Система уравнивания потенциалов: что это такое простыми словами для начинающего электрика и домашнего мастера. Как обеспечить собственную безопасность в быту

Получить фатальный удар током в современной квартире вполне реально. Причем источником опасности может быть не только бытовая электропроводка, но и любые открытые токопроводящие предметы: водопроводный кран, батарея отопления, входная металлическая дверь…

Считаю, что, обладая определенным опытом электрика, просто обязан предупредить всех своих читателей о возможности возникновения аварийной ситуации. А ведь ее можно заранее исключить, если выполнить ряд правил, изложенных в ПУЭ, которые я излагаю ниже.

Какие функции решает система уравнивания потенциалов: простыми словами

Рассмотрим типичный пример, когда на обычной кухне стоит стиральная машина и рядом находится водопроводный кран со смесителем, естественным образом подключенные к заземлению.

Когда хозяйка стирает белье, то на двигатель М и систему ее автоматики подается электрическое напряжение, а по цепочке фазы (автоматический выключатель бытовой сети – розетка – внутренняя схема стиральной машины) и нулевой провод (розетка – контактная колодка распределительного шкафа и далее через питающую трансформаторную подстанцию) протекает ток нагрузки.

Если стиралка расположена в ванной комнате, то описываемая ситуация может повториться, когда рядом расположен полотенцесушитель, коммуникации металлических труб водопровода, отопления.

Как работает защита автоматическим выключателем и УЗО в аварийной ситуации

В случае пробоя изоляции на корпус опасный потенциал фазы с него станет стекать по РЕ проводнику. Если величина нагрузки возникшего аварийного режима большая, то его должен отключить автоматический выключатель.

Однако нагрузка в сети может быть меньше уставки срабатывания автомата. Для этого случая в схему квартирного щитка имеет смысл устанавливать УЗО с уставкой отключения максимум 30 миллиампер.

Оно почувствует своим дифференциальным органом утечку, сработает и отключит питание со схемы, разорвав цепи подвода фазы и нуля.

На этом принципе построена защита от перегрузок, коротких замыканий и утечек в современных квартирах.

В каких ситуациях УЗО и автоматический выключатель не способны обеспечить электрическую безопасность

Идем дальше. Стирка белья закончена, стиралка выключена, вода слита. Даже сделаем еще большее упрощение: отключим автоматический выключатель и снимем с него провод фазы, обеспечив двойной разрыв цепи питания.

Кажется, что безопасность человека от поражения электричеством обеспечена полностью. Но это не так. Опасный потенциал может залететь извне в случае аварийного повреждения изоляции какого-либо питающего кабеля с металлической броней от трансформаторной подстанции, находящегося в земле.

Другая причина – удар энергии молнии в питающую ЛЭП, около электротехнических сооружений либо на землю вблизи дома.

В обоих случаях опасный потенциал окажется на вводной главной защитной шине (сокращенно называется ГЗШ) здания через контур заземления. Только в первом примере его величина может быть понижена, например, до 30 вольт или чуть выше.

Импульс же молнии в ЛЭП, при успешной работе разрядников на ней, в месте перехода будет снижен только до шести киловольт. Дальше должна работать защита от импульсных перенапряжений здания. К сожалению, в большинстве частных домов она полностью отсутствует.

Будем считать, что мы живем в многоэтажном доме с правильно настроенной системой УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений) вводного щита. Она успешно понизила опасный потенциал до четырех киловольт. Это предел ее возможностей – зона №1, класс 1.

И вот эти 4 тысячи вольт через ГЗШ заземления разбегутся по цепочкам рабочего ноля N и защитного PE, появятся на корпусе стиральной машины, а также всех других электрических приборов.

Следует сказать, что система УЗИП может стоять еще в квартирном щитке: зона 2, 2-й класс. Импульс снижается до 2,5 кВ. Завершающая степень защиты: 3-й класс внутри зоны 3. Встраивается в магистрали подвода электричества к потребителям. Даже он может пропустить свыше 1,5 киловольта.

Возникает вопрос: у кого сейчас выполнено подключение УЗИП всех категорий… К чему приведет такое отношение к правилам электробезопасности?

Сегодня проблема ограничения перенапряжения остается актуальной: имеется высокая вероятность появления высоковольтного импульса в жилых помещениях.

Представим, что испытает человек в момент касания металлического корпуса стиральной машины и одновременно крана смесителя. Ведь через его тело потечет опасный ток. Время его действия большое – отключить нет никакой возможности.

Величину этого тока можно рассчитать с помощью закона Ома. Для определения напряжения потребуется из величины потенциала импульса перенапряжения молнии (φ1) вычесть потенциал водопровода (φ2). Они будут сильно отличаться.

Предположим, что напряжение U= φ1-φ2=120 вольт. (Я очень занизил эту величину). Мы знаем, что сопротивление человеческого тела относительно маленькое, сильно зависит от состояния кожного покрова и множества случайных факторов. Его усредненное значение для расчетов принимают как 1 килоом.

Считаем: I=U/R=120/1000=0,120 А или 120 миллиампер.

Ток, который может вызвать фибрилляцию сердца при протекании через наш организм, ограничивают менее 30мА, что и заложено в уставку дифференциального органа УЗО.

Как видите, в данном расчете все предпосылки для фатального случая сложились: нормы нарушены. Но этого допускать нельзя. Поэтому Правила эксплуатации электроустановок (ПУЭ) своим пунктом 1.7.32. обязывают выполнить уравнивание потенциалов.

Сразу хочу предостеречь от типовой ошибки: в правилах используется однокоренное слово: выравнивание. Оно применяется совсем для других целей, описанных очередным пунктом 1.7.32.

Итак, запомнили: выравнивание потенциалов – это защитные проводники, спасающие только от напряжения шага (расположены на поверхности плоскости горизонта, когда токопроводящую сетку или полосы кладут на пол, грунт). Важно разобраться в этих терминах на уровне первого знакомства. Тогда их не путают.

В нашем же случае уравнивание потенциалов будет заключаться в подключении всех без исключения проводящих элементов проводом РЕ к ГЗШ заземления (входящие извне).

Показываю все это очередной картинкой. Только немного упростил ее, объединив водопровод и канализационный слив на рисунке, ибо веду речь про принцип. На реальном объекте каждая токопроводящая труба должна подключаться индивидуальным PE проводником по радиальной схеме.

В этой ситуации импульс перенапряжения любой величины, проникший на ГЗШ, равномерно распределится по всем токоведущим цепочкам. В рассматриваемом примере это корпус стиральной машины и водопроводный кран, магистраль слива. Имеет смысл также вспомнить про электроплиты, электронику, компьютерные блоки питания…

Потенциалы на них будут уравнены. φ1=φ2.

Разности между потенциалами нет, следовательно, напряжение равно нулю.

U=φ1-φ2=0 вольт.

Важно понимать: использование системы уравнивания потенциалов (СУП) спасает человека от поражения электрическим током в тех случаях, когда автоматический выключатель, УЗО и УЗИП не способны выполнить такую задачу. Это дополнительная защита от косвенного прикосновения.

Особую роль обеспечения электробезопасности уделяйте внутри ванной, душевой кабины и на кухне.

Почему система уравнивания потенциалов разделена на две части

Принцип деления оборудования СУП на основную или базовую составляющую (ОСУП) и дополнительную (ДСУП) станет понятен после рассмотрения каждой из них в отдельности.

Как монтируется основная система уравнивания потенциалов по нормативам ПУЭ

Этому вопросу в правилах посвящен раздел, описывающий меры защиты при косвенном прикосновении к токопроводящим изделиям: то есть тем, которые способны проводить электрический ток, но используются в схеме электропитания только как дополнительные элементы конструкции.

Ими выступают металлические корпуса трансформаторов, электродвигателей, светильников… В качестве примера выше был рассмотрен кожух стиральной машины. Внутри квартиры такими проводящими конструкциями являются:

• трубы водопровода, газоснабжения, водяного отопления;
• стальные двери;
• электрические люстры;
• им подобные конструкции.

Более подробно все это перечисляет пункт 1.7.82.

Безопасность ликвидации режима аварии схемой ОСУП обеспечивает комплексно:

1. Главная защитная шина – ГЗШ;
2. Контур заземления (заземляющее устройство);
3. Проводники системы уравнивания потенциалов;
4. Нулевые защитные проводники;
5. Контактные соединения.

Что такое главная защитная шина и какие существуют правила ее монтажа– кратко

Итак, основу системы уравнивания потенциалов СУП составляет ГЗШ, на базе которой выполняются все коммутации.

Сейчас в интернете встречается много информации о том, как в домашних условиях мастера изготавливают ее различными способами, наладив производство из медных или стальных полос. На вид все выглядит красиво.

Согласно пункту 1.7.119. требуется учесть ряд ограничений к ее конструкции.

Нам важно обращать внимание на материал – применение алюминия не допускается. Объясняется это его мягкими механическими свойствами. Он легко повреждается при зажиме болтами.

Конструкция главной заземляющей шины создается для стекания токов в аварийных ситуациях через контур заземления, которые имеют огромную величину. Особую опасность представляют разряды молнии, отводящиеся в землю от системы молниезащиты. Они способны раскалывать, выжигать стволы толстых деревьев.

Поэтому устройство ГЗШ должно быть надежно выполнено. Оно рассчитывается по сложной методике, изготавливается заводом на основе этих расчетов, имеет маркировку.

Собранные в домашних условиях шины вряд ли отвечают этим требованиям: ведь даже количество отверстий под болты и их расположение влияет на общее электрическое сопротивление, что скажется в критический момент.

Технический циркуляр №6/2004 от 16 февраля 2004 года (Ассоциация «Росэлектромонтаж») содержит требования к выполнению основной системы уравнивания потенциалов на вводе в здание.

В нем следует обратить внимание на положение пункта 2: когда сечение ГЗШ достигает половины сечения PE шины, но не менее чем минимальное сечение остальных РЕ шин вводных устройств.

ГЗШ устанавливается на вводе в здание с учетом допуска и обслуживания ее:

• в помещениях с ограниченным допуском исключительно электротехнического персонала выполняется открытая установка – так проще обеспечить оперативный доступ, магистрали прокладываются открыто;
• внутри жилых домов ее помещают в металлические ящики, а допуск людей ограничивают закрытием дверок на замки со съемными ключами.

Установка ГЗШ открытым способом в обычных частных домах является нарушением действующих правил.

Крепление специальных защитных проводников к шине осуществляется резьбовым соединением без сварки. Оно необходимо для разборки и последующей сборки схемы при электрических измерениях и проверках.

Их оболочки маркируются по всей длине или по концам желто-зелеными полосами.

В месте крепления ГЗШ обязательно устанавливается знак заземления. Он же наносится на внешней стороне металлического ящика.

Какие требования предъявляются к заземляющим проводникам в сети ОСУП

Направляю ваше внимание на пункты ПУЭ 1.7.136. и 1.7.137.

Еще раз повторю нормативные требование по материалам и площади сечения, которые необходимо выдержать в обязательном порядке. Занижать сечение (характеристики и размеры) нельзя: скажется на работе в аварийном режиме.

Фатальная ошибка, которую периодически допускают домашние мастера в многоэтажных зданиях

Многие электрики и домашние умельцы, понимая принцип работы основной СУП, стремятся усовершенствовать схему своей бытовой проводки. Ведь это так просто на первый взгляд: достаточно протянуть РЕ проводник ко всем проводящим частям дома или квартиры, сделать контур заземления, выполнить подключение к нему.

Однако здесь много нюансов, которые вместо безопасности создадут повышенные риски для жильцов. Чтобы их избежать необходимо строго соблюсти требования правил.

В жилом секторе до сих пор много домов, которые не имеют основную систему СУП просто потому, что их раньше так строили, а модернизацией никто не занимался. Пример – многоэтажки: хрущевки или сталинки.

Жильцы таких домов, заботясь о своей безопасности, предпринимают попытки усовершенствовать бытовую проводку. Домашнему мастеру не сложно внутри квартиры своими руками сделать разводку третьего провода и соединить его с самодельным контуром заземления. В итоге он заменил схему электропитания.

Вариантов такого ошибочного подключения много. Для монтажа специально используют коммуникации водопровода, радиатор батареи отопления, арматуру, забитые в землю внутри подвала металлические уголки, трубы, рельсы лифта, другие конструктивные элементы, даже газовая магистраль используется.

После этого мастера уверены, что все сделали правильно: для надежной работы УЗО обеспечены все условия – жильцы защищены. Ничего подобного. Следует выяснить: к чему приводит такая ошибка?

А она проявится в двух случаях:

1. Короткого замыкания внутри квартиры – от него никто не застрахован.
2. Заноса и распространения внешнего потенциала электричества.

Что происходит при коротком замыкании в квартире

Ток возникшего КЗ до отключения автоматическим выключателем разветвится по рабочему нулю и вновь созданной цепочке через самодельный контур заземления.

Из электротехники помним, что два параллельно включенных сопротивления (одно – цепочка рабочего ноля, второе – собранная цепь оборудования) уменьшают его общую величину.

При работе скажутся сопротивления:

• собранного заземляющего устройства Rзу1;
• магистрали земли Rз;
• заземляющего устройства трансформаторной подстанции Rзу2;
• внутреннего сопротивления ТП Rвн;
• сопротивления фазного провода Rф.

Ток короткого замыкания пройдет по проложенной самодельной цепочке на конструктивный элемент здания и растечется по всем подключенным квартирам.

Ситуация может случиться очень тяжелая, поскольку ни одна защита не справится.

Что происходит при заносе внешнего потенциала

Риск заключается в следующем: при заносе опасного потенциала извне (тот же случай пробоя изоляции кабеля или удар молнии) в доме с отсутствующей системой ОСУП и квартире с таким самодельным контуром заземления он моментально растечется по всем корпусам бытовых электроприборов через созданную цепочку.

На других частях системы дома будет иной потенциал. Появляется разница, или, другим словами, напряжение.

Величина этого напряжения станет причиной поражения током человека, случайно оказавшегося на его пути.

Теперь представьте, что именно произойдет, пока такой потенциал разносится по всем квартирам многоэтажного дома через открытые проводящие трубы водопровода, газопровода или что-то другое, к чему подключено соединение самодельной СУП.

Выполнять собственную систему уравнивания потенциалов в отдельной квартире опасно, если она не смонтирована на вводе в здание. Поступать так нельзя.

Что требует перечень централизованных документов

При монтаже уравнивания потенциалов в отдельном доме потребуется последовательное решение вопросов:

1. с самого начала создать или заказать проект, утвердить его в проектной организации;
2. выполнить запланированные в проекте работы;
3. оформить паспорт на заземляющее устройство (выполняет сертифицированная электролаборатория);
4. составить акт освидетельствования скрытых работ – документ, фиксирующий итоги каждого этапа монтажа, которые впоследствии будут скрыты возводимыми конструкциями, покрытиями, доработками фундамента (Приказ Ростехнадзора №470 от 9 ноября 2017 года);
5. протокол о замере сопротивления контура заземления (1 раз в 6 лет выполняется лабораториями, сертифицированными в Минэнерго);
6. протокол проверки металлической связи электрического оборудования с заземляющим устройством (нормы предусмотрены ГОСТ Р 50571,16 и ПТЭЭП).

Строгое выполнение этих требований касается всех застройщиков, включая частный сектор. Они подлежат соблюдению.

Как работает дополнительная система уравнивания потенциалов

Сразу обращаю внимание на слово «дополнительная». Оно означает, что ДСУП – только дополняет в своей работе ОСУП и ни в коем случае не может монтироваться без нее, то есть автономно.

Ее назначение – уравнять потенциалы в пределах отдельной квартиры (только внутри зданий со смонтированной ОСУП).

Вот об этом требовании почему-то часто забывают даже электрики и монтируют ДСУП (можно встретить сокращение ДУП) в сети всех ванных комнатах, парилках, банях, помещениях с повышенной влажностью. Причины, почему так поступать нельзя, изложены выше.

Пункт ПУЭ 1.7.83. указывает, что и как должно соединяться системой дополнительного уравнивания потенциалов.

Для монтажа защитных и заземляющих проводов используется промышленная коробка уравнивания потенциалов – КУП, где встроена надежная клеммная колодка. Разберем ее соединение на примере ванной.

Она объединяет защитные проводники заземления и уравнивания от всех проводящих конструкций, которые могут при косвенном прикосновении стать причиной попадания человека под действие тока.

Обратите внимание, что кроме металлических труб сюда необходимо всегда присоединять водопроводные магистрали (холодного, горячего водоснабжения), собранные из полипропиленовых труб. Внутри них находится вода с различными примесями, создающими отличную проводимость.

Поэтому на трубах с изолирующей поверхностью делается металлическая вставка, к которой подключается РЕ проводник.

В ванной сейчас популярно ставить акриловые ванны или вставки. Они способны собирать заряд постоянного статического электричества. Его тоже отводят в контур заземления через коробку КУП.

Ее монтируют на стене или в укромном месте, но с обязательной возможностью доступа для обслуживания или ремонта так, чтобы она не особо влияла на интерьер помещения.

Сечение проводов дополнительной СУП оговорено статьей 1.7.138. ПУЭ.

Для меди их описывает пункт ПУЭ 1.7.127.

При соединении РЕ проводника с металлической трубой на последней подготавливается хорошая площадка для создания плотного контакта: снимается слой краски, металл зачищается от коррозии.

Вокруг этого места устанавливаются элементы крепления: хомуты, кольцевой бандаж. В него заводится провод, фиксируется винтовым зажимом.

Надежность крепления должна исключить возможность обрыва провода, разрыва цепи.

Делаем вывод: ОСУП, смонтированная на стадии строительства здания, не может исключить все риски поражения человека электротоком. Поэтому внутри каждой квартиры ее дополняет ДСУП.

Таблица вопросов и ответов по системе уравнивания потенциалов

С разных форумов собрал отдельные вопросы и ответы, свел их в таблицу. Что фактически получилось в результате – читайте ниже.

Остальные вопросы для удобства сделал блоком ЧаВо:

Обучающее видео про главную защитную шину и систему уравнивания потенциалов

Много полезной информации, не вошедшей в материал этой статьи, содержится в видео ролике владельца Алекс Жук «Главная заземляющая шина, система уравнивания потенциалов». Рекомендую внимательно посмотреть, а заодно и почитать вопросы от посетителей и ответы на них автора.

Если у вас возникла необходимость что-то спросить или обсудить (тема несколько сложная), то воспользуйтесь разделом комментариев сайта.