Каким должен быть защитный и заземляющий провод? Требования к заземляющим проводникам

Разбираемя в терминах: что такое заземление, заземлитель, заземляющий и защитный провод?

Вообще, в терминах много путаницы, особенно в этой сфере.

Согласно ГОСТ 30331.1, заземление – это электрическое присоединение к земле. Очень общий термин, примерно как “электричество”

Нужно больше конкретики!

Обычно под “заземлением” понимают заземляющее устройство, которое по сути состоит из совокупности трех частей –

1. заземлителя (как его называют, “контур”, закопанный в землю),
2. заземляющего проводника (провода между заземлителем и ГЗШ), и
3. главной заземляющей шины (ГЗШ или шины РЕ, которая как правило находится в вводном щите).

А вот от ГЗШ или шины РЕ уходит защитный проводник РЕ – к розеткам и корпусам электроприборов.

Виды защитных проводников

Рассмотрим виды защитных проводников в электроустановке:

Обозначения:

• ВРУ – вводно-распределительное устройство
• ГЗШ – главная заземляющая шина
• М – открытая проводящая часть
• РЩ — распределительный щит
• С – сторонняя проводящая часть

1 – Защитный проводник PE (от англ. Protective Earthing – защитное заземление) предназначенный для защитного зануления или защитного заземления в зависимости от применяемой системы. Соответственно может быть двух видов:

1.1 – Нулевой защитный проводник (PE) — защитный проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для присоединения открытых проводящих частей к глухозаземленной нейтрали источника питания  (ПУЭ, пункт 1.7.34). Применяется в системах TN

1.2 – Защитный заземляющий проводник (PE) — защитный проводник, предназначенный для выполнения защитного заземления (ГОСТ 30331.1-2013, пункт 20.22). Применяется в системах TT и IT.

2 – Заземляющий проводник — защитный проводник, соединяющий заземлитель с главной заземляющей шиной. (ГОСТ 30331.1-2013, пункт 20.15)

3 – Защитный проводник уравнивания потенциалов — защитный проводник, предназначенный для выполнения защитного уравнивания потенциалов. (ГОСТ 30331.1-2013, пункт 20.24) Этими проводниками могут быть:

3.1 – Проводник основной системы уравнивания потенциалов

3.2 – Проводник дополнительной системы уравнивания потенциалов

Примечание: О том, что такое основная и дополнительная системы уравнивания потенциалов читайте статью: «Система уравнивания потенциалов»

Далее рассмотрим в отдельности каждый из типов приведенных выше защитных проводников.

Защитные проводники (PE-проводники)

Как уже было написано выше, PE проводники предназначены для зануления (заземления) открытых проводящих частей в электроустановках до 1кВ. Необходимо это для обеспечения защиты от поражения электрическим током, в случае замыкания токоведущей части на открытую проводящую часть. Для примера приведем две простейшие схемы зануления в системе TN и заземления в системе TT.

Заземляющие проводники

Как уже было написано выше заземляющий проводник – это защитный проводник, соединяющий заземлитель с главной заземляющей шиной (ГЗШ). (ГОСТ 30331.1-2013, пункт 20.15)

Примечание: ВРУ должно содержать как вводное отключающее устройство, так аппараты и приборы отходящих линий, в данном случае схема ВРУ показана условно.

В ПУЭ содержатся следующие требования к заземляющим проводникам:

1.7.113. Сечения заземляющих проводников в электроустановках напряжением до 1 кВ должны соответствовать требованиям 1.7.126 к защитным проводникам.

Наименьшие сечения заземляющих проводников, проложенных в земле, должны соответствовать приведенным в табл. 1.7.4.

Примечание: следует отметить, что требования пункта 1.7.117. ПУЭ в котором указано, что заземляющий проводник, присоединяющий заземлитель рабочего (функционального) заземления к главной заземляющей шине в электроустановках напряжением до 1 кВ, должен иметь сечение не менее: медный — 10 мм2, алюминиевый — 16 мм2, стальной — 75 мм2 не распространяется на заземляющий проводник присоединяющий заземлитель повторного заземления к главной заземляющей шине.

Прокладка в земле алюминиевых неизолированных проводников не допускается.

1.7.114. В электроустановках напряжением выше 1 кВ сечения заземляющих проводников должны быть выбраны такими, чтобы при протекании по ним наибольшего тока однофазного КЗ в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью или тока двухфазного КЗ в электроустановках с изолированной нейтралью температура заземляющих проводников не превысила 400 °С (кратковременный нагрев, соответствующий полному времени действия защиты и отключения выключателя).

1.7.115. В электроустановках напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников сечением до 25 мм2 по меди или равноценное ему из других материалов должна составлять не менее 1/3 проводимости фазных проводников. Как правило, не требуется применение медных проводников сечением более 25 мм2, алюминиевых — 35 мм2, стальных — 120 мм2.

1.7.116. Для выполнения измерений сопротивления заземляющего устройства в удобном месте должна быть предусмотрена возможность отсоединения заземляющего проводника. В электроустановках напряжением до 1 кВ таким местом, как правило, является главная заземляющая шина. Отсоединение заземляющего проводника должно быть возможно только при помощи инструмента.

1.7.118. У мест ввода заземляющих проводников в здания должен быть предусмотрен опознавательный знак:

Примечание: Так как по определению, заземляющий проводник является защитным проводником, к нему так же применимы все требования приведенные все требования приведенные в разделе 3 данной статьи для защитных проводников (PE).

Проводники системы уравнивания потенциалов

Данные проводники обеспечивают присоединение проводящих частей к основной и дополнительной системам уравнивания потенциалов (подробнее читайте статью: «Система уравнивания потенциалов»)

Согласно ПУЭ к таким проводникам предъявляются следующие требования:

1.7.136. В качестве проводников системы уравнивания потенциалов могут быть использованы открытые и сторонние проводящие части, указанные в 1.7.121, или специально проложенные проводники, или их сочетание.

1.7.137. Сечение проводников основной системы уравнивания потенциалов должно быть не менее половины наибольшего сечения защитного проводника электроустановки, если сечение проводника уравнивания потенциалов при этом не превышает 25 мм2 по меди или равноценное ему из других материалов. Применение проводников большего сечения, как правило, не требуется. Сечение проводников основной системы уравнивания потенциалов в любом случае должно быть не менее: медных — 6 мм2, алюминиевых — 16 мм2, стальных — 50 мм2.

1.7.138. Сечение проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов должно быть не менее:

• при соединении двух открытых проводящих частей — сечения меньшего из защитных проводников, подключенных к этим частям;
• при соединении открытой проводящей части и сторонней проводящей части — половины сечения защитного проводника, подключенного к открытой проводящей части.

Сечения проводников дополнительного уравнивания потенциалов, не входящих в состав кабеля, должны соответствовать требованиям 1.7.127.

Требования

Заземляющие проводники должны удовлетворять требованиям 543.1.1 или 543.1.2. Площадь их поперечного сечения должна быть не менее 6 мм2 для меди или 50 мм2 для стали. Если неизолированный заземляющий проводник прокладывают в грунте, его размеры и характеристики должны соответствовать указанным в таблице 54.1. К примеру, для круглого вертикального заземляющего электрода, выполненного в виде стержня из стали горячего цинкования минимальный диаметр составит – 16 мм. А для горизонтального заземляющего электрода и заземляющего проводника, выполненного в виде круглой проволоки из той же стали, минимальный диаметр составит – 10 мм. Приведу эту таблицу ниже:

Таблица 54.1. Минимальные размеры обычно используемых заземляющих электродов, проложенных в грунте или бетоне, применяемых для предотвращения коррозии и обеспечения механической стойкости

Когда ожидают протекание незначительного тока замыкания на землю на заземляющий электрод (например, в системах TN или IT), заземляющие проводники могут быть выбраны в соответствие с указаниями 544.1 [2].

Внимание! Алюминиевые проводники не должны использовать в качестве заземляющих проводников.

Примечание. Если систему молниезащиты соединяют с заземлителем, то площадь поперечного сечения заземляющего проводника должна быть по крайней мере 16 мм2 для меди (Cu) или 50 мм2 для железа (Fe) (см. серию МЭК 62305).

Соединение заземляющего проводника с заземлителем должно быть надежным и с соответствующими электрическими характеристиками. Соединение может быть выполнено с помощью сварки, опрессовки, соединительного зажима или другим механическим соединителем. Механическое соединение должно монтировать в соответствии с инструкцией изготовителя. Установка соединительного зажима не должна приводить к повреждению электрода или заземляющего проводника.

Соединение проводников с заземляющими электродами при помощи пайки возможно только при обеспечении надлежащей механической прочности в пропаянных электрических контактах.

Примечание. Если применяют вертикальные электроды, должна быть обеспечена возможность контроля соединения и замены вертикального стержня.

Для выполнения измерений сопротивления заземляющего устройства в удобном месте должны быть предусмотрена возможность отсоединения заземляющего проводника. В электроустановках жилых домов таким местом, как правило, является главная заземляющая шина. Отсоединение заземляющего проводника должно быть возможно только при помощи инструмента.

У мест ввода заземляющих проводников в дома должен быть предусмотрен опознавательный знак:

Общие требования к проводам заземления

Но начнем мы наш разговор с общих требований, предъявляемых к проводникам, используемым для заземления. Как вы уже должны были понять они должны обеспечивать снижение потенциала на защищаемом оборудовании до нулевого или близкого к нему значения. В связи с этим они должны иметь возможность пропускать ток, равный току короткого замыкания в данной электроустановке.

• Казалось бы, в связи с этим, сечение таких проводников, в обязательном порядке должно быть не меньше, чем у фазных проводников, но это не так. Дело в том, что фазные проводники должны обеспечивать долговременное протекание больших токов. А вот защитный провод, должен обеспечить такую возможность только на время работы защиты. Обычно это время не превышает 2-3 секунд.
• Определить такое сечение вы вполне можете и своими руками благодаря таблице 1.7.5 ПУЭ. Для проводов с сечением рабочих жил до 16 мм2, сечение защитных проводников должно быть идентичным. Для проводов от 16 до 35 мм2 сечение защитных проводов может быть 16 мм2. Для проводов большего сечения защитный проводник должен быть не менее чем в два раза меньшего сечения.

Согласно нормам ГОСТ, вся кабельно-проводниковая продукция должна содержать маркировку сечения жил. Причем если сечение жил зануления и заземления отличаются от рабочих, то она должна указываться отдельно как на видео.

• В некоторых случаях допускается отдельный расчёт сечения проводника заземления. Для этого используется формула, в которой учтены такие показатели как ток короткого замыкания, время срабатывания защит, тип изоляции и проводника, а также способ прокладки кабеля. Но используют такой способ определения сечения достаточно редко.
• Теперь, что касается обозначения заземляющих и нулевых проводников. Их буквенную аббревиатуру вы уже знаете. Но кроме того они имеют еще и цветовую. Заземление при пятипроводной системе заземления должно иметь желто-зеленую окраску. Нулевой провод обозначается голубым цветом.

Знак места подключения заземления

• Отдельным вопросом является качество заземления. Его определяют путем измерения его сопротивления. Согласно п.1.7.101 ПУЭ для трехфазной сети с линейным напряжением в 380В, оно должно быть не более 4 Ом. Это достаточно маленькая величина, которая обуславливается только внутренним сопротивлением проводника.

Схема измерения сопротивления заземления

• Для достижения соответствующего качества заземления следует использовать винтовые зажимы. Они позволяют достаточно просто отключить проводник для ремонтных работ и испытаний, а также обеспечивают качественный контакт. Удлинение заземления и нулевых проводников не приветствуется, но допускается. В этом случае можно использовать зажим плашечный заземляющего провода КС 066 1 или подобные зажимы для проводов меньшего сечения.
• Отдельным вопросом является отдельная прокладка проводов заземления и зануления. Согласно п.1.7.127 ПУЭ провод медный для заземления должен быть не менее 2,5 мм2 если он имеет защиту от механических повреждений и не менее 4 мм2, если он не имеет таковой. Для алюминиевого провода, независимо от способа прокладки, сечение должно быть не меньше 16 мм2.

Требования к переносным заземлениям

Отдельной темой стоят проводники для временного использования. С их помощью к заземляющему контуру подключают электроустановки временного характера. Это могут быть передвижные будки, механизмы или автотранспорт.

Переносное заземление

• Для этого используют специальные переносные заземления. Подобные проводники используют и для создания безопасных условий работ.
• Такие проводники не должны иметь изоляции, это делается для того, чтобы всегда можно было визуально осмотреть его целостность. Для крепления к контуру заземления и механизму он должен иметь струбцины. Струбцина для провода заземления должна крепится к проводу методом сварки или винтового соединения.

Струбцина переносного заземления

• Проводник обязательно должен быть медным и многожильным. Причем количество оборванных отдельных проволок строго регламентируется и не должно превышать 5%.
• Сечение таких переносных заземлений должно быть не менее 16 мм2 для электроустановок до 1000В и не менее 25 мм2 для электроустановок более высокого напряжения. Для заземления машин и механизмов можно использовать провод с сечением не менее 16 мм2 независимо от класса напряжения.

На фото переносное заземление для заземления машин и механизмов

Качество такого заземления проверить достаточно сложно. Поэтому единственным условием является обязательная зачистка металлической поверхности перед их наложением.

Выбор защитных проводников (пример)

Для примера расчета защитных проводников приведем следующую однолинейную схему распределения электрической энергии (тип заземления TN-C-S).

1) Произведем выбор нулевого защитного проводника соединяющего главную заземляющую шину с металлическим корпусом ВРУ-0,4кВ

Сечение данного проводника выбирается исходя из сечения фазного проводника. В нашем случае наибольше сечение фазного проводника входящего в щит 95 мм2 по алюминию, согласно таблице 1.7.5.

ПУЭ при сечении фазного проводника свыше 35 мм2 сечение защитного проводника должно быть не менее половины от сечения фазного, т.е. 95/2=47,5 – принимаем ближайшее стандартное сечение алюминиевого защитного проводника – 50 мм2. По таблице эквивалентных проводимостей выбираем варианты сечения данного проводника из других материалов: Медь – 35 мм2, Сталь – 268 мм2 (выбор от питающего кабеля с алюминиевыми жилами).

2) Выбор заземляющего проводника в соответствии с пунктом 1.7.113. ПУЭ производится аналогичным образом (как и для нулевого защитного проводника выше), т.е. в нашем случае сечение заземляющего проводника так же составит: по алюминию – 50 мм2, по меди – 35 мм2, по стали – 268 мм2.

3) Сечение проводников основной системы уравнивания потенциалов, согласно пункту 1.7.137 ПУЭ, должно быть не менее половины наибольшего сечения защитного проводника электроустановки – в нашем случае таким проводником является заземляющий проводник или нулевой защитный проводник который мы выбрали выше, например был выбран алюминиевый проводник сечением 50 мм2, в этом случае необходимее сечение проводника основной системы уравнивания потенциалов: по алюминию – 25 мм2, по меди – 16 мм2, по стали – 141 мм2.

4) Произведем выбор проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов в соответствии с пунктом 1.7.138 ПУЭ.

4.1) Сечение проводника соединяющего две открытые проводящие части должно быть не менее сечения меньшего из защитных проводников, подключенных к этим частям, в нашем случае наименьшее сечение защитного проводника – 16 мм2 по алюминию (PE проводник в составе кабеля АВВГ 5х16), т.е. сечение проводника дополнительной системы уравнивания потенциалов соединяющего 2 проводящих корпуса электрооборудования в данном случае должно быть не менее: по алюминию – 16 мм2, по меди – 10 мм2, по стали – 88 мм2.

4.2) Сечение проводника соединяющего открытую проводящую часть и стороннюю проводящую часть должно быть не менее половины сечения защитного проводника, подключенного к открытой проводящей части, в нашем случае это проводник – 25 мм2 по меди (PE проводник в составе кабеля ВВГ 5х25), тогда сечение проводника дополнительной системы уравнивания потенциалов соединяющего проводящий корпус электрооборудования со сторонней проводящей частью, в данном случае, должно быть не менее: по алюминию – 25 мм2, по меди – 16 мм2, по стали – 141 мм2.

В итоге схема будет иметь следующий вид:

Примечание: Для упрощения расчетов, выбор сечений защитных проводников, в данном примере, производился исключительно по таблице эквивалентных проводимостей, при этом следует отметить, что возможен более точный расчет, например выберем сечение заземляющего проводника при питающем кабеле с сечением фазной жилы 95 мм2, в соответствии с пунктом 1.7.113. ПУЭ его сечение должно быть не менее половины сечения фазного проводника, т.е. 95/2=47,5 мм2 по алюминию, далее по таблице отношений проводимостей, определяем сечение медного проводника: 47,5/1,64=28,96 мм2, или сечение стального проводника: 47,5*4,88=231,8 мм2.

Как сделать защитное заземление (заземляющее устройство)?

Если решено остановиться на классике, нужно сварить заземлитель из 2-3-х уголков, вывести пластину или уголок с болтом, или пруток. Длина уголков – около 2 м, если грунт не каменистый и получится забить такую длину. Если менее 2 м – лучше 3-4 уголка, на расстоянии не менее 1,5 м друг от друга. Места сварки обработать от окисления, иначе они разрушатся в первую очередь.

Заземление нужно проверить на качество – измерить сопротивление заземления. Если нет приборов, нормальный домашний вариант проверки – лампочку 60…100 Вт подключить на фазу и землю (вместо нуля). Если напряжение на лампочке не сильно отличается от нормального режима работы (разница – единицы вольт), можно считать, что заземление качественное. Но лучше пригласить лабораторию или друга с прибором.

К контуру заземления надежно (через болт с гайкой, или через сжим типа “Орех”, если это пруток арматуры) подключить заземляющий проводник РЕ, который завести в вводной щит на шину РЕ.

Далее, если решено делать систему заземления TN-C-S, нужно делать повторное заземление PEN проводника, и тянуть в дом 5 проводов:

1. Фаза L1,
2. Фаза L2,
3. Фаза L3,
4. Нейтраль N,
5. Защитный проводник РЕ.

Как реализовать это – написано много статей и официальных документов, некоторые ссылки будут в конце.

Пожалуй, лучшая схема, но она вызовет недовольство со стороны контролирующих органов:

Система TN-C-S в щите учетаСистема TN-C-S в щите учета

Проводник PEN от ввода до клеммы счетчика должен быть непрерывным, или шина РЕ должна быть запломбирована. Вопрос обсуждается в статьях в конце.

Если решено делать систему ТТ (без повторного заземления, в случае плохого состояния электросетей), защитный проводник (точнее, защитный сечением не менее 25 мм2 по меди) от заземления приходит на шину РЕ, и далее идёт на все потребители, нигде не соединяясь с нейтралью N, приходящей с улицы.

Место для монтажа

Заземлители должны быть углублены на 0,5-0,7 м и уходить в грунт ниже глубины промерзания как минимум на 0,6-1 м. Например, в Москве грунт промерзает примерно на 130 см – значит, штырь заземления должен уходить вглубь примерно на 1,9-2,3 м. Расстояние между штырями рекомендуется выдерживать в 2,2 раза больше их длины, хотя на практике его редко удаётся выдерживать, что незначительно снижает эффективность контура заземления, так как уменьшается сопротивление растеканию.Располагаться контур заземления должен на расстоянии не менее 1 метра от дома, а заземлитель молниеотвода – больше 5 м от входа в дом, тропинок и дорожек. Рекомендуется выбирать для этого место, куда люди заходят редко и желательно в тени, которая способствует сохранению в почве большого количества влаги.

ГОСТы и правила по заземлению

Тут основные НТД, в которых говорится про заземление со всех сторон – ГЗШ, PE, СУП, ДСУП, и т.п. Выбирайте на вкус)

• ПУЭ 1.7, 7.1
• ГОСТ Р 58882-2020 «Заземляющие устройства. Системы уравнивания потенциалов. Заземлители. Заземляющие проводники. Технические требования», вступивший в силу с 01.01.2021
• Технический циркуляр № 23/2009
• ГОСТ Р 58698–2019 (МЭК 61140:2016) «Защита от поражения электрическим током. Общие положения для электроустановок и электрооборудования» – лучшее
• ГОСТ Р 58882-2020 п.7.10, СТО 56947007-29.130.15.105-2011
• Есть комплекс стандартов ГОСТ Р 50571 и ГОСТ 30331.1 Электроустановки низковольтные. Именно там и следует читать про заземление. Практически, все требования вышеуказанных стандартов сведены в СП 437.1325800.2018 “Правила проектирования защиты от поражения электрическим током”.
• ГОСТ Р 50571.3-2009 ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НИЗКОВОЛЬТНЫЕ Часть 4-41 Требования для обеспечения безопасности. Защита от поражения электрическим током

Ошибки при выполнении монтажных работ

Специалисты отмечают наиболее распространенные ошибки при самостоятельном монтаже:

• большое расстояние контура от дома, что приводит к значительному увеличению сопротивления системы;
• покраска с целью защиты электродов от коррозии;
• коррозия, которая достаточно быстро нарушает контакт между элементами;
• использование тонкого профиля для электродов: через небольшой промежуток времени коррозия начинает вызывать резкое увеличение сопротивления металла.

Выводы

Соблюдение всех правил выбора и установки нейтральных проводов и кабелей заземления чрезвычайно важно для обеспечения качественной и бесперебойной работы электросистем стационарных и передвижных. Без этого нельзя создать безопасные условия эксплуатации техники и предупредить ее поломки.

Разобраться в основных требованиях к кабельной продукции не так сложно. В большинстве случаев произвести установку всех систем оказывается под силу даже простым обывателям.