Уверен, многие из вас слышали про систему уравнивания потенциалов (сокращенно - СУП), но мало кто понимает что это такое и для чего это нужно. Данная статья призвана устранить это недоразумение.
Что такое система уравнивания потенциалов?
СУП предназначена для выравнивания потенциала всех проводящих частей здания:
- элементы здания;
- конструкции здания;
- инженерные сети и коммуникации;
- системы молниезащиты.
Соединение всех токопроводящих частей здания выполняется защитными проводниками PE, которые прокладываются отдельно, либо могут входить в состав линий электроснабжения. Эти проводники образуют так называемую «сетку» в здании и должны соединять все его вышеперечисленные части с заземляющим устройством и заземлителями.
В случае повреждения в электроустановке и попадания на проводящие части здания потенциала (напряжения), возникает ток короткого замыкания, либо большие токи утечки, которые приводят к отключению поврежденного участка цепи от источника питания, путем срабатывания автоматических выключателей или УЗО.
В прошлых статьях мы рассказывали о системах заземления TN-C-S, TN-S, где по требованиям ПУЭ-7 электропроводка жилых, бытовых и административных зданий запрещена без применения защитных проводников, т.е. проводников PE. Это в первую очередь положительно сказывается на электробезопасности.
Система уравнивания потенциалов (СУП) бывает 2 видов:
- основная система уравнивания потенциалов (ОСУП);
- дополнительная система уравнивания потенциалов (ДСУП).
Основная система (ОСУП)
Состоит из:
- контура заземления (заземляющее устройство);
- главной заземляющей шины (ГЗШ);
- «сетки» защитных проводников PE;
Главная заземляющая шина (ГЗШ), она же шина РЕ, устанавливается в вводном распределительном устройстве (ВРУ) здания. К ГЗШ подключается стальная полоса, идущая от контура заземления (заземляющего устройства).
К этой же главной шине подключается:
- PEN-проводник вводной линий (кабеля) в системе заземления TN-C-S;
- PE-проводник вводной линии (кабеля) в системе заземления TN-S.
1. Запрещено устраивать систему уравнивания потенциалов в домах с системой заземления TN-C.
2. Запрещено соединение защитных PE-проводников с нулевыми рабочими N-проводниками начиная от главной заземляющей шины (ГЗШ).
3. Схема соединения к заземляемым конструкциям, элементам и инженерным сетям здания должна быть радиальной. Радиальная схема выполняется следующим образом: на каждую заземляемую часть здания приходится свой проводник уравнивания потенциалов. Соединять PE-проводники уравнивания потенциалов шлейфом строго запрещено!
4. Запрещается устанавливать в цепях защитных PE-проводников различные коммутационные аппараты защиты. Непрерывность защитных проводников - это самое главное и основное требование.
Дополнительная система (ДСУП)
С основной системой уравнивания потенциалов (ОСУП) мы разобрались. Теперь давайте рассмотрим, что же такое дополнительная система уравнивания потенциалов. ДСУП необходима для обеспечения дополнительной электробезопасности в помещениях с повышенной опасностью, например, ванная комната или душевое помещение.
Она состоит из:
- коробки уравнивания потенциалов, сокращенно КУП;
- проводников уравнивания потенциалов.
Как монтируется ДСУП?
- В первую очередь необходимо определиться с местом установки коробки уравнивания потенциалов (КУП).
- Далее нужно соединить шину PE вводного электрического щитка (квартиры, дачи) с шиной PE, расположенной в коробке уравнивания потенциалов (КУП). Делается это медным проводом сечением 6 кв.мм.
- Третьим шагом, согласно , будет соединение всех металлических конструкций ванной комнаты:
- отопление;
- холодный водопровод;
- горячий водопровод;
- ванна или душевая кабина.
- Защитные проводники уравнивания потенциалов от заземленных конструкций прокладываем и подключаем к шине PE в коробке уравнивания потенциалов (КУП). Крепление защитных проводников уравнивания потенциалов к трубам можно производить с помощью металлических хомутов.
- Также дополнительному заземлению подлежат все розетки, установленные в ванной комнате.
Контроль качества
Сечение защитных проводников уравнивания потенциалов выполняются медным проводом сечением 2,5 — 6 кв. мм.
После проведения электромонтажа системы уравнивания потенциала необходимо пригласить специалистов электролаборатории для проведения следующих электрических измерений:
- измерение сопротивления заземления;
- проверка наличия цепи между заземляемыми конструкциями и заземляющей шиной PE в коробке (КУП).
Это была вводная информация о системе уравнивания потенциалов. Если у вас возникли уточняющие вопросы, задавайте их в комментариях.
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.
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.
Уравнивание потенциалов – доходчиво. Каждый человек, который изучал физику в школе, помнит о том, что любой проводник наделен собственным потенциалом. Сам по себе потенциал не представляет собой никакой опасности, опасна разница потенциалов, которые есть у любого изделия из металла. Чем существеннее такая разница, тем выше вероятность получить удар электрическим током. Как проводится выравнивание потенциалов?
В чем заключается смысл выравнивания потенциалов?
Такое явление как разность потенциалов может быть спровоцировано большим количеством различных факторов. Некоторые из них выглядят следующим образом:
– Перенапряжения в атмосфере;
– Блуждающие сгустки энергии;
– Статическое напряжение;
Наиболее опасной является такая разность потенциалов, которая возникает в результате утечек напряжения из неисправных участков электропроводки посредством вещей, изготовленных из металла или электрической бытовой аппаратуры. В качестве примера можно рассматривать следующую ситуацию: человек, проживающий в многоэтажном доме, находясь в своей ванной, касается трубы, изготовленной из металла, и получает удар электрическим током. Подобная ситуация возникла из-за того, что изоляция электроприбора, находящегося в другой квартире, является неисправной. По причине неисправной изоляции потенциал металлической трубы изменился и человек, коснувшийся ее, получил поражение электрическим током.
Для того чтобы провести выравнивание потенциалов всех электрических приборов, которые могут представлять собой опасность, их надо объединить. Проще всего такую манипуляцию выполнить с помощью медной проволоки, объединяя стоящие рядом приборы, трубы и другие объекты. Создав общую цепь между трубами или между приборами, человек выравнивает потенциал.
Однако объединения всех потенциально опасных объектов недостаточно. Для полной безопасности в процессе использования электрических бытовых приборов необходимо, чтобы проводка была заземлена.
Система выравнивания потенциалов
Механизм для уравнивания потенциалов является достаточно важной системой. При этом каждый желающий, имея в своем расположении необходимую информацию, может собрать такой механизм собственноручно, не привлекая помощников со стороны. Монтаж такой системы выполняется в 5 этапов, выглядят эти этапы следующим образом:
– Монтаж короба, в который будет помещена шина заземления;
– Монтаж от шины и подсоединение медного электрического шнура имеющего изоляцию. Сечение шнура не должно быть менее 4 миллиметров;
– В заранее подготовленный канал внутри стены помещаются отдельные шнуры, которые будут соединять приборы между собой. Так происходит выравнивание потенциалов.
Уравнивание потенциалов - снижение разности потенциалов между доступными одновременному прикосновению открытыми проводящими частями - ОПЧ , сторонними проводящими частями - СПЧ , заземляющими и защитными проводниками (РЕ - проводниками), а также РЕN - проводниками путем электрического соединения этих частей между собой.
Назначение уравнивания потенциалов с помощью эквипотенциальных связей - сделать среду обитания человека свободной от появления разности потенциалов и обезопасить человека от поражения электрическим током. Это означает, что все проводящие части электротехнического (ОПЧ) и неэлектротехнического оборудования, строительных конструкций (СПЧ) должны быть соединены между собой.
Части, которые не могут сохранить общий потенциал (не могут быть присоединены к общей системе уравнивания потенциалов), должны быть отделены от остального оборудования таким образом, чтобы они не были доступны для одновременного прикосновения. Если в результате повреждения изоляции или индукции возникает импульс напряжения на одной из доступных проводящих частей, то все доступные одновременному прикосновению проводящие части должны приобрести то же самое напряжение для исключения появления разности напряжений , опасной для человека. В случае, когда одна из доступных частей является землей, все окружающее оборудование должно быть соединено с землей через возможно более низкое сопротивление.
Выравнивание потенциалов - снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу (или на поверхности) и присоединенных к заземляющему устройству , либо путем применения специальных покрытий. При распределенном заземляющем устройстве безопасность обеспечивается не только уменьшением потенциала заземлителя, но и выравниванием потенциалов на защищаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых.
Изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходит плавно . При этом напряжение прикосновения U пр и напряжение шага U ш имеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя. Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад потенциала. Чтобы исключить в этих местах опасные напряжения шага, которые особенно высоки при больших токах замыкания на землю, по краям контура за его пределами (в первую очередь в местах проходов и проездов ) укладывают в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы , соединенные с заземлителем. Тогда спад потенциала в этих местах происходит по пологой кривой.
Внутри помещений выравнивание потенциалов происходит благодаря металлическим конструкциям, трубопроводам, кабелям и подобным им проводящим предметам, связанным с разветвленной сетью заземления. Арматура железобетонных зданий также способствует выравнивание потенциалов.
