом контакте с грунтом.

Различают заземлители естественного и искусственного типа. В качестве первых допускается использование:

  • металлических частей строений при условии низкого сопротивления в местах их контакта с землёй;
  • обсадных труб;
  • подземных частей инженерных коммуникаций, построенных из металла;
  • стальных шпунтов гидротехнических конструкций;
  • бронированных кожухов подземных кабелей.

Не допускается применение в виде естественного заземления:

  • инженерных магистралей, используемых для перекачивания огнеопасных материалов;
  • трубопроводов, которые имеют антикоррозионную изоляцию;
  • трубопроводов центрального отопления;
  • канализационных труб.

Если нет возможности подключиться к одной из естественных защитных конструкций, то придётся прибегнуть к помощи искусственных заземлителей. В отличие от естественных сооружений, их устанавливают специально. Для этого вбивают в землю или прокладывают на определённой глубине:

  • трубы из конструкционной стали диаметром 25–62 мм длиной 2–3 м;
  • стальные уголки с полками не менее 50х50 мм;
  • металлические стержни диаметром 10–12 мм;
  • полосовую или шинную сталь при условии, что её сечение превышает 1,5 см2.

Поверхность электродов должна быть максимально гладкой — это необходимо для того, чтобы достигался максимальный контакт с грунтом. Полностью защитить заземление от пагубного действия коррозии невозможно. Частично предотвратить разрушение можно двумя способами — используя защитное покрытие антикоррозионными токопроводящими составами или же выбирая в качестве электродов омеднённый или оцинкованный стальной прокат.

Выбираем схему заземления для частного дома

Сегодня существует две схемы защиты от поражающего действия тока — подключение TN-C-S и TT. Особенность первого заключается в том, что в нейтральном проводе защитный нуль совмещается с рабочим, тогда как второе имеет глухозаземлённую нейтраль. Подача же электричества к частному дому чаще всего происходит с использованием воздушных линий со схемой заземления TN-C, которые характеризуются наличием фазного проводника (L) и совмещённого с нулём защитного проводника PEN. Для подключения собственного земляного контура применяют два способа:

  • преобразование традиционной схемы в TN-C-S;
  • подсоединение к «земле» по системе TT.

Забегая наперёд, отметим, что подключение по схеме TT получило большее распространение, поскольку подразумевает заземление всех токоведущих частей оборудования. Тем не менее рассмотрим оба этих способа.

Подсоединение TN-C-S

Выше уже неоднократно говорилось, что отдельный защитный провод в системе TN-C не предусматривается. Чтобы получить точку подключения к заземлению, совмещённый PEN-проводник разделяется на две отдельные линии — защитную (РЕ) и нулевую рабочую (N).

Схема защиты TN-C-S

При подключении TN-C-S провод PEN разделяют на две отдельные линии

В этих целях в электрощит монтируют заизолированную шину N, кроме того, устанавливают PE-шину, подключённую к кожуху шкафа. К последней подключают PEN-провод от линии электропередачи. В качестве шин используются отрезки медной ленты, сечение которой соответствует максимальной силе тока. Затем устанавливают перемычку между двумя шинами, а сам щит подключают к контуру заземления. Фазный провод монтируют на отдельную изолированную шину.

Подключение по схеме TT

Этот тип защиты не требует никакого разделения PEN-провода. Как и в предыдущем случае, фазный провод крепят к отдельной изолированной шине, а совмещённый с рабочей нейтралью PEN-проводник соединяют с другой изолированной от щита шиной. В дальнейшем его считают обычным нулевым проводом. Заземляющий контур подсоединяют к металлическому кожуху шкафа, поэтому он не связан с PEN-проводом.

Заземление TT

Заземление, подключённое по схеме TT, предполагает изоляцию линий N и PE

Благодаря особенностям этого подключения появляются преимущества в сравнении со схемой TN-C-S:

  • при отгорании совмещённого с рабочей нейтралью PEN-проводника корпус любого потребителя не окажется под напряжением (потенциал будет равняться нулю);
  • отсутствие связи между нулём сети и защитным проводом делает невозможной ситуацию, когда на корпусе электрооборудования появляется напряжение перекоса фаз.

Скептики могут заявить, что описанные выше случаи вызовут срабатывание устройства защитного отключения (УЗО), которым сегодня оборудуют практически все защитные системы. Тем не менее, не стоит испытывать судьбу и надеяться на электронику — лучше обеспечить себя двойной защитой. Следует отметить, что вследствие необходимости в дополнительных реле напряжения и УЗО система TT обходится потребителям дороже, чем TN-C-S, поэтому при её выборе надо быть готовым к дополнительным тратам.

Видео: системы заземления TN-C-S и ТТ

Монтаж контура заземления своими руками

Работы по обустройству заземляющего контура выполняют поэтапно, начиная от проектирования и расчёта системы и заканчивая монтажом контура.

Выбираем рабочую схему

На первом этапе необходимо определиться со схемой, по которой будет построено заземление частного дома. Сегодня используются преимущественно системы двух типов:

  1. Замкнутый контур, в котором электроды располагаются по углам воображаемого треугольника. Преимущество этой схемы заключается в том, что повреждение перемычки между отдельными электродами практически не оказывает влияние на работоспособность системы — ток будет протекать с другой стороны.
    Замкнутый контур заземления

    Схема замкнутого контура заземления предполагает соединение всех заземлителей между собой

  2. Линейная схема, в которой отдельные электроды соединяются последовательно. Недостатком подобного подключения является то, что повреждение соединяющего звена «отсекает» от защитного подключения отдельные стержни или весь контур (в зависимости от того, насколько место обрыва удалено от точки ввода).
    Линейный контур заземления

    Линейный контур заземления состоит из электродов, которые соединяют последовательно

Помимо этого, стержни можно вбить любым произвольным образом — в форме овала или прямоугольника. Главное, чтобы при этом соблюдались требования относительно надёжности и сопротивления заземлителей.

Расчёт параметров заземляющего контура

Определение параметров заземления производят исходя из максимального сопротивления «земляного» контура, которое не должно превышать 4 Ом. Специалисты рекомендуют рассчитывать защитную систему на сопротивление искусственного заземлителя, равное 1 Ом.

В домашних условиях выполнить полноценное проектирование очень сложно, поскольку фундаментальный подход требует определения множества параметров — удельного сопротивления грунта с учётом его промерзания и обезвоживания, сопротивления растекания, изменения влажности почвы и т. д. В принципе, столь серьёзный подход требуется для промышленных энергоустановок. На частном подворье можно воспользоваться упрощённым методом.

Для определения параметров вертикального контура пользуются формулой P1=0,84×p/L, где P1 — сопротивление контура в Ом, p — удельное сопротивление почвы, Ом×м, а L — длина штыря, м.

Для случаев, предусматривающих использование нескольких вертикальных заземлителей, рассчитывают параметры отдельных стержней P=P1/0,9×m, где P — сопротивление единичного стержня в Ом, а m — число заземлителей в контуре.

В этих формулах «тёмной лошадкой» является лишь удельное сопротивление почвы. Зная его величину, по первой формуле несложно рассчитать сопротивление контура. Подставляя это значение во второе уравнение, получают необходимое число заземлителей при выбранной длине каждого электрода.

Если нет возможности определить удельное сопротивление почвы при помощи специального оборудования, то можно взять данные из таблицы для почвы любого типа.

Таблица: удельное сопротивление грунтов

Почвы Удельное сопротивление, Ом*м
Торфянистые 20
Глинистые 40
Суглинки 100
Чернозём 200
Супески 300
Песчаные 700

Кроме того, можно воспользоваться практическим методом определения сопротивления почвы на участке, выбранном для установки заземляющего контура. Для этого электрод вбивают в грунт, периодически измеряя сопротивление. Если при дальнейшем погружении его значение перестало меняться, то считают, что стержень находится на глубине, где удельное сопротивление почвы остаётся постоянным. Далее этот заземлитель связывают с другими электродами контура, которые устанавливают аналогичным способом.

Определяем место монтажа защитной конструкции

Перед тем как приступить к монтажу защитного сооружения, выбирают ровную площадку, которая удалена от дома на расстояние не менее 1,5 м и не более 10 м.

Выбор места для заземления

Место для контура заземления должно находиться недалеко от дома

При размещении конструкции руководствуются следующими правилами:

  1. Запрещается монтаж контура заземления в местах регулярного пребывания людей или животных, поскольку при отводе тока в грунт живые существа попадают под действие шагового напряжения. Если выполнить это правило нет возможности, то участок необходимо оградить.
  2. Лучше, если заземляющее устройство будет установлено с северной стороны дома — как правило, почва там более сырая, а значит, контакт со стержнями будет лучше.
  3. Не рекомендуется устанавливать элементы системы рядом с тепловыми инженерными системами, поскольку чрезмерное высыхание почвы повышает сопротивление контура.
  4. Электроды монтируют ниже точки промерзания грунта. Минимальная глубина установки заземлителей — 0,5 м.

Чересчур влажная почва на выбранной площадке положительно сказывается на сопротивлении системы. В таких местах заземление работает лучше всего, вот только существует опасность быстрой коррозии стержней. В этом случае используют электроды увеличенной толщины, а также стержни, покрытые специальными токопроводящими материалами.

Окрашивание или покрытие заземлителей краской или иными защитными составами, которые снижают проводимость тока, запрещается. Это приведёт к увеличению сопротивления контура, что негативно скажется на его работоспособности.

Какие инструменты и материалы понадобятся

Для постройки собственной системы заземления следует подготовить такие материалы:

  • стальной уголок 50х50 мм, труба диаметром не менее 32 мм с толщиной стенок от 3,2 мм или пруток толщиной 10–12 мм — три отрезка расчётной длины;
  • металлическая шина сечением не менее 40х4 мм — три отрезка по 120 см и одна полоса длиной от места установки контура до электрического щита или места ввода в дом;
  • болт с гайкой М8 или M10;
  • проводник медный сечением не менее 6 мм2.

Если вы заинтересовались изготовлением заземляющего контура, то, скорее всего, в вашей мастерской найдутся такие инструменты:

  • сварочный трансформатор или полупроводниковый инвертор;
  • угловая шлифмашина, которую у нас называют «болгаркой»;
  • электрическая дрель и свёрла по металлу Ø 10 мм или Ø 12 мм (в зависимости от диаметра используемого болта);
  • круг для резки металла;
  • лопата штыковая;
  • кувалда;
  • перфоратор или ударная дрель;
  • рулетка.

После того как будут подготовлены нужные материалы и инструмент, можно приступать к сооружению заземления своими руками.

Земляные работы

  1. На выбранном участке производят разметку траншей под будущий контур заземления. Чаще всего для бытовых целей используют конструкцию в форме треугольника, поэтому по углам воображаемой фигуры вбивают в землю небольшие колышки. Расстояние между ними должно составлять 1,2 м — это значение является оптимальным и выявлено экспериментальным путём.
    Траншея для контура заземления

    Траншея для монтажа контура заземления имеет форму треугольника

  2. После этого по контуру треугольника копают траншеи глубиной от 0,5 до 0,7 м — они понадобятся для соединения электродов в единую систему. Такую же канаву необходимо выкопать по направлению к дому — в неё будет уложена соединительная шина. Ширина траншей может быть произвольной. Важно только, чтобы она не сковывала движений при производстве сварочных работ.

Монтаж контура

Сборка заземляющего контура является основной частью процесса, поэтому монтаж ведут в строгом соответствии с разработанным ранее проектом.

  1. После того как все стержни будут забиты в землю на нужную глубину, их концы сваривают, получая металлический каркас в форме треугольника.
    Соединение штырей

    Соединение штырей между собой выполняют сваркой

  2. Согласно принятой схеме, по углам треугольной траншеи в землю забивают электроды. Чтобы облегчить работу, один конец заземлителей следует сделать острым. Для этого болгаркой срезают металл, получая подобие копья или наконечника стрелы.
    Электроды заземляющего контура

    Электроды заземления должны иметь заострённые края

  3. Минимальная глубина, на которую заземлители необходимо вбивать в землю, составляет 2 м. Сверху должны остаться верхушки штырей для того, чтобы можно было соединить их сваркой.
    Треугольный контур заземления

    Для соединения стержней в замкнутую систему вместо стальной полосы можно использовать металлические уголки

  4. Отдельную шину укладывают в траншею, которая ведёт по направлению к дому, после чего сваркой прихватывают к ближайшему стержню. На другом её конце в металлической полосе выполняют сверление Ø10–12 мм. При помощи болта и гайки заземляющий кабель крепят к металлической шине, после чего конструкцию засыпают грунтом.
    Подключение заземления к кабелю

    Надёжное подключение контура заземления к кабелю получают при помощи резьбового соединения

Для повышения токопроводимости почвы места установки электродов поливают раствором кухонной соли в воде. Являясь отличным электролитом, соляной раствор способствует снижению сопротивления контура. Недостатком является то, что эта смесь является ещё и хорошим окислителем, поэтому металл начинает активно ржаветь, а сопротивление системы — расти. Вместе с тем этот способ можно без проблем использовать в системах с шинами и электродами из нержавеющей стали.

Проверка правильности монтажа

Проверку проводят после окончания монтажных работ. Если есть доступ к специальному оборудованию, то можно использовать приборы типа ТН-200, ЕР-183М, Extex GRT300. Их принцип работы построен на измерении величины сопротивления между заземлителями и двумя заглублёнными в почву электродами. Для этого:

  1. Комплектные стержни вбивают в землю до специальной метки или на глубину более 50 см и зачищают небольшой участок на шине.
  2. Согласно инструкции выполняют присоединение прибора к штырям и соединительной шине, после чего считывают показания. В сети 220 В прибор должен показывать сопротивление не более 4 Ом, а для трёхфазной системы и того меньше — до 2 Ом.
Проверка сопротивления заземления

Правильность монтажа проверяют специальными приборами — измерителями сопротивления заземления

При использовании измерителя сопротивления заземления М-416 электроды втыкают в грунт на расстоянии не менее 10 м друг от друга и более 20 м от ближайшего заземлителя.

Если доступа к таким точным приборам у вас нет, то проверить работоспособность заземления для сетей 220 В можно старым «дедовским» способом, который, тем не менее, сможет дать ответ о пригодности сделанной вами конструкции.

  1. Берут лампочку мощностью 100 Вт с патроном, к которому подключают два многожильных проводника.
  2. Их концы зачищают и включают в розетку — лампочка при этом должна ярко гореть.
  3. После этого при помощи индикаторной отвёртки определяют, какой контакт розетки соответствует фазе и подключают импровизированный «пробник» к этому выводу и контуру заземления.
Простой способ проверки заземления

Проверить работоспособность системы заземления можно при помощи лампы накаливания

Если свет при этом не менее яркий, чем при включении в сеть 220 В, то всё сделано правильно. Тусклое свечение указывает на высокое сопротивление или плохой контакт между отдельными элементами заземляющего контура. Если же лампочка не горит вовсе, то это указывает на обрыв в системе или неправильный монтаж.

Видео: как соорудить надёжное заземление частного дома своими руками

Система заземления должна быть оборудована в каждом доме. Установка защитного контура своими руками не является какой-то непосильной задачей. Всё, что понадобится для её решения — это правильный расчёт и аккуратный монтаж. Важно только не забывать о правилах техники безопасности при проведении работ, связанных с напряжением 220 В или 380 В. Если вы не уверены в своих силах, то проверку системы следует доверить знакомому электрику либо человеку, хорошо осведомлённому в том, где искать ту самую «фазу».