СУП: зачем нужна и как работает система уравнивания потенциалов?

  • 567
  • Поделиться
  • Пожаловаться

На этот раз Александр Ярошенко, практикующий электрик и электротехник, а также автор блога «СамЭлектрик.ру» решил непросто, но доступно объяснить всем и каждому, что стиральная машина может не только вещи стирать, но ещё и ток проводить. Если, конечно, агрегат подключён и установлен неправильно. А если правильно, то всё будет в порядке. Между делом Александр также раскроет секреты, назначения и спецификацию пары десятков аббревиатур, обозначающих некие устройства, препятствующие трансформации стиральной машины в динамомашину. Итак, слово автору.

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.

Опасность поражения электрическим током

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

Рабочий ток стиральной машины
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
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
Фаза на корпусе — причина прохождения 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.

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 статье 3.15 ГОСТ IEC 61140-2012, зона досягаемости рукой — это 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 или ГЗШ. Ведь именно она является основой всей системы безопасности в любой электроустановке. Подключение к ГЗШ выполняется защитными РЕ-проводниками, подключёнными 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 (например, на вводе здания или 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
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 — это 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
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 ниже?

Питание технологической линии, вводные цепи
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 пункту 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 второй и третьей 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
Основная СУП. В центре 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
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
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 мм2. 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.

Источник: Александр Ярошенко/SamElectric.ru

Ярошенко Александр Александрович
Все новости и публикации пользователя Ярошенко Александр в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Лента публикаций