Уравнение потенциалов в электрике что это простыми словами

Что такое уравнивание потенциалов

Что такое разность потенциалов, и почему она опасна для человека? Любой металлический предмет большого размера (водопроводная труба, радиатор отопления, ванна, корпус холодильника) является хорошим проводником электрического тока. Даже без прямого контакта с источником напряжения, на поверхности этих предметов может возникнуть наведенный электрический ток, по аналогии с шаговым напряжением.

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.

В чем опасность

• Участки систем отопления и водоснабжения меняются на полипропиленовые трубы. Пропадает физическая связь с заземлителем.
  Надеяться на воду в трубах нельзя. Сегодня она есть, а завтра труба будет сухой.
• Сосед решил отмотать показания счетчика, и подключил нуль к своей батарее отопления. По всей системе появился потенциал: от 220 вольт вблизи квартиры соседа, до нуля в районе подключения трубопровода к главной заземляющей шине.
• У кого-то установлен бойлер без заземления, и он пробивает фазу в бак с водой. Пара ближайших этажей, получает в кранах с водой напряжение до 110 вольт.
• «Продвинутый» сосед электрик организовал заземление электроплиты на стояк с горячей водой (он действительно имеет хороший контакт с грунтом, к тому же конструктивно соединен с ГЗШ). А после аварии, на втором этаже заменили кусок стального стояка, на пластик. У соседа «электрика» коротнула фаза на корпус электропечи, и весь подъезд выше 2 этажа получил на стояке потенциал более 127 вольт.

Вы скажете, что это все незаконно, и запрещено? Да, это так.

Но это логика пешехода, который видит несущийся на него автомобиль, и продолжает находиться на переходе, уповая на ПДД. Пешехода собьют, водителя обязательно накажут. Кому от этого станет легче?

Не следует надеяться на то, что вокруг вас все придерживаются Правил устройства электроустановок. Поэтому организуем дополнительное уравнивание потенциалов.

Уравнивание или выравнивание

Многие путают два основных понятия:

1. Уравнивание потенциалов, это нивелирование разницы потенциалов между доступными к прикосновению одним человеком открытыми проводящими поверхностями. Относится к штучным электроустановкам или проводникам.
2. Выравнивание потенциалов, это снижение разности потенциалов на большой площади: грунт, бетонный пол. Например, в здании — это соединений всей арматуры в стенах между собой, и с ГЗШ.

Создание системы дополнительного уравнивания потенциалов (ДУП)

• Система ДУП не может функционировать без наличия в том же помещении шины защитного заземления. Мало того, использование системы без заземляющего контура опасно! Рабочий нуль также не может быть использован в качестве рабочего заземления.
• Дополнительное уравнивание потенциалов работает в паре с системой ОУП. При отсутствии последней — выполняет ее функции.
• Шина дополнительного уравнивания потенциалов ШДУП должна объединить в единый контур все электроприборы с металлическим корпусом, розетки, сантехническое оборудование (систему водоснабжения, ванну, мойку) и систему отопления.Только в этом случае обеспечивается утечка тока в «землю» не через тело человека, а по шине ДУП.
• К системе также подключаются конструкционные элементы помещения, выполненные из токопроводящих материалов: металлические дверные коробки, заново уложенная арматура (например, при ремонте полового покрытия), металлические профили для гипсокартона, и прочее.
• Каждый элемент подключается к шине неразрывным проводником без возможности разъединить электрическую связь: установка коммутационной аппаратуры (выключатели, автоматы защиты) запрещена.
• Все элементы подключаются параллельно, недопустимо организовывать последовательный шлейф.

Уравнивание потенциалов в ванной комнате производится со всеми элементами, находящимися в помещении санузла. Даже если входящая труба уже соединена с ШДУП или ШОУП.

Соединение с элементами, не имеющими специальных контактов для подключения, производится с помощью хомутов, зажимов.

Организация системы ДУП в частном доме может не производиться, при строительстве и организации энергоснабжения должна быть установлена основная система уравнивания потенциалов. Для обеспечения безопасности, следует смонтировать дополнительную систему в ванной комнате.

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!

Система уравнивания потенциалов

Что такое система уравнивания потенциалов и для чего она нужна?

Согласно ПУЭ * (п.1.7.32.): Уравнивание потенциалов — это электрическое соединение проводящих частей * для достижения равенства их потенциалов.

Для чего же нужна система уравнивания потенциалов? Что бы разобраться представим схему электроснабжения ванной комнаты:

Из приведенной выше схемы видно, что ток, при включении стиральной машины в розетку, проходит через ее электродвигатель и возвращается обратно в сеть через N-шину по нулевому проводу. От той же N-шины выполнено заземление (зануление) корпуса стиральной машины, это необходимо для того, что бы в случае повреждения изоляции в стиральной машине и замыкании на ее корпус произошло отключение напряжения аппаратом защиты. Но т.к. корпус стиральной машины подключен к той же N-шине по которой протекает ток через нулевой провод, возникает опасность перетекания тока от нулевого провода через N-шину к корпусу стиральной машины и появлении на нем электрического потенциала.

Справочно: За направление движения тока условно принимается направление электрической энергии — от генератора, к потребителю.

Как известно напряжение (обозначается буквой U) — это разница потенциалов двух точек (обозначаются буквами φ₁ и φ₂):

Например, в нашем случае, фазный провод имеет потенциал φ₁=220 Вольт, а нулевой провод имеет потенциал φ₂=0 Вольт, тогда напряжение между фазным и нулевым проводом (напряжение сети) будет равно:

U=220 — 0 =220 Вольт

Кроме нулевого провода нулевой потенциал так же имеют все проводящие конструкции здания имеющие контакт с землей, например: система отопления, металлические трубы подачи горячей и холодной воды, металлическая газовая труба, арматура здания и т.д.

Представим ситуацию: на корпусе стиральной машины, в результате изображенного на вышеуказанной схеме подключения, появился электрический потенциал, равный, к примеру, 30 Вольт, в это время человек приняв ванну оперся на стиральную машину, потянулся за полотенцем и коснулся полотенцесушителя, который, через систему отопления имеет связь с землей (т.е. его потенциал равен нулю), человек может получить удар током, т.к. ток, как известно, протекает по пути наименьшего сопротивления:

Напряжение между рукам (т.е. между точками «А» и «В») будет равно:

где: φ₁ — потенциал на корпусе стиральной машины; φ₂ — потенциал на полотенцесушителе

Ток пройдет по корпусу стиральной машины, далее по цепи рука-рука на полотенцесушитель а с него по системе отопления в землю, кроме того ток так же может пройти по цепи рука-нога, т.к. пол в ванной, как правило, так же является токопроводящим.

Для того что бы предотвратить такое развитие событий и применяется система уравнивания потенциалов:

В данном случае, даже при возникновении вышеизложенной ситуации с появлением электрического потенциала на корпусе стиральной машины, потенциал той же величины возникнет на всех проводящих конструкциях и следовательно напряжение между любыми точками здания будет равным нулю.

Например, на корпусе стиральной машины появился потенциал φ₁ = 30 Вольт, в этом случае на всех проводящих конструкциях ванной комнаты через систему уравнивания потенциалов, появится потенциал той же величины φ₂ = 30 Вольт. Напряжение в этом случае будет равно:

U= φ₁ — φ₂= 30 — 30 = 0 Вольт

2. Устройство системы уравнивания потенциалов.

Система уравнивания потенциалов (СУП) делится на основную (ОСУП) и дополнительную (ДСУП).

2.1 Устройство основной системы уравнивания потенциалов.

Основная система уравнивания потенциалов (ОСУП) выполняется, как правило при новом строительстве либо реконструкции здания и должна предусматривать подключение к главной заземляющей шине (PE-шина) следующие проводящие части * (согласно п. 1.7.82. ПУЭ):

1) нулевой защитный проводник питающей линии;

2) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание (если есть заземлитель);

3) металлические трубы коммуникаций, входящих в здание: горячего и холодного водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т.п.

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;

4) металлические части каркаса здания;

5) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования. При наличии децентрализованных систем вентиляции и кондиционирования металлические воздуховоды следует присоединять к шине РЕ щитов питания вентиляторов и кондиционеров;

6) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категорий;

7) заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если такое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;

8) 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.

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 мм 2 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 мм 2 , алюминиевых — 16 мм 2 , стальных — 50 мм 2 . (п.1.7.137 ПУЭ)

Как видно на представленной выше схеме все проводящие части входящие в состав основной системы уравнивания потенциалов подключаются к Главной Заземляющей Шине (ГЗШ) отдельными проводниками, а сама ГЗШ должна быть заземлена путем ее присоединения к заземляющему контуру.

Внутри вводных электрощитков в соответствии с п. 1.7.119. ПУЭ в качестве ГЗШ должна использоваться PE шина. Как это выглядит разберем на примере подключения к ОСУП газовой трубы частного жилого дома:

Для подключения проводников системы уравнивания потенциалов к трубам применяют специальные хомуты:

2.2 Устройство дополнительной системы уравнивания потенциалов.

Система дополнительного уравнивания потенциалов (ДСУП) должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток. (п. 1.7.83. ПУЭ)

Таким образом ДСУП является обязательной для помещений с повышенной опасностью в отношении поражения человека электрическим током, в которых имеется возможность одновременного прикосновения человека к открытым проводящим частям стационарного электрооборудования с одной стороны и сторонней проводящей частью — с другой.

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 подключенными 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 заземленной металлической сеткой или заземленной металлической оболочкой, подсоединенными к системе уравнивания потенциалов. В качестве дополнительной защиты для нагревательных элементов рекомендуется использовать УЗО на ток до 30 мА (п. 7.1.88. ПУЭ).

ВАЖНО!: Не допускается использовать для саун, ванных и душевых помещений системы местного уравнивания потенциалов. (п. 7.1.88. ПУЭ).

Таким образом дополнительная система уравнивания потенциалов предназначена для дополнения основной системы уравнивания потенциалов и не должна выполняться при ее отсутствии.

Подключение проводящих частей дополнительной системы уравнивания потенциалов может выполняться как по радиальной схеме, так и шлейфом по магистральной схеме с обеспечением непрерывности соединяющего проводника. При этом подключение, как правило выполняется через КУП — коробку уравнивания потенциалов.

КУП предназначена для подключения к одному проводнику системы уравнивания потенциалов нескольких проводящих частей. КУП имеет следующий вид:

Пример дополнительной системы уравнивания потенциалов (в данном случае газовая колонка подключена к электросети, т.е. условно принимаем, что она является стационарным электроприбором):

Присоединение проводников ДСУП:

Для системы дополнительного уравнивания потенциалов могут быть использованы отдельные специально предусмотренные проводники.

Сечение проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов (п. 1.7.138 ПУЭ):

• 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.

При этом в соответствии с пунктом 1.7.126. ПУЭ наименьшие площади поперечного сечения защитных проводников должны соответствовать следующим значениям:

ПРИМЕЧАНИЕ: Площади сечений защитных проводников приведены для случая, когда защитные проводники изготовлены из того же материала, что и фазные проводники. Сечения защитных проводников из других материалов должны быть эквивалентны по проводимости приведенным.

Минимальные сечения медных проводников дополнительного уравнивания потенциалов, не входящих в состав кабеля, должны быть следующими (п. 1.7.127 ПУЭ):

• 2,5 мм 2 — при наличии механической защиты;
• 4 мм 2 — при отсутствии механической защиты.

Общая схема уравнивания потенциалов здания будет иметь следующий вид:

М — открытая проводящая часть; С1 — металлические трубы водопровода, входящие в здание; С2 — металлические трубы канализации, входящие в здание; С3 — металлические трубы газоснабжения с изолирующей вставкой на вводе, входящие в здание; С4 — воздуховоды вентиляции и кондиционирования; С5 — система отопления; С6 — металлические водопроводные трубы в ванной комнате; С7 — металлическая ванна; С8 — сторонняя проводящая часть в пределах досягаемости от открытых проводящих частей; С9 — арматура железобетонных конструкций; ГЗШ — главная заземляющая шина; Т1 — естественный заземлитель; Т2 — заземлитель молниезащиты (если имеется); 1 — нулевой защитный проводник; 2 — проводник основной системы уравнивания потенциалов; 3 — проводник дополнительной системы уравнивания потенциалов; 4 — токоотвод системы молниезащиты; 5 — контур (магистраль) рабочего заземления в помещении информационного вычислительного оборудования; 6 — проводник рабочего (функционального) заземления; 7 — проводник уравнивания потенциалов в системе рабочего (функционального) заземления; 8 — заземляющий проводник

Плакат-памятка по устройству системы уравнивания потенциалов.

ПУЭ — Правила устройства электроустановок

Проводящая часть — часть, которая может проводить электрический ток. (Согласно п. 1.7.7. ПУЭ)

Открытая проводящая часть — доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции. (Согласно п. 1.7.9. ПУЭ)

Сторонняя проводящая часть — проводящая часть, не являющаяся частью электроустановки. (Согласно 1.7.10. ПУЭ)

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.