Для хранения автомобилей многие владельцы используют частные гаражные кооперативы. В силу разных причин состояние электрической проводки на таких объектах оставляет желать лучшего. В связи с этим многим автолюбителям приходится самостоятельно заниматься проблемами электрической инфраструктуры, важнейшая часть которой — заземление в гараже.
Зачем нужен контур заземления
Многие электрические приборы нуждаются в розетках с заземляющим контактом. С помощью этого контакта корпуса техники присоединяются к заземлительному контуру. Изоляционный слой, нанесенный на токоведущие элементы приборов, иногда повреждается, вовнутрь проникают вода или влажный воздух. Результат — образование конденсата на металлических поверхностях электробытовой техники. Вода — отличный проводник электричества.
Гаражи часто бывают достаточно сырыми помещениями. Данные здания квалифицируются как объекты повышенной опасности.
Существуют дополнительные факторы риска, присущие гаражам, корпус которых выполнен из металла. Металлические конструкции, не относящиеся к электроприборам, могут оказаться под напряжением, если выступят в качестве сторонней заземляющей части. Дело в том, что между металлической частью гаража и почвой находится гидроизоляционный слой, стоящий на шпалах или бревнах, поэтому контакт между корпусом и почвой не всегда надежен.
Кабеля обычно прокладывают путем их фиксации к проволоке или металлическим тросам. Последние держатся на гаражных корпусах за счет болтовых или сварных соединений. Нарушение изоляционного слоя на тросе приводит к возникновению потенциала, передаваемого на корпус гаража. Даже при отсутствии прямого контакта кабелей с металлическими поверхностями во время дождя этот контакт неизбежно возникнет.
Таким образом, наличие заземления — важнейшее требование, обеспечивающее безопасность как самой электробытовой техники, так и ее пользователей.
Механизм действия заземлительного контура
Разберем ситуацию, когда заземлительный контур отсутствует, а в распредсети гаража нет УЗО. Изоляционный слой фазы внутри сварочного аппарата нарушен, из-за чего на его корпусе возник фазный потенциал.
Так как трансформаторная нейтраль на подстанции, откуда подается электропитание, заземлена (то есть объединена с заземлительным контуром), разность потенциалов между почвой и корпусом сварочного аппарата составляет 220 Вольт. Обувь не выступает в качестве изолятора, так как пропускает ток. Стоит коснуться корпуса, и человек попадает под напряжение. Величина тока, проходящего через тело при напряжении 220 Вольт, будет не ниже 15 мА. Это означает, что мышцы сократятся до такой степени, что человек не сможет разжать руку и, если в этот момент никто не придет на помощь, наступит летальный исход.
Теперь представим ситуацию, когда контур заземления есть, произошло повреждение изоляционного материала фазного провода. В таком случае происходит поэтапное включение защитного механизма. Вначале наступает стадия защитного отключения: при связанных друг с другом контурах гаража и подстанции через фазу идет ток короткого замыкания, а автомат отключает технику на некоторое время. Даже если человек прикоснулся к корпусу под напряжением, период контакта будет слишком кратким, и не будет причинен существенный вред здоровью.
При отсутствии связи между контурами и если данная связанность не позволяет образовать ток, необходимый для подключения защиты, понадобится устройство защитного подключения. УЗО будет защищать отходящие линии. При таком подходе защитное отключение будет срабатывать не на короткое замыкание, а на ток утечки в почву через гаражный заземлительный контур. Как только УЗО обнаружит утечку, тут же выключит сеть. Таким образом, человек стоящий на земле, будет в безопасности.
Сопротивление тела между участком, где есть напряжение, и нижними конечностями составляет сотни кОм. Сопротивление проводника между корпусом и заземлительным контуром гораздо меньше одного Ом, а сопротивление самого контура не выше нескольких десятков Ом. В результате есть два параллельно присоединенных сопротивления — тела и заземлителя. Основная часть электричества идет по пути наименьшего сопротивления (к заземлительному контуру). Человеку достанется небольшая величина тока, не превышающая порога отпускания.
Системы заземления
При наличии глухозаземленной нейтрали имеется три варианта систем подключения рабочих и заземляющих проводников. К рабочим относят нули (по ним течет ток нагрузки). Защитные проводники используются исключительно для транспортировки потребителю потенциала земли от заземлителей. Существует несколько вариантов того, как сделать защитное заземление. Выбор осуществляется между системами TN-C, TN-S, TN-C-S и TT.
Защита по схеме TN-C
Данный стандарт был общепринятым более десяти лет назад. Систему легко узнать по количеству проводников в питающем кабеле: их всегда два. Один — фаза, другой — совмещенный нуль (PEN). Такое название (совмещенный) обусловлено двумя функциями проводника: по нему проходит рабочий ток и выполняется соединение с заземлительным контуром питающего кабеля.
При подобном подходе нулевой проводник в качестве заземлителя применять нельзя. В противном случае при подключении к заземляющим контактам розеток есть высокая вероятность неожиданно оказаться под напряжением. К такому результату приведет обрыв проводника PEN, что очень вероятно в старых электрических сетях, так как контакты в них обычно в крайне плохом состоянии. Вследствие перераспределения токов по фазам в нулевом проводнике появится потенциал в диапазоне от 0 до 220 Вольт, и все заземляющие розеточные контакты будут под напряжением. Раз под напряжением будут контакты, то же самое произойдет и с корпусами электробытовой техники.
Когда речь идет о гараже, не понадобится даже обрыва нуля для получения потенциала на проводнике PEN. Электрическая проводка отличается небольшим сечением, а дистанция до подстанции большая. Наверняка многие замечали, что при работе со сварочным аппаратом в соседних гаражах свет не только мигает или тускнеет, но и периодически становится ярче — это следствие увеличившегося сопротивления проводки. В такой момент на нуле возникает потенциал.
Защита по схеме TN-S
Трехжильные питающие кабеля, пара нулевых шин — признаки заземлительной системы TN-S. Здесь задачи защитного и нулевого проводника разведены. Какая бы ни была нагрузка в сети гаража, когда бы ни возникли обрывы нулевых рабочих проводников на защите, опасный потенциал не возникнет.
Если гараж расположен неподалеку от подстанции и защитный проводник начинается именно там, изготавливать контур нет необходимости. Однако при значительном расстоянии до подстанции без контура не обойтись. Вывод от контура гаража подключают к шине защитного проводника в распредщите.
Защита по схеме TN-C-S
Данное устройство является переходным от TN-C к более совершенной TN-S. Совмещенный нуль расходится на защитный и рабочий. На участке разделения организуется повторный заземлительный контур. В дальнейшем к потребителям идет уже три провода (согласно системе TN-S).
Создать такой контур своими руками не составит проблем. Однако следует учесть нюанс, сопряженный все с той же потенциальной опасностью разрыва совмещенного нуля. Если при возникновении на проводнике опасного потенциала ток, идущий через контур, вызовет реакцию вводного автомата, — система должна обеспечивать безопасность. В противном случае рекомендуется дополнительно защитить групповые линии устройством защитного отключения.
Защита по схеме ТТ
Система — аналог TN-C, но есть и отличие, состоящее в отсутствии подключения заземлительного контура к PEN-проводнику. Контур оставляют независимым, соединяют его лишь с корпусами, металлическими поверхностями, заземляющими розеточными контактами. Отводы от электрощита всегда защищены устройством защитного отключения для токов свыше 30 мА.
Минус схемы заключается в неэффективности при повреждении кабеля в случае попадания тока на металлические конструкции гаража.
Создание заземления
Перед тем как своими руками сделать контур заземления, рекомендуется обратить внимание на ряд важных обстоятельств:
- Особое внимание следует уделять контактам. Скрутки запрещены. Действительно надежные соединения позволяют создать клеммы.
- Устройство защитного отключения — гарантия безопасности электрической проводки даже в случае утечек тока. При возникновении аварийных ситуаций УЗО моментально отключает питание.
- Лучший материал для изготовления электродов — стальные уголки. Рекомендуемый размер уголка — 50 на 50 миллиметров. Оптимальная длина уголка — от 2 до 2,5 метра. Некоторые владельцы гаражей вместо уголка используют трубы. Такой вариант допустим, но толщина стенок труб должна превышать 3,5 миллиметра. Рекомендуемый диаметр трубы — более 32 миллиметров.
- Конфигурация заземлительного контура важна. Многие выбирают треугольную схему, однако специалисты настаивают на большей эффективности Т-образной схемы. В этом случае одну пару электродов устанавливают по углам в передней части гаража, другую пару монтируют в смотровой яме. Все электроды объединяют между собой, а затем подключают к шине в электрощите.
- Для соединения подземной части системы с заземлительной шиной рекомендуется использовать гибкий провод. Лучший выбор — медный кабель с шестимиллиметровым сечением. Для алюминиевого кабеля необходимо шестнадцатимиллиметровое сечение.
Существующие конфигурации заземлительных контуров показаны на рисунке ниже.
Вертикальный заземлитель
В большинстве случаев для создания вертикального контура выбирают вертикальные заземлители с использованием (на выбор) уголков, труб или медного проводника. Ниже представлена стандартная схема организации заземления в гараже.
Для монтажа заземлительного контура заранее выкапывают яму. Ее глубина должна составлять примерно полметра.
Заземлительные устройства вертикального типа нельзя вкапывать в грунт. Допустимо только вбивание. Между электродами следует поддерживать определенную дистанцию (от полутора до двух метров). Электроды забивают в землю с помощью кувалды. Устройство должно полностью войти в грунт и даже уйти вглубь примерно на 50 сантиметров.
Установленные электроды объединяют друг с другом металлической лентой или прутком. Рекомендуемое сечение ленты — от 100 квадратных миллиметров. Диаметр прутка должен превышать 10 миллиметров.
Соединения выполняют при помощи сварочного аппарата. Все швы подлежат покраске, чтобы защитить металл от коррозийных процессов.
Финальная часть работы — прокладка трехжильного кабеля, который отходит от электрощита. Кабель подключают к розеткам и осветительной технике.
Горизонтальный заземлитель
Данная схема подразумевает укладку металлической ленты на поверхности траншеи. К ленте приваривают болт, к которому направляют кабель (из меди или алюминия). Второй конец провода подводят к шине PE (находится в распредщите). Завершают процесс закапыванием траншеи рыхлой землей. Используемый грунт не должен содержать крупных камней или строительных отходов.
На рисунке ниже показана схема функционирования горизонтального заземления.
Проверка системы
Вне зависимости от выбранной схемы организации заземления после окончания работы требуется протестировать созданную систему на работоспособность.
С этой целью рекомендуется пригласить профессионального электрика, имеющего специальное оборудование. Результат проверки, дающий показатель свыше 47 Ом, указывает на необходимость установки еще нескольких электродов.
Описанные схемы актуальны для гаражей, находящихся на отдалении от жилых построек. Если гараж расположен рядом с частным домом, оборудованным заземлительным контуром, ситуация принципиально иная. Достаточно подтянуть к гаражному строению трехжильный кабель от распредщита.