При выполнении проектов систем энергоснабжения для различных строений большое внимание уделяется безопасности. Все пользуются электроприборами и знают, какую опасность несёт оголённый провод, что такое изоляция, заземление. А с таким понятием, как уравнивание и выравнивание потенциалов, и в чём их отличие знаком не каждый. Нужно иметь хотя бы элементарное представление об этом для сохранения своей жизни и безопасности.
Причины для создания схемы уравнивания
Каждый проводник имеет свой не представляющий опасности электрический потенциал. Угроза заключается именно в разности потенциалов между двумя металлическими изделиями, и чем разница больше, тем больше вероятность получения удара электротоком.
Для этого и создана специальная система уравнивания потенциалов. Обычно в квартирах от поражения током предусматривается такой способ защиты, но не всегда он срабатывает, особенно в старых многоэтажных постройках.
Для того чтобы объяснить доходчиво об уравнивании потенциалов, можно воспользоваться таким примером. У металлической поверхности холодильника и водопроводной трубы, находящейся поблизости, существуют свои потенциальные показатели, один из которых больше другого, а разница потенциалов, как известно, и есть напряжение. При одновременном случайном касании этих предметов может возникнуть опасная ситуация, так как человек в этом случае является проводником от большего потенциала к меньшему. Все трубы связаны между собой общедомовой системой коммуникации.
Многие думают, что такое напряжение не страшно для человека, так как к объектам нет подключения фазы. Но случается такое, что в вентиляционном коробе может возникнуть опасный электрический потенциал.
Для большей убедительности можно привести пример с электроприбором, например, с бытовой розеткой на 220 вольт. Фазный контакт обладает потенциалом в 220 в, а нулевой — 0 в, разница 220 в. При соединении контактов отрезком провода, имеющим небольшое сопротивление (примерно 1 Ом), в проводнике (проводе) появится напряжение в 220 ампер, произойдёт возгорание изоляции, а провод расплавится. Разумеется, этого не следует делать. Если человек возьмётся за оба контакта, то даже при высоком сопротивлении тела под действием силы тока исход будет трагическим.
Ситуации, возникающие на практике
То же самое происходит в быту. На электрическом приборе может возникнуть фаза из-за повреждения изоляции, наличия влаги в контактной группе, выхода из строя блока питания. Если прикоснуться к прибору, находящемуся под напряжением, и одновременно к металлическому объекту в помещении, связанному с землёй (например, к трубопроводу), может возникнуть удар током.
При грамотном подключении электрического прибора к заземлению происходит замыкание на корпусе, срабатывает автоматическая защита, разъединяющая цепь. При этом отсутствует опасность поражения электричеством, следовательно помещение оборудовано системой энергообеспечения по нормам Правил устройства электроустановок (ПУЭ).
Может возникнуть ещё такая ситуация. Один из соседей по подъезду подсоединил к радиатору нулевой провод (возможно, от неграмотности, а может быть с целью отмотать показания на электрическом счётчике). На отопительной системе возник потенциал, грозящий опасностью, от 50 до 220 вольт. По теории напряжение должно остаться в земле, где проложены стальные трубы. Но если между какой-нибудь квартирой и подвальным помещением часть трубопровода была заменена на пластик, произойдёт размыкание проводника.
Полотенцесушитель в ванной комнате приобрёл потенциал, например, в 150 вольт. Во время прикосновения к нему и к заземлённой стиральной машине возникнет та же разница потенциалов, которая опасна для жизни. Проблема заключается не в электроприборе, а в полотенцесушителе, который находится под напряжением.
Вот ещё пример. В стене квартиры проходит силовой провод, а рядом проложен водопровод. Под нагрузкой (при включении бойлера или электродуховки) в трубопроводе может возникнуть ЭДС (электродвижущая сила). Поток воды при этом заряжается потенциалом до 50 вольт. Возможно, это неопасное для жизни напряжение, но прикасаясь к смесителю, находящемуся на кухне, можно ощутить уколы электрического тока.
Факторы, предопределяющие разницу
Все приборы, которые производят электроэнергию, имеют нулевое соединение с физическим грунтом. Это значит, что существует разница потенциалов между фазным проводом и «землёй», которая равна напряжению фазы. Явление разности потенциала может быть вызвано многими факторами:
- локальными авариями электрооборудования;
- статическим электричеством;
- естественным электрическим потенциалом;
- блуждающими токами;
- токами, связанными с электрохимической коррозией.
Локальные аварии электрического оборудования сопровождаются: обрывами электрических проводов, частичными пробоями изоляционных подземных кабелей, неисправностью электрооборудования, находящегося в квартире. Сантехническая арматура, которая подключена к полихлорвиниловым трубам, может иметь статический заряд из-за постоянного движение воды по ним. Акриловое покрытие ванн или других ёмкостей накапливает заряд электричества на их поверхностях.
Естественным электрическим потенциалом наделено всё, что находится на земле, а также в её атмосфере, так как земная оболочка имеет отрицательный потенциал, а свод неба — положительный. Чем выше находится физическое тело, тем больше значение его потенциала, например, на высоте 2 м показатель достигает 110 вольт.
Блуждающие токи проявляются на проложенных путях электротранспорта. Рельсы в этом случае выполняют роль заземляющих шин. Через них ток, приводящий в движение электродвигатели вагонов, проникает в землю. Люди, живущие возле трамвайных линий, могут чувствовать пощипывание в пальцах при умывании.
Если система состоит из труб, изготовленных из разных материалов, могут образоваться токи электрохимической коррозии. Они не опасны для человека, но разрушают водопровод и запорную арматуру. При подключении стального полотенцесушителя к линии труб, изготовленных из чёрного металла, со временем в их соединениях образуется течь из-за ослабления резьбы.
Разновидности системы
Чтобы не возникали подобные опасные ситуации, разработаны правила устройства электроустановок (ПУЭ), предусматривающие две разновидности системы уравнивания потенциалов, основную (ОСУП) и дополнительную (ДСУП). Первая считается главной и состоит из таких элементов:
заземлителя;- главной заземляющей шины уравнивания потенциалов, находящейся на вводе в здание;
- металлической арматуры жилого многоэтажного дома;
- вентиляционных коробов;
- металлических водопроводов;
- защитных элементов от молнии.
При объединении этих элементов можно было бы не опасаться разных потенциалов, но это в прошлом. В последние годы жильцы квартир всё чаще прибегают к замене металлических трубопроводов на пластиковые (полипропиленовые). В результате пластиком разрывается цепь защиты, возникает разница потенциалов, например, в ванной комнате между трубопроводом и полотенцесушителем.
Существует ещё один недостаток в применении только ОСУП. В многоэтажном доме линия трубопровода имеет большую протяжённость, и электрический потенциал её на 1 и на 14 этажах разный. Это опять же создаёт опасную ситуацию.
Чтобы исключить такие ситуации, необходимо изготовление дополнительной системы уравнивания, которая будет функционировать в каждой квартире. ДСУП устраивается в ванной комнате и состоит из таких элементов:
- корпуса ванны или душевой кабины;
- полотенцесушителя;
- водопроводных и газовых труб;
- канализации;
- вентиляции, если металлический короб выходит в комнату.
К каждому элементу системы должен быть подключён отдельный одножильный провод, другой конец которого подключается к коробке уравнивания потенциалов (КУП). Следует знать определённые требования, предъявляемые ПУЭ к дополнительной системе, по которым запрещено:
- подключать объекты ДСУП шлейфом;
- обустраивать вспомогательную СУП, если в квартире отсутствует заземляющий контур (выполненный по ТN-С);
- разрывать цепь системы по всей длине от клеммной коробки до щитка квартиры, а также включать в неё любую коммутационную аппаратуру.
Такая защитная мера необходима, учитывая большое количество проводников, находящихся в жилых домах. Кроме трубопроводов холодной и горячей воды, а также отопления, существуют ещё металлические трубы систем вентиляции, кондиционирования, молниезащиты. Уравнивание потенциала является необходимой мерой безопасности.
Уравнивание и выравнивание потенциалов
Определение уравнивания можно сформулировать как соединение металлических проводящих плоскостей электрооборудования (корпусов), а также проводящих других частей трубопроводов или металлоконструкций с целью достижения равенства потенциалов между ними для обеспечения безопасности в случае, например, повреждения изоляции. Выполняется уравнивание в электрических установках до 1 кВ.
Выравнивание потенциалов осуществляется способом снижения напряжения при касании и шага между двумя звеньями электроцепи, к которым одновременно может прикоснуться или где одновременно стоит человек.
Выполняется выравнивание при помощи соединения устройств из металла, которые находятся рядом с электроустановкой, её корпусом (уравнивание потенциалов), а также подготовки места растекания, с использованием заземляющего устройства. Заземляющая конструкция, которая изготавливается с учётом напряжения более 1 кВ, должна иметь сопротивление не ниже 0,5 Ом.
Электроустановки, имеющие напряжение больше чем 1 кВ и глухозаземлённую нейтраль, считаются устройствами с высокими показателями токов замыкания на землю. Сюда же относятся установки в 110 кВ и больше, в которых нейтрали находятся в изолированном или заземлённом состоянии посредством резисторов.
При помощи сокращения сопротивления заземляющей конструкции обеспечить безопасность работников на этих электрических установках невозможно из-за высоких показателей напряжения прикосновения и шага, возникших при замыканиях на землю (на корпуса и металлоконструкции электрических установок). Поэтому при выполнении заземления в этих устройствах необходимо применение выравнивания потенциалов.
Устройства для заземления
На территории расположения электроустановки изготавливается заземляющее устройство в виде контура, состоящего из электродов длиной 3−5 м. Они забиваются в грунт и соединяются между собой при помощи стальных полос.
Сооружение этой системы выполняется на глубине 0,6−0,7 м, имеет вид металлической сетки. Располагается в земле на территории, где размещено электрооборудование.
В условиях работы на электроустановках под напряжением, если нет возможности применять другие варианты защиты, используют изолирующие площадки с фарфоровыми ножками-изоляторами, являющимися надёжной изоляцией от земли. Стоя на такой площадке, человек может прикасаться к частям электрического устройства, находящегося под напряжением.
При проведении ремонта ЛЭП используют такую площадку, у которой металлический пол можно подсоединить к ремонтируемой сети для уравнивания потенциалов. При этом работать с проводами под напряжением можно незащищёнными руками, ток не пойдёт через тело человека. Здесь главное выполнять одно условие: стоя на изолирующей площадке, категорически запрещается касаться каких-либо элементов вышки, иначе ток от проводов пройдёт через человека и вышку на землю. Для безопасного подъёма на площадку изолируется звено лестницы.
