Заземление: теория и практика

Заземление: теория и практика



В данной статье будут рассмотрены следующие вопросы:

Для чего нужно заземление (защитное зануление) 

Требования Правил устройства электроустановок (ПУЭ) к заземлению (защитному занулению) 

Способы реализации заземления (защитного зануления). 

Итак, для чего же заземление все-таки нужно? Компьютер без него вполне работоспособен и, как правило, с успехом выполняет возложенные на него пользователем задачи. В общем и целом все так. Но... есть ряд небольших нюансов.







Помехи



В большинстве блоков питания компьютеров на входе стоит элементарный фильтр, состоящий из двух конденсаторов, задача которого сводится к тому, чтобы не пропустить высокочастотную составляющую. Фильтр может быть и более продвинутым, включающим в себя катушки индуктивности (зависит от "серьезности" производителя БП), но, в большинстве случаев, это фильтр, показанный на рисунке. В результате, в зависимости от емкости конденсаторов, мы получаем на корпусе компьютера потенциал порядка 100 В относительно фазного (L) и нулевого (N) провода. Иначе говоря, при определенных условиях при прикосновении к корпусу компьютера можно получить удар электрическим током. Впрочем, в помещениях, где разводка сети выполнена по трехфазной схеме, ситуация гораздо хуже: разность потенциалов между корпусами компьютеров, сидящих на разных фазах, пойдет уже на сотни вольт. В результате, при объединении компьютеров, к примеру, в сеть, практически гарантированно получаем повреждение аппаратного обеспечения. 

Кстати, те господа, которые применяют сетевые фильтры (ZIS, APC и т. д.) при отсутствии заземления (защитного зануления), в свете вышесказанного на самом деле используют, просто, удлинители за 20$ и выше. 



Защита от электромагнитного излучения



В смысле того излучения, которое оказывает вредное влияние на организм человека. Фирмы-производители постоянно борются за снижение электромагнитного излучения. Приходится им бороться - постоянно ужесточаются стандарты и требования. В общем, частоты растут, а уровень излучения должен снижаться. Так вот, все эти мероприятия практически сводятся к нулю в результате неправильного подключения аппаратуры. 

Подведем итог. Заземление нужно, чтобы:

Уменьшить электромагнитное излучение высокой частоты 

Уменьшить выброс помех в электрическую сеть 

Уменьшить влияние внешних помех на аппаратуру 

Обеспечить нормальную работу аппаратуры в составе сети 

Исключить поражение человека емкостным током 

Теперь попробуем разобраться, какие требования предъявляются к электрической сети, в общем, и к заземлению в частности.

Основным документом в данном вопросе, безусловно, являются "Правила устройства электроустановок" (ПУЭ). Все монтажные работы и, впоследствии, приемо-сдаточные испытания базируются на требованиях ПУЭ. Здесь стоит отметить один, на мой взгляд, любопытный факт. Дело в том, что те или иные требования к электроустановкам определяются в первую очередь исходя из категории помещения с точки зрения электробезопасности. Согласно ПУЭ существует три категории помещений:

Без повышенной опасности 

С повышенной опасностью 

Особо опасные 

Согласно этой классификации квартиры попадают в категорию помещений с повышенной опасностью. Но при этом, в ПУЭ до 1999 года они относятся к так называемым жилым помещениям где, оказывается, нет необходимости в заземлении (занулении). И только в седьмом издании ПУЭ (утверждено 06.10.1999) эта позиция была пересмотрена. Более того: были введены требования, которые уже давно применяются в, скажем так, передовых странах.

Ниже будут приведены некоторые пункты правил, касающиеся заземления, но вначале хотелось бы остановиться на некоторых понятиях.

Электрические сети делятся на сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью. В наше стране для питания жилых помещений, как правило, используются сети с глухозаземленной нейтралью (заземлена средняя точка генератора), поэтому корректнее говорить не "заземление", а "защитное зануление" (РЕ).



Фазное напряжение



Напряжение между фазным (L) и рабочим нулевым (N) проводниками. Для сети 380/220 В - 220 В. 

Линейное напряжение 

Напряжение между двумя фазными (L) проводниками. Для сети 380/220 В - 380 В. 

Рабочий ноль (N)



Проводник, обеспечивающий вместе с фазным проводником питание потребителя. 



УЗО - устройство защитного отключения



Принцип работы устройства основан на правиле Кирхгофа (сумма токов равна нулю). Устройство отслеживает токи утечки, возникающие при прикосновении человека к токоведущему проводу, повреждении изоляции и т. п. Наиболее распространены УЗО с током отсечки 10мА, 30мА и 300мА. При этом в жилых и общественных помещениях как правило применяются УЗО с током отсечки 30мА. Основная задача УЗО - защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара. 



Выдержки из ПУЭ



7.1.21. 

При питании однофазных потребителей зданий от многофазной распределительной сети допускается для разных групп однофазных потребителей иметь общие N и PE проводники (пятипроводная сеть), проложенные непосредственно от ВРУ1, объединение N и PE проводников (четырехпроводная сеть с PEN) не допускается.

При питании однофазных потребителей от многофазной питающей сети ответвлениями от воздушных линий, когда PEN проводник воздушной линии является общим для групп однофазных потребителей, питающихся от разных фаз, рекомендуется предусматривать защитное отключение потребителей при превышении напряжения выше допустимого, возникающего из-за несимметрии нагрузки при обрыве PEN проводника. Отключение должно производиться при вводе в здание, например воздействием на независимый расцепитель вводного автоматического выключателя посредством реле максимального напряжения, при этом должны отключаться как фазный (L), так и нулевой рабочий (N) проводники.

При выборе аппаратов и приборов, устанавливаемых на вводе, предпочтение, при прочих равных условиях, должно отдаваться аппаратам и приборам, сохраняющим работоспособность при превышении напряжения выше допустимого, возникающего из-за несимметрии нагрузки при обрыве PEN или N проводника, при этом их коммутационные и другие рабочие характеристики могут не выполняться.

Во всех случаях в цепях PE и PEN проводников запрещается иметь коммутирующие контактные и бесконтактные элементы.

Допускаются соединения, которые могут быть разобраны при помощи инструмента, а также специально предназначенные для этих целей соединители.



7.1.34. 

В зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами2. 

В жилых зданиях сечения медных проводников должны соответствовать расчетным значениям, но быть не менее указанных в таблице:



Наименование линий

Наименьшее сечение кабелей и проводов с медными жилами, мм2

Линии групповых сетей

1,5

Линии от этажных до квартирных щитков и к расчетному счетчику

2,5

Линии распределительной сети (стояки) для питания квартир

4




7.1.36. 

Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых, этажных и квартирных щитков до светильников общего назначения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, должны выполняться трехпроводными (фазный - L, нулевой рабочий - N и нулевой защитный - РЕ проводники).

Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий.

Нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать на щитках под общий контактный зажим.

Сечения проводников должны отвечать требованиям п. 7.1.45.



7.1.45. 

Выбор сечения проводников следует проводить согласно требованиям глав ПУЭ.

Однофазные двух- и трехпроводные линии, а также трехфазные четырех и пятипроводные линии при питании однофазных нагрузок, должны иметь сечение нулевых рабочих (N) проводников, равное сечению фазных проводников.

Трехфазные четырех- и пятипроводные линии при питании трехфазных симметричных нагрузок должные иметь сечение нулевых рабочих (N) проводников, равное сечению фазные проводников, если фазные проводники имеют сечение до 16 мм2 по меди и 25 мм2 по алюминию, а при больших сечениях - не менее 50% сечения фазных проводников.

Сечение РЕN проводников должно быть не менее сечения N проводников и не менее 10 мм 2 по меди и 16 мм2 по алюминию независимо от сечения фазных проводников.

Сечение PE проводников должно равняться сечению фазных при сечении последних до 16 мм2, 16 мм2 при сечении фазных проводников от 16 до 35 мм2 и 50% сечения фазных проводников при больших сечениях.

Сечение PE проводников, не входящих в состав кабеля, должно быть не менее 2,5 мм2 - при наличии механической защиты и 4 мм2 - при ее отсутствии.



7.1.49 

В зданиях при трехпроводной сети (см. п. 7.1.36) должны устанавливаться штепсельные розетки на ток не менее 10 А с защитным контактом.

Штепсельные розетки, устанавливаемые в квартирах, жилых комнатах общежитий, а также в помещениях для пребывания детей в детских учреждениях (садах, яслях, школах и т.п.) должны иметь защитные устройство, автоматически закрывающие гнезда штепсельной розетки при вынутой вилке.



7.1.68. 

Во всех помещениях необходимо присоединять открытые проводящие части светильников общего освещения и стационарных электроприемников (электрических плит, кипятильников, бытовых кондиционеров, электрополотенец и т. п.) к нулевому защитному проводнику.



7.1.69. 

В помещениях зданий металлические корпуса однофазных переносных электроприборов и настольных средств оргтехники класса I по ГОСТ 12.2.007.0.-75 "ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности" должны присоединяться к защитным проводникам трехпроводной групповой линии (см. п. 7.1.36).

К защитным проводникам должны подсоединяться металлические каркасы перегородок, дверей и рам, используемых для прокладки кабелей.


7.1.72. 

Если устройство защиты от сверхтока (автоматический выключатель, предохранитель) не обеспечивает время автоматического отключения 0.4 с при номинальном напряжении 220 В из-за низких значений токов короткого замыкания и установка (квартира) не охвачена системой уравнивания потенциалов, установка УЗО является обязательной.



7.1.74. 

В зоне УЗО нулевой рабочий проводник не должен иметь соединений с заземленными элементами и нулевым защитным проводником.



7.1.75.

Во всех случаях применении УЗО должно обеспечить надежную коммутацию цепей нагрузки с учетом возможных перегрузок.



7.1.76. 

Рекомендуется использовать УЗО, представляющее собой единый аппарат с автоматическим выключателем, обеспечивающим защиту от сверхтока.

Не допускается использовать УЗО в групповых линиях, не имеющих защиты от сверхтока, без дополнительного аппарата, обеспечивающего эту защиту.

При использовании УЗО, не имеющих защиты от сверхтока, необходима их расчетная проверка в режимах сверхтока с учетом защитных характеристик вышестоящего аппарата, обеспечивающего защиту от сверхтока.



7.1.77. 

В жилых зданиях не допускается применять УЗО автоматически отключающие потребителя от сети при исчезновении или недопустимом падении напряжения сети. При этом УЗО должно сохранять работоспособность на время не менее 5 с при снижении напряжения до 50% номинального.



7.1.78. 

В зданиях могут применяться УЗО типа "А", реагирующие как на переменные, так и на пульсирующие токи повреждений, или "АС", реагирующие только на переменные токи утечки.

Источником пульсирующего тока являются, например, стиральные машины с регуляторами скорости, регулируемые источники света, телевизоры, видеомагнитофоны, персональные компьютеры и др.



7.1. 79. 

В групповых сетях, питающих штепсельные розетки, следует применять УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА. Допускается присоединение у одному УЗО нескольких групповых линий через отдельные автоматические выключатели (предохранители).

Установка УЗО в линиях, питающих стационарное оборудование и светильники, а также в общих осветительных сетях, как правило, не требуется.



7.1.80. 

В жилых зданиях УЗО рекомендуется устанавливать не квартирных щитках, допускается их установка на этажных щитках.



7.1.81. 

Установка УЗО запрещается для электроприемников, отключение которых может привести к ситуациям, опасным для потребителей (отключению пожарной сигнализации и т.п.).


7.1.82. 

Обязательной является установка УЗО с номинальным током срабатывания не более 30 мА для групповых лини, питающих розеточные сети, находящиеся вне помещений и в помещениях особо опасных и с повышенной опасностью, например, в зоне 3 ванных и душевых помещений квартир и номеров гостиниц.



7.1.86. 

Если УЗО предназначено для защиты от поражения электрическим током и возгорания или только для защиты от возгорания, то оно должно отключать как фазный, так и нулевой рабочие проводники, защита от сверхтока в нулевом рабочем проводнике не требуется.



7.1.87. 

На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей: 

Основной (магистральный) проводник 

Основной (магистральный) заземляющий проводник или основной заземляющий зажим. 

Стальные трубы, коммуникаций зданий и между зданиями. 

Металлические части строительных конструкций, молниезащиты, системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования. Такие проводящие части должны быть соединены между собой на вводе в здание 

Рекомендуется по ходу передачи электроэнергии повторно выполнять дополнительные системы уравнивания потенциалов. 

Примечания:

Вводно-распределительное устройство 

До 2001г. по имеющемуся заделу строительства допускается использование проводов и кабелей с алюминиевыми жилами. 

Теперь можно поговорить о возможности зануления оргтехники. Если ваш дом сдан после 1998 - 1999 года, то, скорее всего, на розетки в квартире заведен защитный ноль. Если вас мучают сомнения, то можно удостовериться в наличии нуля на заземляющем контакте розетки следующим образом. Найти фазу (при помощи, например, однополюсного индикатора). Далее один из способов:

Замерить напряжение между фазой и нулем и, затем, между фазой и заземляющим контактом. В обоих случаях показания должны быть одинаковы. 

Зарядить патрон Е27 (обычный бытовой) проводниками достаточной длины. Вкрутить в него лампу накаливания мощностью не менее 100 Вт. Один провод вставить в фазное гнездо, вторым коснуться поочередно рабочего и защитного нуля (ВНИМАНИЕ! При наличии УЗО произойдет его отсечка, что подтверждает наличие защитного нуля). Лампа должна гореть одинаково ярко и ровно. 

Желательно также отследить отходящие концы от распределительного щитка на вашу квартиру. Как правило, заводится группа на освещение (L+N), группа на розетки (L+N+PE), группа на электроплиту (L+N+PE). То есть на розетки у вас должны отходить 3 конца, причем N и PE, согласно ПУЭ, не должны заводиться под один болт.

Ниже будет рассмотрен вариант самостоятельного подключения защитного нуля.

ВНИМАНИЕ! Работы в распределительном устройстве могут вестись только лицами из электротехнического персонала обслуживающего предприятия с группой допуска по электробезопасности не ниже III.

Категорически не рекомендую при отсутствии опыта заниматься прокладкой защитного зануления в организации, где на розетки заводятся все три фазы: при использовании одного рабочего нуля и случайном повреждении или ослаблении его во время монтажных работ, вы получаете две фазы на входе аппаратуры. Могу только сказать, что при таком раскладе перегорают (плавятся) даже варисторы сетевых фильтров.

Для домашней сети вам понадобится медный провод соответствующей длины и сечением не менее 1,5 мм2 (чем больше, тем лучше - я, например, использовал провод сечением 4 мм2) и, конечно, розетка с заземляющим контактом. Короб, плинтус, скоба - дело эстетики. Один конец провода заводится под свободный болт шины распределительного щита, соединенной с корпусом щита, а второй - на заземляющий контакт розетки. Не допускается заводить под один болт N и РЕ проводники. При наличии в щите УЗО РЕ проводник не должен учитываться (болтить именно на корпус щита) и не должен нигде на линии иметь контакта с N проводником (в противном случае будет срабатывать УЗО).

К вопросу о заземлении на батарею (водопровод) - не советую. Теоретически должна быть где-то в подвале система выравнивания потенциалов (собственно трубы, проложенные в земле, это естественный заземлитель), фактически же на батарее может вдруг появиться потенциал, отличный от нуля. К примеру, сосед ваш сверху использует ее в качестве рабочего нуля по причине отгорания проводника в штробе.

И еще один момент, касающийся монтажа. Сеть в квартирах пока выполняется алюминиевым проводом. При необходимости нарастить концы (например для переноса розетки) и использовании медного провода, никогда не скручивайте медь с алюминием - возникает гальваническая пара, металл в месте контакта активно разрушается, переходное сопротивление растет, возникает подгорание, что, в конце концов, может привести к пожару. Медный и алюминиевый проводники соединяются между собой либо через переходную колодку, либо через переходные шайбы. Допускается использовать в качестве переходника стальные шайбы.


Заземление: теория и практика. Часть II



В первой части статьи главным образом рассматривалась теория. В этой части поговорим о практике. Еще раз настоятельно предупреждаю: все работы, связанные с прокладкой электрических сетей, работой в РУ должны выполняться только квалифицированным электротехническим персоналом с соответствующей группой допуска электробезопасности!

Вначале несколько заповедей электрика. Выведены они, собственно, исходя из личного опыта и опыта коллег по работе.

Не включай автомат (рубильник, УЗО, пакетный выключатель), не тобой отключенный, ибо возлюбить должен ты ближнего своего, сей автомат отключившего. И в Писании сказано: "Не убий!". 

И проверяй всегда, не ленясь, отсутствие напряжения, исправный индикатор применяя, ибо неисповедимы пути Господни. 

И отключив питание в распределительном устройстве, закрой его и вывеси плакат предупреждающий, дабы ближнего своего во искушение не ввести. 

И используй при работе инструмент исправный, с ручками изолированными и упорами, ибо смотри пункт 2. 

И проводи работы в распределительном устройстве с напарником, ибо человек человеку - друг и спасен ты будешь. 

Во имя Кирхгофа и Ома. Аминь.

Вкратце: всегда работаем при отключенном питании, не ленимся проверять отсутствие напряжения заведомо исправным индикатором, работаем исправным электротехническим инструментом (изолированные ручки, упоры, жало отвертки открыто на 10 мм - остальная часть заизолирована). И, конечно, аккуратность.


Поговорим немного об аппаратах защиты.



Автоматические выключатели (далее - автоматы)



Бывают с электромагнитным, тепловым и комбинированным расцепителем.

Электромагнитный расцепитель - представляет собой электромагнит. При прохождении через обмотку тока выше определенного предела, в движение приходит сердечник, посредством которого разрывается электрическая цепь. Автоматы с электромагнитным расцепителем защищают сеть от короткого замыкания и от критической перегрузки (заклинивание ротора двигателя).

Тепловой расцепитель - биметаллическая пластина, изменяющая свою форму при нагревании. Автоматы с таким расцепителем служат для защиты оборудования от перегрузок, как сети, так и оборудования.

Выбор типа автомата осуществляется, исходя из типа сети. В осветительной сети квартир применяются автоматы с электромагнитным и комбинированным расцепителем



Марки автоматов

В данном разделе я приведу типы наиболее часто применяемых для защиты осветительных сетей автоматов. Прошу не ругать меня, если я не упомяну какую-то марку - я говорю только о том, что: во-первых, оптимально для использования в осветительных сетях (АП50 в квартирный щиток ставить как-то не очень), во-вторых - с чем работал сам, в третьих - что сейчас выпускается.

Лидер - АЕ1031. Установлен в подавляющем большинстве щитков и продается на каждом углу (средняя цена в Москве - 60 рублей). Выпускается номиналом в 6, 10, 16 и 25 А. В щитках на лестничных площадках, как правило, подготовлены места именно под этот автомат. Он достаточно надежен. Из недостатков, на мой взгляд, крепление (две шпильки или болта 70х4 мм), впрочем, отечественные автоматы отличаются неповторимостью установки (в смысле крепления).

Сейчас большое распространение получили автоматы, устанавливаемые на DIN-планку (монтажная шина 35 мм EN50 022). Думаю, что в жилом секторе они однозначно вытеснят (и уже вытесняют) автоматы старых типоразмеров (те же АЕ1031). DIN-планка при помощи болтового соединения крепится к шасси щитка (сборки), а автомат крепится к планке при помощи защелки. В этом случае обеспечивается очень быстрая замена автомата в случае необходимости и, кроме того, не возникает головной боли по поводу его крепления.

К сожалению, рынок сейчас наводнен китайской и непонятно какой продукцией, которая хотя и стоит сравнительно дешево (20 - 60 рублей), но с возложенной на нее функцией (защита электрической сети) не справляется, либо справляется слишком рьяно (случайные отсечки на нормальных режимах работы).

При выборе автоматов стоит смотреть на марку и место продажи. Корифеи - Siemens, ABB. Кроме того, некоторые наши заводы выпускают достаточно хорошую продукцию по лицензии фирм-брэндов. Например, продукция МЗЭП, выпускаемая по лицензии АВВ, отличается весьма приличным качеством и, относительно невысокой ценой.

Номенклатура автоматов, выпускаемых, например, такой фирмой как Siemens, очень велика. Автоматы делятся на четыре группы, в зависимости от характеристики срабатывания - A, B, C, D. Характеристики эти включены в нормативные документы EN60 898/1991 и IEC 898/1987, которые входят в стандарт DIN VDE 0641, часть 11/8.92. Нас интересует характеристика В (защита сетей в жилищно-коммунальном секторе). Автоматы, работающие по этой характеристике, выпускаются номиналом в 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32 и 40 А (некоторые конструктивные ряды дополнены автоматами на 50 и 63 А). 

Частая ошибка при установке автоматов - завышение токов срабатывания (собственно это не ошибка, а прямое нарушение). К примеру имеем старый дом с ветхой проводкой. Розетки защищает автомат номиналом в 10 А. Владелец квартиры приобретает современный электрочайник с потребляемой мощностью 2.2 кВт. Включает. По закону Ома мощность равна: Поскольку реактивная составляющая в нашем случае мала, принимаем Отсюда:



Автомат срабатывает. Хозяин поступает очень просто: устанавливает автомат на больший номинал - может, на 16, а может, на 25 А (какой под руку попадется). После этого автомат уже "выбивать" не будет. В лучшем случае, он сработает (если повезет), когда в результате плавления изоляции проводов произойдет короткое замыкание. Хотя практика показывает, что в таких случаях раньше происходит возгорание.

Номинал автомата выбирается исходя из допустимой токовой нагрузки проводников (которая определяется сечением проводника и его материалом) и из потребляемой мощности потребителей. Следует учитывать, что ток срабатывания магнитного расцепителя автоматов, отвечающих характеристике В, составляет 3 номинальных тока . Важным параметром является также ток короткого замыкания.

Коротким замыканием (КЗ) называется соединение токоведущих частей разных фаз или потенциалов между собой или на корпус оборудования, соединенный с землей, в сетях электроснабжения или в электроприемниках. При КЗ путь тока укорачивается, т. к. он идет, минуя сопротивление нагрузки, поэтому ток увеличивается до критических величин, если напряжение не отключится при срабатывании защиты.

Но защита может не сработать, если КЗ происходит в удаленной точке, т. к. сопротивление цепи может оказаться слишком велико, и ток окажется недостаточным для срабатывания защиты. В связи с этим возникает необходимость расчета тока короткого замыкания (ТКЗ).

ТКЗ можно рассчитать по формуле:



где - ТКЗ, - фазное напряжение сети, - сопротивление цепи фаза-ноль, - полное сопротивление фазной обмотки трансформатора на стороне низкого напряжения.



где - напряжение КЗ трансформатора (в % от ), - номинальное напряжение трансформатора, - номинальный ток трансформатора.

В принципе, при расчете ТКЗ осветительной сети в нашем случае можно принять(реально ).



где - активное сопротивление одного провода цепи КЗ, - индуктивное сопротивление одного провода (из расчета 0,6 Ом/км).



где - удельное сопротивление проводника, - длина проводника, - площадь поперечного сечения проводника.

Соответственно, ток срабатывания расцепителя автомата не должен превышать значения .

Предупреждение. Эти формулы подходят для идеальных условий, но, к сожалению, не учитывают такого, например, фактора как скрутки. А на них сопротивление будет выше. Точную картину может дать только непосредственный замер сопротивления.

Ниже представлена таблица допустимых токов через проводник, в зависимости от сечения и материала проводника. В таблице есть данные и по алюминиевым, и по медным проводникам. Тем не менее, настоятельно рекомендую использовать провода и кабели с медными жилами: при несколько более высокой цене они отличаются гораздо более высокими эксплуатационными свойствами.

Допустимые длительные токи для проводов и шнуров в резиновой и ПВХ изоляции с алюминиевыми и медными жилами






Устройства защитного отключения (УЗО)



УЗО - устройство защитного отключения. Принцип его работы основан на правиле Кирхгофа (сумма токов равна нулю). Устройство отслеживает токи утечки, возникающие при прикосновении человека к токоведущему проводу, повреждении изоляции и т. п. Наиболее распространены УЗО с током отсечки 10мА, 30мА и 300мА. В жилых и общественных помещениях, как правило, применяются УЗО с током отсечки 30мА. Основная задача УЗО - защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара.

Устройство состоит из 3-х основных функциональных узлов:

Суммирующий трансформатор тока для обнаружения тока утечки 

Расцепитель 

Блокировочное устройство коммутационного аппарата с контактами 

Суммирующий трансформатор тока подключен ко всем токоведущим проводам и к нейтральному проводу. В неповрежденной установке намагничивающее действие токоведущих проводов в суммирующем трансформаторе тока взаимно компенсируется, поскольку, согласно закону Кирхгофа, сумма всех токов равна нулю. Таким образом, остаточное магнитное поле, которое могло бы индуцировать напряжение во вторичной обмотке, отсутствует.

Если же в результате неисправности изоляции появляется ток утечки, то вышеупомянутое равновесие нарушается и в сердечнике трансформатора сохраняется остаточное магнитное поле. Вследствие этого во вторичной обмотке возникает напряжение, которое через расцепитель и блокировочное устройство коммутационного аппарата отключает электрическую цепь.

Устройства бывают двухполюсные (однофазная сеть) и четырехполюсные (трехфазная сеть). Крепление УЗО осуществляется на DIN - планку. Для защиты от поражения электрическим током подходят устройства с током срабатывания < 50 мА (именно эта величина для тока частотой 50 Гц указана в "Правилах техники безопасности" как смертельно опасная). Я рекомендую остановиться на устройствах с током срабатывания 30 мА. Устройства с током срабатывания 300 мА пригодны только для предотвращения пожара из-за повреждения изоляции провода.

Ниже приведен любопытный график диапазонов силы тока согласно IEC 479.







При выборе УЗО следует обратить внимание на изделия упомянутых выше производителей. Стоимость двухполюсного УЗО производства МЗЭП составляет около 1000 рублей. При покупке УЗО следует ориентироваться на его рабочий ток, который должен перекрывать предельный ток нагрузки, и расчетный ток утечки, о котором говорилось выше. Рабочий ток УЗО может составлять 16, 25, 40, 63, 80 А (зависит от производителя). УЗО должно быть защищено от перегрузки при помощи автомата. Например, УЗО номиналом 25 А должно быть защищено автоматом, имеющим ток срабатывания < 25 А, т. е. 16 А (собственно, выполняется условие селективности).

Кстати, по поводу селективности. Сие понятие говорит о ступенчатости защиты. Т. е., например, у нас есть трансформаторная подстанция. От нее уходит кабель, например на жилой дом. Перед выбросом кабеля из ТП установлены плавкие предохранители на 250 А (их задача - защитить низкую сторону трансформатора, контактор и т. п.). Кабель заводится на ВРУ (вводно- распределительное устройство) жилого дома. Он заводится на рубильник, после которого опять стоят плавкие предохранители номиналом меньше предыдущих на ступень - 150 А (защищаем кабель), далее следуют автоматы вводные, разводные и т. д. Номинал каждой последующей защиты меньше на ступень (или еще меньше - исходя из обеспечения защиты конкретного потребителя. НО НЕ БОЛЬШЕ!). Собственно, такая "ступенька" и называется селективностью. Если мы ее нарушим и поставим аппарат защиты номиналом таким же или большим, чем предыдущий, то в критической ситуации защита срабатывает не перед объектом перегрузки или КЗ, а раньше (у вас в квартире короткое замыкание, а автомат на вводной сборке выбивает, в то время как на квартирном щитке все в порядке).







QF1 - вводной автомат или пакетный выключатель.

QF2 - УЗО. QF3 и QF4 - выходные автоматы.

P1 - счетчик.



Выбор проводов и кабелей



После того, как мы определились с сечением проводников, необходимо выбрать собственно сам провод (кабель). Еще раз не советую использовать алюминий. Экономия - это конечно хорошо, но именно в данном случае идеально работает изречение: "Я не такой богач, чтобы покупать дешевые вещи".

Кабель или провод? При открытой проводке (т. е. монтаж по стене, плинтусу, при помощи скоб) - кабель, при скрытой (в стене, коробе, трубе) - можно и то, и другое. Хотя при прокладке в штробе (внутри стены) разумнее использовать провод или плоский кабель. В данном случае следует руководствоваться стоимостью.

Напоминаю, что сечение проводника мы определяем исходя из нагрузки: I=P/220 для однофазной сети, где P - совокупная мощность потребителей (мы договорились реактивную составляющую не учитывать). 

Далее обращаемся к таблице, приведенной выше, и выбираем сечение проводника в сторону увеличения.

Проводники могут быть однопроволочные и многопроволочные. Многопроволочные используются, как правило, в тех случаях, когда от проводника требуется гибкость (электротельферы), или подвод питания требует мобильности (времянки, переноски, удлинители). Однопроволочные служат для неподвижных соединений, для стационарной проводки. Для прокладки осветительной сети годятся как кабели (провода) с однопроволочными проводниками, так и с многопроволочными. Следует иметь в виду, что изделия с многопроволочными проводниками стоят несколько дороже аналогичных изделий с однопроволочными проводниками (пример: ПВ1 и ПВ3), их несколько сложнее заводить под болт (расползание жил, требуется облуживание), и они имеют больший диаметр (при сохранении той же площади поперечного сечения, т.к. жилу составляют несколько проводников круглого сечения).

Выбор проводов и кабелей сейчас достаточно широк, а цена может варьироваться в значительных пределах в зависимости от места приобретения и от производителя. Впрочем, при заводах-производителях, как правило, есть магазины, торгующие их продукцией, где цена оптимальна.

При выборе провода или кабеля для осветительной сети следует обратить внимание на маркировку. Первая буква "А" в маркировке кабеля или провода указывает на то, что жилы изготовлены из алюминия. Если первая буква не "А", то материал, из которого изготовлена жила - медь. Например:

Кабель АВВГ 3х2,5 - кабель с тремя алюминиевыми жилами сечением 2,5мм2 каждая, имеющий ПВХ-изоляцию (ПВХ-пластикат) каждой жилы и оболочку из того же материала. 

Кабель ВВГ 3х2,5 - то же самое, только жилы медные. 

Кабель ВВП 3х2,5 - то же, но плоский. 

Кабель АПВГ 3х2,5 - то же, что и первый, но с полиэтиленовой изоляцией жил. 

Провод ПВС 3х2,5 - провод со скрученными жилами в поливинилхлоридной изоляции, с поливинилхлоридной оболочкой, гибкий. Три жилы по 2.5 мм2. 

Провод ПВ1 - провод с однопроволочной жилой в ПВХ изоляции. 

Провод ПВ3 - провод с многопроволочной жилой в ПВХ изоляции, повышенной гибкости. 

Собственно, выбор марки кабеля или провода для прокладки осветительной сети производят, исходя из условий его прокладки.

Еще раз напоминаю, что недопустимо скручивать жилы проводов из меди с жилами из алюминия - необходимы либо переходная колодка, либо болтовое соединение с переходной шайбой. При заводке многопроволочной жилы в клемму или под болт ее желательно облудить.



Изготовление заземлителя



Если в городской квартире с занулением все более или менее ясно, то обладателям собственного дома есть над чем голову поломать. Как правило, подвод в такие дома осуществляется посредством ВЛ электропередачи, и щиток (который, как правило, выполнен со всеми возможными нарушениями ПУЭ) в доме не заземлен (да и не может быть заземлен гетинакс или дерево). В таких случаях использовать приходящий N-проводник еще и в качестве PE, мягко говоря, опрометчиво. При обрыве нулевого провода на линии (на опорах электропередачи он, кстати, в самом низу, за исключением опор, по которым проброшена еще и сеть уличного освещения) при однофазном питании мы имеем обратку на корпусе приборов, а при трехфазном - то же плюс разноименную фазу на нулевом проводнике. При обрыве на линии (дерево, например, упало) мы имеем все шансы получить чистую фазу на нуле (в этом случае выручает защитное отключение при превышении напряжения в сети. См. п. 7.1.21 ПУЭ). В общем, необходимо что-то изобретать с заземлением. Ведро закапывать не советую - если вдруг поможет, то ненадолго. Посмотрим, что по этому поводу говорят ПУЭ:

1.7.39. В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а также с глухозаземленной средней точкой в трехпроводных сетях постоянного тока должно быть выполнено зануление. Применение в таких электроустановках заземления корпусов электроприемников без их зануления не допускается.

В обоснованных случаях рекомендуется выполнять защитное отключение (для переносного электроинструмента, некоторых жилых и общественных помещений, насыщенных металлическими конструкциями, имеющими связь с землей).

1.7.70. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывчатых газов и смесей, канализации и центрального отопления; 

обсадные трубы скважин; 

металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей; 

металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т. п.; 

свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей. Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете заземляющих устройств они должны учитываться при количестве кабелей не менее двух; 

заземлители опор ВЛ, соединенные с заземляющим устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ; 

нулевые провода ВЛ до 1 кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ не менее двух; 

рельсовые пути магистральных неэлектрофицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами. 

1.7.71. Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это требование не распространяется на опоры ВЛ, повторное заземление нулевого провода и металлические оболочки кабелей.

1.7.72. Для искусственных заземлителей следует применять сталь. Искусственные заземлители не должны иметь окраски. Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей приведены ниже:

Диаметр круглых (прутковых) заземлителей, мм: 

Неоцинкованных - 10 

Оцинкованных - 6 

Сечение прямоугольных заземлителей, мм2 - 48 

Толщина прямоугольных заземлителей, мм - 4 

Толщина полок угловой стали, мм - 4 

Сечение горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1 кВ выбирается по термической стойкости (исходя из допустимой температуры нагрева 400°С).

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т. п.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

В случае опасности коррозии заземлителей должно выполняться одно из следующих мероприятий:

увеличение сечения заземлителей с учетом расчетного срока их службы; 

применение оцинкованных заземлителей; 

применение электрической защиты. 

В качестве искусственных заземлителей допускается применение заземлителей из электропроводящего бетона.

Итак, смотрим на возможность использования естественных заземлителей. Если такая возможность есть, то делаем отвод от них. Отвод делаем только посредством сварки. В качестве заземляющего проводника используем полосовую сталь сечением не менее 48 мм2 при толщине не менее 4 мм, или угловую сталь с толщиной полки не менее 2,5 мм. Полосу или уголок заводим в помещение, где можно развести или контур заземления (стальная полоса сечением не менее 24 мм2, толщиной не менее 3мм), или, приварив к полосе (уголку) болт, заводим на него медный проводник (от 2.5 мм2), который и будет PE-проводником.

Изготовление искусственного заземлителя - достаточно непростая задача, хотя бы исходя из объема грунта, который требуется перекидать. 

Но прежде чем взять в руки лопату, нам понадобятся некоторые расчеты и некоторые данные.

Для начала нам необходимо знать удельное сопротивление грунта.

Тип грунта

Удельное сопротивление
(Ом · м)

каменистый грунт:

граниты, гнейсы

700…106

сланец глинистый, известняк, ракушечник

100…1000

песок при залегании грунтовых вод:

глубже 5 м

1000

до 5 м

500

почва (чернозем и др.)

200

супесь влажная, мергель

150

суглинок полутвердый или лессовидный

100

мел или глина полутвердая

60

сланцы графитовые, мергель глинистый

50

суглинок пластичный

30

торф, глина пластичная

20

вода равнинной реки

50

подземные водоносные слои (разной минерализации)

5…50

морская вода

1



Следует учитывать, что заземлители монтируются на глубине, превышающей глубину промерзания. Скажем, для средней полосы вертикальный стержень забивается из траншеи глубиной более 0.6 м. 

Ниже приводятся формулы для расчета сопротивления заземлителей.

Для вертикально заглубляемого стержня, у которого верхний конец находится на глубине до 0,8 м:



где - длина стержня, м; d - диаметр стержня, м; t - расстояние от поверхности земли до вершины стержня, м; - расчетное удельное сопротивление, Ом·м.



где - коэффициент сезона для вертикальных стержней. Для Московского региона =1.6…1.8. Собственно, коэффициент этот зависит от средней температуры летом, зимой и количества осадков в регионе. Чем ниже средняя температура, тем больше коэффициент (для Архангельска 1.8…2.0; для Краснодара - 1.2…1.4).

Сопротивление заземления горизонтальной полосы длиной l (м) и шириной b (м), расположенной на глубине t (м) от поверхности земли, можно подсчитать по формуле:



где .

- коэффициент сезона для горизонтальных заземлителей (для Москвы 3.5…4.5). 



Пример 1:

Рассчитаем сопротивление заземлителя из стального прутка диаметром 10 мм, длиной 5 м, забиваемого из приямка глубиной 1 м.



Напоминаю, что сопротивление заземляющего устройства в сети 380/220 должно быть не больше 4 Ом.



Пример 2:

Попробуем произвести расчет реального заземляющего устройства для некоего дома с длиной стены 20 м (пусть он квадратный будет). Для того, чтобы обеспечить наилучшее растекание тока и выровнять потенциал, изготовим наше устройство из шести стержней, рассчитанных выше и забитых равномерно по периметру дома. Стержни будут соединены между собой стальной полосой с шириной стороны 30 мм.

Сначала рассчитаем сопротивление горизонтального заземлителя:



Суммарное сопротивление вертикальных заземлителей равно 40/6=6.7 Ом

Общее сопротивление заземляющего устройства будет равно:



Можно сказать, что уложились. Далее дело за замерами.

Ввод в помещение осуществляется с не менее чем двух разных точек (диаметрально противоположных) заземлителя. Все соединения выполняются только посредством сварки.

Еще один маленький момент. Для того чтобы копать вглубь и вширь, надо иметь четкое и однозначное представление о том, что находится в земле. Даже имея на руках кальку с нанесенными на ней коммуникациями, осторожный человек обязательно пригласит представителей организаций, чьи интересы могут быть, так сказать, задеты. В Москве это: МКС "Мосэнерго", "Мосгорсвет", "Мосводоканал", "Мосгаз", теплосеть, МГТС (перечислил не всех). Лицензия на раскопки - само собой. К вопросу о перестраховке... Очень неприятно войти ломом в кабель 10 кВ. Или порвать, к примеру, оптоволоконный кабель. Пять минут удовольствия… Впрочем, в загородном доме риск меньше.


Заключение



В данном разделе мы подведем итог всего вышесказанного. Кроме того, здесь будут приведены небольшие советы по монтажу.

Не экономим на проводнике. Правильно подобранный кабель (провод) из меди не преподнесет никаких сюрпризов. Лет 50 можете спать спокойно. 

Недопустимо соединять непосредственно медь и алюминий. 

Сейчас в продаже появилось много всевозможных монтажных колодок - пользуйтесь ими. Для непосредственной скрутки зачистите провод на 40 – 50 мм, не повреждая при этом отдельных жил, если провод многопроволочный. Плотно скрутить проводник при помощи плоскогубцев. Скрутку облудить. Заизолировать тремя слоями ПХВ изоленты. 

Не экономим на аппаратуре защиты. Хороший автомат не стоит дешево. 

Стараемся избегать заводки многопроволочных проводников под винт (например, в счетчиках). Перед монтажом обязательно облуживаем. 

Во избежание помех, одну розетку используем либо только для включения оргтехники, либо только для включения бытовой техники. 

При использовании трехфазной сети для питания оборудования обязательно на каждую фазу прокладываем индивидуальный рабочий ноль. 

Не допускаются разрывы в магистрали заземления. Подключения выполняются только параллельно, не повреждая магистрали. 

Коаксиальный кабель заземляется только в одной точке. UTP (неэкранированная витая пара) заземления не требует.