Заземление для частного дома

Электричество представляет опасность, и неправильное обращение с ним может повлечь серьезные последствия. Например, при коротком замыкании любого электрического устройства может случиться пожар или вашем прикосновении к нему, через организм пройдет ток, способный нанести смертельный удар.

Для частных домовладений дополнительную угрозу несут последствия попадания молнии, которые помимо выходя из строя электрооборудования могут првоцировать пожары.

Для минимизации риска получения удара током и защиты электроники от перегрузок, электрические сети заземляются, обеспечивая отвод тока в землю. Поэтому важно провести заземление в частном доме, на даче или в других местах, где используется электричество.

Далее представлена инструкция по созданию правильной заземляющей системы.

Зачем нужно заземление?

В случае замыкания температура проводника резко повышается, что приводит к расплавлению как изоляции, так и проводящих жил. При контакте с проводами в момент замыкания ток пройдет через тело, что может быть смертельно. Это происходит потому, что ток всегда ищет путь с наименьшим сопротивлением.

Заземление направляет электричество прямо в землю, где оно не представляет угрозы. Ток всегда идет по пути с наименьшим сопротивлением, и контур заземления обладает подобным свойством.

При возникновении утечки электроэнергии лишний ток сразу направляется в заземляющую систему. Это означает, что в случае получения удара током человек не пострадает серьезно, так как основная часть электрической энергии будет отведена через заземляющую систему. Это подчеркивает важность заземления для обеспечения электробезопасности. Необходимо отметить, что заземление обязательно для всех объектов, использующих электричество. Согласно нормативным документам, любое сооружение, в котором присутствуют сети переменного тока с напряжением более 100 В, должно быть оснащено системой заземления. Ниже показана типовая схема подключения оборудования и отдельных элементов в общий контур.

Заземление обеспечивает безопасность и защиту бытовой техники. Контур заземления выдерживает лишнюю нагрузку при колебаниях напряжения в сети, уменьшает воздействие помех и нейтрализует отрицательное влияние электромагнитного излучения.

Чем заземление отличается от молниеотвода (громоотвода)

Важно отличать громоотвод (или молниеотвод, или технически более правильный термин – система молниезащиты) от заземления. Хотя они работают похожим образом, их функции различны. Громоотвод предназначен для приема разряда от молнии и передачи его через изолированный от внутренней сети контур заземления непосредственно в землю. В его состав входит молниеприемная часть (на рисунке ниже - 1), токоотводы (2) и система заземления (3).

Заземление необходимо для безопасного отвода электрического тока при возникновении перегрузок в домашней электрической сети. Можно использовать общий контур для заземления и молниезащиты, при соблюдении правил безопасности и требований соответсвующих норм (подробно о нормах и ГОСТах смотрите здесь). Для обеспечения эффективности и безопасности можно приобрести готовые комплекты молниезащиты, соответствующие всем необходимым требованиям.

Что из себя представляет контур заземления и его устройство

Заземление представляет собой специальную конструкцию из материалов с низким сопротивлением для отвода тока.

Для обеспечения заземления используется двойная система контуров, объединенных распределительным щитом:

• Один из контуров (внутренний) находится внутри здания, он объединяет заземление электроприборов, электрооборудования, розеток итд, и в случае возникновения проблемы передает ток заземления во внешний контур через общую шину заземления (еще называется главной шиной заземления), большая часть его расположена под землей.

• Внешний контур состоит из системы металлических вертикальных заглубленных заземлителей (стальные или омедненные, реже медные штыри разного сечения), соединенных по замкнутой или разомкнутой схеме между собой полосой или круглым проводником, для быстрой передачи (утилизации) тока в землю.

В частном доме заземление представляет собой внутренний контур, состоящий из проводов, подключенных к розеткам (через распределительный щиток), мощным приборам и токопроводящим трубам. Все это заводится на общую шину , которая соединяется с наружным контуром заземления. На рисунке ниже показана шина заземления (уравнивания потенциалов) - поз. 4, и место подключение к ней через проход в стене (поз. 2) внешнего контура заземления.

Принцип работы заземления довольно прост: при возникновении серьезных напряжений или токов в проводниках или на металлических конструкциях, контур действует как предохранитель, моментально отводя ток через общий контур в землю. Благодаря высокой электричской емкости и проводимости грунта, данная схема позволяет эффективно справляться с такими проблемами.

Типы контуров заземления

Существуют различные способы организации заземления для обеспечения быстрого и стабильного отвода тока в землю. Эффективность заземления зависит от правильного расчета и выбранной схемы монтажа, где соблюдены принципы организации заземляющего устройства с правильным расположением отдельных элементов.

Существуют два основных вида контуров заземления, каждый из которых обладает своими преимуществами.

1) Первый вид – очаговый, который представляет из себя отдельную точку глубинного заземления, соединенную со своим отдельным заземляющим проводником.

Меньше земляных работ, потому что не приходится копать траншею под горизонтальный заземлитель, но на каждую точку нужен свой заземляющий проводник и соединительные комплектующие.

2) Второй вид – контурный, когда несколько очагов соединяются при помощи горизонтального проводника (так называемая схема с глубинным заземлением) либо горизонтальный контур без очагов (поверхностное заземление). Например, известный всем треугольный контур, включающий три электрода, соединенных между собой так, чтобы образовывался треугольник. Расстояние между электродами должно быть равно глубине установки штырей заземления или немного больше.

Может быть линейный разомкнутый (линейный, П-образный итп) или замкнутый (треугольный, квадратный, овальный итп).

Для создания заземления линейного типа электроды устанавливаются в одну линию, ломаную кривую или полукругом с расстоянием между штырями, равным не менее 1-1.5 глубины их установки в грунт.

Линейный контур обычно используется, когда на участке нет достаточного места для размещения объемной конструкции. Закнутый контур обечивает лучшие условия по растеканию и отводу электрического заряда, а также немнгим более безопасен в части возникновения напряжений шага.

Два указанных типа контуров чаще всего применяются при обустройстве заземления в частных домах. Следует отметить, что замкнутый контур не обязательно должен иметь форму треугольника; его можно выполнить в виде прямоугольника, да и вообще любым. Преимущество заключается в том, что даже при повреждении связывающего вертикальные электроды горизонтального заземлителя, контур заземления продолжит выполнять свою функцию.

Необходимо помнить, что линейное заземление действует подобно гирлянде: при повреждении связующей шины разорванный участок теряет способность проводить электрический ток.

Правила для обеспечения эффективности заземления

Для надлежащей работы заземления все его элементы должны соответствовать установленным стандартам, а монтаж должен проводиться в соответствии с четкими инструкциями. Если эти требования не будут соблюдены, заземление в домашнем хозяйстве не сможет обеспечить должную защиту от перепадов напряжения.

Есть некоторые общепринятые минимально необходимые правила, условия размещения контура заземления:

• Внешний контур системы должен находиться не менее чем в 1 метре от здания (отмостки фундамента) и не дальше 10 метров. Рекомендуемым расстоянием считается интервал от 2 до 4 метров.

• Вертикальные электроды устанавливают на общую глубину от 2-3 метров. Если есть возможность общую длину увеличивают за счет модульной конструкции, чтобы сократить время монтажа на организацию новых точек (быстрее забить в одну точку 4 стержня по 1,5 метра, чем в две по 2; при этом будет использовано меньше соединительных элементов). Верхний штырь выносят в приямок (глубиной обычно от 0.5 метра) для подключения к внешней шине.

• Площадь поперечного сечения соединительной полосы, через которую соединяется в земле вертикальные заземлители берётся не менее 90 кв.мм (например 25х4 мм подходит, а вот 20х2.5 мм уже нет), заземляющий проводник, соединящий контур с шиной или щитком, - не менее 78 кв.мм (соответствует диаметру круглого прутка 10 мм).

• Соединение в грунте между подземными электродами и частями элементов контура должно осуществляться сваркой либо разборными резьбовыми (болтовыми) соединителями.

• Сопротивление в идеале не должно превышать 4 Ом для напряжения 380 Вольт и 8 Ом для напряжения 220 Вольт (для внутренного контура или в случае его объединения с контуром молниезащиты). Только для заземления молниезащиты на практике бывает достаточно 10-20 Ом в зависимости от категории здания по уровню защиты.

При выборе элементов комплекта для заземления необходимо учитывать местоположение, особенности климатических условий и параметры грунта. Например, при строительстве в холодном регионе следует брать в расчет фактор промерзания почвы, при смешанном и слоистом грунте принимать во внимание удельное сопротивление "критичного" слоя. Грунтовые воды существенно могут снижать величину сопротивления растекания тока.

Как выбрать схему (конструкцию) заземляющего контура

Перед началом монтажа необходимо выбрать схему размещения электродов под землей, правильно подобрать материалы для конструкции и рассчитать размеры элементов.

Схема (рисунок) контура подбирается концептуцально исходя из категории (класса) защиты сооружения, типа грунта, норм и ГОСТов, а также целесообразности и возможности ее привязки в месте монтажа.

Материал элементов заземлителей и комплектующих выбирают по соотношению надежность/цена (обычно оцинкованная сталь, реже нержавейка), должна также учитываться агрессивность среды грунта. Минимальные параметры элементов (площадь сечения, диаметр, длина итд) нормированы и подбираются по таблицам (смотри раздел ниже).

Часто для заземления электрооборудования внутреннего контура вопрос рисунка заземления решается путем использования треугольной схемы, которая считается наиболее оптимальной. Эта конфигурация предполагает несложный монтаж и обеспечивает эффективное поглощение электричества землей. В случае невозможности размещения треугольной конструкции из-за ограниченного размера участка, электроды могут быть расположены в одной линии, полукругом итп.

Какие материалы использовать

Материалы и сечения вертикальных заземлителей

При выборе материалов для устройства заземляющего контура обычно предпочитают использовать стальные электроды (оцинкованная, омедненная, нержавеющая сталь) из-за их высокой прочности и долговечности. Установка электродов из черного стального профиля в землю является более дешевым способом, но она быстрее коррозирует.

Существует различное профили и сечение заземлителей:

• круглый пруток диаметром 16-18 мм (у импортных аналогов 18-22 мм), нарезается на стержни длинами обычно от 1 до 1.8 метра (для удобства забивания). На концах нарезается резьба или формируются цапфы для безмуфтового соединения соседних стержней между собой. Для вертикальных Не рекомендуется использовать арматуру из-за наличия рифленой поверхности, которая после забивания снижает снижает эффективность рассеивания тока конструкции.

• Уголковаый профиль размер 30х30, 40х40, 50х50 мм толщинами 4-5 мм. Для ускорения установки уголок заостряется в нижней части.

• Металлические трубы, диаметр которых подбирается по диаметр расчетам (чаще всего используются трубы диаметром 50 мм и толщиной стенки 4-5 мм). В сухих районах применяются толстостенные трубы с отверстиями в нижней части, куда заливается соленая вода для улучшения рассеивающей способности грунта.

Редко встречается улучшенная нержавеющая сталь (с добавками никеля и молибдена) или чистая медь, но это больше исключения, потому что дорого. Обычно такие готовые заземлители представлены импортными моделями.

Именно сталь является наиболее подходящим материалом для заземления частного дома из-за высокой прочности и подходящего сопротивления. При правильных расчетах стальные электроды способны эффективно работать на протяжении длительного времени (50 и более лет).

Соединительный проводник горизонтальных заземлителей

Для быстрого отвода тока через заземление необходимо соединить вертикальные электроды между собой с использованием металла низкого сопротивления (полосовой профиль или кругляк). Для этой цели чаще всего выбирают либо сталь (оцинкованная, нержавеющая), либо медь или омедненная сталь (алюминий в земеле не используется). При этом нужно правильно рассчитать сечение соединительной полосы или или диаметр круглого проводника, что обеспечит эффективность всей системы.

Минимальное сечение соединения зависит от материала:

1. Для медной полосы или кругляка необходимо сечение не менее 50 мм²;
2. Алюминиевые соединители (или сплав AlMgSi) не используются из-за особенности окисления и сопутствующего истончения в контакте с грунтом;
3. Стальной площадь сечения не менее 70 мм².

Возможные варианты выбираются по таблицам для разного типа материала и его конфигурации.

Важно соблюдать антикоррозионные требования при соединении разных материлов (медь можно соедниять только с нержавейкой). Далее обозначена допустимость комбинаций различных материалов между собой с учетом контактной коррозии.

Самостоятельный монтаж заземления

Как видно из вышесказанного, установка заземления в частном доме - это достаточно простая операция, с которой сможет справиться каждый, если подготовится к этому тщательно и правильно рассчитает все детали. Самое главное - рассчитать каким должен быть ваш контур, чтобы обеспечивать необходимую величину сопротивления заземления.

Далее выбираем подходящее место. Оно должно быть ровным, не очень удаленным от защищаемого здания, чтобы не тратить ресурысы на земляные работы и дополнительные материалы. Кроме того ток будет отводиться быстрее и не будет проблем с такой величиной как шаговое напряжение.

По правилам необходимо устанавливать систему заземленияне не ближе, чем на 1 метр от строения. Место лучше запомнить либо как то пометиь. Не лишним будет запланировать смотровой (инспекционный) лючок, чтоб в дальнейшем делать замеры и контролировать уровень сопротивления контура.

Многие этого не делают, потому что это требует дополниетльных затрат на покупку и монтаж люка (обычно он устаналивается в отмостку или снизу по фасаду).

Затем следует непосредственно устройство заземления:

• Размечается план контура и очагов (мест забивание вертикальных электровдов). Необходимо учесть, что расстояние между очагами (точками забивания стержней) должно быть не меньше глубины забивания.
• По линиям выкапывается траншея, в ней будет положен горизонтальный заземлитель (чаще в его роли выступает полоса 3х30 мм или круглый оцинкованный или изолированный проводник 8-10 мм, его вывод соединяю уже с шиной заземления) на глубине примерно 70-80 см.
• Забиваются глубинные заземлители, величина заглубление опеределяется расчетом. Монтаж производится согласно инструкции (идет в комплекте с готовым комплектом) по общему принципу – забиваем первый стержень таки образом, чтобы верхний конец оставался наруже, соединяем со следующим стержнем безмуфтовым способом либо навинчиваем муфту, заливаем туда токопроводящую пасту и ввинчиваем электрод и так далее.
• Все глубинные заземлители соединяем между собой горизонтальным заземлителем (полосой или кргулый проводником), использую сварку или специалные соединители (проще и дешевле)
• Кидаем от контура заземляющий проволник на шину заземления. Предусматриваем, если необходимо, в удобном месте испекционный лючок.

На рисунке: 1 - плоский проводник (полоса заземления), 2 - щиток в месте соединения токоотвода и заземляющего проводника, 3 - соединительный зажим для круглых/плоских проводников, 4- стержни глубинного заземления, 5 - наконечник, 6 - диагональный зажим, 7 - крестовой зажим, 8 - антикоррозионная лента.

После завершения работ необходимо протестировать заземляющую систему, чтобы удостовериться в ее эффективности. Для этого измеряется электрическое сопротивление всей системы, которое не должно превышать установленных нормативами значений. Для частного дома лучше оринетроваться на величину 10 Ом (хотя в нормативах есть и 4, и 20 Ом).

Кто то, уверенный в данных расчета, ососбенно если его смотрели проессионалы, не заморачивается с замерами. Но мы бы так не советовали.

Готовые комплекты заземления

Если монтировать  заземление самостоятельно, можно существенно сэкономить. Однако подготовка материалов, выбор и другие этапы монтажа могут занять много времени и, кроме того, можно ошибиться с оптимальным набором комплектующих и переплатить.

Если у вас нет времени на подготовку, можно воспользоваться готовыми коробочными продуктами на рынке -  скомплектованным набором для монтажа (включает кроме электродов-заземлителей дополнительные монтажные элементы и расходники) с инструкцией по установке. Это поможет ускорить процесс и сэкономить на монтаже.

Данный тип готовых комплектов еще называют модульно-штыревое. 

Примеры комплектов заземления от разных производителей, которые все можно условно разделить на 3 группы:

1. Комплекты на немецких комплектвующих от немецких производителей (например OBO Bettermann). В комплект как правило входит от 4-оцинкованных электродов диаметром 18-20 мм в безмуфтовом исполнении, наконечник, ударная головка, зажим и лента для герметизации соединения. Бывают оцинкованные и нержавеющие (медь дорогая, а более строгий немецкий стандарт разрешает использовать только чистую медь, а не омедненную сталь). Средняя цена – 9-12 тыс. руб.
2. Продукты от отечественных производителей (Galmar, Ezetek, ZANDZ и другие), которые имеют по сравнению с п. 1 дополнительные монтажные эелементы в виде соединительных муфт, токопроводящей пасты.Примеры смотрим здесь. Их стоимость варьируется в зависимости от общей длины и материала стержней (омеденнные, оцинкованные или нержавеющие) и колеблется от 4 до 30 тыс рублей.
3. Китайские аналоги, которые могут вызыывать сомнение по качеству материалов и эффективности.