система уравнивания потенциалов что это такое простыми словами
Что такое уравнивание потенциалов
Что такое разность потенциалов, и почему она опасна для человека? Любой металлический предмет большого размера (водопроводная труба, радиатор отопления, ванна, корпус холодильника) является хорошим проводником электрического тока. Даже без прямого контакта с источником напряжения, на поверхности этих предметов может возникнуть наведенный электрический ток, по аналогии с шаговым напряжением.
Как это работает
Предположим, что в вашей квартире все розетки и электроприборы заземлены. В теории вы чувствуете себя в безопасности. Ваш сосед снизу, проводя ремонт, заменил канализационную трубу с чугунной на пластиковую. Теперь между вашей чугунной ванной и физической землей отсутствует надежная электрическая связь. У соседа пробило изоляцию в люстре, и через влажный пол вашей ванной комнаты, потенциал порядка 100 вольт появился в ванной с водой.
Поскольку в канализационном стоке пластиковая вставка, замыкания на землю не произошло, и защитный автомат не сработал. Весь потенциал накопился в вашей ванной. Вы, находясь в воде, прикасаетесь к смесителю. Через стальные трубы водопровода, он имеет надежную электрическую связь с грунтом. Вы получаете гарантированное поражение электротоком.
Почему так произошло?
Любой проводник содержит в себе электроны. Пока нет разницы в потенциалах на концах проводника, электроны стоят на месте, и электроток не протекает. В описанной ситуации, труба водопровода имеет нулевой потенциал по всей длине. Ванна с водой, по причине распространения напряжения от неисправной проводки этажом ниже, через отрезок чугунной трубы, имеет потенциал 100 вольт. Эти предметы между собой не соприкасаются, поэтому электрического тока нет.
После касания одновременно ванной под напряжением и фактически заземленного смесителя, по вашему телу протекает электрический ток. Человек на 80% состоит из воды, поэтому он вполне себе неплохой проводник. Электроны просто устремляются от точки с меньшим потенциалом, к точке с большим потенциалом. Поэтому уравниванию потенциалов в ванной комнате следует уделить особое внимание.
Справедливости ради, если бы вы просто оказались с ванной под напряжением (ничего не касаясь), и так же из нее удалились, никакого поражения электротоком не было. Вы никогда не задавались вопросом, почему птицы, сидящие на проводе ЛЭП с напряжением свыше 1000 вольт, не погибают от удара током? Потому, что у них такой же потенциал, как у провода: 1000 вольт. Они не касаются других проводов, разницы потенциалов нет, соответственно, нет и электротока через их тушки.
Еще один пример. Вставьте в отключенную розетку кусок провода (в фазу), и свободно подвесьте его, чтобы он не касался стены и пола. Подайте напряжение — ничего не произойдет. Тем не менее по всей длине провода есть потенциал 220 вольт. Стоит соединить провод с любым предметом, у которого потенциал относительно «земли» ниже, через соединитель (например, человека), потечет ток.
Отсюда вывод: любые предметы, которые в обычных условиях не находятся под напряжением (за исключением аварийных ситуаций), всегда должны иметь равный потенциал. В случае с жилыми помещениями — равный нулю. Для этого, все металлические элементы жилого дома, включая арматуры в стенах, соединяются с контуром заземления еще на этапе строительства.
Это называется: основная система уравнивания потенциалов (ОУП). Вблизи каждого здания расположена главная заземляющая шина (ГЗШ), надежно (обычно с помощью сварки) соединенная с заземлителем (контуром). Она периодически проверяется специальными службами (со временем может рассыпаться от коррозии), и монтируется еще на этапе закладки фундамента.
Можете быть уверены, что все металлические предметы вашей многоэтажки имеют электрический контакт с ГЗШ. Сразу после ввода в эксплуатацию, контур уравнивания потенциалов работает безупречно. Это требование Правил устройства электроустановок соблюдается всегда. Пока не начинаются ремонты в квартирах.
В чем опасность
Вы скажете, что это все незаконно, и запрещено? Да, это так.
Но это логика пешехода, который видит несущийся на него автомобиль, и продолжает находиться на переходе, уповая на ПДД. Пешехода собьют, водителя обязательно накажут. Кому от этого станет легче?
Не следует надеяться на то, что вокруг вас все придерживаются Правил устройства электроустановок. Поэтому организуем дополнительное уравнивание потенциалов.
Уравнивание или выравнивание
Многие путают два основных понятия:
Создание системы дополнительного уравнивания потенциалов (ДУП)
Уравнивание потенциалов в ванной комнате производится со всеми элементами, находящимися в помещении санузла. Даже если входящая труба уже соединена с ШДУП или ШОУП.
Соединение с элементами, не имеющими специальных контактов для подключения, производится с помощью хомутов, зажимов.
Организация системы ДУП в частном доме может не производиться, при строительстве и организации энергоснабжения должна быть установлена основная система уравнивания потенциалов. Для обеспечения безопасности, следует смонтировать дополнительную систему в ванной комнате.
Видео по теме
Зачем нужно уравнивать потенциалы
Что такое напряжение? Это разница потенциалов. Если на корпусе бытовой технике, например, 50 вольт, а на заземленном радиаторе «0», получим разницу в 50 В, попадающих на человека. Чтобы этого не произошло, потенциалы надо выровнять, чтобы везде было одно и то же значение. Сделать это можно, если обустроить отдельную систему заземления и правильно подключить к ней металлические части оборудования.
Реальные примеры появления опасного потенциала в городской многоэтажке
Изначально вся система заземления в новом жилом здании исправна и работает в штатном режиме. Иначе здание просто не примут в эксплуатацию. Но вот проходят годы, у кого-то из жильцов начинается ремонт, на первом этаже, к примеру, появляются учреждения, а то и все здание начинают реконструировать. Опасное напряжение на металлических элементах в квартире может появиться в таких распространенных случаях:
Разница между уравниванием и выравниванием потенциалов
В первом случае речь идет о ликвидации малейшей разницы между токопроводящими поверхностями, доступными для прикосновения человеком. Уравнивание потенциалов имеет отношение к проводникам либо отдельным электроустановкам. Во втором случае имеется в виду уменьшение разности потенциалов на большой площади. Например, бетонный пол в цеху, соединение арматуры в ж/б конструкциях с ГЗШ.
Основная система уравнивания потенциалов (ОСУП)
Обустраивается при возведении дома с «нуля» либо в ходе его капитального ремонта, реконструкции. Система подразумевает наличие главной заземляющей шины, к которой подсоединяются:
Подсоединение осуществляется радиальным способом: к одной токопроводящей части идет один проводник от ГЗШ. Площадь сечения проводников ОСУП не допускается меньше ½ такого же параметра самого большого кабеля электрооборудования. Обычно использование проводников с площадью сечения свыше 25 кв. мм (по меди или аналогичных по сопротивляемости току материалов) не требуется. Но в любом случае минимальное значение площади проводов в ОСУП (об этом гласит п. 1.7.137 ПУЭ):
После того, как все металлические части подключены к ГЗШ, для чего используются хомуты различных диаметров, сама шина подсоединяется к контуру заземления. При обустройстве ОСУП не допускается:
Дополнительная система уравнивания потенциалов (ДСУП)
Ее задача – соединение всех открытых для касания токопроводящих частей бытовой техники и сторонних элементов, имеющих отношение, например, к каркасу, фундаменту здания. Сюда же относятся заземляющие контакты бытовых розеток. Т. е. ДСУП обязательно используется там, где существует повышенный риск поражения электротоком. Это когда есть риск касания человеком сразу нескольких не защищенных диэлектриком металлических частей техники и сторонней проводящей частью. Примером могут служить ванные комнаты, душевые. Речь идет не только о полотенцесушитялях, газовых колонках. Если в помещении «теплый пол», нагреватели, помещаемые в цементную стяжку, необходимо закрыть металлической мелкоячеистой сеткой или иной подобной защитой, подключенной к заземлению. Сами нагреватели оснащаются защитой в виде УЗО, рассчитанного на ток до 30 мА.
В обязательном порядке ДСУП должна использоваться только как дополнение к главной системе. Отдельное использование местной системы уравнивания потенциалов не допускается. Проводники допсистемы подсоединяются двумя способами:
Подключения производятся в специально выпускаемой коробке уравнивания потенциалов. Здесь несколько открытых металлических частей подсоединяются к общему проводу. Минимально допустимые размеры защитных проводников при площади сечения фазового кабеля в кв. мм:
Вышеприведенные параметры справедливы в том случае, если защитный и фазовый провод сделаны из одинаковых материалов. При использовании медных жил в кабеле системы ДСУП наименьшее сечение составляет 2,5 кв. мм при использовании механической защиты и 4 кв. мм, если ее нет.
О главной заземляющей шине (ГЗШ)
Это один из основных элементов системы уравнивания потенциалов. Внешне выглядит, как металлическая пластина. Материал ее изготовления – медь или сталь, использование алюминия не допускается. Запрет связан с разностью сопротивлений при контакте с другими металлами: в результате происходит перегрев, болты начинают выгорать, крепление ослабевает, заземление перестает функционировать. Сечение ГЗШ не может быть меньше такого же параметра проводника питающей линии. Еще одно требование к конструкции – возможность быстрого отсоединения/присоединения отдельных проводников. Вместе с тем процедура должна осуществляться только посредством специнструмента.
Где устанавливается ГЗШ и ее маркировка
Обычно это ящик главного ввода в здание. Если шина устанавливается отдельно, место должно быть легкодоступным для обслуживания и недалеко от вводного устройства. При монтаже в помещениях, куда открыт доступ только квалифицированным специалистам, ГЗШ может находиться в открытом состоянии. Если шина находится в местах, доступных для посещения посторонними лицами, необходимо предусмотреть защитный шкафчик, ящик, запираемый на ключ. При этом на дверцу наклеивается знак заземления на желтом фоне. Внутри обязательно должна быть схема соединений. Здание с несколькими вводными устройствами, должно иметь для каждого из них отдельную шину. Все они соединяются между собой отдельным проводником. Пример маркировки: ГЗШ-22-УХЛ4-ТВ. Расшифровка и другие возможные обозначения:
Вне зависимости от конструкции шины для всех изделий приняты общие эксплуатационные нормы:
При покупке шины необходимо знать характеристики изделия. Кроме размеров, сечения, это максимальный длительный ток. Например, для серийной ГЗШ сечением 160 кв. мм толщиной 3 мм, шириной 20 мм предельный ток составляет 625 А. В комплекте идут стальные болты М8х25 с гайками и шайбами. При заказе указывается количество требуемых отверстий, предпочитаемый способ фиксации к поверхности.
Создание системы выравнивания потенциалов
Электричество давно стало неотъемлемой частью повседневной жизни каждого из нас. Люди настолько привыкли к этому благу, что порой забывают об опасностях, которые могут возникнуть при эксплуатации электроустановок (бытовых электроприборов). На начальном этапе проектировании энергоснабжения любого объекта, особое внимание уделяется безопасности. Практически все пользователи электроприборов знают, что такое оголенный провод, изоляция, заземление. А вот термин «выравнивание потенциалов», знаком только профессиональным электрикам. Если мы не видим внешних признаков проблемы, возникает ложное чувство отсутствия опасности. И это при том, что переменное напряжение свыше 42 вольт, может оказаться смертельным для человека.
В каких случаях напряжение или электрический ток может представлять угрозу для здоровья или жизни
Само по себе наличие напряжения (или потенциала) не несет никакой проблемы. Опасность представляет электрический ток. Он возникает при наличии разности потенциалов между концами проводника.
Важно знать! Тело человека является хорошим проводником для электротока, по причине наличия в клетках жидкости.
Что такое разность потенциалов
Для примера возьмем обычную пальчиковую батарейку. На ее плюсовом контакте есть потенциал значением приблизительно 1.5 вольт, на минусовом — 0 вольт. Если соединить измерительный прибор (мультиметр) с положительным контактом (используя оба провода), значение будет нулевым. А если произвести замер между «плюсом» и «минусом» — мы увидим на приборе напряжение 1.5 вольта.
Почему так происходит? Между плюсовым и минусовым контактом есть разность потенциалов со значением 1.5 вольта. Соответственно, если соединить эти клеммы проводником (электрическая цепь, металлический провод, и прочее) между ними будет протекать электрический ток.
Как это работает на примере электроприборов
Возьмем бытовую розетку 220 вольт. На фазном контакте есть потенциал 220 В, на нулевом — 0 В. Между ними есть разность потенциалов 220 вольт. Если соединить контакты куском провода с малым сопротивлением (условно 1 Ом), то в проводнике возникнет электрический ток 220 ампер (по закону Ома). Разумеется, на практике так делать нельзя, провод моментально расплавится, а изоляция загорится.
Если за два контакта возьмется человек, то несмотря на высокое сопротивление тела, силы тока будет достаточно для фатального исхода.
Все устройства, производящие электроэнергию, имеют соединение нулевого контакта с «землей»: буквально с физическим грунтом. Это означает, что между любым фазным проводом, и физической землей всегда есть разность потенциалов, равная напряжению фазы.
То же самое происходит и в условиях помещения (жилого, производственного, и прочего). На корпус электроприбора может быть подана фаза. Это может возникнуть при аварийной ситуации: повреждение изоляции, попадание влаги в контактную группу, неисправность блока питания. При одновременном касании корпуса, находящегося под напряжением, и элемента инфраструктуры помещения, который имеет электрическую связь с физической землей (например, трубопровод), возникает опасность поражения электротоком.
Если электроприбор имеет правильно подключенное заземление, фаза на корпусе соединяется с «землей»: происходит короткое замыкание, и защитный автомат разъединяет цепь. Поражения электрическим током не происходит.
Это идеальная ситуация, когда в помещении выполнены нормы Правил устройства электроустановок (ПУЭ).
На практике ситуация может быть иной
Допустим, ваш сосед по подъезду подключил нулевой провод к системе отопления (причины рассматривать не будем: от простой неграмотности до желания отмотать счетчик электроэнергии). На металлических трубах возникает опасный потенциал: от 50 до 220 вольт. Теоретически, напряжение должно «уйти в землю», поскольку стальные трубы проложены в грунте. Однако, если между вашей квартирой и подвалом, произведена замена участка трубопровода на пластик, проводник размыкается. И ваш полотенцесушитель в ванной имеет потенциал, скажем: 170 вольт.
Вы касаетесь металлической трубы и заземленной стиральной машины. Возникает та самая разность потенциалов (с напряжением, опасным для жизни), только источником проблемы является не ваш электроприбор, а труба полотенцесушителя, находящаяся под напряжением.
Как видно из иллюстрации, защитное заземление в данном случае не работает.
Рассмотрим другой вариант:
У вас в стене проложен силовой провод, рядом с которым проходит водопроводная труба. Под нагрузкой (например, включен бойлер либо электрическая духовка), в трубе может наводиться ЭДС (электродвижущая сила). Вода получит нежелательный потенциал, до 50 вольт. Может это и не смертельное напряжение, но при касании смесителя на кухне, вы будете ощущать неприятные пощипывания электротоком. Особенно, если в стяжке пола есть стальная арматура, которая по влажным стенам помещения имеет контакт с физическим грунтом.
В этом случае, рабочее заземление также не работает.
Причины появления разности электрических потенциалов
Кроме очевидных условий, таких как пробой изоляции на корпус электроустановки, или несанкционированное подключение к элементам конструкций, существуют скрытые факторы:
Как обезопасить себя от подобных ситуаций? Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривает систему выравнивания потенциалов.
Уравнивание и выравнивание
Разберем основные понятия и термины:
Кроме того, к выравниванию потенциалов относится снижение разности электрических потенциалов на поверхности грунта (пола, перекрытий) для предотвращения эффекта шагового напряжения.
Что означает термин «не размыкаемое»? Все токопроводящие линии соединены между собой постоянно (контактные колодки, винтовые соединения, пайка, сварка и прочее). Не допускается установка размыкающих устройств: плавких предохранителей, выключателей, защитных автоматов. То есть, вся система выравнивания потенциалов представляет собой единый токопроводящий контур, объединенный с аналогичным контуром защитного заземления.
Благодаря этим системам, во всех точках, которых может одновременно коснуться человек, происходит выравнивание электрического потенциала до одинакового значения. Ситуация, когда при одновременном касании в одной точке будет напряжение 220 вольт, а в другой 10 вольт, исключается.
Ваш дом становится абсолютно безопасным.
Важно! Система работает только в случае, когда все без исключения металлические предметы объединены. Если хотя бы один элемент или электроустановка исключены из соединения проводниками — считайте, что весь контур не работоспособен.
В чем отличие системы выравнивания потенциалов от защитного заземления
Заземление — это преднамеренное не разъемное электрическое соединение частей электроустановки или цепи с заземлителем. Предназначено для снижения напряжения (в точке, где его не должно быть при нормальных условиях эксплуатации), до безопасного уровня.
Как видим, в определении нет понятия потенциала (разности потенциалов). Кроме того, организация заземления производится только на электроустановках, или электроцепях. Выравнивание потенциалов относится и к элементам инфраструктуры, а также к металлическим предметам, не являющимся электроустановками.
При этом, защитное заземление эффективно работает лишь в комплексе с устройствами защитного отключения (предохранительными вставками, автоматическими выключателями). Без таких устройств, организация заземления не снижает безопасность электроустановок, и может привести к пожару при возникновении замыкания фазы на «землю».
В отличие от заземления, система выравнивания потенциалов является самодостаточной, дополнительных защитных приспособлений не требуется. Единственное условие — наличие электрического соединения с физической землей.
Требования организации системы выравнивания потенциалов в ПУЭ
В Правилах устройства электроустановок нет четкого и универсального определения данной системы. Устройство выравнивания потенциалов имеет специфику в зависимости от мест применения. В разных типах помещений, при работе с различными видами электроустановок и прокладке токоведущих линий, существуют свои методики.
Для примера рассмотрим наложение переносного защитного заземления, при производстве ремонтных работ в электроустановках с трехфазным питанием:
Все токоведущие шины в пределах одной электроустановки соединены между собой (уравнивание потенциалов), а затем присоединены к заземлителю (выравнивание потенциалов). При появлении напряжения на любой из частей, разности электрических потенциалов не возникнет, работа проводится в безопасных условиях.
В ПУЭ есть перечень защитных мер, где эта система упоминается, как один из пунктов, обязательных к применению:
Создание систем выравнивания потенциалов
Проект каждой системы индивидуален, и разрабатывается в соответствии с конфигурацией помещения. Существуют общие правила монтажа, которые необходимо выполнять:
Какие объекты подключаются к системе выравнивания потенциалов
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.
На схеме это выглядит так:
Монтаж системы выравнивания потенциалов многоквартирного дома (производственного помещения)
Установка элементов системы начинается в процессе строительства. При создании фундамента, по всему периметру будущего сооружения прокладывается металлическая шина. Это замкнутый проводник (стальная полоса или арматура) с приваренными ответвлениями для соединения с заземлителями, и для внутренней разводки проводников. Для обеспечения равномерного растекания потенциала в физическую землю, по контуру здания устанавливается несколько групп заземлителей на равном расстоянии. По возможности, между ними обеспечивается равное расстояние.
От общей шины выполняются разветвления в каждую секцию (подъезд), где устанавливается вводной щит питания. Формируется щиток заземления, соединенный с системой выравнивания потенциалов.
Он располагается в щитовой, или в подвальном помещении. Доступ к щитку должен быть ограничен (если это не частный дом). К обслуживанию допускаются только представители энергокомпании, или ГУП.
Далее, к фундаментной шине присоединяется стеновая арматура здания.
Важно! Вся контурная (каркасная) система соединяется между собой с помощью сварки. Только после проверки надежности и электропроводности соединения, производится окончательная заливка бетоном.
К вертикальным элементам системы приваривается арматура перекрытия. При необходимости, выполняются шинные переходы из помещения в помещение.
После возведения стен, по наружной стене прокладывается токопроводящая шина для молниезащиты, устанавливаемой на крыше. Все эти проводники входят в систему выравнивания потенциалов.
Обязательно выполняются отводы в виде арматуры или стальных полос в шахты, по которым прокладываются вертикальные трубопроводы (стояки). После монтажа систем водоснабжения и канализации, к стальным трубам привариваются проводники для соединения с системой выравнивания потенциалов.
Важно! В старых домах, где неоднократно проводились ремонтные работы (без капремонта), в стояках могут быть пластиковые вставки.
Это означает, что целостность системы выравнивания потенциалов нарушена. Рекомендуется продублировать соединение, просто подключив заземляющий проводник к шине заземления. Это можно сделать с помощью контактного хомута.
Информация для справки
Для соблюдения эстетики, в жилых домах не создается шина выравнивания потенциалов в каждой квартире. Ее роль выполняет шина заземления, расположенная во вводном щитке. По современным требованиям электробезопасности, во всех подъездных шахтах со стояками, прокладывается стальная полоса (для системы выравнивания потенциалов), соединенная с защитным заземлением. Она как бы закольцовывает общий контур по второму кругу, дублируя заземление.
При создании собственной системы в квартире, допускается использовать эту точку подключения. Создав собственный щиток, вы можете подключить к нему объекты, не являющиеся электроустановками. Например – ванну (если она не из акрила или пластика).
Для этого на корпусе должен быть специальный контакт. Если его нет — используйте штатные крепежные элементы.
Создание системы выравнивания потенциалов в частном доме
Принцип такой же, как и в многоквартирном жилье, только объем работ существенно меньше. После установки заземлителей (это тема отдельной статьи), вы прокладываете совместную с заземлением шину выравнивания потенциалов. От нее производится параллельная разводка в соответствии с правилами:
Чтобы оценить количество охваченных объектов — взгляните на иллюстрацию.
Точки подключения помечены кружочками.
При строительстве нового дома, вы сможете оптимизировать затраты, предусмотрев несколько базовых щитков для подключения заземления и системы выравнивания потенциалов. Это позволит сэкономить заземляющий проводник при разводке в разные комнаты.
Несколько советов для повышения качества работы системы
Нежилые помещения
В технических помещениях, мастерских, на производстве, шина выравнивания потенциалов (как правило, представляющая собой и рабочее заземление) прокладывается открытым способом по внутренней стене. К ней подключают заземляющие проводники электроустановок, а также линии, соединяющие все токопроводящие элементы помещения. Таким образом формируется идеальная система выравнивания потенциалов.
В офисных зданиях, чтобы не портить внутреннюю отделку, можно спрятать шину в декоративный пластиковый короб для прокладки кабеля. Часто владельцы игнорируют заземляющие проводники от радиаторов отопления. Это недопустимо — большинство случаев поражения электротоком происходят именно при одновременном касании оборудования и батарей отопления.
Важно!
Офисные помещения более опасны в плане возникновения разности потенциалов в самых неожиданных местах. Неконтролируемые соседи-арендаторы могут подбросить любой «сюрприз» в виде напряжения в системе водопровода, или соединения фазного провода с оплеткой интернет кабеля. Поэтому перед началом работы в таком здании, потратьте немного времени и средств на проверку систем защитного заземления и выравнивания потенциалов. Вы сбережете и здоровье сотрудников, и офисную технику.
После изучения материала, вы научились различать системы безопасности при работе в помещениях с электроустановками. За каждым требованием Правил устройства электроустановок стоит чья-то жизнь. Не приобретайте печальный опыт ценой своих ошибок. Система выравнивания потенциалов монтируется один раз, и навсегда дает уверенность в безопасности.