Для чего нужно выравнивание потенциалов

Введение

Настоящий стандарт является частью комплекса государственных стандартов на электроустановки зданий, разрабатываемых на основе стандартов Международной Электротехнической Комиссии МЭК 364 «Электрические установки зданий».

Требования стандарта должны учитываться при разработке и пересмотре стандартов, норм и правил на устройство, испытания, сертификацию и эксплуатацию электроустановок.

Для удобства пользования стандартом при ссылках на него в другой нормативной документации, взаимосвязанной с комплексом стандартов МЭК 364, в настоящем стандарте сохранена нумерация разделов и пунктов, принятая в стандарте МЭК 364-5-54-80.

Ремонт

Если использовать ЗУ на протяжении длительного времени, отдельные узлы конструкции из металла могут быть поражены коррозией, а ее электрические параметры – частично отклониться от номинальных показателей. Это происходит потому, что разрушается защитное покрытие ЗУ, на которое оказывает негативное влияние грунтовая соль, влекущая за собой коррозийные разрушения металла.

В неисправном состоянии механизм становится непригодным к использованию, не способствуя снижению опасного потенциала конструкции по причине того, что пораженные ржавчиной места могут оказывать существенное сопротивление. Параллельно с этим может быть снижена утечка тока в почву, вследствие которой контур заземления постепенно теряет свои защитные свойства.

Любому специалисту в таком случае нужно сообщить, что механизм должен подвергнуться капитальному ремонту, в процессе которого будут заменены на новые детали все его пораженные части. Возможен и такой исход, согласно которому разрушенные элементы и места сварки восстановят без их предварительной замены. Для этого требуется выполнение следующих операций:

• очистить все металлические части заземления от обнаруженных следов ржавчины с помощью химического вмешательства или наждачной бумаги;
• эти же очищенные места обезжирить растворителем, предназначенным специально для таких целей;
• после того как растворитель высохнет, поверхность металла покрыть слоем грунтовки ГФ-18;
• подождать, пока грунтовка просохнет, и окрасить подготовленную поверхность черной эмалью с целью дальнейшей защиты.

Реальные примеры появления опасного потенциала в городской многоэтажке

Изначально вся система заземления в новом жилом здании исправна и работает в штатном режиме. Иначе здание просто не примут в эксплуатацию. Но вот проходят годы, у кого-то из жильцов начинается ремонт, на первом этаже, к примеру, появляются учреждения, а то и все здание начинают реконструировать. Опасное напряжение на металлических элементах в квартире может появиться в таких распространенных случаях:

1. Жильцы начинают менять металлические трубы на полипропиленовые. В результате пропадает контакт с заземлителем. На теплоноситель надеяться не стоит: вода ток проводит, но сегодня она есть, а завтра ее может и не быть (сезонный ремонт, аварии и т. п.).
2. Кто-то по одному ему известным соображениям решил подключить «ноль» из розетки к радиатору отопления. В итоге во всем доме на появляется потенциал 220 вольт между фазой и батареями.
3. Один из жильцов установил бойлер-нагреватель без заземления. В случае пробоя изоляции фазы напряжение попадает в воду: все ближайшие соседи из крана получат, кроме жидкости, удар током.
4. «Продвинутый» сосед-электрик решил заземлить свою электроплиту через стояк с горячей водой. Теоретически это имеет смысл, т. к. трубопровод уходит в землю и соединен с главной шиной заземления – ГЗШ. Но если другой сосед, который снизу, после ремонта в стояк вставит кусок пластиковой трубы, в случае поломки электроплиты все, кто выше, получат потенциал 127 вольт от крана с горячей водой.

Конструкция шины

Для защиты от воздействия потенциалов, правилами ПУЭ предусмотрены стандарты монтажа 2-х систем — общедомовой и местной. Первая содержит связанные между собою контуры заземление, основная защитная шина, стальные сооружения квартиры и молниезащитные сооружения. При безошибочном проведении обвязки компонентов, угроза от разности потенциалов не наступит.

Однако в сегодня многие собственники квартир, оборудуют собственные жилища пластмассовыми трубопроводами, которые сейчас пришли на смену стальным. В приведенном варианте, основной заземляющий контур нарушается. По этой причине, из-за абсолютной токовой непроходимости тока пластмассой, сможет проявиться разница потенциалов между разными контурами.

Вам это будет интересно  Особенности кабеля Frls

К небезопасным режимам при происхождении разницы потенциалов, можно отнести то, что эта разница значительно растет пропорционально длине участка.

Для корректировки проблемы выполняют установку вспомогательного парка оснащения защиты от потенциалов. В представленную систему включаются коробка уравнивания (КУП), в ней размещена шина (ШДУП).

Обратите внимание! Тип комплекса уравнивания выбирают, отталкиваясь от определенного вида строения. К вышеуказанной коробке присоединяются разные стальные компоненты конструкций, к которым причисляют все внутридомовые инженерные сети. Основное различие дополнительной системы в том, что она обеспечивает защиту в отдельно взятом помещении

Основное различие дополнительной системы в том, что она обеспечивает защиту в отдельно взятом помещении.

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.

Электросфера Земли

Электросфера Земли простирается от уровня моря на высоту около 60 км. В верхних слоях, там где много свободных ионов и эта часть сферы называется ионосферой, проводимость максимальная, так как есть свободные носители зарядов. Потенциал в ионосфере можно сказать выровнен, так как эта сфера по сути считается проводником электрического тока, в ней существуют токи в газах и ток переноса. Источником свободных ионов является радиоактивность Солнца. Поток заряженных частиц, идущих от Солнца и из космоса «выбивает» электроны из молекул газа, что приводит к ионизации. Чем выше от поверхности моря, тем меньше проводимость атмосферы. У поверхности моря электропроводность воздуха составляет порядка 10-14 Сименс/м (См/м), но она быстро растет по мере увеличения высоты, и на высоте 35 км составляет уже 10-11 См/м. На такой высоте плотность воздуха составляет всего 1% от той, что у поверхности моря. Дальше, с ростом высоты проводимость меняется неоднородно, потому как оказывает влияние магнитное поле Земли и потоки фотонов от Солнца. Это значит, что проводимость электросферы выше 35 км от уровня моря неоднородна, зависит от времени суток (поток фотонов) и от географического места (магнитное поле Земли).

Для того, чтобы произошел электрический пробой между двумя плоскими параллельными электродами (расстояние между которыми 1 метр), которые находятся на уровне поверхности моря, при сухом воздухе, необходима напряженность поля в размере 3000 кВ/м. Если же эти электроды поднять на высоту 10 км от уровня моря, то потребуется всего лишь 3% от такой напряженности, то есть достаточно 90 кВ/м. Если же электроды сблизить так, что расстояние между ними будет 1 мм, тогда потребуется в 1000 раз меньшее напряжение для пробоя, то есть 3 кВ (уровень моря) и 9 В (на высоте 10 км).

Естественная величина напряженности электрического поля Земли у ее поверхности (уровень моря) составляет порядка 150 В/м, что гораздо меньше значений необходимых для пробоя между электродами даже в промежутке 1 мм (требуется 3 кВ/м).

Как выполнить дополнительную систему уравнивания потенциалов для ванной комнаты

Система ДСУП предназначена для эффективной работы в схеме TN-C-S или TN-S. Для TN-C ее использовать нельзя.

Особенности эксплуатации помещений повышенной опасности

К таким помещениям предъявляются специальные дополнительные требования, а их пространство условно разделяется на зоны, обладающие разными степенями безопасности.

Наибольшим рискам подвержена зона 0, а минимальным — 3. В нулевой зоне пользование электрическими приборами не разрешается, а в третьей, как исключение, допускается (как исключение) устанавливать электрические розетки в специальном герметичном корпусе с защитой по IP.

Зона 3 отделена от нулевой и первой на 60 см во все стороны. При размещении внутри ее розеток их подключение регламентируется ГОСТом Р 50571.11—96 через УЗО или дифавтоматы либо разделительные трансформаторы.

Состав ДСУП

В комплект системы входят:

• специальная монтажная коробка для коммутации проводников дополнительного уравнивания потенциалов — КДУП;
• сборная шина внутри КДУП;
• соединительные проводники.

Как выполнить монтаж дополнительной системы уравнивания потенциалов

Вначале выбирают удобное для установки и эксплуатации место расположения коробки КДУП.

Затем РЕ проводник, подведенный к квартирному электрическому щитку от внешнего контура заземления, соединяется отдельным электрическим проводником со сборной шиной, расположенной внутри коробки КДУП. Для него выбирается материал медь, а площадь поперечного сечения должна быть не менее 6 мм кв.

Далее сборная шина КДУП по радиальной схеме подключается со всеми металлическими деталями ванной комнаты защитными проводниками:

• системой отопления;
• горячим и холодным водопроводом;
• корпусом ванны либо душевой кабины;
• заземляющими контактами розеток;
• корпусами бытовых стационарных приборов.

Поперечное сечение отходящих от КДУП проводников должен быть не менее 2,5÷6 мм кв. Их материалом выбираем только медь. Чтобы закрепить проводники на трубопроводах можно использовать любые хомуты и стяжки, включая металлические.

После окончания монтажа наступает очень важный момент, связанный с электрическими замерами, позволяющими качественно оценить выполненную работу, возможность стекания опасных потенциалов через собранную схему. Без их проведения и анализа полученных результатов судить об окончании монтажа и отсутствии в нем электрических ошибок схемы нельзя.

Как проверить монтаж дополнительной системы уравнивания потенциалов

Специалисты электротехнической лаборатории по вызову владельца квартиры должны:

• произвести внешний осмотр проведенного монтажа схемы ДСУП, оценить надежность крепления всех элементов;
• проверить электрическую проводимость созданных электрических цепочек ДС УП между заземляемыми металлическими конструкциями и шиной РЕ в квартирном щитке и коробке КДУП;
• измерить электрическое сопротивление заземления.

Результаты замеров должны укладываться в технические нормативы, обеспечивающие безопасное стекание аварийных токов с созданной схемы ДСУП. В противном случае придется улучшать монтаж и выполнять повторные замеры.

Включение схемы ДСУП в работу без проведения электрических замеров может быть причиной несчастного случая.

Рассмотрим это положение на примере плохого контакта или обрыва электрической связи между РЕ проводником квартирного щитка и коробкой КДУП с подключенными к ней всеми токопроводящими металлическими частями ванной комнаты.

В этой ситуации образуется местная система уравнивания потенциалов, а не схема ДСУП. Она не подключена к контуру заземления.

Если в каком-то ее элементе, например, розетке появится опасный разряд аварийного тока, то он моментально распространится по всем составным частям местной СУП. Когда человек, имеющий электрический контакт с потенциалом земли, случайно прикоснется к любому компоненту собранной таким образом схемы, то через его тело пойдет ток.

Допускать такую ситуацию нельзя, а выявить ее можно только выполнением электрических замеров.

Выводы по установке дополнительной системы уравнивания потенциалов

1. В схемах заземления по системам TN-C-S и ТТ система ДСУП призвана эффективно защищать человека от поражения электрическим током.
2. В устаревшей схеме TN-C систему ДСУП применять нельзя: образуется местная система уравнивания потенциалов, которая значительно повышает риски получения электрических травм.

Почему необходимо дополнительное уравнивание потенциалов?

Стояки горячей и холодной воды, стояки отопления, все эти части в прошлом были  сделаны строго из металла. Но как известно, на смену металлу пришел пластик — полипропеленовые трубы. Если раньше, когда абсолютно все трубы были из металла и опасный потенциал, случайно оказавшись на металлической части, мог без препятствий стечь в землю, то пластик такой возможности не дает. Например, у вас стояки металлические, а вот сосед этажом ниже поменял на пластик. Теперь опасному потенциалу уходить некуда. Взявшись за трубу, на которой скопился опасный потенциал одной рукой, а другой за стояк, который  заземлен, то это как раз тот случай, который  может оказаться роковым.

Схема дополнительного уравнивания потенциаловСхема дополнительного уравнивания потенциалов

• Как защитить частный дом от молнии?
• Как подключить провода в распределительной коробке? 
• Чем отличается заземление от зануления?

Характеристики атмосферного электричества

Земля заряжена отрицательно, и имеет заряд равный 500000 Кулонам (Кл) электрического заряда. Разность потенциалов составляет величину от 300000 Вольт (300 кВ), если рассматривать напряжение между положительно заряженной ионосферой и поверхностью Земли. Также существует постоянный ток электричества, величиной порядка 1350 Ампер (А), и сопротивление атмосферы Земли составляет около 220 Ом. Это дает выходную мощность приблизительно 400 мегаватт (МВт), которая регенерируется деятельностью Солнца. Эта мощность влияет на ионосферу Земли, а также на более низкие слои, что вызывает грозы. Электрическая энергия, которая хранится и запасается в земной атмосфере составляет около 150 гигаджоулей (ГДж).

Система «Земля-Ионосфера» действует как гигантский конденсатор, емкость которого составляет 1,8 Фарад. Учитывая громадный размер площади поверхности Земли, на 1 квадратный метр поверхности приходится всего лишь 1 нКл электрического заряда.

Выравнивание потенциалов в ванной комнате

Поскольку местом особой опасности является ванна комната, организацию схемы выравнивания следует начать с ней. Причины столь высокой электроопасности ванной кроются не только в повышенном уровне влажности, но и в большой концентрации металлических проводников, то есть труб. Установка схемы выполняется следующим образом:

1. Непосредственно в ванной или рядом с ней устанавливается пластиковая коробка с шиной.
2. От каждого металлического предмета (корпусов приборов, труб, светильника, коробки двери, если она из металла), а также от контакта заземления каждой установленной в ванной розетки и выключателя прокладывается отдельный проводник до смонтированной коробки.
3. Провода соединяются путём их надёжного зажимания болтами.
4. Прокладывается один проводник от шины до распределительного щитка и подключается к его заземлению.

Важно знать, что для эффективной работы схемы по выравниванию потенциалов не следует использовать последовательное соединение оборудования — от каждой металлической поверхности или прибора к коробке должен вести отдельный провод. В редких случаях возможно последовательное подключение не более 2 устройств, но без разрыва проводника.

В редких случаях возможно последовательное подключение не более 2 устройств, но без разрыва проводника.

Заземлители

1.Естественные

— водопроводные трубы, проложенные в земле (ХВ)

— металлические конструкции здания и фундаменты, надежно соединенные с землей

— металлические оболочки кабелей

— обсадные трубы артезианских скважин

Запрещено

— газопроводы и трубопроводы с горючими жидкостями

— алюминиевые оболочки подземных кабелей

— трубы теплотрасс и горячего водоснабженияСоединение с естественным заземлителем должно быть не менее чем в двух разных местах.

Контурные

При контурном заземлении обеспечивается выравнивание потенциалов в защищаемой зоне и уменьшается напряжение шага.

Выносные: групповые и одиночные

Позволяют выбрать место с минимальным сопротивлением грунта. Традиционно, для искусственных заземлителей применяют угловую сталь толщиной полки не менее 4 мм, стальные полосы толщиной не менее 4 мм или прутковую сталь диаметром от 10 мм.

Широкое распространение в последнее время получили глубинные заземлители с омедненными или оцинкованными электродами, которые по долговечности и затратам на изготовление заземлителя существенно превосходят традиционные методы.

Особая проблема — создание качественного заземления в условиях вечной мерзлоты

Здесь стоит обратить внимание на системы электролитического заземления, позволяющие эффективно решить проблему

Подробную информацию о различных схемах зазелителей, способах расчета и консультации можно получить на сайте www.zandz.ru

Список литературы

1.ГОСТ Р 50462–92
(МЭК 446–89). Идентификация проводников по цветам или цифровым
обозначениям. М.: Изд-во стандартов, 1993.

2.International standard IEC 60446. Basic and safety principles
for man-machine interface, marking and identification. Identification of
conductors by colours or alphanumerics. Fourth edition. – Geneva: IEC, 2007‑05.

3.Харечко В.
Н., Харечко Ю.В. Требования нового стандарта МЭК 60446
к цветовой и буквенно-цифровой идентификации проводников// Электрика. 2007.
№ 9.

4.Харечко
Ю. В. Терминологические ошибки в стандарте МЭК 60446,
устанавливающем требования к цветовой и буквенно-цифровой идентификации
проводов// Новости международной стандартизации МЭК и ИСО. Информационный
бюллетень. 2007. № 7.

5.International standard IEC 60445. Basic and safety principles
for man-machine interface, marking and identification. Identification of
equipment terminals and conductor terminations. Fourth edition. – Geneva: IEC, 2006‑11.

6.Guide 104. The preparation of safety publications and the use of
basic safety publications and group safety publications. Third edition. – Geneva: IEC, 1997‑08.

7.ISO/IEC Guide 51. Safety aspects. Guidelines for their
inclusion in standards. Second edition. – Geneva: IEC, 1999‑12.

8.ГОСТ Р 51898–2002.
Аспекты безопасности. Правила включения в стандарты. М.: Стандартинформ, 2006.

9.ГОСТ Р МЭК 60050‑195–2005.
Заземление и защита от поражения электрическим током. Термины и определения.
М: Стандартинформ, 2006.

10.International standard IEC 60050‑195. International
Electrotechnical Vocabulary. Part 195: Earthing and protection against
electric shock. First edition. – Geneva: IEC, 1998‑08.

11.International standard IEC 60050‑195-am1. International Electrotechnical
Vocabulary. Part 195: Earthing and protection against electric shock.
First edition. Amendment 1.
– Geneva: IEC, 2001‑01.

12.Харечко В.
Н., Харечко Ю. В. Классификация проводников в низковольтных электрических
установках// Электрика. 2006. № 6.

13.International standard IEC 60364‑4‑41. Low-voltage
electrical installations. Part 4‑41: Protection for safety.
Protection against electric shock. Fifth edition. – Geneva: IEC, 2005‑12.

14.International standard IEC 60757. Code for designation of
colours. First edition. – Geneva: IEC, 1983‑01.

15.Правила
устройства электроустановок/ Раздел 1. Общие правила. Гл. 1.1: Общая
часть; гл. 1.2: Электроснабжение и электрические сети; гл. 1.7:
Заземление и защитные меры электробезопасности; гл. 1.9: Изоляция
электроустановок. Раздел 6. Электрическое освещение. Раздел 7.
Электрооборудование специальных установок. Гл. 7.1: Электроустановки
жилых, общественных, административных и бытовых зданий; гл. 7.2:
Электроустановки зрелищных предприятий, клубных учреждений и спортивных
сооружений; гл. 7.5: Электротермические установки; гл. 7.6:
Электросварочные установки; гл. 7.10: Электролизные установки и установки
гальванических покрытий. 7-е изд. М.: ЗАО «Энергосервис», 2002.

16.Харечко В.
Н., Харечко Ю. В. Идентификация проводников в электроустановках зданий//
Электрика. 2006. № 5.

17.Харечко Ю.
В. Уточнение требований к цветовой и буквенно-цифровой идентификации
проводников// Главный энергетик. 2007. № 8.

18.International standard IEC 60227‑1. Polyvinyl chloride
insulated cables of rated voltages up to and including 450/750 V.
Part 1: General requirements. Edition 3.0. – Geneva: IEC, 2007‑10.

19.International standard IEC 60245‑1‑am1. Rubber
insulated cables. Rated voltages up to and including 450/750 V.
Part 1: General requirements. Fourth edition. Amendment 1. – Geneva: IEC, 2007‑10.

20.International standard IEC 60245‑1. Rubber insulated
cables. Rated voltages up to and including 450/750 V. Part 1: General
requirements. Fourth edition. – Geneva: IEC, 2003‑12.

21.Харечко В.
Н., Харечко Ю. В. Об изменении требований к цветовой идентификации жил многожильных кабелей // Электрика. 2008. № 2.

22.IEC 60079‑11.
Explosive atmospheres. Part 11: Equipment protection by intrinsic safety
«i». Fifth edition. – Geneva: IEC, 2006‑07.

23.British Standard BS 7671–2001. Requirements for Electrical
Installations. IEE Wiring Regulations. Amendment
No 2. Sixteenth edition. – London: BSI and IEE,
2004.

24.British Standard BS 7671–2001. Requirements for Electrical
Installations. IEE Wiring Regulations. Sixteenth edition. – London: BSI and
IEE, 2001.

25.International standard IEC 60227‑2. Polyvinyl chloride
insulated cables of rated voltages up to and including 450/750 V.
Part 2: Test methods. Edition 2.1. – Geneva: IEC, 2003‑04.

Система выравнивания потенциалов

Механизм для уравнивания потенциалов является достаточно важной системой. При этом каждый желающий, имея в своем расположении необходимую информацию, может собрать такой механизм собственноручно, не привлекая помощников со стороны

Монтаж такой системы выполняется в 5 этапов, выглядят эти этапы следующим образом:

– Монтаж короба, в который будет помещена шина заземления;

– Монтаж от шины и подсоединение медного электрического шнура имеющего изоляцию. Сечение шнура не должно быть менее 4 миллиметров;

– В заранее подготовленный канал внутри стены помещаются отдельные шнуры, которые будут соединять приборы между собой. Так происходит выравнивание потенциалов.