Выравнивание потенциалов: шина выравнивания потенциалов

Для чего нужно выравнивать потенциалы

Прежде чем подробно рассмотреть эту систему, необходимо разобраться с понятиями электрического потенциала и тока. Их физические характеристики хорошо видны на примере обычного лидера. Когда он находится в состоянии покоя, все заряженные частицы — положительные и отрицательные — равномерно заполняют его внутреннюю структуру.

Каждый источник тока имеет недостаточное количество электронов на одном из полюсов и избыток на другом. Когда к нему подключается проводник, все электроны внутри начинают двигаться в определенном направлении, чтобы уравновесить этот недостаток и избыток. Это движение называется электрическим током, а разность электронов известна как положительный и отрицательный электрический потенциал.

При постоянной разности потенциалов движение электронов будет происходить в одном направлении, поэтому ток считается постоянным. При частой смене местами с положительным и отрицательным потенциалами такой ток будем называть переменным. В домашней сети такие изменения происходят 50 раз в секунду, то есть частота переменного тока 50 Гц.

Все проводники, по которым протекает электрический ток, защищены изоляцией, исключающей любой контакт с окружающими предметами. Это касается всех металлических элементов, деталей и конструкций, имеющих нулевой электрический потенциал, через которые не должен проходить ток. В идеале все они работают независимо и не представляют опасности для окружающих.

Однако довольно часто в квартире или в частном доме возникают ситуации, связанные с утечкой тока. Например, в результате ДТП соприкоснулись провод под напряжением и аккумулятор. При этом ток проникает через всю систему отопления, что приводит к изменению электрического потенциала металлического радиатора.

Такая ситуация может привести к различным вариантам дальнейшего развития событий:

• Человек стоит на полу в непроводящей обуви. В этом случае ничего не произойдет и удара током не будет.
• Стоя на заземленном полу, человек неизбежно получит удар током. Для таких ситуаций предусмотрено УЗО – устройство защитного отключения.
• Человек стоит на утепленном полу, одновременно касаясь металлической трубы и работающей батареи. Каждая из этих структур имеет различный электрический потенциал, и ток начнет течь через тело. Именно в этот момент человек получает электротравму. Для борьбы с этим явлением предусмотрена система уравнивания потенциалов.

Для этого все виды металлических элементов и защиты приборов и оборудования, не находящихся под напряжением, соединяют в единую цепь. В чрезвычайной ситуации все они будут иметь одинаковый потенциал. Даже если напряжение будет 220 вольт, удара током не произойдет, важно, чтобы под ногами человека была изолированная поверхность.

Факторы, предопределяющие разницу

Все устройства, производящие электричество, не имеют физического заземления. Это означает, что между фазным проводом и «землей» существует разность потенциалов, равная фазному напряжению. Явление разности потенциалов может быть вызвано многими факторами:

• локальные аварии с электрооборудованием;
• статичное электричество;
• природный электрический потенциал;
• мигрирующие течения;
• токи, связанные с электрохимической коррозией.

Локальные аварии с электрооборудованием сопровождаются: обрывами электропроводов, частичными пробоями изоляционных подземных кабелей, неисправностями электрооборудования, расположенного в квартире.

Сантехнические приборы, подключенные к трубам из ПВХ, могут накапливать статический заряд из-за постоянного движения по ним воды. Акриловые покрытия ванн или других емкостей накапливают на своих поверхностях заряд электричества.

Все на земле, как и в атмосфере, наделено естественным электрическим потенциалом, так как земная кора имеет отрицательный потенциал, а твердь — положительный. Чем выше физическое тело, тем больше значение потенциала, например показатель на высоте 2 м достигает 110 вольт.

На построенных путях для электротранспорта отображаются токи напряжения. В этом случае рельсы выполняют роль заземляющих шин. Через них в землю проникает ток, приводящий в движение электродвигатели автомобилей. Люди, живущие рядом с трамвайными путями, могут ощущать покалывание в пальцах при умывании лица.

Если система состоит из труб из разных материалов, могут возникать токи гальванической коррозии. Они не опасны для человека, но разрушают сантехнику и арматуру. При подключении стального полотенцесушителя к трубопроводу из черного металла со временем в их соединениях образуется течь из-за ослабления резьбы.

Назначение системы и ее виды

В любом жилом комплексе есть множество металлических предметов и конструкций, которые являются хорошими проводниками электричества.

Это:

• Трубы отопления проложены в квартире.
• Стальные коробки вентиляционных шахт.
• Оборудование для ванных комнат.
• Трубы для водоснабжения и водоотведения.

Важно! Из-за особенностей расположения в квартире или доме чаще всего не все эти элементы имеют надежное электрическое соединение.

Из-за различных контактных сопротивлений в заземляющих контактах точки подключения (и, следовательно, корпуса) могут иметь разные потенциалы. При определенных условиях величина этой разницы достигает опасных для человека значений (25-50 вольт). Это видно из рисунка ниже.

Чтобы устранить эту разницу и исключить возможность поражения жильцов дома электрическим током, в нем организована система уравнивания потенциалов. Для этого в квартире все коробки оборудования, трубы, а также стальные двери и элементы системы отопления объединяют в единый контур.

Это делается для последующего подключения к существующему контуру заземления. Только так можно уравнять потенциалы, отображаемые на разных элементах бытовой техники.

Виды систем уравнивания

Известны два типа систем компенсации, одна из которых называется основной (ОСУП), а другая — дополнительной (ДСС).

Последняя не сможет функционировать без исправно функционирующей основной системы, которая должна отвечать следующим требованиям:

• запуская ГЗШ в распределительном шкафу, при его обустройстве запрещается совмещать PE и N жилы.
• Для всех заземляемых конструкций выбирается только радиальная схема соединения контура заземления.
• Не допускается установка отдельных коммутационных блоков в цепях заземления.

В отличие от ОСУП, ДСУ объединяют токопроводящие части электрооборудования, расстояние между которыми настолько велико, что в них может образоваться опасная разность потенциалов. А еще есть вероятность, что их можно случайно задеть одновременно (например, двумя руками).

К таким же элементам относятся стальные детали, уложенные в землю и заземляющую конструкцию, а также нулевые защитные проводники (на фото ниже).

Наиболее частым считается случай, когда на канализационных и водопроводных трубах возникли разные потенциалы. Стоит отметить, что если на трубах водопровода произойдет утечка тока, то вероятность поражения электрическим током во время купания будет крайне высока.

Основная причина – одновременное прикосновение крана и напор воды. Вовремя установив схему уравнивания потенциалов, вы обезопасите себя и своих близких от поражения электрическим током.

В каких случаях напряжение или электрический ток может представлять угрозу для здоровья или жизни

Само по себе наличие напряжения (или потенциала) не представляет проблемы. Опасность представляет собой электрический ток. Возникает при наличии разности потенциалов между концами проводника.

Это важно знать! Организм человека является хорошим проводником электрического тока, благодаря наличию жидкости в клетках.

Что такое разность потенциалов

Для примера возьмем обычную пальчиковую батарейку. На его положительном контакте есть потенциал около 1,5 вольта, на отрицательном — 0 вольт. Если вы подключите измеритель (мультиметр) к положительной клемме (используя оба провода), значение будет равно нулю. А если померить между «плюсом» и «минусом» — увидим на приборе напряжение 1,5 вольта.

Почему это происходит? Между положительным и отрицательным контактами имеется разность потенциалов величиной 1,5 вольта. Следовательно, если соединить эти выводы проводником (электрической цепью, металлической проволокой и т п.), между ними будет протекать электрический ток.

Как это работает на примере электроприборов

Возьмите бытовую розетку 220 вольт. На контакте фазы есть потенциал 220 В, на контакте нейтрали 0 В. Между ними существует разность потенциалов 220 вольт. Если соединить контакты отрезком провода с малым сопротивлением (условно 1 Ом), в проводнике появится электрический ток силой 220 ампер (по закону Ома). Конечно, на практике этого делать нельзя, провод сразу расплавится, а изоляция загорится.

Если человек произведет два контакта, силы тока, несмотря на высокую сопротивляемость организма, будет достаточно для летального исхода.

Все устройства, производящие электричество, имеют бесконтактное соединение с «землей»: буквально с физической землей. Это означает, что между любым фазным проводом и физической землей всегда существует разность потенциалов, равная фазному напряжению.

То же самое происходит и с условиями в помещениях (жилых, производственных и других). На корпус электроприбора можно подать фазу. Это может произойти в аварийной ситуации: повреждение изоляции, попадание влаги в контактную группу, выход из строя блока питания.

Соприкосновение с жилым домом и элементом инфраструктуры помещения, электрически соединенным с землей (например, трубопроводом), одновременно создает риск поражения электрическим током.

Если электроприбор имеет правильно подключенную землю, фаза корпуса соединяется с «землей»: происходит короткое замыкание, и автоматический выключатель отключает цепь. Поражение электрическим током не происходит.

Это идеальная ситуация, когда в помещении соблюдаются 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 безграмотности до желания перемотать электросчетчик). На металлических трубах возникает опасный потенциал: от 50 до 220 вольт.

Теоретически напряжение должно «уходить в землю», потому что стальные трубы проложены в земле. Но если часть трубопровода между вашей квартирой и подвалом заменить на пластик, проводник размыкается. А ваш полотенцесушитель имеет потенциал, скажем, 170 вольт.

Вы касаетесь металлической трубы и заземленной стиральной машины. Возникает такая же разность потенциалов (с опасным для жизни напряжением), только источник проблемы не ваш электроприбор, а работающая труба полотенцесушителя.

Рассмотрим другой вариант:

У вас в стене проложена линия электропередач, рядом с ней проходит водопровод. Под нагрузкой (например, включен котел или электропечь) в трубе может индуцироваться ЭДС (электродвижущая сила). Вода получит нежелательный потенциал, до 50 вольт.

Пусть это и не смертельное напряжение, но при прикосновении к кухонному крану вы почувствуете неприятное покалывание электрическим током. Особенно, если в напольном покрытии есть стальная арматура, которая соприкасается с физическим грунтом по влажным стенам помещения.

В этом случае не работает и рабочее место.

Причины появления разности электрических потенциалов

Помимо явных условий, таких как пробой изоляции на корпусе электроустановки или несанкционированное подключение к элементам конструкции, существуют скрытые факторы:

• Статическое напряжение. Возникает при трении (например движение воды в пластиковой трубе), сухом воздухе, пыльных помещениях.
• Накопление электрохимического потенциала, возникающее при взаимодействии различных металлов.
• Атмосферные явления (грозы, сильные ветры) способствуют накоплению электрического потенциала.
• Блуждающие и наведенные токи, электромагнитное излучение (микроволновые печи, импульсные блоки питания, мониторы, телевизоры).

Как обезопасить себя от таких ситуаций? Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают систему уравнивания потенциалов.

Уравнивание и выравнивание

Разберем основные понятия и термины:

• Выравнивание потенциалов — выравнивание разности значений электрических потенциалов между металлическими элементами электроустановки, в помещении, где расположена электроустановка, в том числе и токопроводящими элементами здания.

При этом опасной считается ситуация, когда становится возможным одновременное прикосновение человека к токопроводящим частям. Достигается неразъемным соединением всех токоведущих частей между собой посредством проводников.

• Выравнивание потенциалов — система уменьшения относительной разности электрических потенциалов между заземлением, доступными токопроводящими частями электроустановок, поверхностью земли и всеми металлическими конструкциями в здании. Для этого система уравнивания потенциалов должна иметь неразрывное соединение с рабочим (защитным) заземлителем.

Кроме того, уравнивание потенциалов включает уменьшение разности электрических потенциалов на поверхности земли (пол, потолок) для предотвращения действия шагового напряжения.

Что означает термин «нерушимый»? Все токопроводящие линии неразъемно соединены между собой (зажимы, резьбовые соединения, пайка, сварка и т.д.). Не допускается установка отключающих устройств: предохранителей, выключателей, автоматических выключателей. То есть вся система уравнивания потенциалов представляет собой единую проводящую цепь, объединенную с аналогичной цепью защитного заземления.

Благодаря этим системам во всех точках, к которым человек может прикасаться одновременно, электрический потенциал выравнивается до одинакового значения. Ситуация, когда при одновременном прикосновении в одной точке будет напряжение 220 вольт, а в другой 10 вольт, исключена.

Ваш дом будет в полной безопасности.

Важно! Система работает только тогда, когда все без исключения металлические предметы объединены. Если из соединения проводников исключен хотя бы один элемент или электроустановка, считают, что вся цепь не исправна.

В чем отличие системы выравнивания потенциалов от защитного заземления

Заземление – это преднамеренное неразъемное электрическое соединение частей электроустановки или цепи с заземляющим электродом. Предназначен для снижения напряжения (в точке, где его не должно быть при нормальных условиях эксплуатации) до безопасного уровня.

Как видите, в определении нет понятия потенциала (разности потенциалов). Кроме того, организация заземления осуществляется только в случае электроустановок или электрических цепей. Уравнивание потенциалов распространяется и на элементы инфраструктуры, а также на металлические объекты, не являющиеся электроустановками.

В то же время защитное заземление эффективно работает только в сочетании с устройствами защитного отключения (плавкие вставки, автоматические выключатели). Без таких устройств организация заземления не снижает безопасность электроустановок, а при замыкании фазы на землю может привести к пожару».

В отличие от заземления, система уравнивания потенциалов самодостаточна, дополнительные защитные устройства не требуются. Единственным условием является наличие электрического соединения с физической землей.

Требования организации системы выравнивания потенциалов в ПУЭ

Четкого и универсального определения этой системы в правилах устройства электроустановок нет. Блок выравнивания потенциалов зависит от применения. В разных типах помещений, при работе с разными типами электроустановок и прокладке токоведущих линий существуют свои методы.

Рассмотрим, например, наложение переносного защитного заземления при выполнении ремонтных работ в электроустановках с трехфазным питанием:

Все шины в пределах одной электроустановки соединяются между собой (выравнивание потенциалов), а затем подключаются к заземлителю (выравнивание потенциалов). При появлении напряжения на какой-либо из деталей разницы электрических потенциалов не будет, работа проводится в безопасных условиях.

В ПУЭ есть перечень защитных мероприятий, в котором эта система упоминается как один из пунктов, которые необходимо использовать:

• организация защитного заземления;
• автоматическое отключение питания;
• уравнивание потенциалов;
• выравнивание потенциалов;
• двойная или усиленная изоляция жил и корпуса электроустановки;
• организация низковольтного электроснабжения (для переменного тока – не выше 50 вольт);
• защитное разделение электрических цепей;

Создание систем выравнивания потенциалов

Проект каждой системы индивидуален, и разрабатывается в соответствии с конфигурацией помещения. Существуют общие правила установки, которые необходимо соблюдать:

• Шина уравнивания потенциалов и шина защитного заземления должны быть соединены вместе или объединены в один узел.
• Все объекты: электроустановки, поддоны, ванны, мойки, элементы инфраструктуры здания, подключаются к шине уравнивания потенциалов параллельно.

Это означает, что каждый элемент имеет свой проводник, подключенный к общей шине. Последовательное соединение между объектами не допускается. Если первичный проводник будет обрезан, все последующие объекты на проводе будут отключены от системы уравнивания потенциалов.

• На всем протяжении токонесущих линий не должно быть соединительных и разъединяющих устройств: выключателей, реле, предохранителей.
• Соединение должно быть надежным: не допускается никаких скручиваний, никакой ленты. Применяются сварка, винтовые соединения, обычные контактные зажимы.

Какие объекты подключаются к системе выравнивания потенциалов

• Металлические корпуса для всех электроустановок (если они не заземлены должным образом). В список также входят ведущие дома по производству светильников (торшеров).
• Конечно вся система защитного заземления. Собственно оттуда и начинается потенциальная система прокачки.
• Металлические части каркаса здания, армирование фундаментов, стен, крыш.
• Самомонтируемые металлические элементы инфраструктуры. Например, стальная сетка под перекрытие или металлический профиль под гипсокартон.
• Металлические трубы и кожухи для системы вентиляции.
• Медные трубы для системы подачи хладагента в кондиционер (если они длинные).
• Металлические оболочки бронированных кабелей.
• Сварка экранов информационных кабелей (ТВ, интернет).

Остановимся на этом моменте подробнее. Кабель в металлической оплетке начинается от блока распределения или усилителя, который находится далеко за пределами вашего помещения. Однако у вас нет возможности контролировать правильность подачи питания или заземления этих устройств. Может возникнуть ситуация, когда к вам домой на экране придет фаза.

Вы, ничего не подозревая, можете одновременно прикоснуться к находящейся под напряжением косе и заземленному металлическому предмету (например, радиатору). Последствия очевидны — поражение электрическим током. При подключении экрана к системе уравнивания потенциалов внешний обрыв фазы на кабеле не страшен.

• Все металлические части водопровода и канализации: трубы, краны, раковины из нержавеющей стали, ящики и металлические душевые кабины, ванны.
• Компоненты систем водяного отопления: котлы, внутренние трубы.
• Система отопления: трубы, радиаторы, полотенцесушитель.
• Система газоснабжения.
• Заземление молниезащиты (при наличии частного дома «опция» недоступна в многоквартирных домах). В этом случае грозоразрядник подключается к общей системе и к собственному заземлителю одновременно.
• Металлопластиковые оконные рамы (если токопроводящие элементы не покрыты пластиком).
• Стальные двери и дверные коробки.

1. Шина выравнивания потенциалов.
2. Грозозащитный разрядник от силового щита, подключенного к фазе. В нормальном состоянии контакта между фазным и заземляющим проводниками нет — в разряднике имеется достаточный зазор. При ударе молнии в силовой кабель возникает ток дуги на «землю», а разности потенциалов в несколько тысяч вольт не возникает.
3. Защита от перенапряжения для линии передачи данных.
4. Кронштейны для крепления заземляющих проводников к металлическим трубам.
5. Заземление фундамента шиной, являющейся частью общей системы уравнивания потенциалов.

Монтаж системы выравнивания потенциалов многоквартирного дома (производственного помещения)

Монтаж элементов системы начинается в процессе строительства. При создании фундамента по всему периметру будущего строения укладывается металлический настил. Это замкнутая жила (стальная полоса или арматура) с приваренными ответвлениями для соединения с заземлителями, а также для внутренней разводки жил.

Для обеспечения равномерного распространения потенциала в физическую землю по контуру здания на равных расстояниях устанавливается несколько групп заземлителей. По возможности обеспечивается равное расстояние между ними.

От общей шины делаются ответвления на каждую секцию (вход), где устанавливается начальный распределительный щит. Формируется заземляющий экран, подключенный к системе уравнивания потенциалов.

Он находится в диспетчерской или в подвале. Доступ к щиту должен быть ограничен (если это не частный дом). К обслуживанию допускаются только представители энергетической компании или ГУП.

Кроме того, к фундаментной шине крепится арматура стен здания.

Важно! Вся контурная система (каркас) соединяется сваркой. Только после проверки надежности и электропроводности соединения производится окончательная заливка бетоном.

К вертикальным элементам системы приваривается арматура кровли. При необходимости осуществляются автобусные переходы из комнаты в комнату.

После возведения стен вдоль наружной стены укладывается токопроводящая шина для молниезащиты, смонтированная на крыше. Все эти проводники включены в систему уравнивания потенциалов.

Обязательно выполнение отводов в виде арматуры или стальных полос в шахтах, по которым проложены вертикальные трубопроводы (стояки). После монтажа системы водоснабжения и водоотведения к стальным трубам привариваются проводники для подключения к системе уравнивания потенциалов.

Важно! В старых домах, где ремонт проводился неоднократно (без капитального ремонта), в стояках могут быть пластиковые вставки.

Это означает, что нарушена целостность системы уравнивания потенциалов. Рекомендуется продублировать соединение, просто подключив заземляющий провод к заземляющему стержню. Это можно сделать с помощью контактного зажима.

Читайте также: 5 решений — почему выбивает автомат при включении в щитке

Информация для справки

В целях сохранения эстетики в жилых домах в каждой квартире не создается потенциальная выравнивающая шина. Его роль выполняет шина заземления, расположенная во входном щитке.

Согласно современным требованиям электробезопасности во всех подъездных колодцах со стояками проложена стальная полоса (для системы уравнивания потенциалов), соединенная с защитным заземлением. Это как бы зацикливает общую цепь в другой цепи, дублируя землю.

При создании отдельной системы в квартире разрешается использовать эту точку подключения. Изготовив щит своими руками, к нему можно подключать объекты, не являющиеся электроустановками. Например — ванная (если она не из акрила или пластика).

Для этого должен быть специальный контакт по этому вопросу. Если нет, используйте стандартные крепления.

Создание системы выравнивания потенциалов в частном доме

Принцип тот же, что и в многоквартирных домах, только объем работ гораздо меньше. После установки заземлителей (это тема для отдельной статьи) добавьте к земле шину уравнивания потенциалов. Из него делают параллельную проволоку по правилам:

• Установлены точки заземления розеток, электроустановок. В том числе ведущих дел.
• Подключение всей металлоинфраструктуры здания, включая молниезащиту на крыше.

При строительстве нового дома можно оптимизировать расходы, предусмотрев несколько основных щитов для заземления и выравнивания потенциалов. Это позволит сэкономить заземляющий провод при подключении разных помещений.

Несколько советов для повышения качества работы системы

• В ванной необходимо создать дополнительную систему уравнивания потенциалов, даже если в доме есть основная.
• При монтаже электронагревательных элементов для системы «теплый пол» сверху рекомендуется укладывать стальную сетку. Затем арматуру подключают к системе уравнивания потенциалов, и готово устройство стяжки или самонивелирующейся смеси.
• Если ваш водопровод нормально заземлен, а к смесителю добавляется небольшой отрезок металлопластиковой трубы (такое расположение широко распространено), то корпус смесителя необходимо заземлить отдельным проводником. Особенно это касается ванной комнаты.
• Система дифференциальной защиты (УЗО) электрокотла не конфликтует с эквипотенциальным соединением. Совместное использование разрешено.

Нежилые помещения

В технических помещениях, цехах, на производстве потенциальная нивелирная шина (как правило, являющаяся и рабочим местом) размещается открытым способом вдоль внутренней стены. К нему подключаются заземляющие проводники электроустановок, а также линии, соединяющие все токопроводящие элементы в помещении. Это создает идеальную систему выравнивания потенциалов.

В административных зданиях, чтобы не портить внутреннюю отделку, можно спрятать шину в декоративную пластиковую кабельную коробку. Часто владельцы игнорируют заземляющие проводники от радиаторов отопления. Это недопустимо – большинство случаев поражения электрическим током происходит именно при одновременном прикосновении к оборудованию и батареям отопления.

Важно!
Офисные помещения более опасны с точки зрения разности потенциалов в самых неожиданных местах. Неконтролируемые соседи могут подкинуть любой «сюрприз» в виде напряжения в водопроводе, или подключить фазный провод к оплётке интернет-кабеля.

Поэтому перед началом работ в таком здании потратьте немного времени и средств на проверку систем защитного заземления и уравнивания потенциалов. Вы сохраните как здоровье сотрудников, так и оргтехнику.

Итог

Изучив материал, вы научились различать системы безопасности при работе в помещениях с электроустановками. За всеми требованиями в правилах устройства электроустановок стоит чья-то жизнь. Не получайте плохой опыт за счет своих ошибок. Система уравнивания потенциалов устанавливается один раз и всегда обеспечивает спокойствие.