Что такое уравнивание потенциалов: назначение
Система уравнивания потенциалов позволяет обезопасить человека от поражения электрическим током. Данная конструкция используется как в бытовых, так и в промышленных масштабах и монтируется в помещениях с повышенной влажностью и при наличии токопроводящих металлических конструкций.
Присоединяемые элементы:
- Система водоснабжения;
- Отопительная система;
- Водосток;
- Полотенцесушитель.
В первую очередь, необходимо понимать, для чего данная система предназначена и как она работает. Все металлические элементы конструкций отличные проводники электрического тока и в общедомовых масштабах многие связаны в единую сеть.
В нормальном (рабочем) состоянии, все элементы имеют нулевой электрический потенциал, и соответственно разности между ними нет. Но если разность потенциалов возникла между двумя металлическими элементами конструкций, то при одновременном их касании, человека может поразить электрическим током.
Данную ситуацию можно рассмотреть на нескольких примерах. Предположим, человек принимает ванну. Между металлической ванной и краном регулировки воды может возникнуть разность потенциалов. Человек находясь в воде, имеет прямой контакт с поверхностью ванны и одновременно касается металлической части водопроводного крана.
В данном случае, человек становится проводником электрического тока, который всегда движется от большего значения к меньшему. Таким образом, он проводит электрический ток.
Для того чтобы обезопасить человека, в обязательном порядке производится устройство системы уравнивания потенциалов, которая в свою очередь позволяет срабатывать автоматике при различных неисправностях в работе электрической сети.
Как сделать систему уравнивания потенциалов
Заземление в ванной комнате регламентируется правилами эксплуатации электроустановок (ПУЭ), которые различают три варианта установки ванн, смесителей и другой сантехнической арматуры.
- Водопроводные трубы во всем доме выполнены из металла.
- Локальные ответвления систем водоснабжения выполнены из металлопластиковых труб.
- Внутренние водопроводные сети проложены поливинилхлоридными или полипропиленовыми трубами без внешнего или внутреннего металлического армирования.
Выравнивание потенциалов должно проводиться в отношении всех металлических частей, которые доступны для прикосновения – корпусов стиральных машин и душевых кабин, вентилей кранов и смесителей. В том числе для металлической арматуры в бетонной стяжке пола, а также металлической оплетки греющих кабелей.
Если все трубы металлические, подключение к СУП производится в одной точке – перед основными запорными вентилями, что исключает нарушение соединения при проведении сантехнических работ. То же самое касается систем водопровода из металлопластиковых труб, если по технологии соединения их внутренняя металлическая оболочка образует непрерывный контур.
Если все трубы пластиковые, то заземление сантехнической арматуры является рекомендуемым действием. Заземление ванны из чугуна или листового металла не требуется, если слив выполнен из сантехнических полипропиленовых труб, а смесители устанавливаются отдельно от них. Акриловые же емкости или ванны, имеющие такое покрытие, заземляются в обязательном порядке, поскольку этот материал склонен к накоплению статического электричества.
Локальная земля
Выравнивание потенциалов возможно только в том случае, если имеется так называемая локальная земля. В документах, которые регламентируют нормы электробезопасности, это понятие определяется как часть физической земли, которая находится под воздействием тока, стекающего по заземлителю, а потому имеющей потенциал, отличный от нуля.
Основной проблемой при создании СУП является именно организация локальной земли. В большинстве сегодняшних новостроек из стяжки пола ванной комнаты выведена металлическая деталь, которую ошибочно принимают за место подключения к локальной земле. Ошибочно по двум причинам: во-первых, арматура перекрытия может находиться под действием наведенного тока; во-вторых, при стекании тока на нее она сама становится его источником.
Локальной землей для СУП в частных домах может стать отдельный заземляющий контур, к которому защитным проводником РЕ (оболочка желто-зеленого цвета) подключаются все дополнительные контакты розеток. А вот в многоквартирных домах этого лучше не делать, поскольку проводник PE имеет высокое электрическое сопротивление из-за большой протяженности.
Если же вы живете в доме со старой проводкой из двух линий, то решение вопроса о том, как заземлить ванную в квартире, где нет заземления, кажется наиболее сложным. Подключать СУП к технологической нейтрали категорически запрещено, поскольку при работе электроустановок в ней течет ток. Кроме того, при технологическом переключении электролиний возможна смена фазировки.
Для размещения системы уравнивания потенциалов в ванной комнате устанавливается клеммная коробка с металлической шиной, к которой подключаются все проводники-заземлители от труб, корпусов стационарных электроприборов и арматуры в стяжке пола. Их общая масса и объем уже достаточны для эффективного рассеивания электрического заряда и могут считаться локальной землей.
Однако лучший результат дает использование батареи последовательно включенных бумажных конденсаторов 220/400 вольт. Провод от общей заземляющей клеммы подключается к отрицательному контакту первого в цепи, а последний положительный остается свободным. Через него происходит рассеивание накопленного заряда.
Размеры заземлителя
От размеров проводников, использующихся в качестве заземлителя, во многом зависит эффективность СУП. Правила эксплуатации электроустановок требуют, чтобы их длина была как можно короче. В качестве материала используются медные многожильные провода. Если он в диэлектрической оболочке, то их сечение не менее 2,5 мм 2 , а при использовании так называемого гибкого металлорукава – 4,0 мм 2 . Можно применять и стальную полосу, но ее сечение не должно быть менее 16,00 мм 2 .
Вероятность наступления события, когда на водопроводных трубах и сантехнической арматуре появляется электрический потенциал, достаточно низка. Поэтому многие годами пользуются ванной комнатой, вообще не задумываясь о СУП. Однако его последствия могут быть слишком печальными. Поэтому лучше заземлите всю сантехнику.
Причины и опасность
Прежде чем устранять разность потенциалов, нужно выяснить, что является основными причинами ее появления. Провоцирующие факторы:
- образование статического электричества;
- регулярное воздействие на предмет блуждающих токов;
- высокое атмосферное давление (подобные явления часто наблюдаются, когда на улице гроза).
- структурные изменения в металлических конструкциях и деталях.
Особую опасность в себе несет утечка электротоков из жил проводки, замыкание на корпусах бытовой техники и прочих электрических приборов. Чаще всего подобное явление можно встретить в ванной комнате – прикоснувшись к влажному крану или трубе, можно получить удар током. Происходит это чаще всего из-за разрушения изоляционного слоя или нарушения целостности проводов. Эта и подобные ситуации могут привести к негативным последствиям, например:
- Человек стоит на полу и в этот момент касается батареи или трубы, которая, как выясняется позже, находится под напряжением. Каждая поверхность, которой касается человек, имеет разный потенциал, следовательно, ток начинает проходить через его тело. Результат – получение электротравм разной степени тяжести.
- Если поверхность пола была не изолированная, а заземленная, человека тоже неизбежно ударит током.
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:
- Шина выравнивания потенциалов.
- 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.
- Ограничитель перенапряжения в линии данных.
- Кронштейны крепления заземляющих проводников к металлическим трубам.
- Фундаментный заземлитель с шиной, входящий в общую систему выравнивания потенциалов.
Основная СУП
Она закладывается, непосредственно, при строительстве здания либо в процессе его реконструкции или капитального ремонта.
Основные составляющие СУП:
- Заземляющий контур.
- Провода РЕ.
- Главная заземляющая шина.
Не будем вдаваться в подробности организации основной СУП, поскольку это тема отдельной статьи, но приведем три догмата ее построения:
- Объединять провода, используемые СУП с рабочим нолем (N), категорически запрещается.
- Заземление должно проводиться по радиальной схеме, то есть к каждому элементу подводиться отдельный проводник.
- В системе нельзя устанавливать никакие коммутационные устройства, поскольку одно из основных требований гласит, что входящие в нее проводники должны быть беспрерывны.
Необходимость дополнительной СУП и ее основные элементы
Казалось бы, зачем устанавливать дополнительную систему, если есть основная, на это есть несколько весомых причин, приведем две из них:
- Обеспечение безопасности во влажных помещениях, где установлено электрооборудование (например, ванная комната и кухня).
- Нет гарантии, что сосед снизу в процессе ремонта не заменил в стояке или контуре отопления металлические трубы на пластиковые, нарушив тем самым основную СУП.
Как видите, этих двух причин вполне достаточно для возникновения потенциальной угрозы жизни.
Коробка уравнивания потенциалов (КУП), снабженная специальной клеммной колодкой (ШДУП) для дополнительного подключения элементов с токопроводящими свойствами. Желательно выбрать изделие известных брендов, например, DKC, Hegel или отечественные модели КУП2604, КУП2603, КУП1101 и т.д. Размер коробки подбирается в зависимости от количества подключаемых элементов. В большинстве случаев будет достаточно типовых 100х100х50 мм, например, как КУП в исполнении для открытой установки, продемонстрированная на рисунке 4.
В принципе, можно использовать и коробки неизвестных брендов из Поднебесной, только прежде, чем производить установку, убедитесь, что для их изготовления использовался негорючий материал. Помимо этого проверьте качество исполнения внутренней клеммной колодки. Было немало случаев, когда крепление не обеспечивало надежного контакта.
Рис 4. Внешний вид коробки для уравнивания потенциалов
Провода, используемые ДСУП. Их количество должно соответствовать числу подключаемых элементов. За основу берется медный провод, у которого сечение в пределах 2,5-6 мм. Сразу заметим, что алюминиевые жилы не подходят для этой задачи, поскольку образующаяся на нем оксидная пленка может нарушить контакт, сведя на нет функциональное назначение системы.
Назначение коробки уравнивания потенциалов
Любое электрооборудование, имеющееся в жилом доме, офисе или здании, при эксплуатации нуждается в уравнивании потенциалов. Этого требуют правила техники безопасности. КУП снижает разность потенциалов. Это касается заземленных металлических частей электрооборудования с поверхностью земли или пола.
Процесс происходит путем соединения заземления с проводниками, уложенными на поверхность. Такая схема снижает напряжение прикосновения в случае замыканий, повреждения изоляции, повышения напряжения и является вариантом уравнивания потенциалов.
Важно! КУП дополняет СУП и обеспечивает безопасность от ударов током в душевых кабинах, а также других объектах с повышенной электрической опасностью. Случаи возникновения разности потенциалов:
Случаи возникновения разности потенциалов:
- при нарастающем статическом электричестве;
- при изъянах металлических изделий;
- во время высокого атмосферного напряжения, к примеру, при грозе;
- действие блуждающих токов также может привести к разности потенциалов.
Вам это будет интересно Соединение меди и алюминия
Предназначение КУП
Замыкание на корпусах электроприборов и утечка тока из проводов представляют особую опасность. Зачастую это происходит в ванной комнате, когда человек, дотронувшись до прибора мокрыми руками, получает удар током. Этому способствует поврежденная изоляция, которая проходит вблизи водопроводных труб. В результате этого может возникнуть разность потенциалов.
Уравнивание потенциалов обезопасит от удара электрическим током. Все металлические части бытовой техники, корпусов электрооборудования, водопроводных труб и отопительную систему соединяют в единую цепь при помощи специальных проводников. Это уравнивает электрический потенциал и защищает от удара током при прикосновении.
Примеры использования системы
Обратите внимание! Эффективное заземление — обязательное условие уравнивания потенциалов. Таким образом все металлические предметы и корпуса техники объединяются в один проводник и подключаются к общей шине в землю с распределительным щитком
Молниезащитная конструкция
Удары молнии провоцируют то, что сила тока резко увеличивается и начинает быстро нарастать. Возникающая в таком случае разность потенциалов в несколько раз превосходит разницу, которая образуется при утечке электроэнергии из сети. Во избежание негативных последствий эту разницу необходимо нивелировать.
Добиться этого можно, если объединить электрические устройства, детали из металла, заземление и защищающее оборудование. Проводники подключить к уравнивающей шине, которая соединяется с заземляющей конструкцией.
Молниезащитная уравнивающая система устанавливается на входе в помещение и в местах, где безопасное расстояние не может быть обеспечено (на поверхности земли, на нулевом этаже).
В зданиях, имеющих бетонный либо металлический каркас, или в местах, оборудованных молниезащитой, выравнивание осуществляется на уровне земли. В строениях большой высоты потенциалы уравниваются через каждые 20 метров.
При установке токопроводящих элементов их требуется располагать на безопасном удалении от системы выравнивания. Иначе возникнут опасные связи между КУП, молниеприёмником и молниеотводом.
Подробнее о потенциале и его уравнивание
Для полного понимания нужно рассмотреть уравнивание потенциалов доходчиво. Следует более примерно подойти к этому вопросу. Для этого следует взять любой электрический проводник – в данном случае провод. Так же следует вспомнить понятие о электрическом токе.
Во время нормальной работы (спокойного состояния) каждый проводник обладает полностью равномерным распределением своих электронов. Этим правилом подвержены как отрицательные, так и положительно заряженные частицы в структуре.
Но все меняется, если проводник подсоединяется к устройству, у которого происходит создание на одном из полюсов избыток их, а на другом их недостаток. После подсоединения все электроны самого проводника начнут свое направленное движения. Его целью будет выравнивание недостатка и избытка. То есть все будет стремиться вновь вернуться в нормальное (спокойное) состояние.
Это направленное движение всех электронов и будет являться электрическим током. А создание на полюсах проводника избытка или наоборот недостатка электронов будет считаться положительным или отрицательным потенциалом (электрическим).
Именно такая разница, которая находиться на полюсах и приводит к тому, что появляется электрический ток. При неизменной разнице между потенциалами и равномерном движение электронов в заданном направление ток называется – постоянным. Но в случаи если отрицательный и положительный потенциал меняются между собой расположением, то такой ток будет – переменным. Обычно в сетях, которые используются повсеместно, ток меняется примерно, пятьдесят раз в секунду. Таким образом, и создается переменный ток с частотой пятьдесят Герц.
Разобравшись с электрическим током, можно лучше понять, в чем заключается уравнивание потенциалов.
Становиться понятно, что в нормально режиме ток перемещается от одного электрического потенциала к другому с переменной направления пятьдесят раз за секунду. В квартире находиться масса металлических изделий, по которым в нормальном состоянии не должен протекать ток. И их электрический потенциал условно равняется – нулю.
В принципе такими проводниками в квартире служит масса предметов. Это и арматура в стенах, трубы в системах отопления и водоснабжения. Сами приборы, потребляющие электроэнергию, так же снабжены металлическими корпусами.
В какой-то момент где-то происходит попадание тока на батареи отопления. Так как они взаимосвязаны по всему дому, то соответственно у них происходит изменение электрического потенциала.
В этот момент могут случиться следующие ситуации.
- Покрытие, из которого сделан пол в помещение, в котором находиться человек не проводит электрический ток. В таком случае повреждение человека током не произойдет.
- На лице находящимся в таком помещение надета обувь.
- Пол заземлен. В таком случае произойдет удар электрическим током. В таком случаи необходимо использовать УЗО.
- Пол не является проводником. При этом человек одномоментно касается и батареи, которая в данный момент находиться под напряжением и любой рядом проходящей металлической трубы или предмета. В таком случае, у этих двух предметов наблюдается разность потенциалов. Проводником для уравнивания начинает служить тело человека. Повреждения от электрического тока, будет вплоть до смертельного.
Именно от такого поражения и нужно производить защиту системы при помощи уравнивания потенциалов.(рис. 2)
Рис. 2. Система уравнивания потенциалов
Для этого нужно соединить все имеющиеся конструкции из металла, не находящихся постоянно под напряжением. Тогда при попадании напряжение на них, все они будут под одинаковым потенциалом. При таком устройстве, даже при выходе на металлические части 220 вольт – удара током не произойдет. В таком случае человек должен обязательно находиться на изолированной поверхности.
Монтаж выравнивающей коробки
Перед тем как устанавливать коробку для выравнивания потенциалов, требуется составить схему подключения. Она позволяет не допустить грубых ошибок в процессе монтажа и определить наиболее подходящее месторасположения. Устройство должно быть расположено таким образом, чтобы к нему имелся лёгкий доступ.
Установку следует начинать с прокладывания заземляющего проводника от основной шины до уравнивающей коробки. Затем необходимо закрепить коробку. На этапе строительства здания её легко расположить в полой или сплошной стене, если же монтаж осуществляется уже в готовом помещении, то корпус КУП придётся монтировать открытым способом. После закрепления коробки можно переходить к подключению следующих деталей:
- Труб горячей и холодной воды.
- Канализационной трубы.
- Корпуса ванны (если она металлическая, а не акриловая).
- Отопительного радиатора в ванной комнате.
- Короба металлической двери.
- Экрана тёплого пола.
- Решётки вентиляции.
Перед соединением металлических деталей их поверхность следует тщательно зачистить. Это необходимо сделать для обеспечения максимально надёжного контакта и более эффективной работы всей системы. Если вместо металлических трубопроводов в доме используются пластиковые трубы, то для их соединения применяются специальные диэлектрические вставки, равномерно установленные по всему контуру системы выравнивания потенциалов.
Провода, которыми будут соединяться составляющие системы выравнивания, должны проходить по заранее продуманным трассам. От каждого проводника по радиальной траектории к коробке должен быть проложен отдельный кабель. Коробку также нужно соединить с розетками и кабелями с помощью заземляющих кабелей.
Несмотря на то что коробка ШДУП выполняет важную защитную функцию, она не может быть установлена повсеместно. Исключения составляют дома старого фонда, в которых заземление реализовано по схеме TN-C, когда используется объединённый PEN-проводник. Если в таком случае произойдёт обрыв нулевого провода, то выравненные потенциалы создадут опасность электротравм в домах, где КУП отсутствует.
Исправить ситуацию поможет переход на заземляющую схему TN-C-S. Она реализуется путём раздвоения PEN-проводника, находящегося в распределительном щитке, на отдельные PE и N кабели. Их присоединяют к заземлительному контуру и подключают с помощью медного проводника к основной шине, отвечающей за заземление.
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.
В соответствии с современными нормами, в здании, где проложена электропроводка, должна иметься система уравнивания потенциалов. Причем, помимо основной, устанавливается и дополнительная СУП. Об организации последней (подключение коробки уравнивания потенциалов и т.д.) пойдет речь в этой статье. Начнем с теории, а именно, что представляют собой СУП.
Пример организации основной и дополнительной СУП