Уравнение потенциалов и выравнивание потенциалов

Создание системы выравнивания потенциалов

Электричество давно стало неотъемлемой частью повседневной жизни каждого из нас. Люди настолько привыкли к этому благу, что порой забывают об опасностях, которые могут возникнуть при эксплуатации электроустановок (бытовых электроприборов). На начальном этапе проектировании энергоснабжения любого объекта, особое внимание уделяется безопасности. Практически все пользователи электроприборов знают, что такое оголенный провод, изоляция, заземление. А вот термин «выравнивание потенциалов», знаком только профессиональным электрикам. Если мы не видим внешних признаков проблемы, возникает ложное чувство отсутствия опасности. И это при том, что переменное напряжение свыше 42 вольт, может оказаться смертельным для человека.

В каких случаях напряжение или электрический ток может представлять угрозу для здоровья или жизни

Само по себе наличие напряжения (или потенциала) не несет никакой проблемы. Опасность представляет электрический ток. Он возникает при наличии разности потенциалов между концами проводника.

Важно знать! Тело человека является хорошим проводником для электротока, по причине наличия в клетках жидкости.

Что такое разность потенциалов

Для примера возьмем обычную пальчиковую батарейку. На ее плюсовом контакте есть потенциал значением приблизительно 1.5 вольт, на минусовом — 0 вольт. Если соединить измерительный прибор (мультиметр) с положительным контактом (используя оба провода), значение будет нулевым. А если произвести замер между «плюсом» и «минусом» — мы увидим на приборе напряжение 1.5 вольта.

Почему так происходит? Между плюсовым и минусовым контактом есть разность потенциалов со значением 1.5 вольта. Соответственно, если соединить эти клеммы проводником (электрическая цепь, металлический провод, и прочее) между ними будет протекать электрический ток.

Как это работает на примере электроприборов

Возьмем бытовую розетку 220 вольт. На фазном контакте есть потенциал 220 В, на нулевом — 0 В. Между ними есть разность потенциалов 220 вольт. Если соединить контакты куском провода с малым сопротивлением (условно 1 Ом), то в проводнике возникнет электрический ток 220 ампер (по закону Ома). Разумеется, на практике так делать нельзя, провод моментально расплавится, а изоляция загорится.

Если за два контакта возьмется человек, то несмотря на высокое сопротивление тела, силы тока будет достаточно для фатального исхода.

Все устройства, производящие электроэнергию, имеют соединение нулевого контакта с «землей»: буквально с физическим грунтом. Это означает, что между любым фазным проводом, и физической землей всегда есть разность потенциалов, равная напряжению фазы.

То же самое происходит и в условиях помещения (жилого, производственного, и прочего). На корпус электроприбора может быть подана фаза. Это может возникнуть при аварийной ситуации: повреждение изоляции, попадание влаги в контактную группу, неисправность блока питания. При одновременном касании корпуса, находящегося под напряжением, и элемента инфраструктуры помещения, который имеет электрическую связь с физической землей (например, трубопровод), возникает опасность поражения электротоком.

Если электроприбор имеет правильно подключенное заземление, фаза на корпусе соединяется с «землей»: происходит короткое замыкание, и защитный автомат разъединяет цепь. Поражения электрическим током не происходит.

Это идеальная ситуация, когда в помещении выполнены нормы Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

На практике ситуация может быть иной

Допустим, ваш сосед по подъезду подключил нулевой провод к системе отопления (причины рассматривать не будем: от простой неграмотности до желания отмотать счетчик электроэнергии). На металлических трубах возникает опасный потенциал: от 50 до 220 вольт. Теоретически, напряжение должно «уйти в землю», поскольку стальные трубы проложены в грунте. Однако, если между вашей квартирой и подвалом, произведена замена участка трубопровода на пластик, проводник размыкается. И ваш полотенцесушитель в ванной имеет потенциал, скажем: 170 вольт.

Вы касаетесь металлической трубы и заземленной стиральной машины. Возникает та самая разность потенциалов (с напряжением, опасным для жизни), только источником проблемы является не ваш электроприбор, а труба полотенцесушителя, находящаяся под напряжением.

Как видно из иллюстрации, защитное заземление в данном случае не работает.

Рассмотрим другой вариант:

У вас в стене проложен силовой провод, рядом с которым проходит водопроводная труба. Под нагрузкой (например, включен бойлер либо электрическая духовка), в трубе может наводиться ЭДС (электродвижущая сила). Вода получит нежелательный потенциал, до 50 вольт. Может это и не смертельное напряжение, но при касании смесителя на кухне, вы будете ощущать неприятные пощипывания электротоком. Особенно, если в стяжке пола есть стальная арматура, которая по влажным стенам помещения имеет контакт с физическим грунтом.

В этом случае, рабочее заземление также не работает.

Причины появления разности электрических потенциалов

Кроме очевидных условий, таких как пробой изоляции на корпус электроустановки, или несанкционированное подключение к элементам конструкций, существуют скрытые факторы:

• Статическое напряжение. Возникает при трении (например, движение воды в пластиковой трубе), сухом воздухе, запыленности помещений.
• Электрохимическое накопление потенциала, возникающее при взаимодействии разнородных металлов.
• Атмосферные явления (гроза, сильный ветер) способствуют накоплению электрического потенциала.
• Блуждающие и наведенные токи, электромагнитное излучение (СВЧ печи, импульсные блоки питания, мониторы, телевизоры).

Как обезопасить себя от подобных ситуаций? Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривает систему выравнивания потенциалов.

Уравнивание и выравнивание

Разберем основные понятия и термины:

• Уравнивание потенциалов — нивелирование разности значений электрических потенциалов между металлическими элементами электроустановки, в помещении, где размещается электроустановка, включая токопроводящие элементы здания. При этом опасной считается ситуация, когда появляется возможность одновременного касания человека проводящих частей. Достигается не размыкаемым соединением всех токоведущих частей между собой с помощью проводников.
• Выравнивание потенциалов — это система снижения относительной разности электрических потенциалов между заземлением, доступными к прикосновению проводящими частями электроустановок, поверхностью земли и всеми металлоконструкциями здания. Для этого, система выравнивания потенциалов должна иметь не размыкаемое соединение с рабочим (защитным) заземлителем.

Кроме того, к выравниванию потенциалов относится снижение разности электрических потенциалов на поверхности грунта (пола, перекрытий) для предотвращения эффекта шагового напряжения.

Что означает термин «не размыкаемое»? Все токопроводящие линии соединены между собой постоянно (контактные колодки, винтовые соединения, пайка, сварка и прочее). Не допускается установка размыкающих устройств: плавких предохранителей, выключателей, защитных автоматов. То есть, вся система выравнивания потенциалов представляет собой единый токопроводящий контур, объединенный с аналогичным контуром защитного заземления.

Благодаря этим системам, во всех точках, которых может одновременно коснуться человек, происходит выравнивание электрического потенциала до одинакового значения. Ситуация, когда при одновременном касании в одной точке будет напряжение 220 вольт, а в другой 10 вольт, исключается.

Ваш дом становится абсолютно безопасным.

Важно! Система работает только в случае, когда все без исключения металлические предметы объединены. Если хотя бы один элемент или электроустановка исключены из соединения проводниками — считайте, что весь контур не работоспособен.

В чем отличие системы выравнивания потенциалов от защитного заземления

Заземление — это преднамеренное не разъемное электрическое соединение частей электроустановки или цепи с заземлителем. Предназначено для снижения напряжения (в точке, где его не должно быть при нормальных условиях эксплуатации), до безопасного уровня.

Как видим, в определении нет понятия потенциала (разности потенциалов). Кроме того, организация заземления производится только на электроустановках, или электроцепях. Выравнивание потенциалов относится и к элементам инфраструктуры, а также к металлическим предметам, не являющимся электроустановками.

При этом, защитное заземление эффективно работает лишь в комплексе с устройствами защитного отключения (предохранительными вставками, автоматическими выключателями). Без таких устройств, организация заземления не снижает безопасность электроустановок, и может привести к пожару при возникновении замыкания фазы на «землю».

В отличие от заземления, система выравнивания потенциалов является самодостаточной, дополнительных защитных приспособлений не требуется. Единственное условие — наличие электрического соединения с физической землей.

Требования организации системы выравнивания потенциалов в ПУЭ

В Правилах устройства электроустановок нет четкого и универсального определения данной системы. Устройство выравнивания потенциалов имеет специфику в зависимости от мест применения. В разных типах помещений, при работе с различными видами электроустановок и прокладке токоведущих линий, существуют свои методики.

Для примера рассмотрим наложение переносного защитного заземления, при производстве ремонтных работ в электроустановках с трехфазным питанием:

Все токоведущие шины в пределах одной электроустановки соединены между собой (уравнивание потенциалов), а затем присоединены к заземлителю (выравнивание потенциалов). При появлении напряжения на любой из частей, разности электрических потенциалов не возникнет, работа проводится в безопасных условиях.

В ПУЭ есть перечень защитных мер, где эта система упоминается, как один из пунктов, обязательных к применению:

• организация защитного заземления;
• автоматическое отключение подачи напряжения;
• уравнивание потенциалов;
• выравнивание потенциалов;
• двойная или усиленная изоляция проводников и корпуса электроустановки;
• организация электропитания малым напряжением (для переменного тока — не выше 50 вольт);
• защитное разделение электрических цепей;

Создание систем выравнивания потенциалов

Проект каждой системы индивидуален, и разрабатывается в соответствии с конфигурацией помещения. Существуют общие правила монтажа, которые необходимо выполнять:

• Шина выравнивания потенциалов и шина защитного заземления должны быть соединены, или объединены в один узел.
• Все объекты: электроустановки, поддоны, ванны, раковины, элементы инфраструктуры здания, подключаются к шине выравнивания потенциалов параллельно.Это означает, что каждый элемент имеет отдельный проводник, подключенный к общей шине. Не допускается последовательное соединение между объектами. Если первичный проводник будет оборван, все последующие объекты на линии окажутся отключенными от системы выравнивания потенциалов.
• На всей протяженности токопроводящих линий, не должно быть коммутационных и размыкающих устройств: выключателей, реле, плавких предохранителей.
• Подключение должно быть надежным: не допускаются скрутки, приматывание изолентой. Применяется сварка, винтовые соединения, штатные контактные зажимы.

Какие объекты подключаются к системе выравнивания потенциалов

• Металлические корпуса всех электроустановок (если они не заземлены надлежащим образом). В список входят и токопроводящие корпуса светильников (торшеров).
• Разумеется, вся система защитного заземления. Собственно, от нее и начинается система выравнивания потенциалов.
• Металлические части каркаса здания, арматура фундамента, стен, перекрытий.
• Самостоятельно установленные металлические элементы инфраструктуры. Например, стальная сетка под стяжкой пола или металлический профиль под листами гипсокартона.
• Металлические трубы и кожухи системы вентиляции.
• Медные трубки системы подачи хладагента в кондиционерах (если они имеют большую протяженность).
• Металлические оболочки бронированных кабелей.
• Экранная оплетка информационных кабелей (телевидение, интернет).

На этом пункте остановимся подробнее. Кабель в металлической оплетке начинается от распределительного или усилительного устройства, которое расположено далеко за пределами вашего помещения. При этом у вас нет возможности контролировать правильность организации питания или заземления этих устройств. Может возникнуть ситуация, когда по экрану к вам в дом придет фаза.

Вы, ничего не подозревая, можете одновременно коснуться оплетки под напряжением, и заземленного металлического предмета (например, радиатора отопления). Последствия очевидны — поражение электротоком. При подключении экрана к системе выравнивания потенциалов, внешний пробой фазы на кабель, не страшен.

• Все металлические части системы водоснабжения и канализации: трубы, смесители, раковины из нержавейки, поддоны и металлические кабинки душевых, ванны.
• Компоненты систем водонагрева: бойлеры, внутренние трубы.
• Система отопления: трубы, радиаторы, полотенцесушители.
• Система газоснабжения.
• Заземление молниезащиты (если у вас частное жилище, в многоквартирных домах «опция» недоступна). При этом молниеотвод подключается к общей системе, и собственному заземлителю одновременно.
• Металлопластиковые рамы окон (если токопроводящие элементы не покрыты пластиком).
• Стальные двери и дверные коробки.

На схеме это выглядит так:

1. Шина выравнивания потенциалов.
2. Грозоразрядник от щита питания. Соединен с фазой. В нормальном состоянии, контакта между фазным и заземляющим проводником нет — в разряднике достаточный зазор. При ударе молнии в силовой кабель, возникает дуговой ток на «землю», и разница потенциалов в несколько тысяч вольт не возникнет.
3. Ограничитель перенапряжения в линии данных.
4. Кронштейны крепления заземляющих проводников к металлическим трубам.
5. Фундаментный заземлитель с шиной, входящий в общую систему выравнивания потенциалов.

Монтаж системы выравнивания потенциалов многоквартирного дома (производственного помещения)

Установка элементов системы начинается в процессе строительства. При создании фундамента, по всему периметру будущего сооружения прокладывается металлическая шина. Это замкнутый проводник (стальная полоса или арматура) с приваренными ответвлениями для соединения с заземлителями, и для внутренней разводки проводников. Для обеспечения равномерного растекания потенциала в физическую землю, по контуру здания устанавливается несколько групп заземлителей на равном расстоянии. По возможности, между ними обеспечивается равное расстояние.

От общей шины выполняются разветвления в каждую секцию (подъезд), где устанавливается вводной щит питания. Формируется щиток заземления, соединенный с системой выравнивания потенциалов.

Он располагается в щитовой, или в подвальном помещении. Доступ к щитку должен быть ограничен (если это не частный дом). К обслуживанию допускаются только представители энергокомпании, или ГУП.

Далее, к фундаментной шине присоединяется стеновая арматура здания.

Важно! Вся контурная (каркасная) система соединяется между собой с помощью сварки. Только после проверки надежности и электропроводности соединения, производится окончательная заливка бетоном.

К вертикальным элементам системы приваривается арматура перекрытия. При необходимости, выполняются шинные переходы из помещения в помещение.

После возведения стен, по наружной стене прокладывается токопроводящая шина для молниезащиты, устанавливаемой на крыше. Все эти проводники входят в систему выравнивания потенциалов.

Обязательно выполняются отводы в виде арматуры или стальных полос в шахты, по которым прокладываются вертикальные трубопроводы (стояки). После монтажа систем водоснабжения и канализации, к стальным трубам привариваются проводники для соединения с системой выравнивания потенциалов.

Важно! В старых домах, где неоднократно проводились ремонтные работы (без капремонта), в стояках могут быть пластиковые вставки.

Это означает, что целостность системы выравнивания потенциалов нарушена. Рекомендуется продублировать соединение, просто подключив заземляющий проводник к шине заземления. Это можно сделать с помощью контактного хомута.

Информация для справки

Для соблюдения эстетики, в жилых домах не создается шина выравнивания потенциалов в каждой квартире. Ее роль выполняет шина заземления, расположенная во вводном щитке. По современным требованиям электробезопасности, во всех подъездных шахтах со стояками, прокладывается стальная полоса (для системы выравнивания потенциалов), соединенная с защитным заземлением. Она как бы закольцовывает общий контур по второму кругу, дублируя заземление.

При создании собственной системы в квартире, допускается использовать эту точку подключения. Создав собственный щиток, вы можете подключить к нему объекты, не являющиеся электроустановками. Например – ванну (если она не из акрила или пластика).

Для этого на корпусе должен быть специальный контакт. Если его нет — используйте штатные крепежные элементы.

Создание системы выравнивания потенциалов в частном доме

Принцип такой же, как и в многоквартирном жилье, только объем работ существенно меньше. После установки заземлителей (это тема отдельной статьи), вы прокладываете совместную с заземлением шину выравнивания потенциалов. От нее производится параллельная разводка в соответствии с правилами:

• Штатные точки заземления розеток, электроустановок. В том числе токопроводящих корпусов.
• Подключение всей металлической инфраструктуры здания, включая молниезащиту на крыше.

Чтобы оценить количество охваченных объектов — взгляните на иллюстрацию.

Точки подключения помечены кружочками.

При строительстве нового дома, вы сможете оптимизировать затраты, предусмотрев несколько базовых щитков для подключения заземления и системы выравнивания потенциалов. Это позволит сэкономить заземляющий проводник при разводке в разные комнаты.

Несколько советов для повышения качества работы системы

• В ванной комнате необходимо создавать дополнительную систему уравнивания потенциалов, даже если в доме есть основная.
• При монтаже электрических нагревательных элементов системы «теплый пол», рекомендуется уложить сверху стальную сетку. Затем арматура соединяется с системой выравнивания потенциалов, и производится финишная заливка стяжки или самовыравнивающейся смеси.
• Если у вас нормально заземлен водопровод, а к смесителю проложен небольшой участок металлопластиковой трубы (такая схема широко распространена), корпус смесителя надо заземлить отдельным проводником. Особенно это касается ванной комнаты.
• Система дифференциальной защиты (УЗО) электрического бойлера не конфликтует с выравниванием потенциалов. Совместное использование допустимо.

Нежилые помещения

В технических помещениях, мастерских, на производстве, шина выравнивания потенциалов (как правило, представляющая собой и рабочее заземление) прокладывается открытым способом по внутренней стене. К ней подключают заземляющие проводники электроустановок, а также линии, соединяющие все токопроводящие элементы помещения. Таким образом формируется идеальная система выравнивания потенциалов.

В офисных зданиях, чтобы не портить внутреннюю отделку, можно спрятать шину в декоративный пластиковый короб для прокладки кабеля. Часто владельцы игнорируют заземляющие проводники от радиаторов отопления. Это недопустимо — большинство случаев поражения электротоком происходят именно при одновременном касании оборудования и батарей отопления.

Важно!
Офисные помещения более опасны в плане возникновения разности потенциалов в самых неожиданных местах. Неконтролируемые соседи-арендаторы могут подбросить любой «сюрприз» в виде напряжения в системе водопровода, или соединения фазного провода с оплеткой интернет кабеля. Поэтому перед началом работы в таком здании, потратьте немного времени и средств на проверку систем защитного заземления и выравнивания потенциалов. Вы сбережете и здоровье сотрудников, и офисную технику.

После изучения материала, вы научились различать системы безопасности при работе в помещениях с электроустановками. За каждым требованием Правил устройства электроустановок стоит чья-то жизнь. Не приобретайте печальный опыт ценой своих ошибок. Система выравнивания потенциалов монтируется один раз, и навсегда дает уверенность в безопасности.

Видео по теме

СУП: зачем нужна и как работает система уравнивания потенциалов?

Сегодня стало уже трудно представить современный дом без наличия инженерных систем. Всевозможные электрические приборы позволяют значительно повысить уют. Однако электрический ток весьма коварен, и при неблагоприятном стечении обстоятельств может быть очень опасным для человека.

Металлические трубы или различные части электроприборов могут быть опасными в любой момент. Самые обычные действия, которые человек часто выполняет, даже не задумываясь, могут моментально обернуться большими проблемами. Ведь у нас нет особых органов чувств, с помощью которых можно определить наличие или отсутствие электрического напряжения.

Если при неблагоприятном стечении обстоятельств человек прикоснётся к таким частям голыми руками, то электрический ток неминуемо пройдёт через тело и вызовет серьёзные повреждения и иногда фатальные последствия.

Обеспечить высокий уровень защиты можно, применив заземление и уравнивание потенциалов. Рассмотрим подробно в этой статье устройство и принцип работы систем уравнивания потенциалов (СУП), чем такие системы различаются и где применяются.

В названии статьи хотел написать что-то типа “что такое СУП и с чем его едят” или пошутить о том, что СамЭлектрик.ру теперь – кулинарный блог)))

Опасность поражения электрическим током

Для примера разберём такой случай. Допустим, что в ванной комнате установлена автоматическая стиральная машина. Вполне обычная ситуация, согласитесь?

Всё хорошо. Рабочий ток стиральной машины

При подключении машины к электросети ток будет проходить по фазному проводу к электрическому двигателю, а возвращаться по нулевому проводнику (условно). Нулевой проводник в электрическом щитке подключён к нулевой шине, к которой также подключается и заземляющий контакт в розетке. То есть корпус стиральной машины так или иначе соединён с нулевой шиной.

Давайте не будем раздувать статью. На рисунке не показана система заземления. Предполагается, что показан электрощит на вводе в здание, а PEN проводник повторно заземлен. То есть, “функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то ее части”, а далее (после электрического щита и во всей квартире) – нулевой защитный РЕ и нулевой рабочий это разные проводники.

Такое соединение нужно для правильного срабатывания защитного автомата и/или УДТ (УЗО или дифавтомата), если произойдёт повреждение изоляции.

Немного о терминологии. Когда всё исправно, по проводу заземления в любом случае будет протекать ток утечки (единицы миллиампер). Этот ток возникает из-за того, что изоляция внутри стиралки не имеет бесконечного сопротивления. Кроме того, на входе многих устройств имеется емкостной фильтр, у которого конструктивно-схемотехнически есть небольшой ток на землю.

Если же произойдет нештатная ситуация, аварийный ток по заземляющему проводнику будет называться током замыкания на землю (не путайте с током короткого замыкания!).

Совокупность этих токов называется дифференциальным током, на который может среагировать устройство дифференциального тока – ВДТ (УЗО) или дифавтомат (АВДТ).

Подробно про все эти токи я рассказал в статье От какого тока срабатывает УЗО?

Что может произойти плохого

Электрики, как обычно, не могут спокойно жить, пока не предусмотрят защиты от всех возможных опасных ситуаций.

Фактически, возможны две самые опасные аварийные ситуации:

• Напряжение на трубе – корпус заземлён (занос потенциала),
• Напряжение на корпусе – труба заземлена.

На различных металлических поверхностях напряжение может появиться не только при пробое изоляции, а также от наличия статического электричества или при появлении наведенных или блуждающих токов.

Рассмотрим первый случай. Из-за разности потенциалов может возникнуть несчастный случай – ток потечет от трубы через тело человека на заземленный корпус.

Ток через человека от трубы на заземленный корпус

Что же произойдёт с человеком, если он одновременно дотронется до трубы водоснабжения и прикоснётся к стиральной машине? Для получения удара электрическим током будет достаточно наличия даже небольшой разности потенциалов между корпусом машины и металлической трубой.

Электрический ток пройдёт по опасному пути — от одной руки до другой. В любом из двух описанных примеров ток может протекать через сердце и вызвать фибрилляцию (нарушение работы сердца).

С другой стороны, металлические трубы для водоснабжения или отопления, а также подобные инженерные системы обычно заземлены, то есть имеют потенциал, равный нулю. И если по какой-то причине опасный потенциал окажется на корпусе стиралки, ток потечёт условно в другую сторону:

Фаза на корпусе – причина тока через человека на заземленные предметы

Почему “условно”? Потому, что “направление” тока, причина и схема протекания не важны. Важен лишь сам факт протекания тока и его значение.

Не обязательно одна из токопроводящих частей должна быть заземлена, чтобы создалась критичная разность потенциалов (более 50 В). Может случиться так, что по отношению к земле на трубе будет 50 В, а на корпусе стиральной машины – 150. И вот она – смертельная разность потенциалов в 100 В!

Может случиться так, что обрыв произойдет не после шины, как это показано крестиком на картинке выше, а ДО – в этажном щитке или до него (там, где на рисунке надпись “PEN”). Если рабочий и защитный нулевые проводники (N и РЕ) соединены после места обрыва (например, в подъездном или квартирном щитке), то фазный потенциал появится не только на нейтральном, но и на защитном проводнике. А значит – на корпусах всех заземленных приборов и конструкций. Подробно я рассказал об этом в статье В чем разница обрыва нейтрали в трехфазной и однофазной сетях?

Что же делать, чтобы этого прискорбного факта не произошло? Логично, что для этого нужно, чтобы отсутствовала разность потенциалов между теми открытыми проводящими частями, где она может появиться.

То, что может произойти, обязательно произойдёт. Более того – может произойти даже то, что (кажется) никогда произойти не сможет.

Зачем нужна СУП?

Для предотвращения подобных опасностей потенциалы следует уравнять. Для этого применяется Система Уравнивания Потенциалов (СУП).

Согласно п.6.1.1 СП 437.1325800.2018:

При проектировании каждой электроустановки здания должно быть предусмотрено выполнение защитного уравнивания потенциалов, которое обычно включает в себя основную систему уравнивания потенциалов и, при необходимости, систему дополнительного уравнивания потенциалов. При соответствующих условиях может оказаться необходимым применение местного уравнивания потенциалов.

Согласно п. 1.7.32 ПУЭ:

Уравнивание потенциалов – электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. Защитное уравнивание потенциалов – уравнивание потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности.

Согласно п. 1.7.51 ПУЭ, уравнивание потенциалов – это мера защиты при косвенном прикосновении (при повреждении изоляции или другой аварийной ситуации). Там же сказано, что уравнивание желательно применять в совокупности с другими мерами защиты (моя трактовка).

Принцип работы системы уравнивания потенциалов заключается в соединении с нулевым защитным проводником (РЕ) различных токопроводящих частей, к которым человек может прикоснуться. “Проводящие части”, о которых говорится в ПУЭ, это корпуса электроприборов, трубы, различные металлические конструкции. Кроме того, под это требование попадают и бетонные полы, в которых замоноличен электрический теплый пол. Но этот уже не уравнивание, а выравнивание потенциалов.

Да, все эти проводящие части не находятся в нормальном режиме под напряжением, и опасности не представляют. Но, если они при какой-либо аварии (например, ухудшение изоляции) они попадут под опасное напряжение, то будет беда – они проведут ток не только через себя, но и через что угодно, включая тело человека. Поэтому заранее (да, электрики – те ещё пессимисты) все токопроводящие части соединяются РЕ проводниками с шиной РЕ – это самое короткое и “удобное” расстояние для стекания опасного тока на заземлитель.

Согласно п.3.28 СП 437.1325800.2018 и статьи 3.15 ГОСТ IEC 61140-2012:

Зона досягаемости рукой: Зона доступного прикосновения, простирающаяся от любой точки поверхности, на которой обычно находится или по которой передвигается человек, до границы, которую он может достать рукой в любом направлении без использования вспомогательных средств.

В обычных бытовых мокрых и влажных помещениях зона досягаемости – всё помещение. Важно, чтобы в пределах зоны досягаемости не осталось ни одного предмета, способного проводить ток, и не подключенного проводом защитного заземления к СУП и, в конечном счете, к ГЗШ.

Что такое ГЗШ?

Чтобы подробнее разобрать назначение, разновидности и устройство СУП, подробнее узнаем, что такое Главная Заземляющая Шина (ГЗШ). Ведь именно ГЗШ является основой всей системы безопасности в любой электроустановке. Подключение к ГЗШ выполняется защитными РЕ проводниками, которые подключаются к ГЗШ, роль которой обычно выполняет шина РЕ (ПУЭ, 1.7.119).

ГЗШ и шина РЕ – по факту одно и то же, если она размещается внутри вводного распределительного устройства (ВРУ). И только если ГЗШ расположена где-то за пределами ВРУ (где-то на вводе здания, в подвале), могут существовать две шины – ГЗШ и РЕ. Причем, ГЗШ обычно одна (по количеству вводов в здание), а шин РЕ – несколько (по количеству электрощитков).

Упрощенно это может выглядеть так:

Система заземления и шины N и PE

Такая система позволяет обеспечить наличие одинакового потенциала на всех подключённых частях. Напряжение между любыми отдельно взятыми точками в такой системе будет гарантированно равно нулю.

Определение ГЗШ даётся в п. 1.7.37 ПУЭ и в ГОСТ 30331.1-2013, статья 20.5:

Главная заземляющая шина – шина, являющаяся частью заземляющего устройства электроустановки до 1 кВ и предназначенная для присоединения нескольких проводников с целью заземления и уравнивания потенциалов.

Требования к ГЗШ отражены в пункте 1.7.119 ПУЭ:

Главная заземляющая шина может быть выполнена внутри вводного устройства электроустановки напряжением до 1 кВ или отдельно от него. Внутри вводного устройства в качестве главной заземляющей шины следует использовать шину PE.

При отдельной установке главная заземляющая шина должна быть расположена в доступном, удобном для обслуживания месте вблизи вводного устройства.

Сечение отдельно установленной главной заземляющей шины должно быть не менее сечения PE (PEN)-проводника питающей линии.

Главная заземляющая шина должна быть, как правило, медной. Допускается применение главной заземляющей шины из стали. Применение алюминиевых шин не допускается.

В конструкции шины должна быть предусмотрена возможность индивидуального отсоединения присоединённых к ней проводников. Отсоединение должно быть возможно только с использованием инструмента.

В местах, доступных только квалифицированному персоналу (например, щитовых помещениях жилых домов), главную заземляющую шину следует устанавливать открыто. В местах, доступных посторонним лицам (например, подъездах или подвалах домов), она должна иметь защитную оболочку – шкаф или ящик с запирающейся на ключ дверцей. На дверце или на стене над шиной должен быть нанесён знак “Заземление”.

Описание термина «Заземляющее устройство» можно найти в СП 437.1325800.2018 п.3.14 и в ГОСТ 30331.1-2013, статья 20.14:

Заземляющее устройство: Совокупность заземлителя, заземляющих проводников и главной заземляющей шины.

С контуром заземления ГЗШ обычно соединяется стальной полосой либо медным проводником. К ней присоединяют PEN-проводник вводного кабеля (при использовании системы заземления TN-C-S) или PE-проводник вводного кабеля (если применяется система заземления TN-S). Либо – заземляющий проводник от заземлителя в системе ТТ.

Внутри ВРУ к ГЗШ подключаются РЕ-проводники отходящих групповых линий и РЕ-проводники, служащие для уравнивания потенциалов.

Для обеспечения безопасности существует правило: один РЕ-провод – одно подключение (винт или болт).

Следует применять радиальную схему соединений – то есть, нельзя “пускать по кругу” защитный проводник, последовательно подключая его к различным защищаемым конструкциям. Основным требованием, предъявляемым к РЕ-проводникам является обеспечение их непрерывности на всём протяжении. Поэтому запрещена установка любых выключателей, рубильников, предохранителей и соединений, разбираемых без помощи инструмента.

ГЗШ на вводе в здание или другую электроустановку может быть такой:

ГЗШ на вводе в электроустановку

На фото выше – ГЗШ на вводе питания в технологическую линию. О причинах и процессе замены вводного автомата в этой линии я публиковал статью.

Вопрос к знатокам: Какая система заземления показана на схеме?

Питание технологической линии, вводные цепи

Виды систем уравнивания потенциалов

Выделяют две разновидности системы уравнивания потенциалов (СУП) — основную (ОСУП) и дополнительную систему (ДСУП). Рассмотрим каждую подробнее и разберём, в чём заключается различие между ними.

ОСУП

Согласно пункта 1.7.82 ПУЭ:

Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:

• нулевой защитный PE- или PEN-проводник питающей линии в системе TN;
• заземляющий проводник, присоединённый к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;
• заземляющий проводник, присоединённый к заземлителю повторного заземления на вводе в здание (если есть заземлитель);
• металлические трубы коммуникаций, входящих в здание (…). Если трубопровод газоснабжения имеет изолирующую вставку на вводе в здание, к основной системе уравнивания потенциалов присоединяется только та часть трубопровода, которая находится относительно изолирующей вставки со стороны здания;
• металлические части каркаса здания;
• металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования. При наличии децентрализованных систем вентиляции и кондиционирования металлические воздуховоды следует присоединять к шине PE щитов питания вентиляторов и кондиционеров;
• заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категорий;
• заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если такое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;
• металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Проводящие части, входящие в здание извне, должны быть соединены как можно ближе к точке их ввода в здание. Подключение проводящих частей основной системы уравнивания потенциалов должно выполняться по радиальной схеме, т.е. к каждой проводящей части должен идти отдельный заземляющий проводник от PE-шины.

Если брать по крупному, то ОСУП состоит из:

• Главной заземляющей шины (ГЗШ).
• Заземляющего устройства.
• Защитных РЕ-проводников, которые подключаются к корпусам электроприборов (к открытым проводящим частям).
• Проводников уравнивания потенциалов, которые подключаются к сторонним проводящим частям (различным конструкциям, которые не являются частью электроустановки).

ОСУП может выглядеть так:

Основная СУП – в центре которой находится ГЗШ

ОСУП – это СУП, которая имеет в своей основе ГЗШ или шину РЕ. При этом к этой шине по отдельности подключены проводники уравнивания потенциалов, а защитные РЕ-проводники могут быть подключены как к ГЗШ, так и к шине РЕ, если она имеется отдельно (как это показано выше).

Если ГЗШ и шина РЕ – одно и то же (так может быть в небольшом частном доме), то к ней присоединяются и защитные проводники, и проводники уравнивания потенциалов:

PE шина в роли ГЗШ в небольшом здании

ДСУП

Эта система, как следует из названия, служит для дополнения ОСУП. Применяют ДСУП для помещений, в которых присутствует повышенная опасность поражения электрическим током. В то же время, в данном помещении много открытых и сторонних проводящих частей, которые требуют уравнивания потенциалов. Примером может служить та самая ванная комната, которую мы рассматривали в начале статьи.

ДСУП – дополнительная система уравнивания потенциалов в ванной

Система состоит из проводников уравнивания потенциалов, которые соединяются посредством коробки уравнивания потенциалов (КУП).

При создании ДСУП нужно соединить РЕ-шину, находящуюся в КУП, с шиной РЕ или ГЗШ с помощью медного провода сечением не менее 6 мм 2 . Далее, проводниками уравнивания потенциалов подключают все металлические поверхности и все инженерные системы (точнее – открытые и сторонние проводящие части), находящиеся в комнате.

Заземляющие контакты электрических розеток в ванной также могут быть подключены к ДСУП. Но обычно это делается РЕ-проводниками, водящими в состав питающего кабеля.

Согласно пункту 7.1.88 ПУЭ,

Для ванных и душевых помещений дополнительная система уравнивания потенциалов является обязательной и должна предусматривать, в том числе, подключение сторонних проводящих частей, выходящих за пределы помещений. Если отсутствует электрооборудование с подключёнными к системе уравнивания потенциалов нулевыми защитными проводниками, то систему уравнивания потенциалов следует подключить к РЕ шине (зажиму) на вводе. Нагревательные элементы, замоноличенные в пол, должны быть покрыты заземлённой металлической сеткой или заземлённой металлической оболочкой, подсоединёнными к системе уравнивания потенциалов. В качестве дополнительной защиты для нагревательных элементов рекомендуется использовать УЗО на ток до 30 мА.

Кроме того, “не допускается использовать для саун, ванных и душевых помещений системы местного уравнивания потенциалов“. Но об этом мы поговорим в следующей статье!

Заключение

Правильное применение основной и дополнительной систем уравнивание потенциалов способно обеспечить безопасность от удара электрического тока. В свою очередь, ошибки, допущенные при разработке или при организации таких систем могут очень дорого стоить. Ведь жизнь и здоровье бесценны!

На этом завершаю. Если моё мнение по данному вопросу показалось не убедительным, обратитесь к ПУЭ, главы 1.7 и 7.1. Существует также комплекс стандартов ГОСТ Р 50571 и ГОСТ 30331.1 и СП 437.1325800.2018. Также рекомендую хорошее видео от Алекса Жука на эту тему:

Если есть что сказать по теме – прошу в комментарии!

Для чего нужно выравнивание потенциалов

Время на чтение:

Этот термин знаком всем со школьного курса физики, но не каждый точно вспомнит, что собой представляет выравнивание потенциалов.

Выравнивание потенциалов — это метод уменьшения напряжения шага и прикосновения среди элементов электрической цепи, к которым возможно единовременное касание. Этот метод используется не так часто, как их уравнивание.

Общий вид системы

В соответствии с требованиями норм, обязательно для мест, где содержатся животные. В отдельных случаях также применяется для электрической безопасности жилых помещений.

Назначение выравнивания потенциалов

Выравнивание потенциалов является одним из важнейших требований безопасности во время использования различного электрического оборудования. Такая важность обусловлена тем, что можно обезопасить себя и других жителей дома от удара током.

Объяснение двух видов напряжений

Важно! При отсутствии опыта или соответствующего образования работа с электрическими приборами представляет опасность для жизни.

Нормы, которые регулируют безопасность во время возведения домов, обязывают подрядчиков при строительстве создавать систему, которая снизит или устранит разность и обеспечит защиту от возможного получения электрических травм с помощью заземления.

При распределении устройства, которое выступает заземлителем, надлежащий уровень безопасности создается не только с помощью уменьшения потенциалов заземляющего устройства, но и с помощью их выравнивания на защищенной территории до степени, чтобы максимальное напряжение не было больше допустимых пределов.

Заземляющее устройство

Обратите внимание! Если нет заземления или оно не функционирует так, как должно, риск подвергнуться электрическому удару возрастает.

Уравнивание и выравнивание потенциалов: в чем отличие

Несмотря на свою схожесть, эти два понятия не являются тождественными, а также не могут заменять друг друга. Определение выравнивания было приведено в первом разделе статьи.

Уравниванием потенциалов называют металлическое соединение проводящих открытых составляющих электрического оборудования и его корпусов, а также других элементов-проводников в виде трубопроводов и конструкций из металла. Основная цель уравнивания — устранение или минимизация возникающего между ними напряжения при появлении потенциала у одной из них.

Что касается соотношений и отличий между ними, то уравнивание и выравнивание соотносятся как общее и частное, где второе является частным случаем первого.

К сведению! Ключевое отличие между двумя этими понятиями заключается в том, что уравнивание предусматривает получение полного отсутствия разницы потенциалов через прямое электрическое соединение элементов-проводников, в то время как выравнивание предполагает исключительно уменьшение разности на земле или на полу.

Мотивы для применения выравнивания потенциалов

Для начала следует определиться с тем, что вызывает разность и, как следствие, последующую необходимость выравнивания:

• возникновение статического электричества;
• различие в строении и структуре конструкций из металла;
• повышенное атмосферное давление, возникающее при неблагоприятных погодных условиях, например, грозе;
• влияние блуждающего тока.

Все выполненные из металла устройства соединены друг с другом, поэтому при появлении разницы потенциалов между отдельными конструкциями при прикосновении человека к нескольким объектам сразу приводит к удару током.

Обратите внимание! Примером такой опасности является ситуация, когда человек принимает душ и получает электрическую травму. Это происходит вследствие того, что ток проходит по человеческому телу, как по проводнику, от предмета с большим потенциалом к объекту с меньшим.

Во избежание подобных опасных для жизни людей ситуаций уменьшается или устраняется разность потенциалов с применением заземления.

Как установить устройство выравнивания потенциалов

В многоэтажных постройках, как правило, устанавливаются две системы для выравнивания потенциалов — основная и дополнительная (вспомогательная).

Основная система выравнивания потенциалов — контур, который содержит в себе такие элементы:

• заземляющее устройство;
• главная заземляющая шина;
• металлические части конструкции возведенного дома;
• система вентиляции;
• металлические трубы водопровода;
• устройство-защита от грозы и молнии.

Основная система

Обратите внимание! Все опасные металлические элементы присоединяются к главной заземляющей шине, убирая таким образом разность потенциалов. Основная система обычно устанавливается при возведении зданий, поэтому делать ее самостоятельно не приходится.

Раньше при объединении таких элементов проблем не возникало, но сейчас многие металлические элементы заменяют пластмассовыми, что приводит к возникновению разности потенциалов.

Проблема этой системы состоит в том, что на больших расстояниях электрический потенциал одной и той же конструкции может быть разным, что также провоцирует ситуацию, которая может стать опасной для жизни. Чтобы нивелировать появившуюся разность, приходится использовать дополнительную систему.

Дополнительная система выравнивания устанавливается в ванной комнате и содержит в себе такие составляющие:

• корпус душа или ванной;
• полотенцесушитель;
• все проходящие трубы;
• канализация;
• система вентиляции.

Дополнительная система

Обратите внимание! Каждая составляющая этого контура соединяется отдельным проводом с жилой из меди. Противоположный конец этого провода опускается в предусмотренную для этого коробку.

Сделать такую систему возможно и самостоятельно:

1. Разместить пластиковую коробку с заземляющей шиной.
2. От каждой составляющей, сделанной из метала, и заземляющего контакта розетки и выключателя протянуть проводник до пластиковой коробки.
3. Соединить провода с помощью болтов.
4. Протянуть проводник от шины до электрощитка и присоединить к заземлению.

Выравнивание потенциалов — обязательный процесс, чтобы сделать свой дом безопасным и минимизировать риск получить удар током. Несмотря на то, что инструкция по созданию системы выглядит достаточно короткой и простой, при отсутствии опыта работы с электрикой и надлежащего образования лучше доверить установку профессионалам.