Конструкция и области применения главной заземляющей шины

Что такое шина заземления

Даже далекие от электрики люди сейчас знают, что заземление является обязательным требованием для оборудования в домах самого различного назначения. И нужно оно не только на специальных установках, но также и для бытовых приборов.

Вначале мы напомним нашему читателю, что такое само заземление. А служит оно для электрического соединения различных приборов непосредственно с землей. Эта конструкция принимает на себя отведенные токоотводом от молниеприемника удары молнии и рассеивает в грунте.

Неправильно спроектированная, эта система способна нанести колоссальный ущерб вашему имуществу, потому оборудовать ее следует непременно с соблюдением всех существующих правил.

Шина заземления – это тот элемент, который в обязательном порядке располагается в каждом электрическом щитке и соединяется с контуром действующего заземления. Иными словами она выступает проводником между штекером технической установки и самой системой заземления.

Таким образом, для того, чтобы она успешно выполняла свое назначение, а также не перегорела в случае короткого замыкания, ее необходимо закрепить правильным образом в распределительном щитке.

Итак, этот элемент устанавливается в электрощитке, где его и закрепляют. Далее к нему присоединяют рабочие нулевые и защитные провода.

При всем, обратите внимание, что если предусматривается подключение к устройству нескольких многожильных проводков (из меди), то рекомендуется на их концы надеть специальные металлические наконечники либо гильзы

Основные требования

Внутри устройств ввода чаще всего берут шины типа РЕ. При этом проводник заземления должен иметь соответствующее сечение, а именно:

• Для вариантов из меди он должен быть не менее 11 мм;
• Из алюминия – около 17 мм и более;
• Для стальных проводников – начиная от 75 мм.

Сечение же самой шины не должно быть меньше сечения проводника у линии питания. Изготовляется шина чаще всего из меди. Но иногда допускаются и стальные ее аналоги. Стоит сделать акцент на том, что устройство не должно изготавливаться из алюминия.

Наконец, главные требования, которые выдвигаются к этому устройству следующие:

• В тех местах, доступ к которым имеют лишь квалифицированные сотрудники соответствующих служб, эти установки должны устанавливаться открыто;
• В противном случае, если электрощиток расположен в общественно доступном месте, например в подвале дома, он должен иметь предусмотренную защиту и закрываться на ключ. На сам шкаф наносится знак опасности.

Таким образом, шина заземления может быть двух видов: нулевая рабочая и защитная типа РЕ. Однако, установку и обслуживание этого устройства все же необходимо доверить специалистам, чтобы не подвергать свою жизнь опасности.  

Использование и конструкция

Заземляющая шина – это специальное устройство, которое используется для функционального выравнивания потенциалов в жилых зданиях и помещениях промышленного назначения. Это необходимо для защиты потребителя при протечках тока. Если система выравнивания потенциалов не установлена, то открытые токоведущие части электрических приспособлениях при протечке могут поразить работника во время прикосновения.

Фото — шины на изоляторах

Для обеспечения защиты всех групп электрических приборов, их токоведущие части соединяются с главной заземляющей шиной

Несмотря на то, что шина является самой важной частью СУП, в её конструкции есть множество других деталей. Все элементы системы соединяются между собой посредством шины, это:

1. Проводник заземления. Элемент соединяется с зажимами защитного контура или другими заземляющими деталями;
2. С трубами коммуникаций с целью защиты этих открытых металлических элементов от проведения тока;
3. С прочими различными металлическими отводами в здании или на его каркасе.

Помимо этого, согласно ПУЭ, шина обязательно соединяется с молниеотводами, которые также преимущественно производятся из металла.

Фото — универсальный разъем

Стандартно, шина нулевая или заземления изготавливается из высокопрочного металлического сплава или металла (в основном производятся медные отводы – TGRD Hyperline), хотя сейчас в электрощитке все чаще можно увидеть стальные защитные элементы. В различных магазинах можно найти шину, изготовленную из алюминия (WZ-1951), но это запрещено. Стальная и медная способны выдерживать высокие температуры при замыкании или в аварийной ситуации, при этом, алюминиевая шина просто расплавится.

Фото — принцип подключения

Из чего состоит заземление

1. Внешний контур заземления. Располагается за пределами помещений, непосредственно в грунте. Представляет собой пространственную конструкцию из электродов (заземлителей), соединенных между собой неразделимым проводником.
2. Внутренний контур заземления. Токопроводящая шина, размещенная внутри здания. Охватывает периметр каждого помещения. К этому устройству подсоединяются все электроустановки. Вместо внутреннего контура может быть установлен щиток заземления.
3. Заземляющие проводники. Соединительные линии, предназначенные для подключения электроустановок непосредственно к заземлителю, или внутреннему контуру заземления.

Рассмотри эти компоненты подробнее.

Внешний, или наружный контур

Монтаж контура заземления зависит от внешних условий. Прежде чем начать расчет, и выполнить проектный чертеж, необходимо знать параметры грунта, в котором будут установлены заземлители. Если вы сами строили дом, эти характеристики известны. В противном случае лучше вызвать геодезистов, для получения заключения по грунту.

Какие бывают грунты, и как они влияют на качество заземления? Примерное удельное сопротивление каждого типа грунта. Чем оно ниже, тем лучше проводимость.

• Глина пластичная, торф = 20–30 Ωм·м
• Суглинок пластичный, зольные грунты, пепел, классическая садовая земля = 30–40 Ом·м
• Чернозем, глинистые сланцы, полутвердая глина = 50–60 Ом·м

Это лучшая среда для того, чтобы установить наружный контур заземления. Сопротивление растекания тока будет достаточно низким даже при малом содержании влаги. А в этих грунтах естественная влажность обычно выше среднего.

Полутвердый суглинок, смесь глины и песка, влажная супесь — 100–150 Ом·м

Сопротивление немного выше, но при нормальной влажности параметры заземления не выйдут за нормативы. Если в регионе установки установится продолжительная сухая погода, необходимо принимать меры к принудительному увлажнению мест установки заземлителей.

Глинистый гравий, супесок, влажный (постоянно) песок = 300–500 Ом·м

Гравий, скала, сухой песок – даже при высокой общей влажности, заземление в такой почве будет неэффективным. Для соблюдения нормативов, придется устанавливать глубинные заземлители.

Многие владельцы объектов, экономя «на спичках», просто не понимают, для чего нужен контур заземления. Его задача при соединении фазы с землей обеспечить максимальную величину тока короткого замыкания. Только в этом случае быстро сработают устройства защитного отключения. Этого невозможно достичь, если сопротивление растекания тока будет высоким.

Определившись с грунтом, вы сможете выбрать тип, и самое главное — размер заземлителей. Предварительный расчет параметров можно выполнить по формуле:

Расчет приведен для вертикально установленных заземлителей.

Расшифровка величин формулы:

• R0 — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
• Рэкв — удельное сопротивление грунта, см. информацию выше.
• L — общая длина каждого электрода в контуре.
• d — диаметр электрода (если сечение круглое).
• Т — вычисленное расстояние от центра электрода до поверхности земли.

Задавая известные данные, а также меняя соотношение величин, вы должны добиться значения для одного электрода порядка 30 Ом.

Если установка вертикальных заземлителей невозможна (по причине качества грунта), можно рассчитать величину сопротивления горизонтальных заземлителей.

Поэтому лучше потратить больше времени на забивание вертикальных стержней, чем следить за барометром и влажностью воздуха.

И все же приводим формулу расчета горизонтальных заземлителей.

Соответственно, расшифровка дополнительных величин:

• Rв — полученное после вычисления сопротивление одного заземлителя (электрода) в омах.
• b — ширина электрода — заземлителя.
• ψ — коэффициент, зависящий от погодного сезона. Данные можно взять в таблице:

ɳГ — так называемый коэффициент спроса горизонтально расположенных электродов. Не вдаваясь в подробности, получаем цифры из таблицы на иллюстрации:

Предварительный расчет сопротивления необходим не только для правильного планирования закупок материала: хотя будет обидно, если вам не хватит для завершения работ, пары метров электрода, а до магазина несколько десятков километров. Более-менее аккуратно оформленный план, расчеты и чертежи, пригодятся для решения бюрократических вопросов: при подписании документов о приемке объекта, или составлении ТУ с компанией энергосбыта.

Разумеется, никакой инженер не подпишет бумаги только на основании пусть и красиво исполненных чертежей. Будут произведены замеры сопротивления растекания.

DIN-рейки ИЭК

Предназначены для крепления низковольтного модульного оборудования распределения и управления электроэнергией: автоматические выключатели, элементы системы заземления, реле, розетки, УЗО, дифавтоматы, клеммные колодки и др. со стандартным размером дин в электрощитах.

Дин рейку разработали немецкие специалисты для унификации электротехнического оборудования.

Стандартная ширина изделия составляет 35мм. Длина зависит от производителя и нужд потребителя. Видов профилей бывает три:

1. С-образный. Концы загнуты внутрь. Модели такой формы разработаны специально для крепления клеммных колодок и аппаратных зажимов.
2. G-образный. Идентичен по форме с предыдущим вариантом. Главным отличием является наличие несимметрии размеров боковых сторон. Применяется редко.
3. Ω-образный. Концы выгнуты наружу. Широко применяется для установки модульного оборудования в распределительных боксах, шкафах учета и др.

Дин-рейку ИЭК изготавливают из холоднокатаной полосы углеродистой стали. Далее материал проходит оцинковывание и хромирование для соответствия общепринятым стандартам. Также есть вариант облегченный – из алюминия. Применяется для шкафов с малым количеством подключаемой аппаратуры.

Изготавливают модели литые и с перфорацией внутри (для облегчения процесса монтажа). Зазоры выполняют через каждые 10-15 мм. Литые предназначены для закрепления более тяжелого модульного оборудования. Они не прогибаются и имеют больший срок эксплуатации.

Преимущества:

• быстрый монтаж в шкаф;
• быстрое закрепление модульного оборудования;
• унификация;
• низкая стоимость изделия;
• нестандартная длина – до 2-х метров (дин рейку можно отрезать необходимой длины для любого распределительного щита);
• возможность закрепления на одном элементе до 96 модулей;
• наличие перфорации позволяет упростить установку. Для этого достаточно прикрутить дин рейку ИЭК через зазоры.

Существуют отдельные варианты – усиленные и упрочненные. Необходимы для установки оборудования, которое будут часто включать. Такая конструкция позволяет эксплуатировать шкаф дольше.

Из чего состоит заземление

В состав заземляющей системы согласно ее определению (смотрите ПУЭ) входят такие обязательные элементы, как:

1. Сам ЗК, обустраиваемый на основе металлических уголков площадью поперечного сечения не менее 100 мм квадратных или отдельных штырей диаметром порядка 20 мм.
2. Комплект специальных проводников (медных шин), позволяющих в жилых домах заземлять электрические приборы.

В зависимости от своего расположения относительно здания защитные конструкции могут быть внешними и внутренними. Рассмотрим как нужно обустраивать каждый из представленных видов контуров, чтобы добиться наилучших результатов.

Внешний контур

При обустройстве наружного контура заземления необходимо учитывать качество и состав грунта в месте расположения его элементов. Хозяева самостоятельно отстроенного дома обычно знают, на какой почве он стоит, и сразу могут определить, как она влияет на проводимость. В противном случае потребуется помощь специалистов по геодезии.

При самостоятельном проведении работ важно знать, что грунты бывают:

• чисто глинистыми;
• суглинистыми;
• торфяными;
• черноземными;
• гравийными и скалистыми.

В реальных условиях в пределах домашнего участка чаще всего встречаются первые два класса почв или их разновидности (суглинок пластичный, глинистые сланцы и подобные им). Для различных типов грунтов их удельные сопротивления имеют следующие значения:

• Глина пластичная и мягкий торф – 20-30 Ом·/метр.
• Для суглинка с содержанием золы и пепла, а также простой садовой земли этот показатель составляет 30-40 Ом/метр.
• Черноземные земли и глинистые сланцы, а также глина полутвердая имеют сопротивление, близкое к значениям 50-60 Ом/метр.

С точки зрения организации внешнего контура заземления эти почвы – самые подходящие, поскольку в них сопротивление растеканию имеет небольшую величину.

Грунты с большими значениями сопротивлений представлены такими видами, как:

1. Полутвердый суглинок, иногда определяемый как смесь глины и песка, а также так называемая «влажная супесь», имеющая средний показатель 100-150 Ом/·метр.
2. Содержащий глину гравий и влажный песок – 300-500 Ом/·метр.

А такие «жесткие» грунты, как скала, гравий и сухой песок совершенно неспособны обеспечить надежное заземление. В этих условиях принимаются специальные меры, позволяющие понизить сопротивление заземляющих контуров в месте расположения штырей.

Дополнительная информация: Они чаще всего сводятся к искусственному изменению состава почвы. Как пример – добавление в нее раствора поваренной соли.

Еще один вариант, позволяющий найти выход из сложившейся ситуации – обустройство глубинных заземлителей, достающих до слоев более «легкого» состава. Но этот подход к тому, как обустроить наружное заземление, достаточно трудоемок и обойдется недешево.

Контур заземления внутри объекта

При расчете элементов внутреннего контура заземления необходимо учитывать, что смонтированная внутри здания токопроводящая полоса должна охватывать периметр каждого из имеющихся в нем помещений. К открыто проложенной вдоль стен и вблизи от пола заземляющей шине подсоединяются все установленные в них электроустановки и приборы.

Заземляющая шина в распределительном шите

В этих условиях особое внимание уделяется таким составляющим, как заземляющие проводники (соединители, предназначенные для подключения бытовых приборов и ванны непосредственно к заземлению). Отдельный контакт щитка (планка заземления) соединяется либо с обустроенным в пределах строения внутренним контуром, либо посредством длинного медного проводника – с внешней системой заземления (как это изображено на первом фото данной статьи)

Прямо от него медные шины в виде проводников отводятся в сторону различных защищаемых электроустановок и приборов. Нередко вместо полноценного щитка применяется отдельная контактная планка «PE», оборудованная непосредственно на входе в частный дом (рейка ГЗШ приведена на фото ниже)

Отдельный контакт щитка (планка заземления) соединяется либо с обустроенным в пределах строения внутренним контуром, либо посредством длинного медного проводника – с внешней системой заземления (как это изображено на первом фото данной статьи). Прямо от него медные шины в виде проводников отводятся в сторону различных защищаемых электроустановок и приборов. Нередко вместо полноценного щитка применяется отдельная контактная планка «PE», оборудованная непосредственно на входе в частный дом (рейка ГЗШ приведена на фото ниже).

Главная заземляющая шина

Использование и конструкция

Второй вариант является более предпочтительным, что обусловлено хорошими показателями проводимости, медленным процессом окисления в условиях высокого напряжения, а также отсутствием коррозийных изменений.

Элементы из стали чаще всего используются только из соображений экономии.

Именно медные шины, как правило, применяются в условиях современного частного домостроительства.

Главная заземляющая жила устанавливается во все вводные устройства распределительного типа.

Конструкция шины заземления не отличается сложностью, но позволяет в индивидуальном порядке осуществлять подключение или отключение защитных проводников посредством специальных инструментов. Общее число подсоединений — пять или более, напрямую зависит от схемы подключения шины заземления.

Шина заземления на стене

Установка выполняется закрытым или открытым способом, но место монтажа должно характеризоваться удобством доступа и обслуживания. Тип установки «открыто» востребован при ограничении доступа для посторонних лиц, включая щитовые ящики в жилых домах. Закрытый тип монтируется в закрытых щитовых шкафах.

Запрещается устанавливать алюминиевые шины, которые подвержены коррозии, а также обладают меньшим сопротивлением, поэтому не являются безопасными.

Назначение главной заземляющей шины

В системах заземления собранных по схеме TN-S или TN-С требуется выравнивание потенциалов на всех участках электрической цепи, для этой роли используется главная заземляющая шина.

TN-С – схема с 1913 года начала применятся в Германии, на данный момент остается действующей на многих старых сооружениях в Европе странах постсоветского пространства. Особенность схемы заключается в том, что нулевой провод соединяется с ГШВ, используется как заземление. В случае его обрыва на корпусе электроприборов может возникнуть напряжение в 1,7 раза больше чем на фазе. Это повышает вероятность поражения людей работающих на электроустановках.

TN-S – с 1930 года недостатки предыдущей схемы были учтены, от заземления подстанции до контура здания через ГШЗ прокладывался отдельный провод.

В комбинированных конструкциях собранных по схеме TN — С – S на отдельных участках допускается соединение нулевого нейтрального провода N c линией заземления РЕN проводником.

Электрические цепи проводов от всех электроустановок, которые подлежат заземлению, в конечном итоге сводятся на ГШЗ (главная шина заземления), на ней заземляются элементы других коммуникаций:

• Провод или шина от контура заземления;
• Металлические трубы водопроводов, отопления и канализации;
• Молниезащита;
• Корпуса системы вентиляции и кондиционирования;
• Другие металлические конструкции, подлежащие заземлению.

ГВШ является элементом заземляющего устройства и устанавливается в распределительных устройствах.

Видимый контур ‒ абсурд

Видимое заземление ПУЭ не регламентирует. И требовать сделать всю систему заземления видимой абсурдно. Существуют открыто проложенные проводники, которые маркируются согласно ряду стандартов. Кроме того, разборные части заземления должны быть видимы и доступны в местах соединения. А полноценная проверка заземляющей системы проводится испытанием с составлением акта.

Если же вы не уверены, как следует организовать заземление оборудования или хотите получить гарантию от опытных профессионалов, обращайтесь в «Алеф ЭМ». Мы проектируем и устанавливаем заземляющие системы с 2009 года.

Конструкция контура

Составные части

Уже упоминавшееся ранее сопротивление заземления (Rз) контура – основной параметр, контролируемый на всех этапах его эксплуатации и определяющий эффективность его применения. Эта величина должна быть настолько малой, чтобы обеспечить свободный путь аварийному току, стремящемуся стечь в землю.

Обратите внимание! Важнейшим фактором, оказывающим решающее влияние на величину сопротивления заземления, является качество и состояние грунта в месте обустройства ЗУ. Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:. Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:

Исходя из этого, рассматриваемое ЗУ или заземляющий контур ЗК (что для нашего случая – одно и то же) должны иметь конструкцию, удовлетворяющую следующим требованиям:

• В её составе необходимо предусмотреть набор металлических прутьев или штырей длиной не менее 2-х метров и диаметром от 10-ти до 25-ти миллиметров;
• Они соединяются между собой (обязательно на сварку) пластинами из того же металла в конструкцию определённой формы, образуя так называемый «заземлитель»;
• Кроме того, в комплект устройства входит подводящая медная шина (её ещё называют электротехнической) с сечением, определяемым типом защищаемого оборудования и величиной токов стекания (смотрите таблицу на рисунке ниже).

Эти составляющие устройства необходимы для соединения элементов защищаемого оборудования со спуском (медной шиной).

Различие по месту устройства

Согласно положениям ПУЭ, защитный контур может иметь как наружное, так и внутреннее исполнение, причём к каждому из них предъявляются особые требования. Последними устанавливается не только допустимое сопротивление контура заземления, но и оговариваются условия измерения этого параметра в каждом частном случае (снаружи и внутри объекта).

При разделении систем заземления по их местонахождению следует помнить о том, что лишь для наружных конструкций корректен вопрос о том, как нормируется сопротивление заземлителя, поскольку внутри помещения он обычно отсутствует. Для внутренних конструкций характерна разводка по всему периметру помещений электротехнических шин, к которым посредством гибких медных проводников подсоединяются заземляемые части оборудования и приборов.

Для элементов конструкций, заземлённых снаружи объекта, вводится понятие сопротивления повторного заземления, появившееся вследствие особенной организации защиты на подстанции. Дело в том, что при формировании нулевого защитного или совмещённого с ним рабочего проводника на питающей станции нейтральная точка оборудования (понижающего трансформатора, в частности) уже заземляется один раз.

Поэтому когда на ответном конце того же провода (обычно это PEN или PE шина, выводимая непосредственно на щиток потребителя) делается ещё одно местное заземление, его с полным основанием можно назвать повторным. Организация этого вида защиты показана на рисунке ниже.

Важно! Наличие местного или повторного заземления позволяет подстраховаться на случай повреждения защитного нулевого провода PEN (PE – в системе электропитания TN-C-S). Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля». Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля»

Такая неисправность в технической литературе обычно встречается под наименованием «отгорание нуля».

Монтаж ревизионного колодца и вывод заземления наружу

При достижении нормируемого сопротивления, на последнем отрезке устанавливается сжим для подключения проводника заземления или шины.

Данное место защищается ревизионным колодцем. Это может быть как заводская конструкция, так и самодельная из канализационной трубы.

Выбирайте те экземпляры, которые рассчитаны для применения в земле (оранжевого цвета).

Такая сборка – обязательное условие монтажа. Все контакты контура заземления должны быть открытыми и доступны для ревизии или замены.

Нельзя это место просто засыпать землей. Иначе когда у вас отвалится провод заземления, вы узнаете об этом только после серьезной аварии и вынужденной замены сгоревшей техники.

Зато иногда его оставляют прямо на поверхности без всякой защиты. Очень часто так делают в подвалах. Заземление при этом выводят цельной шиной на стену дома.

Но мы рассмотрим вариант с колодцем. На муфту одеваются две крышки. В одной из них по центру просверливается отверстие.

После чего туда монтируется гермоввод или сальник PG.

Такие ставятся на металлических распред шкафах. Рядышком или сбоку, сверлится еще одно отверстие для вывода проводника в гофре.

Центральный сальник необходим для плотного насаживания заглушки на цилиндрический штырь заземлителя.

Если не нашли подобных сальников, просто заделайте все отверстия после монтажа силиконовым герметиком. Далее подготавливаете медный заземляющий проводник.

Это провод ПуГВ и ПВ-3 сечением не менее 10мм2. Не желательно его подключать так, чтобы зачищенные жилы торчали наружу.

Лучше сделать это через прессовку наконечником, с последующей термоусадкой.

Поверх всех контактов на сжиме наматываете гидроизоляционную ленту.

Простая изолента здесь не годится!

После всех процедур защитная муфта закрывается сверху крышкой.

Не используйте в качестве такой защиты ревизионного колодца пластиковую бутылку.

Она никогда не создаст герметичности. Более того, наоборот будет задерживать воду в этом месте, постепенно разрушая контакты.

Как сделать подключение провода заземления и саму главную заземляющую шину в щитовой дома, читайте в отдельной статье.

https://youtube.com/watch?v=dcqkNzQbv58%3F