СУП: зачем нужна и как работает система уравнивания потенциалов?

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.

В названии статьи хотел написать что-то типа “что такое СУП и с чем его едят” или пошутить о том, что СамЭлектрик.ру теперь – кулинарный блог))) Опасность поражения электрическим током Для примера разберём т

Зачем нужно уравнивать потенциалы

В большинстве систем электроснабжения современных зданий и сооружений нулевой провод соединяется с землей через специальную шину. Металлические части бытовой техники, например, корпус утюга или стиральной машины, посудомоечной машины, подключаются к «нулю». При этом на фазе при поступлении напряжения стоит автоматический выключатель, который отключает ток в случае пробоя изоляции.

Но даже при его срабатывании есть вероятность попадания тока по нулевому проводу в корпус бытового прибора. Если человек одной рукой возьмет, например, корпус посудомоечной машины, где есть напряжение из-за пробоя изоляции, а другой рукой батарею отопления, подсоединенную к трубопроводу, уходящему в землю, он получит удар током.

Что такое напряжение? Это разность потенциалов. Например, если на корпусе бытовых приборов 50 вольт, а на заземленном радиаторе «0», мы получим разницу в 50 вольт, приходящуюся на человека. Чтобы этого не произошло, необходимо уравнять потенциалы, чтобы везде было одинаковое значение.

Это можно сделать, если оборудовать 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 доме находится в исправном состоянии и нормально функционирует. В противном случае здание просто не будет использоваться.

Но проходят годы, некоторые жильцы начинают делать ремонт, например, на первом этаже появляются учреждения, и даже все здание начинает реконструироваться. Опасное напряжение на металлических элементах в квартире может возникнуть в таких распространенных случаях:

1. Жильцы начинают замену металлических труб на полипропиленовые. В результате контакт с заземляющим электродом теряется. Не стоит доверять теплоносителю: вода проводит электричество, но сегодня она есть, а завтра ее может не быть (сезонный ремонт, аварии и т д.).
2. Кто-то по известным только ему причинам решил подключить «ноль» от розетки к радиатору отопления. В результате потенциал 220 вольт между фазой и батареями не появляется по всему дому.
3. Один из жильцов установил котел без заземления. В случае разрыва изоляции фаз напряжение попадает в воду: все ближайшие соседи из крана получат, кроме жидкости, удар током.
4. «Продвинутый» соседский электрик решил заземлить свою электроплиту через стояк горячей воды. Теоретически в этом есть смысл, так как трубопровод уходит под землю и подключается к главной шине заземления – ГЗШ. Но если другой сосед, находящийся внизу, после ремонта вставит в стояк кусок пластиковой трубы, то в случае поломки электроплиты все сверху получат от крана горячей воды потенциал 127 вольт.

Разница между уравниванием и выравниванием потенциалов

В первом случае речь идет об устранении малейшей разницы между токопроводящими поверхностями, доступными для прикосновения человека. Выравнивание потенциалов связано с проводниками или отдельными электроустановками.

Во втором случае имеется в виду уменьшение разности потенциалов на большой площади. Например, бетонный пол в цехе, соединение арматуры в железобетонных конструкциях с ГЗШ.

Основная система уравнивания потенциалов (ОСУП)

Его оборудуют при строительстве дома с нуля или при капитальном ремонте, реконструкции. Система предполагает наличие главной заземляющей шины, к которой подключаются:

• защитный провод «ноль», подающий питание в здание;
• провод, соединенный с заземляющей конструкцией, если таковая имеется;
• металлический трубопровод для водоснабжения (ГВС, ХВС), канализации, газового оборудования;
• металлические элементы в каркасе здания (арматура, закладная и т.д.);
• детали воздуховодов, конструкции систем кондиционирования и вентиляции;
• молниезащитные заземлители 2 и 3 категории;
• металлическая оболочка (иногда называемая «броней») телекоммуникационных кабелей.

Соединение выполнено радиальным способом: к токопроводящей части идет проводник из ГЗШ. Площадь поперечного сечения жил ОСУП допускается не менее ½ такого же параметра наибольшего кабеля с электрооборудованием.

Как правило, использование проводников с площадью поперечного сечения более 25 кв мм (для меди или материалов с эквивалентным сопротивлением току) не требуется. Но в любом случае минимальное значение площади проводов в ОСУП (это указано в п. 1.7.137 ПУЭ):

• сталь: 50 кв мм;
• алюминий: 16 кв мм;
• медь: 6 кв.мм.

После того, как все металлические детали соединены с ГЗШ, для чего используются хомуты разного диаметра, к контуру заземления подключается сама шина. При устройстве ОСУП не допускается:

• проводник, идущий на землю, соединить с «нулем», от ГЗШ;
• использовать последовательное соединение проводников, когда один следует за другим: допустим только параллельный способ;
• интегрировать в цепи заземляющих (РЕ) проводников коммутационные изделия, прерывающие сплошную заземляющую линию.

Дополнительная система уравнивания потенциалов (ДСУП)

В его задачу входит соединение всех открытых для прикосновения токопроводящих частей бытовых приборов и сторонних элементов, относящихся, например, к каркасу, фундаменту здания. Сюда же относятся заземляющие контакты бытовых розеток.

Это означает, что DSUP необходимо использовать там, где существует повышенный риск поражения электрическим током. Это когда есть риск прикосновения человека к нескольким металлическим частям оборудования, не защищенным диэлектриком, и сторонней токопроводящей части одновременно. Примерами являются ванны и душевые.

Речь идет не только о полотенцесушителях, газовых колонках. При наличии в помещении «теплого пола» утеплители, размещенные в цементном массиве, должны быть закрыты оребрением из металла или другой подобной защитой, соединенной с землей. Сами нагреватели снабжены защитой в виде УЗО, рассчитанного на токи до 30 мА.

В обязательном порядке ДСУП следует использовать только как дополнение к основной системе. Отдельное использование локальной системы уравнивания потенциалов не допускается. Проводники вспомогательной системы подключаются двумя способами:

• радиальный (к одному отдельному элементу — своему лидеру);
• daisy chain (использование непрерывной магистрали).

Соединения выполняются в специально изготовленной коробке уравнивания потенциалов. Здесь несколько оголенных металлических частей соединены с общим проводом. Минимально допустимые размеры защитных проводников при площади поперечного сечения фазного кабеля в квадратных мм:

• меньше или равно 16 — то же;
• больше 16, но меньше или равно 35-16;
• более 35 — половина этого значения.

Вышеуказанные параметры действительны, если защитный и фазный проводники выполнены из одних и тех же материалов. При использовании медных жил в кабеле системы ДСУП наименьшая часть составляет 2,5 кв.мм при использовании механической защиты и 4 кв.м хмм, если ее нет.

Опасность поражения электрическим током

Возьмем этот случай в качестве примера. Допустим, в ванной есть стиральная машина-автомат. Довольно распространенная ситуация, согласитесь?

При подключении машины к сети ток будет проходить по фазному проводу к электродвигателю, а возвращаться по нулевому проводнику (условному). Нулевой провод в электрощите подключается к нулевой шине, к которой также подключается заземляющий контакт в розетке. То есть корпус стиральной машины каким-то образом подключен к нулевой шине.

Не будем раздувать статью. На рисунке не показана система заземления. Предполагается, что электрощиток на вводе в здание выставлен, а PEN-проводник снова заземлен.

То есть «функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника совмещены в одном проводнике в части его», а затем (после электрощита и во всей квартире) — нулевой защитный РЕ и нулевой рабочий — это разные проводники.

Такое подключение необходимо для корректной работы автоматического выключателя и/или УДТ (УЗО или дифавтомата) при повреждении изоляции.

Немного о терминологии. Когда все в порядке, ток утечки (единицы миллиампер) все равно будет протекать по проводу заземления. Этот ток возникает из-за того, что изоляция внутри стиральной машины не имеет бесконечного сопротивления. Кроме того, на входе многих устройств стоит емкостный фильтр, который по конструкции и схеме имеет малый ток на землю.

При возникновении нештатной ситуации аварийный ток через заземляющий проводник будет называться током замыкания на землю (не путать с током короткого замыкания!).

Совокупность этих токов называется дифференциальным током, на который может реагировать устройство дифференциального тока — ВДТ (УЗО) или дифавтомат (АВДТ).

Ток утечки, ток замыкания на землю, дифференциальный ток — что приводит в действие автоматический выключатель замыкания на землю? SamElectric.ru 13 октября 2021 г

Что может произойти плохого

Как обычно, электрики не могут жить спокойно, пока не обеспечат защиту от всех возможных опасных ситуаций.

На самом деле возможны две наиболее опасные аварийные ситуации:

• Напряжение на трубе — корпус заземлен (потенциальное срабатывание),
• Напряжение на корпусе — трубка заземлена.

На различных металлических поверхностях напряжение может появиться не только при пробое изоляции, но и от наличия статического электричества или появления наведенных или блуждающих токов.

Рассмотрим первый случай. Из-за разности потенциалов может произойти авария — ток потечет из трубы через тело человека в заземленный корпус.

Ток через человека из трубы в заземленное тело Ток через человека из трубы в заземленное тело

Что будет с человеком, если он одновременно коснется трубы водопровода и стиральной машины? Для получения удара током будет достаточно даже небольшой разности потенциалов между корпусом машины и металлической трубой.

Электрический ток будет проходить по опасному пути — из одной руки в другую. В одном из двух описанных примеров ток может протекать через сердце и вызывать фибрилляцию (нарушение работы сердца).

С другой стороны, металлические трубы для водоснабжения или отопления, а также аналогичные технические системы обычно заземлены, то есть имеют потенциал, равный нулю. И если по какой-то причине на корпусе стиральной машины появится опасный потенциал, то ток условно потечет в другую сторону:

Фаза на теле — причина прохождения тока через человека к заземленным предметам Фаза на теле — причина прохождения тока через человека к заземленным предметам

Почему «условно»? Потому что «направление» потока, причина и характер течения не важны. Важен только сам факт течения и его значение.

Не обязательно, чтобы одна из токопроводящих частей была заземлена для создания критической разности потенциалов (более 50 В). Может случиться так, что относительно земли на трубе будет 50 В, а на корпусе стиральной машины — 150. И вот она — смертельная разность потенциалов в 100 В!

Возможно, что обрыв происходит не после деки, как показано крестом на фото выше, а ДО — в щите пола или перед ним (там, где на рисунке надпись «PEN»). Если рабочий и защитный нулевые проводники (N и PE) подключить после точки разрыва (например, в подъездном или квартирном экране), то фазный потенциал появится не только на нулевом, но и на защитном проводнике. Итак — на корпусах всех заземленных устройств и конструкций.

Обрыв нуля в однофазной и трехфазной сети — в чем разница? SamElectric.ru 23 июня 2021 г

Что можно сделать, чтобы предотвратить этот неприятный факт? Логично, что для этого необходимо, чтобы не было разности потенциалов между открытыми токопроводящими частями, где она может появиться.

Что может случиться, обязательно произойдет. Кроме того, даже то, что (кажется) никогда не произойдет, может произойти.

Зачем нужна СУП?

Для предотвращения таких опасностей следует уравнять потенциалы. Для этого используется система уравнивания потенциалов (PSE).

Согласно п. 6.1.1 СП 437.1325800.2018:

При проектировании каждой электроустановки здания необходимо предусмотреть выполнение защитного уравнивания потенциалов, которое обычно включает основную систему уравнивания потенциалов и, возможно, дополнительную систему уравнивания потенциалов. При соответствующих условиях может оказаться необходимым использовать местное уравнивание потенциалов.

Согласно пункту 1.7.32 EIC:

Выравнивание потенциалов — электрическое соединение токопроводящих частей для достижения равенства их потенциалов. Защитное уравнивание потенциалов — уравнивание потенциалов, осуществляемое в целях электробезопасности.

Согласно п. 1.7.51 ПУЭ уравнивание потенциалов является мерой защиты при непрямом прикосновении (при повреждении изоляции или других аварийных ситуациях). Там же указано, что желательно использовать выравнивание совместно с другими мерами безопасности (моя интерпретация).

Принцип работы системы уравнивания потенциалов заключается в присоединении к нейтральному защитному проводнику (ЗЕ) различных токопроводящих частей, к которым может прикоснуться человек. К «токопроводящим частям», упомянутым в ПУЭ, относятся электроприборы, трубы и различные металлоконструкции.

Кроме того, под это требование попадают и бетонные полы, где электрообогреваемый пол является монолитным. Но это уже не уравнивание, а уравнивание потенциалов.

Да, все эти токопроводящие части обычно не проводят ток и не представляют опасности. Но если при аварии (например, износе изоляции) они попадут под опасное напряжение, возникнут проблемы — они будут проводить электричество не только через себя, но и через все, в том числе и через тело человека.

Поэтому заранее (да, электрики те еще пессимисты) все токопроводящие части подключаются РЕ-проводниками к РЕ-шине — это кратчайшее и «практичное» расстояние для стекания опасного тока на заземлитель.

Согласно п. 3.28 СП 437.1325800.2018 и ст. 3.15 ГОСТ МЭК 61140-2012:

Досягаемость руки: область доступного прикосновения, простирающаяся от любой точки на поверхности, на которой человек обычно сидит или ходит, до точки, где человек может дотянуться рукой в ​​любом направлении без использования вспомогательных устройств.

В обычных бытовых влажных и сырых помещениях зоной досягаемости является вся комната. Важно, чтобы в пределах досягаемости не было ни одного предмета, способного проводить ток, который не был бы соединен защитным проводом заземления с ЭМС и, наконец, с ГЗШ.

Что такое ГЗШ?

Чтобы подробнее разобрать назначение, варианты и структуру ЭМС, более подробно узнаем, что такое Главная шина заземления (ГЗШ). Ведь именно ГЗШ является основой всей системы безопасности в любой электроустановке. Подключение к ГЗШ осуществляется защитными РЕ-проводниками, присоединяемыми к ГЗШ, роль которых обычно выполняет шина РЕ (ПУЭ, 1.7.119).

ГЗШ и шина РЕ фактически одно и то же, если она расположена внутри вводного выключателя (ВРУ). И только если ГЗШ находится где-то за пределами ВРУ (где-то у входа в здание, в подвале), палуб может быть две — ГЗШ и ПЭ. Причем ГЗШ, как правило, один (по количеству вводов в здание), а этажей ПЭ несколько (по количеству электрощитов).

Упрощенно это может выглядеть так:

Система заземления и шины N и PE Система заземления и шины N и PE

Такая система гарантирует, что все соединенные части имеют одинаковый потенциал. Напряжение между любыми отдельными точками в такой системе гарантированно равно нулю.

Определение ГЗШ дано в п. 1.7.37 ПУЭ и в ГОСТ 30331.1-2013 ст. 20.5:

Главная шина заземления — это шина, входящая в состав заземляющего узла электроустановки до 1 кВ и предназначенная для соединения между собой нескольких проводников с целью заземления и выравнивания потенциалов.

Требования к ГЗШ отражены в п. 1.7.119 ПУЭ:

Главная шина заземления может быть выполнена внутри блока ввода электроустановки напряжением до 1 кВ или отдельно от него. Внутри блока ввода шина PE должна использоваться в качестве основной шины заземления. При отдельной установке главная шина заземления должна располагаться в доступном, удобном для обслуживания месте рядом с входным блоком.

Сечение отдельно установленной основной заземляющей шины должно быть не меньше линии питания PE (PEN) проводника. Основная заземляющая шина, как правило, должна быть медной. Допускается использование основного заземляющего стержня из стали.

Использование алюминиевых шин не допускается.Конструкция сборной шины должна обеспечивать возможность индивидуального отключения присоединяемых к ней проводников. Отключение должно быть возможно только с использованием инструментов.

В местах, доступных только для квалифицированного персонала (например, распределительные устройства в жилых домах), главная шина заземления должна быть установлена ​​на открытом воздухе. В местах, доступных для посторонних лиц (например, подъезды или подвалы домов), он должен иметь защитную оболочку — шкаф или ящик с дверью, запирающейся на ключ.

Табличка «Заземление» должна быть размещена на двери или на стене над шинопроводом”.

Описание термина «блок заземления» можно найти в СП 437.1325800.2018 п.3.14 и в ГОСТ 30331.1-2013, статья 20.14:

Блок заземления: Комбинация заземляющих проводников, заземляющих проводников и главной заземляющей шины.

ГЗШ обычно соединяется с контуром заземления стальной полосой или медной жилой. К нему подключается PEN-проводник вводного кабеля (при использовании системы заземления TN-CS) или PE-проводник вводного кабеля (при использовании системы заземления TN-S). Или — заземлитель 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: провод РЕ — соединение (винтовое или болтовое).

Должна применяться радиальная схема соединения – то есть нельзя «обвести» защитный проводник, подключив его последовательно к разным защищаемым конструкциям. Главное требование к менеджерам PE — обеспечить преемственность во всем. Поэтому запрещается устанавливать выключатели, переключатели, предохранители и разъемы, которые можно разобрать без помощи инструмента.

Читайте также: Лампа дневного света: разновидности, маркировка, схема подключения

Виды систем уравнивания потенциалов

Система уравнивания потенциалов (СУВ) бывает двух видов — основная система (ОСУП) и дополнительная система (ДСУП). Давайте подробнее рассмотрим каждый и посмотрим, в чем разница между ними.

ОСУП

Согласно п. 1.7.82 ПУЭ:

Основная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие токопроводящие части:

• нулевой защитный РЕ или PEN провод питающей линии в системе TN;
• заземлитель, присоединяемый к заземлителю электроустановки, в системах ИТ и ТТ;
• заземлитель, присоединяемый к повторному заземлителю на вводе в здание (при наличии заземлителя);
• металлические трубы для коммуникаций, заложенные в здании (…). Если газопровод имеет изолирующую вставку на вводе в здание, к основной системе уравнивания потенциалов подключается только та часть трубопровода, которая находится по отношению к изолирующей вставке со стороны здания
• металлические части каркаса здания;

металлические детали централизованных систем вентиляции и кондиционирования. При наличии децентрализованных систем вентиляции и кондиционирования металлические воздуховоды следует присоединять к шине РЕ щитов электроснабжения вентиляторов и систем кондиционирования;

• заземляющее устройство системы молниезащиты по 2 и 3 категории;
  заземлитель для функционального (рабочего) заземления, если он имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;
  металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

Токопроводящие части, входящие в здание снаружи, должны подключаться как можно ближе к месту их ввода в здание. Соединение токопроводящих частей основной системы уравнивания потенциалов должно выполняться по радиальной схеме, т.е каждая токопроводящая часть должна иметь свой заземляющий проводник от шины РЕ.

В крупном масштабе ОСУП состоит из:

• Магистральный железнодорожный автобус (ГЗШ).
• Заземляющее устройство.
• Защитные РЕ-проводники, присоединяемые к корпусам электроприборов (к открытым токопроводящим частям).
• Проводники уравнивания потенциалов, которые присоединяются к сторонним токопроводящим частям (различные конструкции, не входящие в состав электроустановки).

ОСУП может выглядеть так:

Главная ЭМС — в центре ГЗШ основная ЭМС — в центре ГЗШ

ОСУП — это СУП, в основе которого лежит ГЗШ или РЕ-шина. При этом проводники уравнивания потенциалов подключаются к этой шине отдельно, а защитные проводники РЕ могут подключаться как к ГЗШ, так и к шине РЕ, если она имеется отдельно (как показано выше).

Если ГЗШ и шина РЕ одинаковы (такое может быть и в небольшом частном доме), к ней подключаются как защитные проводники, так и проводники уравнивания потенциалов:

PE-шина в виде ГЗШ в малом зданииPE-шина в виде ГЗШ в малом здании

ДСУП

Эта система, как следует из названия, служит дополнением к ОСУП. ДСУП применяют для помещений, где есть повышенный риск поражения электрическим током. В то же время в этом пространстве много открытых и сторонних токопроводящих частей, требующих выравнивания потенциалов. Примером может служить сама ванная комната, которую мы рассматривали в начале статьи.

Система состоит из проводников выравнивания потенциалов, которые соединены друг с другом с помощью коробки выравнивания потенциалов (PCB).

При создании ДСУП необходимо подключить шину РЕ, расположенную в ПМК, к шине РЕ или ГЗШ медным проводом сечением не менее 6 мм2. Кроме того, потенциальные выравнивающие проводники соединяют все металлические поверхности и все технические системы (точнее, открытые и сторонние токопроводящие части), находящиеся в помещении.

Заземляющие контакты розеток в ванной также можно подключить к РСУ. Но обычно это делается с помощью РЕ-проводников, входящих в состав питающего кабеля.

Согласно п. 7.1.88 ПУЭ,

Для ванных и душевых комнат дополнительная система уравнивания потенциалов обязательна и должна в том числе предусматривать подключение сторонних токопроводящих частей, выходящих за пределы помещения.

При отсутствии электрооборудования с нейтральными защитными проводниками, подключенными к системе уравнивания потенциалов, система уравнивания потенциалов должна быть подключена к шине РЕ (клемме) на вводе.

Нагревательные элементы, встроенные в пол, должны быть закрыты заземленной металлической сеткой или заземленной металлической оболочкой, соединенной с системой уравнивания потенциалов. В качестве дополнительной защиты ТЭНов рекомендуется использовать УЗО на ток до 30 мА.

Кроме того, «не допускается применение локальных систем уравнивания потенциалов для саун, бань и душевых». Но об этом мы поговорим в следующей статье!

О главной заземляющей шине (ГЗШ)

Это один из основных элементов системы уравнивания потенциалов. Внешне он похож на металлическую пластину. Материал изготовления – медь или сталь, использование алюминия не допускается. Запрет связан с разницей в сопротивлении при контакте с другими металлами: в результате происходит перегрев, болты начинают прогорать, крепление ослабевает и перестает работать заземление.

Сечение ГЗШ не может быть меньше аналогичного параметра проводника питающей линии. Еще одним требованием к конструкции является возможность быстрого отсоединения/присоединения отдельных проводников. Однако проводить процедуру следует только с использованием специального инструмента.