Системы уравнивания потенциалов. Что такое система уравнивания потенциалов и зачем она нужна Ток уравнивания потенциалов
В наших квартирах и домах, производственных помещениях и офисах, где мы работаем, полным-полно металлических корпусов и конструкций, во время одновременного прикосновения к которым человек может попасть в зону разности потенциалов. Чтобы такого не произошло потенциалы надо уравнять. Как это сделать практически? Соединить все имеющиеся в здании токопроводящие элементы. Такая система уравнивания потенциалов (СУП) создаёт безопасную для человека среду. Одним из элементов СУП является коробка уравнивания потенциалов (КУП).
Об этих СУП и КУП поговорим более подробно, но сначала рассмотрим на практических примерах, что представляет собой разность потенциалов в обычных квартирах и откуда она появляется.
Причины
Все мы учили физику и помним, что потенциал сам по себе опасности абсолютно никакой не представляет. Опасаться надо разности потенциалов.
В квартирах разность потенциалов у труб и бытовых электроприборов может возникнуть вследствие следующих обстоятельств:
- Повредилась изоляция провода, и происходит утечка тока.
- В системе заземления возникли блуждающие токи.
- Схема подключения электрического оборудования выполнена неправильно.
- Проявляется статическое электричество.
- Электрические приборы неисправны.
Опасность
Помните со школы? Любой металлический предмет проводит электрический ток. В наших домах подобные предметы повсюду. Это – трубы центральной отопительной системы, холодного и горячего водопровода; батареи и полотенцесушитель; короб вентиляции и водосток; металлический корпус любого электроприбора.
В общедомовых коммуникациях металлические трубы между собой взаимосвязаны. Рассмотрим простой пример. У нас есть ванная комната, в которой рядом расположены батарея отопления и душевая кабинка. Если вдруг между этими двумя элементами возникает разность потенциалов, а человек в одно время прикоснётся и к батарее, и к душевой кабинке, будет крайне опасно в плане поражения током. В данном случае тело человека сыграет роль перемычки, по которой потечёт электрический ток. Путь его протекания нам известен из законов физики – от потенциала с большим значением к меньшему.
Ещё один типичный пример, если разные потенциалы возникают на трубах водопровода и канализации. Когда на водопроводной трубе появляется токовая утечка, есть вероятность поражения человека во время купания в ванной. Это произойдёт в том случае, если человек стоит в ванной с водой, при этом открывает слив и касается рукой водопроводного крана. Чтобы подобных проблем не возникало, необходимо уравнивание потенциалов.
Ситуация, когда на трубах в жилом доме присутствует напряжение, показана в этом видео:
Виды
Для того чтобы уравнивать потенциалы существует две системы, о каждой из них мы поговорим более подробно.
Уравнивание основное
Главной считается основная система уравнивания потенциалов, в сокращённом виде она называется ОСУП. По сути, эта система представляет собою контур, объединяющий несколько элементов:
- наиболее важный – главную заземляющую шину (ГЗШ), именно на ней соединяются все остальные элементы;
- всю металлическую арматуру многоэтажного жилого дома;
- молниезащиту здания;
- отопительную систему;
- детали и элементы лифтового хозяйства;
- короба вентиляции;
- металлические трубы водоснабжения и отвода воды.
Каждое здание имеет вводное распределительное устройство (ВРУ), в нём устанавливают главную заземляющую шину (ГЗШ). Она подключается на контур заземления при помощи стальной полосы.
Раньше не нужно было беспокоиться, все металлические элементы объединялись, и не возникало предпосылок для разных потенциалов. Если и появлялся какой-то потенциал на трубе, по пути наименьшего сопротивления он спокойно уходил в землю (мы ведь помним, что металл – это отличный токопроводник).
Сейчас ситуация изменилась, многие жильцы во время ремонтных работ в квартирах меняют металлические водопроводные трубы на полипропиленовые либо пластиковые. За счёт этого общая цепочка разрывается, батареи и полотенцесушители остаются без защиты, потому что пластик не обладает проводящей способностью и не связан с заземляющей шиной. Представьте, что у вас остались металлические трубы, а сосед снизу всё поменял на пластик. При появлении потенциала на ваших трубах ему некуда уходить, путь в землю прерван пластиковыми трубами соседа. Таким образом и происходит возникновение разности потенциалов.
Есть у основной системы небольшая проблема. В многоэтажных зданиях коммуникационные пути очень протяжённые, за счёт этого увеличивается сопротивление проводящего элемента. В величине потенциала на трубах первого и последнего этажей будет ощутимая разница, а это уже представляет собой опасность. Поэтому создаётся дополнительная система уравнивания потенциалов, она монтируется на каждую квартиру индивидуально.
Дополнительное уравнивание
Дополнительная система уравнивания потенциалов (сокращённое название ДСУП), монтируется в санузлах, в ней объединяются такие элементы:
- металлический корпус душевой кабинки или ванная;
- вентиляционная система, когда её выход в ванную выполнен коробом металлическим;
- полотенцесушитель;
- канализация;
- металлические трубы водопровода, отопления и газового хозяйства.
А вот тут уже понадобится коробка уравнивания потенциалов. К каждому из вышеперечисленных объектов подсоединяется отдельный провод (одножильный, материал исполнения – медь), его второй конец выводят и подсоединяют в КУП.
Выполнение монтажа
КУП различается в зависимости от того, как конструктивно выполнено здание и куда будет монтироваться сама коробка:
- в сплошную стену;
- в полую стену;
- на стенную поверхность (открытый способ установки).
Представляет собой корпус, выполненный из пластика, внутри которого располагается главный элемент – заземляющая шина. Она изготавливается из меди и имеет сечение не менее 10 мм 2 .
К этой шине через имеющиеся на ней разъемы подсоединяются медные провода от объектов водопроводной, отопительной и газовой систем; от находящихся в помещении электроприборов, а также от розеток и осветительных приборов, установленных в ванной комнате.
Подключение проводов к перечисленным элементам происходит за счёт болтовых соединений либо хомутов. Иногда используют специальные контактные лепестки, в этом случае металлическая связь между защищаемым элементом и проводом буде особенно прочной. Чтобы система уравнивания потенциалов в опасных ситуациях работала, нужен надёжный контакт. Поэтому место на трубах, где будет устанавливаться хомут, нужно зачищать до металлического блеска.
Внутренняя шина отдельным медным проводом, называемым защитным РЕ-проводником, соединяется с вводным квартирным щитком, а уже через него подключается непосредственно к ГЗШ. Сечение РЕ-проводника должно быть не менее 6 мм 2 . Важное условие, если вы решите проложить этот провод в полу, он не должен пересекаться с другими кабелями.
Такая коробка является как бы промежуточным звеном между всеми заземляющимися элементами и вводным щитком. Очень удобно, что от каждого элемента достаточно протянуть проводок только на КУП, а не к общему квартирному щиту.
Когда разводка выполнена пластиковыми трубами, в КУП подсоединяются провода от водопроводных кранов и смесителей.
Перед тем, как монтировать СУП, необходимо узнать, как в доме выполнено заземление. Если по системе TN-C (когда в один провод совмещаются защитный проводник РЕ и рабочий ноль N), выполнять уравнивание нельзя. Это вызовет опасность для других соседей, если у них такой системы нет.
Требования
При монтаже КУПа необходимо придерживаться некоторых требований и правил:
- Её монтаж в ванных комнатах и санузлах обязателен. Во-первых, в этих помещениях расположено много металлических корпусов и поверхностей. Во-вторых, здесь имеется немалое количество электрических приборов. В-третьих, в этих комнатах всегда высокая влажность.
- Устанавливается коробка в том месте, где проходят сантехнические стояки.
- Обязательно подключение всего электрического оборудования, к которому имеется открытый доступ (это, прежде всего, корпуса водонагревательных бойлеров, стиральных машин), а также сторонних проводящих элементов.
- Доступ к КУП должен быть свободным.
- Установка КУП запрещена, когда в доме заземление смонтировано без заземляющего проводника (методом зануления).
- ДСУП запрещается подключать шлейфом.
- ДСУП по всей длине, начиная от КУП в санузле и до самого вводного щитка, нельзя разрывать. Запрещается монтировать в этой цепи любые коммутационные аппараты.
Напоследок хотелось бы сказать, не путайте понятия уравнивание и выравнивание разных потенциалов. Уравнять – значит соединить проводящие элементы электрически, чтобы сделать их потенциалы равными. А выровнять – это снизить разность потенциалов на полу или поверхности земли (шаговое напряжение).
Если в электричестве у вас опыта маловато, то не беритесь сами за такую работу, доверьте её профессионалам. Кроме всего прочего, специалист по окончании монтажных работ должен ещё померить сопротивление заземления, и проверить наличие цепи между заземляющими элементами.
Учитывая повышенную влажность и перепад температур, свойственные ванным и душевым комнатам вполне очевидна обоснованность довольно жестких требований действующих нормативных документов в отношении электрооборудования и электропроводки этих помещений.
Так, помимо необходимости прокладки в в ванных и душевых помещениях только скрытой электропроводки - требование ПУЭ (7.1.40), согласно тех-же Правил (7.1.47) устанавливаемое электрооборудование каждой зоны должно иметь соответствующую ей степень защиты от попаданий воды.
Кроме того, в качестве меры повышения уровня электробезопасности в отношении защиты человека от поражения электрическим током также является обязательность применения для групповых линий питания ванных и душевых комнат устройств защитного отключения (УЗО, дифавтоматов) с отключающим дифференциальным током до 30 мА (7.1.82).
Не менее важным требованием является и наличие дополнительной системы уравнивания потенциалов (ДСУП), к которой должны быть подключены все доступные прикосновению человеком открытые токопроводящие части стационарных ЭУ.
ДСУП в ванной
Электрические потенциалы доступных прикосновению открытых токопроводящих частей ванных комнат имеют определенные величины. Причинами их возникновения могут быть блуждающие токи, статическое электричество, разные структуры токопроводящих материалов.
Разница потенциалов токопроводящих частей (собственно, напряжение) - труб водоснабжения, канализации, ванн, умывальников и пр. может достигать опасных для человека значений - когда одновременное прикосновение к ним может вызвать удар электрическим током.
Если раньше в подобных ситуациях потенциал уравнивался теми-же электрически связанными и заземленными (!) металлическими трубами, то в наше время зачастую может иметь место частичная замена труб канализации, ГВС и ХВС на пластиковые.
То есть, говорить о каком-то гарантированном уравнивании потенциалов и заземлении этих труб в отдельно взятой квартире, учитывая что этажом ниже не исключена их замена на пластиковые, не проводящие ток, разумеется не приходится.
Принципиально ДСУП представляет объединение - создание электрической связи всех токопроводящих доступных для прикосновения частей коммуникаций и сантехнического оборудования и их соединение с главной заземляющей шиной.
Правила монтажа ДСУП
Основным элементом ДСУП являет коробка уравнивания потенциалов (сокр. КУП), шина которой соединяет провода от заземляемых объектов между собой и с ГЗШ. Коробка может быть как открыто установлена, так и спрятана в полости стены или нише - при этом не стоит забывать о необходимости доступа к ней для возможности ее дальнейшего обслуживания.
Как и при монтаже электропроводки, на начальном этапе следует определиться с местами прокладки проводов ДСУП от заземляемых объектов до КУП - рекомендуется проложить кратчайшим путем.
Присоединение проводников к заземляемым частям может быть выполнено любым способом, обеспечивающим качественный и надежный контакт - сваркой, болтовым соединением, для присоединения к трубам могут быть использованы хомуты.
Присоединения необходимо выполнять отдельными ответвлениями, избегая последовательных соединений (иначе говоря, "шлейфы" недопустимы). Рекомендуемое сечение проводников : 4-6 мм2 для провода от КУП до ГЗШ, 2,5-4 мм2 для проводов от коробки до заземляемых объектов. Рекомендуемые и наиболее часто используемые марки провода ПВ-1 и ПВ3.
Уравнивание потенциалов — электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. ПУЭ, п. 1.7.32. Защита от косвенного прикосновения.
Так как защитное заземление (ЗУ) имеет сопротивление, и в случае протекания через него тока оказывается под напряжением, его одного недостаточно для защиты людей от поражения током.
Правильная защита создается путём организации системы уравнивания потенциалов (СУП), то есть электрического соединения и PE проводки, и всех доступных для прикосновения металлических частей здания (в первую очередь водопроводы и отопительные трубопроводы).
В этом случае, даже если ЗУ окажется под напряжением, под ним же оказывается всё металлическое и доступное для прикосновения,т.е. происходит растекание тока по значительной поверхности, что снижает напряжение, и как следствие - риск поражения током.
В кирпичных домах советского периода, как правило, СУП не организовывалась, в панельных же (1970-е и позже) — организовывалась путем соединения в подвале дома и рамы электрощитков (PEN ) и водопроводов.
Определения:
Защитное заземление -заземление, выполняемое в целях электробезопасности - ПУЭ п.1.7.29.
Рабочее (функциональное) заземление
- заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности) - ПУЭ п. 1.7.30.
Определение FE для сетей питания информационного оборудования и систем связи дано в следующих пунктах:
«Функциональное заземление: заземление для обеспечения нормального функционирования аппарата, на корпусе которого по требованию разработчика не должен присутствовать даже малейший электрический потенциал (иногда для этого требуется наличие отдельного электрически независимого заземлителя)» - ГОСТ Р 50571.22-2000 п. 3.14.
«Функциональное заземление может выполняться путём использования защитного проводника (РЕ-проводника) цепи питания оборудования информационных технологий в системе заземления TN-S.
«Допускается функциональный заземляющий проводник (FE-проводник) и защитный проводник (РЕ-проводник) объединять в один специальный проводник и присоединять его к главной заземляющей шине (ГЗШ)» - ГОСТ Р 50571.21-2000 п. 548.3.1
Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:
1) нулевой защитный РЕ- или РЕN- проводник питающей линии в системе TN;
2) заземляющий проводник, присоединённый к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;
3) заземляющий проводник, присоединённый к заземлителю повторного заземления на вводе в здание;
4)металлические трубы коммуникаций, входящих в здание…
5) металлические части каркаса здания;
6) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования….
7) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категории;
8) заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если таковое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;
9) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.
Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов - ПУЭ п. 1.7.82.
Система дополнительного уравнивания потенциалов 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 - ПУЭ п. 1.7.83. ГОСТ Р 50571.3-94.
Система местного уравнивания потенциалов.
Незаземлённая система местного уравнивания потенциалов предназначена для предотвращения появления опасного напряжения прикосновения.
Все открытые проводящие части и сторонние проводящие части, одновременно доступные для прикосновения, должны быть объединены.
Система местного уравнивания потенциалов не должна иметь связи с землёй ни непосредственно, ни посредством открытых или сторонних проводящих частей.
Обозначения:
РЕ - защитное заземление
FE - рабочее (функциональное, технологическое) заземление
Функциональное заземление применительно к учреждениям ЛПУ - для обеспечения нормальной, без помех работы высокочувствительной электроаппаратуры при питании от разделительного трансформатора или согласно техническим требованиям на некоторые виды оборудования
(электрокардиограф, электроэнцефалограф, реограф, рентгеновский компьютерный томограф и тп.) в помещениях операционных, реанимационных, родовых, палатах интенсивной терапии, кабинетах функциональной диагностики и других помещениях при установке в них указанной аппаратуры.
При отсутствии особых требований изготовителей аппаратуры общее сопротивление растеканию тока заземляющего устройства не должно превышать 2 Ом.
Где ГЗШ - главная заземляющая шина защитного заземления.
ГШФЗ - главная шина функционального (рабочего) заземления.
Вариант «А» , с точки зрения электробезопасности, допустим только при условии, что аппаратура питается от разделительного трансформатора (IT - сеть).
Использовать данный вариант для сетей типа TNS категорически не рекомендуется!
Рис.2. Схема протекания тока замыкания на корпус аппарата при использовании независимого функциональног заземления в сети типа TN.
Так как функциональное заземление в отличие от защитного не имеет точки соединения с ГЗШ, а соответственно с нейтралью, то токи короткого замыкания составят не сотни и тысячи ампер, как это происходит при защитном заземлении, а всего лишь десятки ампер. Ситуация усугубится при условии, что FE по заданию выполнено 10 Ом, а в цепи отсутствует УЗО (вычислительная техника, томографы, рентгеновское оборудование и тд.).
Максимальный ток короткого замыкания составит 15,7А.
I кз = 220(В) / (4 + 10)(Ом) = 15,7(А)
При данной схеме питания лучше воспользоваться вариантом «В» или «С», особенно если речь идет о мощном стационарном оборудовании (рентгенаппараты, МРТ и тд.).
Помимо сказанного выше, ситуация (с точки зрения электробезопасности) осложняется вероятностью возникновения разности потенциалов на раздельных системах заземления, тем более если эти системы заземления находятся в пределах одного помещения см. рис.3.
- Шаговое напряжение при срабатывании системы молниезащиты.
- КЗ на корпус в сети ТN-S до срабатывания системы защиты
- Внешние электромагнитные поля.
Вариант «В» удобен при реконструкции уже действующих объектов. Функциональное заземление при этом нередко выполняют с использованием составного, глубинного заземлителя. Второй положительный момент - функциональные заземлители и заземлители защитного заземления связанные между собой проводником уравнивания потенциала взаимно дублируют друг друга увеличивая надежность системы заземления.
Разность потенциалов, вот что опасно для жизни человека. Самым опасным местом в нашей обители остается ванная комната. Чтобы сделать её безопасным местом пребывания, прокладывается контур дополнительного выравнивания потенциалов.
Почему дополнительное? Дело в том, что строение дома должно иметь основной контур заземления по всем современным нормам и правилам строительства. Это означает, что все металлические части и конструкции всего здания заземлены. Но в ванной комнате делают еще один, дополнительный контур уравнивания потенциалов.
Почему необходимо дополнительное уравнивание потенциалов?
Стояки горячей и холодной воды, стояки отопления, все эти части в прошлом были сделаны строго из металла. Но как известно, на смену металлу пришел пластик — полипропеленовые трубы. Если раньше, когда абсолютно все трубы были из металла и опасный потенциал, случайно оказавшись на металлической части, мог без препятствий стечь в землю, то пластик такой возможности не дает. Например, у вас стояки металлические, а вот сосед этажом ниже поменял на пластик. Теперь опасному потенциалу уходить некуда. Взявшись за трубу, на которой скопился опасный потенциал одной рукой, а другой за стояк, который заземлен, то это как раз тот случай, который может оказаться роковым.
Толковая электрика, электричество, электромонтаж для дома, дачи и офиса!
Другая опасность, если нет дополнительного уравнивания потенциалов
Ванная комната опасна и по другим причинам. Помимо металлических частей в ванной комнате присутствует сырость и одновременно множество различных электроприборов. Такое опасное сочетание как раз требует мер повышенной осторожности. В связи с этим и требуются преобразования в виде уравнивания потенциалов . Что это значит?
Все металлические части, предметы стационарного характера, соединяют проводником РЕ (защитное заземление) и отводят в одну общую коробку КУП (аббревиатура КУП — коробка уравнивания потенциалов) в системе ДСУП (аббревиатура ДСУП — дополнительное система уравнивания потенциалов). Затем, из коробки КУП общий проводник выводится на общую клемму РЕ (защитное заземление), которая находится в распределительном щите. Так мы уровняли все потенциально опасные части, и постарались, чтобы ванная комната оказалась безопасной и тихой гаванью.
Где нельзя делать дополнительное уравнивание потенциалов?
Следует помнить о том, что уравнивание делается не во всех квартирах. Если у вас по стояку в подъезде схема заземления TN-C, т.е. отсутствует заземляющий проводник PE (заземление), в ванной комнате уравнивание категорически запрещено, даже если в квартире у вас сделана трехпроводная разводка. Возможно, ваша квартира сделана по системе зануления, а не по системе заземления. Уравнивание потенциалов возможно при схемах заземления TN-C-S или TN-S , т.е. по стояку силовой линии проложен заземляющий проводник РЕ (заземление).
Система уравнивания потенциалов (СУП) используется для того, чтобы обеспечить одинаковый электрический потенциал на всех способных накапливать заряд и проводить электрический элементах здания. Другими словами, требуется обеспечить эквипотенциальную поверхность. Если эта цель достигнута, то временное повышение потенциала в здании наблюдается сразу на всех предметах, благодаря чему исключается протекание опасных для человека и техники токов, либо возникновения искрения между разными элементами.
Главной системой защиты здесь служит основная система уравнивания потенциалов (ОСУП). Уравнивание достигается с помощью подключения всех проводников на электрическом вводе к ГЗШ (главной заземляющей шине).
Соединение обычно производится на ВРУ (вводном распределительном устройстве) либо в непосредственной близости с нему на специальном зажиме.
Элементы, которые требуется подключить к ГЗШ:
— Магистральный заземляющий проводник;
— Основные защитные проводники (PE, PEN);
— Металлические трубы внутренних и внешних коммуникаций в здании, а также проходящие между соседними зданиями (водопровод, канализация, газопровод);
— Металлические части каркаса постройки (сооружения);
— Любые части строительных конструкций, выполненные из металлов (система молниезащиты, кондиционирования, вентиляции, другие централизованные системы).
Обычно основная система уравнивания потенциалов оборудуется только одним выводом, который подключён к ГЗШ. Сама ГЗШ чаще всего устанавливается там же, где находится распределительное устройство.
Если в здании применяются несколько токовводов, то ГЗШ должна быть реализована для каждого отдельного ВУ (ВРУ). Точно также для каждой встроенной трансформаторной подстанции выполняется отдельная ГЗШ. Функции ГЗШ может выполнять PE-шина ВУ (ВРУ, РУНН). Каждый токопроводящий элемент в здании подключать к контуру необходимо отдельным проводником. Не допускается последовательное подключение нескольких проводников.
Сечение проводников, подходящее для использование в ОСУП, должно быть минимум 6 мм2 в случае использования меди и минимум 16 мм2 для алюминиевого провода. Также применяется стальной проводник, которые должен иметь сечение не меньше 50 мм2.
