Система уравнивания потенциалов (СУП) используется для того, чтобы обеспечить одинаковый электрический потенциал на всех способных накапливать заряд и проводить электрический элементах здания. Другими словами, требуется обеспечить эквипотенциальную поверхность. Если эта цель достигнута, то временное повышение потенциала в здании наблюдается сразу на всех предметах, благодаря чему исключается протекание опасных для человека и техники токов, либо возникновения искрения между разными элементами.
Главной системой защиты здесь служит основная система уравнивания потенциалов (ОСУП). Уравнивание достигается с помощью подключения всех проводников на электрическом вводе к ГЗШ (главной заземляющей шине).
Соединение обычно производится на ВРУ (вводном распределительном устройстве) либо в непосредственной близости с нему на специальном зажиме.
Элементы, которые требуется подключить к ГЗШ:
— Магистральный заземляющий проводник;
— Основные защитные проводники (PE, PEN);
— Металлические трубы внутренних и внешних коммуникаций в здании, а также проходящие между соседними зданиями (водопровод, канализация, газопровод);
— Металлические части каркаса постройки (сооружения);
— Любые части строительных конструкций, выполненные из металлов (система молниезащиты, кондиционирования, вентиляции, другие централизованные системы).
Обычно основная система уравнивания потенциалов оборудуется только одним выводом, который подключён к ГЗШ. Сама ГЗШ чаще всего устанавливается там же, где находится распределительное устройство.
Если в здании применяются несколько токовводов, то ГЗШ должна быть реализована для каждого отдельного ВУ (ВРУ). Точно также для каждой встроенной трансформаторной подстанции выполняется отдельная ГЗШ. Функции ГЗШ может выполнять PE-шина ВУ (ВРУ, РУНН). Каждый токопроводящий элемент в здании подключать к контуру необходимо отдельным проводником. Не допускается последовательное подключение нескольких проводников.
Сечение проводников, подходящее для использование в ОСУП, должно быть минимум 6 мм2 в случае использования меди и минимум 16 мм2 для алюминиевого провода. Также применяется стальной проводник, которые должен иметь сечение не меньше 50 мм2.
Учитывая повышенную влажность и перепад температур, свойственные ванным и душевым комнатам вполне очевидна обоснованность довольно жестких требований действующих нормативных документов в отношении электрооборудования и электропроводки этих помещений.
Так, помимо необходимости прокладки в в ванных и душевых помещениях только скрытой электропроводки - требование ПУЭ (7.1.40), согласно тех-же Правил (7.1.47) устанавливаемое электрооборудование каждой зоны должно иметь соответствующую ей степень защиты от попаданий воды.
Кроме того, в качестве меры повышения уровня электробезопасности в отношении защиты человека от поражения электрическим током также является обязательность применения для групповых линий питания ванных и душевых комнат устройств защитного отключения (УЗО, дифавтоматов) с отключающим дифференциальным током до 30 мА (7.1.82).
Не менее важным требованием является и наличие дополнительной системы уравнивания потенциалов (ДСУП), к которой должны быть подключены все доступные прикосновению человеком открытые токопроводящие части стационарных ЭУ.
ДСУП в ванной
Электрические потенциалы доступных прикосновению открытых токопроводящих частей ванных комнат имеют определенные величины. Причинами их возникновения могут быть блуждающие токи, статическое электричество, разные структуры токопроводящих материалов.
Разница потенциалов токопроводящих частей (собственно, напряжение) - труб водоснабжения, канализации, ванн, умывальников и пр. может достигать опасных для человека значений - когда одновременное прикосновение к ним может вызвать удар электрическим током.
Если раньше в подобных ситуациях потенциал уравнивался теми-же электрически связанными и заземленными (!) металлическими трубами, то в наше время зачастую может иметь место частичная замена труб канализации, ГВС и ХВС на пластиковые.
То есть, говорить о каком-то гарантированном уравнивании потенциалов и заземлении этих труб в отдельно взятой квартире, учитывая что этажом ниже не исключена их замена на пластиковые, не проводящие ток, разумеется не приходится.
Принципиально ДСУП представляет объединение - создание электрической связи всех токопроводящих доступных для прикосновения частей коммуникаций и сантехнического оборудования и их соединение с главной заземляющей шиной.
Правила монтажа ДСУП
Основным элементом ДСУП являет коробка уравнивания потенциалов (сокр. КУП), шина которой соединяет провода от заземляемых объектов между собой и с ГЗШ. Коробка может быть как открыто установлена, так и спрятана в полости стены или нише - при этом не стоит забывать о необходимости доступа к ней для возможности ее дальнейшего обслуживания.
Как и при монтаже электропроводки, на начальном этапе следует определиться с местами прокладки проводов ДСУП от заземляемых объектов до КУП - рекомендуется проложить кратчайшим путем.
Присоединение проводников к заземляемым частям может быть выполнено любым способом, обеспечивающим качественный и надежный контакт - сваркой, болтовым соединением, для присоединения к трубам могут быть использованы хомуты.
Присоединения необходимо выполнять отдельными ответвлениями, избегая последовательных соединений (иначе говоря, "шлейфы" недопустимы). Рекомендуемое сечение проводников : 4-6 мм2 для провода от КУП до ГЗШ, 2,5-4 мм2 для проводов от коробки до заземляемых объектов. Рекомендуемые и наиболее часто используемые марки провода ПВ-1 и ПВ3.
Что такое разность потенциалов, и почему она опасна для человека? Любой металлический предмет большого размера (водопроводная труба, радиатор отопления, ванна, корпус холодильника) является хорошим проводником электрического тока. Даже без прямого контакта с источником напряжения, на поверхности этих предметов может возникнуть наведенный электрический ток, по аналогии с шаговым напряжением.
Как это работает
Предположим, что в вашей квартире все розетки и электроприборы заземлены. В теории вы чувствуете себя в безопасности. Ваш сосед снизу, проводя ремонт, заменил канализационную трубу с чугунной на пластиковую. Теперь между вашей чугунной ванной и физической землей отсутствует надежная электрическая связь. У соседа пробило изоляцию в люстре, и через влажный пол вашей ванной комнаты, потенциал порядка 100 вольт появился в ванной с водой.
Поскольку в канализационном стоке пластиковая вставка, замыкания на землю не произошло, и защитный автомат не сработал. Весь потенциал накопился в вашей ванной. Вы, находясь в воде, прикасаетесь к смесителю. Через стальные трубы водопровода, он имеет надежную электрическую связь с грунтом. Вы получаете гарантированное поражение электротоком.
Почему так произошло?
Любой проводник содержит в себе электроны. Пока нет разницы в потенциалах на концах проводника, электроны стоят на месте, и электроток не протекает. В описанной ситуации, труба водопровода имеет нулевой потенциал по всей длине. Ванна с водой, по причине распространения напряжения от неисправной проводки этажом ниже, через отрезок чугунной трубы, имеет потенциал 100 вольт. Эти предметы между собой не соприкасаются, поэтому электрического тока нет.
После касания одновременно ванной под напряжением и фактически заземленного смесителя, по вашему телу протекает электрический ток. Человек на 80% состоит из воды, поэтому он вполне себе неплохой проводник. Электроны просто устремляются от точки с меньшим потенциалом, к точке с большим потенциалом. Поэтому уравниванию потенциалов в ванной комнате следует уделить особое внимание.
Справедливости ради, если бы вы просто оказались с ванной под напряжением (ничего не касаясь), и так же из нее удалились, никакого поражения электротоком не было. Вы никогда не задавались вопросом, почему птицы, сидящие на проводе ЛЭП с напряжением свыше 1000 вольт, не погибают от удара током? Потому, что у них такой же потенциал, как у провода: 1000 вольт. Они не касаются других проводов, разницы потенциалов нет, соответственно, нет и электротока через их тушки.
Еще один пример. Вставьте в отключенную розетку кусок провода (в фазу), и свободно подвесьте его, чтобы он не касался стены и пола. Подайте напряжение - ничего не произойдет. Тем не менее по всей длине провода есть потенциал 220 вольт. Стоит соединить провод с любым предметом, у которого потенциал относительно «земли» ниже, через соединитель (например, человека), потечет ток.
Отсюда вывод: любые предметы, которые в обычных условиях не находятся под напряжением (за исключением аварийных ситуаций), всегда должны иметь равный потенциал. В случае с жилыми помещениями - равный нулю. Для этого, все металлические элементы жилого дома, включая арматуры в стенах, соединяются с контуром заземления еще на этапе строительства.
Это называется: основная система уравнивания потенциалов (ОУП) . Вблизи каждого здания расположена главная заземляющая шина (ГЗШ), надежно (обычно с помощью сварки) соединенная с заземлителем (контуром). Она периодически проверяется специальными службами (со временем может рассыпаться от коррозии), и монтируется еще на этапе закладки фундамента.
Можете быть уверены, что все металлические предметы вашей многоэтажки имеют электрический контакт с ГЗШ. Сразу после ввода в эксплуатацию, контур уравнивания потенциалов работает безупречно. Это требование Правил устройства электроустановок соблюдается всегда. Пока не начинаются ремонты в квартирах.
В чем опасность
- Участки систем отопления и водоснабжения меняются на полипропиленовые трубы. Пропадает физическая связь с заземлителем.
Надеяться на воду в трубах нельзя. Сегодня она есть, а завтра труба будет сухой. - Сосед решил отмотать показания счетчика, и подключил нуль к своей батарее отопления. По всей системе появился потенциал: от 220 вольт вблизи квартиры соседа, до нуля в районе подключения трубопровода к главной заземляющей шине.
- У кого-то установлен бойлер без заземления, и он пробивает фазу в бак с водой. Пара ближайших этажей, получает в кранах с водой напряжение до 110 вольт.
- «Продвинутый» сосед электрик организовал заземление электроплиты на стояк с горячей водой (он действительно имеет хороший контакт с грунтом, к тому же конструктивно соединен с ГЗШ). А после аварии, на втором этаже заменили кусок стального стояка, на пластик. У соседа «электрика» коротнула фаза на корпус электропечи, и весь подъезд выше 2 этажа получил на стояке потенциал более 127 вольт.
Вы скажете, что это все незаконно, и запрещено? Да, это так.
Но это логика пешехода, который видит несущийся на него автомобиль, и продолжает находиться на переходе, уповая на ПДД. Пешехода собьют, водителя обязательно накажут. Кому от этого станет легче?
Не следует надеяться на то, что вокруг вас все придерживаются Правил устройства электроустановок. Поэтому организуем дополнительное уравнивание потенциалов.
Уравнивание или выравнивание
Многие путают два основных понятия:
- Уравнивание потенциалов, это нивелирование разницы потенциалов между доступными к прикосновению одним человеком открытыми проводящими поверхностями. Относится к штучным электроустановкам или проводникам.
- Выравнивание потенциалов, это снижение разности потенциалов на большой площади: грунт, бетонный пол. Например, в здании - это соединений всей арматуры в стенах между собой, и с ГЗШ.
Создание системы дополнительного уравнивания потенциалов (ДУП)
Общие правила:
Уравнивание потенциалов в ванной комнате производится со всеми элементами, находящимися в помещении санузла. Даже если входящая труба уже соединена с ШДУП или ШОУП.
Соединение с элементами, не имеющими специальных контактов для подключения, производится с помощью хомутов, зажимов.
Организация системы ДУП в частном доме может не производиться, при строительстве и организации энергоснабжения должна быть установлена основная система уравнивания потенциалов. Для обеспечения безопасности, следует смонтировать дополнительную систему в ванной комнате.
Видео по теме
Согласно Правилам устройства электроустановок (п. 1.7.29), которыми руководствуются в РФ, защитное заземление - заземление, выполняемое в целях электробезопасности.
Рассматривая данное определение подробнее, можно сказать, что защитное заземление выполняется преднамеренно и представляет собой электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, у которых есть возможность оказаться под напряжением из-за нарушения изоляции.
Цель защитного заземления - уберечь людей и животных от поражения током.
Цель достигается путем снижения напряжения до безопасной величины (относительно земли) на металлических частях оборудования. При замыкании на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения. Следствием является снижение тока, проходящего через тело при прикосновении.
При электрическом переменном токе промышленной частоты, равным 50 герц, берут во внимание только активное сопротивление человеческого тела и соотносят его с величиной равной 1 кОм. В обычном состоянии сопротивление тела постоянному току соотносится с диапазоном от 3 до 100 кОм, но при длительном прохождении снижается до 300 Ом.
На рисунках указаны примерные значения, но они позволяют оценить эффективность и необходимость защитного заземления.
Величина тока короткого замыкания и сопротивление системы заземления сильно влияют на ток, проходящий через тело. Максимально допустимое значение сопротивления заземления в установках до 1 кВ:
- 10 Ом - при мощности генераторов + трансформаторов ≤ 100 кВА,
- 4 Ом - во всех остальных случаях.
Нормы рассчитаны с допустимой величиной напряжения прикосновения, которая в сетях до 1 кВ не должна превышать 40 В.
Защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных сетях:
- напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью,
- с напряжением 1 кВ и выше - с любым режимом нейтрали.
Обратите внимание!
Присоединение корпусов электроустановки к заземлителю или магистрали заземления необходимо выполнять только отдельным ответвлением. Категорически запрещено последовательное подключение (см. рисунки)!
 |
 |
Виды заземляющих устройств
Группировать заземляющие устройства можно следующим образом:
Естественные заземлители
К естественным заземляющим устройствам относятся все конструкции, постоянно находящиеся в земле:
- металлические конструкции здания и фундаменты;
- металлические оболочки кабелей;
- обсадные трубы артезианских скважин.
- газопроводы и трубопроводы с горючими жидкостями;
- алюминиевые оболочки подземных кабелей;
- трубы теплотрасс;
- трубы холодного и горячего водоснабжения.
К естественному заземлителю необходимо минимум 2 подключения в разных местах.
Искусственные заземлители
Искусственное заземление является специальным подсоединением к заземляющему устройству. К искусственным заземлителям относятся:
- стальные трубы определенных размеров;
- полосовая сталь толщиной от 4 мм;
- угловая сталь от 4 мм;
- прутковая сталь определенных размеров.
Пользуются популярностью глубинные заземлители с омедненными или оцинкованными электродами. Они существенно превосходят традиционные методы по долговечности и затратам на изготовление заземлителя.
Специфические проблемы существуют для грунта в условиях вечной мерзлоты. Здесь эффективным решением могут стать системы электролитического заземления:
Примечания:
- Достоинство контурного заземления состоит в выравнивании потенциалов в защищаемой зоне и уменьшении напряжения шага.
- Выносные заземлители позволяют выбрать место с минимальным сопротивлением грунта.
- Более подробную информацию о заземлителях можно найти в ГОСТ Р 50571.5.54-2013 «…Заземляющие устройства, защитные проводники и защитные проводники уравнивания потенциалов».
Основная система уравнивания потенциалов
Под основной системой уравнивания потенциалов понимается создание эквипотенциальной зоны в пределах электрооборудования. Цель создания - обеспечить безопасность человека и оборудования в экстренных ситуациях: срабатывание системы защиты от молний, занос потенциала, коротком замыкании.
В электрооборудовании до 1 кВ основная система уравнивания потенциалов соединяет перечисленные проводники:
- нулевой защитный РЕ- или РЕN-проводник питающей линии в системе TN;
- заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;
- заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание;
- металлические конструкции здания: трубы коммуникаций, части каркаса здания и централизованных систем вентиляции и кондиционирования;
- заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категории;
- заземляющий проводник функционального, действующего, заземления при его наличии и отсутствии ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;
- металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.
По Правилам устройства электроустановок (п. 1.7.82) все указанные составляющие должны присоединяться к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов - это и является соединением с основной системой уравнивания потенциалов.
На рисунке указан специализированный искровой разрядник с малым напряжением срабатывания для систем уравнивания потенциалов.
Элемент, который не соединен с главной заземляющей шиной, является очень грубым нарушением целостности основной системы уравнивания потенциалов. Появление разности потенциалов, которое может привести к возникновению искры, - непосредственная угроза жизни человека и безопасности объекта.
Система дополнительного уравнивания потенциалов
Правила устройства электроустановок (п. 1.7.83) предписывают соединение друг с другом всех одновременно доступных прикосновению открытых проводящих частей стационарного электрооборудования и сторонних проводящих частей. К ним относятся:
- доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания,
- нулевые защитные проводники в системе TN,
- защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, в том числе защитные проводники штепсельных розеток.
Система дополнительного уравнивания потенциалов служит для существенного улучшения электробезопасности в помещении. Формирование эквипотенциальной зоны по принципу основной системы уравнивания потенциалов происходит за счет коротких проводников защитного заземления и уравнивания потенциалов, сведенные на шину.
На рисунках выше можно заметить значительные изменения схемы электропитания. Соединение контактов заземления розеток и клемм заземления стационарных приборов на шину дополнительного уравнивания потенциалов является крайне важным! В случае отсутствия соединений корпусов приборов с шиной, система все равно сохранит свою эффективность по безопасности. Если же земли розеток и приборов не подключены к шине, электробезопасность ухудшается в разы.
Сторонняя проводящая часть
Проводник, который не является частью электроустановки, называется сторонней проводящей частью. Формальным примером служат металлическая дверная ручка или петля.
Можно ориентироваться на 2 принципа, согласно которым выбираются части для подключения на шину дополнительного уравнивания потенциалов. Задача - не делать систему чрезмерно перегруженной.
- Фактическая или потенциальная возможность связи с «землей».
- Возможность появления потенциала на сторонней проводящей части при аварии электрооборудования в процессе эксплуатации.
В таблице ниже приведены примеры сторонних проводящих частей, которые стоит или нет подключать к шине дополнительного уравнивания потенциалов:
| Сторонняя проводящая часть | Схема | Необходимость подключения |
| Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала. |  |
Нет |
| Металлическая полка, закрепленная на стене из железобетона. |  |
Да (потенциальная связь с «землей» за счет крепежа к стене) |
| Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала. На полке расположен электроприбор. |  |
Да (возможность появления потенциала при аварии прибора с классом изоляции I) |
| Металлическая тумбочка с резиновыми или пластиковыми колесиками на бетонном полу. |  |
Нет |
| Металлическая тумбочка с резиновыми колесиками на бетонном полу. В помещении грязь и пыль в сочетании с повышенной влажностью. |
 |
Да (потенциальная связь с «землей» за счет загрязнения и повышенной влажности) |
Вопросы, связанные с уравниванием потенциалов в ванных и душевых помещениях, регулируются циркуляром № 23/2009.
Один из распространенных вопросов: может ли быть сторонней проводящей частью водопроводная вода, подающаяся по пластиковым трубам? Указанный циркуляр дает такой ответ: « …Водопроводная вода нормального качества …не рассматривается как сторонняя проводящая часть». Это означает, что такая возможность существует, как минимум из-за значительного присутствия различных железистых соединений в воде. Циркуляр рекомендует использовать токопроводящие вставки на отводах от стояков водопровода, подключив их к шине дополнительного уравнивания потенциалов.
Практика выполнения дополнительной системы уравнивания потенциалов
Наиболее распространенные варианты создания шин системы дополнительного уравнивания потенциалов:
- С использованием стандартных коробок уравнивания потенциалов (КУП).
- Стальная шина 4х40 (4х50) с приварными болтами опоясывающая помещение.
- Стальная шина, уложенная в стандартный пластиковый короб.
- Использование шины заземления в РЩ (для небольших помещений).
- С использованием специализированного щитка типа ЩРМ - ЩЗ (встроенный щиток с шиной 100 мм2 (Cu) со степенью защиты IP54).
Выполнение двух требований является обязательным:
- возможность осмотра соединения,
- возможность индивидуального отключения.
Длина проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющих контакты штепсельных розеток, сторонние проводящие части и корпуса электрооборудования, должна быть не более 2,5 метров. Сечение от 2,5 до 4 кв.мм Сu (ПВ-1, ПВ-3). Подробнее на рис. 1.7.7 в ПУЭ п. 1.7.82.
Для электроустановки в здании с применением негорючих (ВВГнг -FRLS) кабелей использовать кабеля марки ПВ-1, ПВ-3 (проводники уравнивания потенциалов от дополнительной системы уравнивания потенциалов до ГЗШ или щитовой шины заземления) следует аккуратно. Если ПВ-1 и ПВ-3 уложить рядом с негорючими кабелями, то система (в теории) превращается в распространяющую пламя. Чаще всего контролирующие органы относятся к этому спокойно, однако иногда лучше использовать негорючие одножильные кабеля той же марки с нанесением соответствующей маркировки.
Уравнивание потенциалов - снижение разности потенциалов между доступными одновременному прикосновению открытыми проводящими частями - ОПЧ , сторонними проводящими частями - СПЧ , заземляющими и защитными проводниками (РЕ - проводниками), а также РЕN - проводниками путем электрического соединения этих частей между собой.
Назначение уравнивания потенциалов с помощью эквипотенциальных связей - сделать среду обитания человека свободной от появления разности потенциалов и обезопасить человека от поражения электрическим током. Это означает, что все проводящие части электротехнического (ОПЧ) и неэлектротехнического оборудования, строительных конструкций (СПЧ) должны быть соединены между собой.
Части, которые не могут сохранить общий потенциал (не могут быть присоединены к общей системе уравнивания потенциалов), должны быть отделены от остального оборудования таким образом, чтобы они не были доступны для одновременного прикосновения. Если в результате повреждения изоляции или индукции возникает импульс напряжения на одной из доступных проводящих частей, то все доступные одновременному прикосновению проводящие части должны приобрести то же самое напряжение для исключения появления разности напряжений , опасной для человека. В случае, когда одна из доступных частей является землей, все окружающее оборудование должно быть соединено с землей через возможно более низкое сопротивление.
Выравнивание потенциалов - снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу (или на поверхности) и присоединенных к заземляющему устройству , либо путем применения специальных покрытий. При распределенном заземляющем устройстве безопасность обеспечивается не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциалов на защищаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых.
Изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходит плавно . При этом напряжение прикосновения U пр и напряжение шага U ш имеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя. Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад потенциала. Чтобы исключить в этих местах опасные напряжения шага, которые особенно высоки при больших токах замыкания на землю, по краям контура за его пределами (в первую очередь в местах проходов и проездов ) укладывают в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы , соединенные с заземлителем. Тогда спад потенциала в этих местах происходит по пологой кривой.
Внутри помещений выравнивание потенциалов происходит благодаря металлическим конструкциям, трубопроводам, кабелям и подобным им проводящим предметам, связанным с разветвленной сетью заземления. Арматура железобетонных зданий также способствует выравнивание потенциалов.
