Заземление в частном доме своими руками: схема, устройство, подключение

Как правильно рассчитать

В первую очередь следует определить проводимость заземлителя. То есть надо выбрать электрод так, чтобы сопротивление контура было в пределах нормы. Согласно положениям ПУЭ, максимальные значения сопротивления растеканию заземлителей следующие:

2 Ом – для линейного напряжения 660/380 В источника трёхфазного/однофазного тока;
4 Ом – для 380/220 В;
8 Ом – для 220/127 В.

Проводимость защитной конструкции зависит от площади её контакта с землёй, а также удельного сопротивления грунта. Чем больше размеры штырей (электродов), тем больше площадь их поверхности и, следовательно, выше проводимость и эффективность контура. При этом для достижения хороших характеристик заземляющего устройства правильнее увеличивать длину электродов, а не поперечное сечение. Это очень актуально при создании контура в твёрдых почвах, таких как песчаник, скалистый грунт и прочих.

Так, для определения проводимости одного электрода круглого сечения используется следующая формула:

R1 = ρ(ln(2L/d) + 0,5ln(4T+L)/(4T-L))/2ПL,

где d и L – диаметр и длина электрода, T – половина глубины заложения штыря, ln – натуральный логарифм, П – постоянная (3,14), ρ – удельное сопротивление грунта (Ом×м).

Удельное сопротивление грунта также является важным параметром. Чем он больше, тем хуже будет проводимость контура заземления. Величину удельного сопротивления для определённого типа грунта можно узнать в общедоступных таблицах.

Чем ниже удельное сопротивление грунта, тем лучше будет контур

При монтаже контура заземления, состоящего из нескольких электродов, расчёт немного меняется. Сначала определяется сопротивление каждого отдельного штыря по вышеуказанной формуле. Потом полученные показатели суммируются с учётом так называемого «коэффициента использования». Расчётная формула здесь такая:

R = R1/(KN), где R – общее сопротивление контура, N – количество электродов, К – коэффициент использования, R1 – сопротивление одного штыря.

Величина К зависит от расстояния между электродами. Причём чем дальше друг от друга расположены штыри, тем больше будет этот коэффициент. Электрики же рекомендуют располагать электроды на расстоянии в 2,2 от их длины. В этом случае К может принимать следующие значения:

при использовании двух электродов – 0,9–0,92;
трёх – 0,85–0,88;
пяти – 0,79–0,83.

Для определения глубины заложения стержней нужно воспользоваться формулой:

N = R1/KR, где R – полученное ранее проектное сопротивление контура, R1 – сопротивление одного штыря, К – коэффициент использования.

Что касается горизонтальных частей, соединяющих штыри в один контур заземления, то их проводимость здесь не рассчитана

Особенности системы

Подключение системы к домашней сети электроснабжения может проводиться по-разному. Сам отводящий контур имеет следующие особенности:

Обычно он выполняется в виде равнобедренного треугольника. Создается он с уголков, которые соединяются между собой пластинами.
Рекомендуемое расстояние от деревянного дома или другого сооружения составляет 1−3 метра. Слишком близкое расположение может привести к поражению током основных элементов сооружения, слишком далекое увеличивает количество используемых материалов.
Пластина, которая соединяет контур со щитком, укладывается на глубине около одного метра.
Вертикальные элементы вбиваются на глубину не менее 3-х метров. На поверхности рекомендуется оставлять примерно 20 сантиметров.
Расстояние между тремя штырями следует рассчитать так, чтобы получился равнобедренный треугольник. Уголки соединяются между собой металлической пластиной. Замерить расстояние можно при помощи обычной рулетки.
Места соединения отдельных элементов следует тщательно зачищать. Это связано с тем, что ржавчина и окись существенно снижают степень проводимости применяемого материала.
Существенно повысить эффективность системы можно за счет увеличения площади контакта пластин с землей. Для этого можно использовать широкие металлические полосы.
Соединение отдельных элементов рекомендуется проводить при применении сварочного аппарата. Соединительные крепежные элементы не рекомендуют использовать по причине высокой вероятности окисления поверхности. За счет этого существенно снижается проводимость конструкции и ее эффективность. Если нельзя обойтись без болтов и других крепежных элементов, они должны находиться над грунтом, а также быть тщательно зачищенными и хорошо затянутыми. Время от времени проводится смазывание поверхности специальным веществом.
Не рекомендуется проводить окрашивание поверхности, так как вещества, входящие в состав краски, также могут снизить проводимость поверхности.

Схема заземления в частном доме

Как правило, электропитание в частных домах осуществляется воздушными линиями с системой заземления TN-C. В такой системе нейтраль источника питания заземлена, а к дому подходят фазный провод L и совмещенный нулевой защитный и рабочий провод PEN.

После того как в доме произведен монтаж собственного контура заземления необходимо произвести его подключение к электроустановкам дома.

Сделать это можно двумя способами:
переделать систему TN-C на систему заземления TN-C-S;
произвести подключение дома к контуру заземления по системе ТТ.

Подключение дома к контуру заземления по системе TN-C-S

Как известно в системе заземления TN-C не предусмотрено отдельного защитного проводника, поэтому в доме переделываем систему TN-C на TN-C-S. Осуществляется это разделением в электрощите совмещенного нулевого рабочего и защитного PEN проводника, на два отдельных, рабочий N и защитный PE.

И так, к вашему дому подходят два питающих провода, фазный L и совмещенный PEN. Чтобы получить в доме трехжильную электропроводку с отдельным фазным, нулевым и защитным проводом необходимо в вводном электрощите дома произвести правильное разделение системы TN-C на TN-C-S.

Для этого установите в щите шину которая металлически связана с щитом, это будет шина заземления РЕ к ней будет подключаться PEN проводник со стороны источника питания. Далее от шины РЕ идет перемычка на шину нулевого рабочего проводника N, шина нулевого рабочего проводника должна быть изолирована от щита. Ну и фазный провод подключаете на отдельную шину, которая тоже изолирована от щита.

После всего этого необходимо соединить электрощит с контуром заземления дома. Это делается с помощью медного многожильного провода, один конец провода соединяете с электрощитом, другой конец крепите к заземляющему проводнику с помощь болта на конце, который для этой цели и был специально приварен.

Подключение дома к контуру заземления по системе TТ

Для такого подключения не нужно проводить ни каких разделений PEN проводника. Фазный провод подключаете к изолированной от щита шине. Совмещенный PEN проводник источника питания подключаете к шине, которая изолирована от щита и в дальнейшем считаете PEN просто нулевым проводом. Затем подключаете корпус щита к контуру заземления дома.

Как видно из схемы, контур заземления дома не имеет никакой электрической связи с PEN проводником. Подключение заземления таким способом имеет несколько преимуществ по сравнению с подключением по системе TN-C-S.

В случае отгорания PEN проводника со стороны источника питания, все потребители будут подключены к вашему заземлению. А это чревато многими негативными последствиями. А так ваше заземление не будет иметь связи с PEN проводником, это гарантирует нулевой потенциал на корпусе ваших электроприборов.

Часто встречается и такое, когда на нулевом проводнике из-за неравномерной нагрузки по фазам (перекос фаз) появляется напряжение, которое может достигать значений от 5 до 40 В. И когда есть связь между нулем сети и защитным проводником, на корпусах вашей техники также может возникать небольшой потенциал. Конечно, при возникновении такой ситуации должно сработать УЗО, но зачем надеяться на УЗО. Лучше и правильнее будет не испытывать судьбу и не доводить до такой ситуации.

Из рассмотренных способов подключения контура заземления дома можно сделать вывод, что система ТТ в частном доме более безопасна по сравнению с системой TN-C-S. Недостатком использования системы заземления ТТ является ее дороговизна. То есть, при применении системы ТТ обязательно должны устанавливаться такие защитные устройства как УЗО, реле напряжения.

Также хотелось отметить, что необязательно делать контур в виде треугольника. Все зависит от внешних условий. Можно располагать горизонтальные заземлители в любом порядке, по окружности или по одной линии. Главное, чтобы их количество было достаточным для обеспечения минимального сопротивления заземления.

Зачем при наличии заземления нужно УЗО

Принцип действия УЗО

Устройство защитного отключения необходимо для выравнивания фазного и нулевого тока. При вероятности утечки УЗО обесточит линию и даже при касании к корпусу прибора электричество уйдет в грунт.

Схема без заземления и УЗО

Если в доме нет заземления, монтаж защитного устройства осуществляется двумя способами.

На входе. Прибор является единственным средством защиты для всей домашней проводки. Напряжение будет подаваться через кабель ввода на распределительный щит, потом – на двухполюсный автомат, а после – на УЗО. После этого можно подключать автоматы к отходящим линиям.

Схема практически не требует финансовых затрат, обеспечивает компактное расположение всех приборов. Ее минус – срабатывание устройства в режиме токовой утечки и обесточивание всего здания.

На входе и линиях отвода. Вводное приспособление монтируется на входе, а вспомогательные – около автоматов линий отвода. Количество УЗО определяется разветвлением электросети. К защите допускается подсоединять бойлеры, стиралки, электрические плиты и посудомоечные машинки. По такому принципу удобно подключать гараж, погреб или подсобные постройки.

В момент утечки тока срабатывает конкретный прибор, останавливается один вид техники, остальные работают в стандартном режиме. Недостаток системы – заземление долго устанавливается в габаритном щитке, который стоит недешево.

УЗО в системе без защитного проводника TN-C

Подключение УЗО и дифавтомата в однофазной системе TN-C

Система включает трехфазный (4 шт.) или однофазный (2 шт.) провод. Первые состоят из 3-х фаз и одного нуля, вторые – из 2-х фаз и одного нуля. В случаях повреждения изоляционного слоя аппарат не сразу реагирует, поскольку ток утечки не появляется.

При касании к поврежденной технике часть напряжения поступит в тело человека. Только тогда УЗО начнет срабатывать. За 1/10 секунду может произойти многое – от неприятных покалываний до электроожогов.

Схема с защитным проводником (TN-S и TN-C-S) и УЗО

При контакте оборудования, подключенного через УЗО с заземляющим контуром, сразу возникает утечка тока. Она происходит при замыкании фазы на корпусе техники. Автомат активируется, разрывает соединение, ток отводится в грунт.

Газовый котел и УЗО

Заземлять газовый котел следует обязательно, одновременно с установкой УЗО. Необходимость работ обусловлена образованием поверхностного напряжения на корпусе котла при работе. Заземление в данном случае предотвратит выход оборудования из строя, устранит риски воспламенения от статического электричества. Обустройство линии также обеспечит дополнительную пожарозащиту, поскольку газ взрывоопасен.

https://youtube.com/watch?v=6MIOsXp7Tso

Зачем несколько заземлителей?

Земля является проводником нелинейным. Значит одним заземлителем обойтись не получится. Земельное сопротивление зависимо от приложенного напряжения и размера контактной площади с заземлителем. Поэтому площади одного заземлителя просто не хватит, чтобы обеспечить надежную защиту. А вот уже между двумя заземлителями, которые разнесены на 1 или 2 метра, возникает потенциальная поверхность, и эффективная площадь контакта в разы возрастает.

Правда, слишком далеко разносить заземлители нельзя — потенциальная поверхность попросту разорвется. И в результате в распоряжении пользователя окажутся только 2 отдельных заземлителя.

Важно

Оптимальное расстояние между парой заземлителей в рыхлом грунте равно 1,2 м.

Как сделать заземление своими руками

После того как закуплены все материалы, можно приступать к собственно изготовлению контура заземления. Для начала нарезают металл на отрезки. Длина их должна быть больше расчетной примерно на 20-30 см — при забивании вершины штыре изгибаются, так что приходится их срезать.

Заточить забиваемые края вертикальных электродов — дело пойдет быстрее

Есть способ уменьшить сопротивление при забивании электродов — один конец уголка или штыря заточить под углом 30°. Этот угол оптимален при забивании в грунт. Второй момент — к верхнему краю электрода, сверху, приварить площадку из металла. Во-первых, по ней проще попасть, во-вторых, меньше деформируется металл.

Порядок работ

Независимо от формы контура, начинается все с земляных работ. Необходимо выкопать канаву. Лучше ее сделать со скошенными краями — так она меньше обсыпается. Порядок работ такой:

Расчищают площадь, на которой будет размещаться контур заземления, наносят разметку.
По разметке копают траншею глубиной 70-80 см, шириной около 50 см. Глубина неслучайна — если проложить металлосвязь ниже или выше, металл будет быстрее корродировать.
Подготовленные штыри ставят в намеченных местах, забивают до тех пор, пока над поверхностью не останется участок около 20 см.
Когда все вертикальные электроды забиты, срезают площадки или искореженные куски, зачищают металл, приваривают горизонтальный электрод — маталлосвязь. Шов должен быть непрерывный, хорошего качества.
После остывания места сварки, шов прокрасить. Только ни в коем случае не красьте сами электроды и полосу, их соединяющую. Это очень ухудшит контакт с землей, все придется переделывать. Краской защищается только место сварки, как наиболее подверженное коррозии. Вся остальная поверхность металла должна быть без краски.
От ближайшей к дому точки готового контура заземления копают канаву такой же глубины как и под -контур 60-70 см. Ширина ее может быть меньше — если полоса будет цельной и не надо ее сваривать.
Полосу металла сечением не менее 25*4 мм укладывают в вырытую канаву. Ее приваривают к электроду или металлосвязи.
Возле стены дома уложенная полоса поднимается из земли на расстояние не менее 200 мм от поверхности. В этом месте можно подключать шину или провод, который идет к шине защитного заземления, расположенной в щитке.

Собственно, на этом все. Заземление в частном доме своими руками сделали. Осталось его подключить. Для этого надо разобраться со схемами организации заземления.

Ввод контура заземления в дом

Контур заземления необходимо каким-то образом завести на шину заземления. Сделать это можно при помощи стальной полосы 24*4 мм, медной проволоки сечением 10 мм2, алюминиевым проводом сечением 16 мм2.

В случае использования проводов, их лучше искать в изоляции. Тогда к контуру приваривается болт, конец проводника надевается гильза с контактной площадкой (круглой). На болт накручивается гайка, на нее — шайба, затем провод, сверху — еще одна шайба и все это затягивается гайкой (картинка справа).

Как завести «землю» в дом

При использовании стальной полосы есть два выхода — завести в дом шину или провод. Стальную шину размером 24*4 мм тянуть очень не хочется — вид неэстетичный. Если есть — можно при помощи того же болтового соединения провести медную шину. Она нужна гораздо меньшего размера, смотрится лучше (фото слева).

Также можно сделать переход с металлической шины на медный провод (сечение 10 мм2). В этом случае к шине приваривают два болтана расстоянии в несколько сантиметров друг от друга (5-10 см). Медный провод закручивают вокруг обоих болтов, прижимая их с помощью шайбы и гайки к металлу (затягивать как можно лучше). Это способ — самый экономный и удобный. Требует не так много денег, как при использовании только медного/алюминиевого провода, провести его через стену проще, чем шину (даже медную).

Схемы заземления, какую выбрать

Перед тем как сделать заземление у себя в частном доме потребуется ознакомиться с особенностями обустройства и функционирования защитных систем, предполагающих использование одной из известных схем. Для этого необходимо учесть следующие важные моменты:

При организации электроснабжения любого современного объекта на него помимо нулевой и фазной шины должен заводиться так называемый «заземляющий» проводник.
Его основное назначение – защитить людей от опасного потенциала, попадающего на корпус приборов при нарушении изоляции проводников.
Для этого заземляющая шина еще на стороне подстанции соединяется со специальным элементом заземления (контуром), который обустраивается непосредственно на ее территории.

При этом рассматриваемые здесь устройства заземления в доме принято относить к категории «повторных» ЗУ, дублирующих станционные на случай обрыва нейтрали (совмещенного PEN проводника).

По способу заземления нулевой жилы трансформатора на подстанции и объекта на стороне потребителя все используемые схемы делятся на следующие две категории:

Во-первых – это системы с глухозаземленной нейтралью, представляющие собой наиболее распространенный способ заземления трансформаторов, вторичные обмотки которых соединены «звездой». В этом случае их средняя точка постоянно подключена к контуру.
Во-вторых, нередко применяются схемы с так называемой «изолированной» нейтралью, в которых средняя точка не соединяется с землей или подключена к ней через высокое сопротивление прибора защиты.

а) сеть с глухозаземленной нейтралью, б) сеть с изолированной нейтралью, соединенной с землей через разрядник

Их применение связано с необходимостью изолировать токоведущие части оборудования от заземляющего контура. Глухозаземленную нейтраль согласно правилам устройства электроустановок принято обозначать как «TN». Одним из самых распространенных способов защитного использования такой нейтрали – подсоединение с ней металлических корпусов приборов посредством отдельной шины.

Как изготовить устройство заземления

Теоретических знаний как сделать контур заземления вполне достаточно, чтоб изготовить его своими руками. Объединим всё в короткую последовательность:

Делаем разметку на местности.
По ней копаем траншею глубиной 0.7 м, для удобства расширяем места для электродов.
Забиваем электроды. Если это уголок, можно прихватить к нему такой же обрезок, чтоб получить квадратное сечение – по нему удобней бить. Так же штыри любого сечения хорошо заколачивать электрическим отбойным молотком.
Прокладываем к ним соединительную полосу, подводим её к дому или даже заводим внутрь.
Обвариваем соединения максимально качественно, со всех сторон. При необходимости стыки производим не в торец, а внахлёст.

Далее, чтобы выполнить подключение заземления в частном доме своими руками полосу или прут подведённый к дому нужно подключить к PE или к PEN-шине в распределительном щитке. Для этого нужен проводник, так же соответствующий требованиям ПУЭ. Он может быть медным – 10 мм², алюминиевым -16 мм², стальным – 75 мм² – это минимально допустимые сечения. Однако подводить стальную полосу – хоть и экономно, но очень неудобно. Какой провод подойдёт?

Конечно медь – оптимальный вариант по удобству подключения. Если соединение находится снаружи дома, для надёжности используется обжимная клемма, оно выполняется в корпусе для защиты от атмосферных осадков либо в герметичной распределительной коробке.

Перед вводом в эксплуатацию устройства заземления для нового дома, в обязательном порядке проводятся замеры, этого просто не избежать. Однако не рассматривайте это как «повинность», ведь всё и затевалось для собственной безопасности. Поэтому для прочих, давно эксплуатируемых домов, сразу после устройства контура заземления рекомендуется пригласить специалистов, чтобы провести замеры и убедится в его работоспособности. Для измерения сопротивления растеканию «конкретно Вашего» устройства заземления подготовьтесь, но временно не делайте подключение в щит, при замерах оно должно быть не более 30 Ом. После подключения – не более 10 Ом.

Однако, никто не застрахован от ошибок и форс-мажорных обстоятельств, контрольные замеры могут выявить значения сопротивления, превышающие норму. Для устранения таких недостатков «малой кровью», придётся добить дополнительный электрод.

Схемы заземления частных домов своими руками: 380 В и 220 В

При монтаже контуров заземления значительной разницы между схемой частного дома на 3 фазы (380 вольт) и однофазной (220 вольт) нет. А вот в разводке кабелей она присутствует. Разберемся, в чем она заключается.

Правильно выполненный ввод в дом. Именно так он должен выглядеть в идеале

При однофазной сети для питания электроприборов используется трехжильный кабель (фаза, ноль и земля). Трехфазная сеть требует пятижильного электропровода (та же земля и ноль, но фазы три)

Особое внимание нужно обратить на расключение – заземление не должно соприкасаться с нулем

Рассмотрим ситуацию. С подстанции приходит 4 жилы (ноль и 3 фазы), заведенные в распределительный щит. Обустроив правильное заземление на участке, заводим его в щиток и «сажаем» на отдельную шину. Фазные и нулевая жила проходят через всю автоматику (УЗО), после чего идут к электроприборам. От заземляющей шины жила идет непосредственно на розетки и оборудование. Если нулевой контакт заземлить, устройства защитного отключения будут срабатывать без причины, а такой монтаж электропроводки в доме совершенно ни к чему.

Схема заземления на даче своими руками несложна, но требует внимательного и аккуратного подхода при выполнении. Несложно выполнить ее только для одного котла или иного электроприбора. Ниже мы обязательно на этом остановимся.

Корпус газового котла, как и металлические трубы, требуют качественного заземления во избежание возникновения искры

Что такое контур заземления в частном доме: определение и устройство

Контуром заземления называют конструкцию из штырей и шин, находящуюся в грунте, обеспечивающую отвод тока при необходимости. Однако не любой грунт подойдет для устройства заземлителя. Удачным для этого считают торф, суглинок или глинистую почву, а вот камень или скала не подходят.

Контур готов. Остается проложить шину до стены дома

Контур заземления располагают на расстоянии 1÷10 м от здания. Для этого прокапывается траншея, заканчивающаяся треугольником. Оптимальными размерами являются длины сторон 3 м. По углам равностороннего треугольника вбиваются штыри-электроды, соединяемые стальной шиной или уголком при помощи сварки. От вершины треугольника шина идет к дому. Подробно мы рассмотрим алгоритм действий в пошаговой инструкции ниже.

Разобравшись, что является заземляющим контуром можно переходить к расчетам материала и размеров.

Расчет заземления для частного дома: формулы и примеры

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) и ГОСТ устанавливают точные рамки, сколько Ом должно быть заземление. Для 220 В – это 8 Ом, для 380 – 4 Ом. Но не стоит забывать, что для общего результата учитывается и сопротивление грунта, в котором устраивается заземляющий контур. Эти сведения можно узнать из таблицы.

Вид грунта	Максимальное сопротивление, Ом	Минимальное сопротивление, Ом
Глинозем	65	55
Гумус	55	45
Лёсовые отложения	25	15
Песчаник, залегание грунтовой воды глубже 5 м	1000	—
Песчаник, грунтовые воды не глубже 5 м	500	—
Песчано-глинистая почва	160	140
Суглинок	65	55
Торфяник	25	15
Чернозём	55	45

Зная данные можно использовать формулу:

Формула расчета сопротивления стержня

где:

R_o – сопротивление стержня, Ом;
L – длина электрода, м;
d – диаметр электрода, м;
T – расстояние от середины электрода до поверхности, м;
Р_экв – сопротивление грунта, Ом;
Т – расстояние от верха стержня до поверхности, м;
l_n – расстояние между штырями, м.

Но пользоваться такой формулой сложно. Для простоты предлагаем воспользоваться онлайн-калькулятором, в который нужно только внести данные в соответствующие поля и нажать кнопку рассчитать. Это исключит возможность ошибки в вычислениях.

Для расчета количества штырей воспользуемся формулой

Формула расчета количества стержней в контуре

где R_n – нормируемое сопротивление для заземляющего устройства, а ψ – климатический коэффициент сопротивления грунта. В России за него принимают 1.7.

Рассмотрим пример заземления для частного дома, стоящего на черноземе. Если контур выполняется из стальной трубы, длиной 160 см и диаметром – 32 см. Подставив данные в формулу получим n_o = 25.63 х 1.7/4 = 10.89. Округлив результат в большую сторону, получается нужное количество заземлителей – 11.

Особенности схем заземления 220 и 380 В

Подключение в каждом из случаев особенное. Единственное, что остается неизменным – внешний контур. Конструкция может быть любой (замкнутой, линейной). А вот с момента ввода в дом нужно учитывать некоторые нюансы. То же касается устройства проводки. Напряжение в 220 Вольт требует двухпроводной линии. При этом один придется расщепить на «землю» и «нейтраль». Другой монтируется по изоляторам.

380 В – это электросеть, для которой используется четырехпроводная система. Одна из жил подлежит расщеплению, как и в предыдущем случае. Остальные монтируются через изоляторы, не контактируя между собой. Еще одна особенность такого способа монтажа – необходимость использования дополнительных средств защиты. Это УЗО и дифференциальные автоматы. К ним подводят «нейтральный» проводник.