Главная заземляющая шина – предназначение, устройство, варианты установки

Сложно даже представить современный мир без электрического оборудования. Еще каких-то сто пятьдесят лет с электрическом ставили первые практические опыты, делая первые робкие шаги в процессе его «укрощения», а сегодня это, должно быть, основной источник энергии, используемый человеком во всех областях его жизнедеятельности. Но электричество крайне коварно, и любые ошибки или проявления халатности чреваты крайне тяжелыми, вплоть до катастрофических, последствиями. Поэтому важнейшим направлением в деле разработки приборов, установок, машин, линий электропередач  было и остаётся обеспечение безопасности их эксплуатации. И в этом вопросе первостепенная роль отводится системам заземления.

Несмотря на кажущуюся простоту, системы заземления – это довольно сложные устройства, изобилующие нюансами, известными опытным мастерам. А одним из ключевых элементов систем является главная заземляющая шина. На вид – проще некуда: металлическая полоса с рядом винтовых контактов для коммутации различных контуров и проводников. А на деле – от правильности установки и подключения главной заземляющей шины зависит чрезвычайно много, вплоть до работоспособности и безопасности всей системы домашней проводки.

Замечу сразу – эта публикация не должна рассматриваться в роли инструкции по самостоятельному электротехническому монтажу. Она, скорее, размещена для того, чтобы владельцы домов и квартир получили общее представление о системах заземления, об их важности, об особенностях подключения в различных случаях.

Для чего требуется заземление

Неосторожное обращение с электричеством может привести к электротравмам с весьма тяжелыми последствиями. Но аналогичные несчастные случаи могут происходить и по вине техники – в случае нарушения целостности продуманных уровней защиты. Безусловно, в конструкцию всех без исключения электрических приборов заложены все необходимые средства изоляции и иные защитные приспособления, имеющий главную цель – исключить контакт тела человека с токопроводящими деталями.

Но случается, что вследствие изношенности оборудования, нарушения правил его эксплуатации или даже по причине производственного брака, происходит пробой изоляции, и высокое напряжение (чаще всего в условиях жилого дома или квартиры речь идет о фазе 220 вольт) попадает на токопроводящие детали корпуса прибора. И соприкосновение с ним становится чрезвычайно опасным. Опасность особо высока, если в непосредственной близости расположены какие-то металлические конструкции, имеющие, так сказать, естественное заземление. К таковым можно отнести металлические трубы, открытые участки арматуры строительных конструкций. Если человек одновременно коснется находящегося под напряжением корпуса прибора и такого предмета, цепь замкнется, и через тело пройдет ток, способный вызвать необратимые последствия.

 

Никогда не преуменьшайте опасность поражения бытовым переменным напряжением!

Гуляет в народе такая вольная мысль, что 220 вольт ломашней электросети — это , мол, не опасно. Ну, тряхнет для острастки — впредь осторожнее будешь… Это — коварнейшее заблуждение, и опасность поражения таким током, к сожаненпию, уже не раз доказывалась потрерями людских жизней. Про природу поражения электрическим током и его опасность — не поленитесь прочитать в отджельной публикации нашего портала.

Надо правильно представлять природу распространения электрического тока – он всегда идёт кратчайшим путем по пути наименьшего сопротивления. То есть для того, чтобы обезопасить людей, надо предусмотреть такую «дорогу» с минимальным сопротивлением и нулевым потенциалом на противоположной стороне, по которой гарантированно пойдёт ток в случае пробоя на корпус.

Чтобы такая защита действительно гарантированно работала, кроме нулевого потенциала необходимо и низкое сопротивление – несоразмеримо ниже в сравнении с электрическим сопротивлением человеческого тела. Если взять сопротивление тела примерно в 1000 Ом (это средняя величина, но она может быть как больше, так и меньше), то при расчетах заземляющих устройств оперируют величинами всего в 10 ?30 Ом. Естественно, ток «предпочтет» уйти в землю, так как практически не встретит на этом пути сопротивления.

Здесь будет уместным одно важное замечание. Некоторые владельцы жилья пребывают в уверенности, что для получения в условиях своей квартиры заземляющего контура достаточно воспользоваться металлическими трубами, например, системы отопления или водопровода. Это – грубейшая ошибка, вполне способная привести к очень тяжелым последствиям. Нет никакой уверенности, что трубы имеют надежный контакт с землей и обеспечивают указанное выше минимальное сопротивление – они могут быть окислены, то есть покрыты слоем ржавчины снаружи, заключены в защитные оболочки, располагаться в каналах и т.п. Да, в конце концов, нередко можно сейчас встретить и разрывы, с переходом на полипропиленовые или иные полимерные трубы.

Но вот если случится пробой изоляции, и фаза «выскочит» на корпус – нет никакой гарантии, что она уйдет током в землю. А по металлическим трубам ей «прогуляться» — это запросто. И страшно представить, что кто-то в этот момент принимает ванну, моет руки или даже просто прикасается к трубе.

Поэтому трубы никогда не должны рассматриваться в качестве основного заземления. Напротив, они сами по себе требуют подключения к общей системе через так называемую систему выравнивания потенциалов. О ней будет рассказано в свое время.

А пока подведем краткий итог, еще раз, кратко и емко, сформулировав основные задачи систем заземления:

• Они должны обеспечивать гарантированный отвод появившегося или скопившегося электрического потенциала с открытых для прикосновения людьми токопроводящих деталей – для предупреждения поражения током при касании.
• Заземление призвано обеспечивать корректную работу всех иных защитных устройств – автоматических выключателей дифференциального тока (АВДТ) или устройств защитного отключения (УЗО).
• Важнейшая задача – уравнивание потенциалов всех опасных с точки зрения проводимости тока объектов в доме – труб газовых, сантехнических и отопительных сетей, систем вентиляции, других деталей конструкций здания, вплоть до армирования железобетонных стен.
• Заземление успешно борется с накоплением статического электричества, которое тоже порой способно доставить немало неприятностей.
• Без качественного заземления трудно ожидать длительной корректной работы современной техники, оснащенной импульсными блоками питания. Накопление потенциала на корпусах таких изделий – одна из наиболее часто встречающихся причин их выхода из строя.

Итак, систему заземления можно с полным основанием назвать «многозадачной». Стало быть, она должна быть как-то связана со всеми объектами и приборами в доме, требующими защиты.  Так оно и есть. И самым важным «коллектором», откуда начинают свой путь защитные проводники, как раз и является главная заземляющая шина.

Главная заземляющая шина – назначение, устройство и предъявляемые к ней требования

Определение и основные требования к главной заземляющей шине указаны в основных руководящих документах – Правилах Устройства Электроустановок (в действующей 7-й редакции – ПУЭ 1.7.119. — 1.7.120.) и Своде Правил (СП 437.1325800.2018 «Электроустановки низковольтные зданий и сооружений. Правила проектирования защиты от поражения электрическим током, глава 9).

Противоречий между ними особых нет – они оба основаны на действующем ГОСТ. Но человеку, всерьез намеренному заняться электротехникой, лучше изучить оба документа – в каждом имеется свое «рациональное зерно».

Предназначение главной заземляющей шины

Итак, главная заземляющая шина является неотъемлемым элементом конструкции электроустановки, частью ее заземляющего устройства. Ее основное предназначение – правильное электрическое присоединение заземляющих и защитных проводов.

К ней могут быть подсоединены (в зависимости от особенностей общей схемы):

• Основной заземлитель объекта – через заземляющий проводник.
• Защитный проводник – через него ГЗШ может соединяться с защитной шиной вводно-распределительного устройства (ВРУ).
• Защитные и функциональные заземляющий проводники и проводники уравнивания потенциалов.
• Проводники (перемычки), расщепляющий совмещённый защитный и нулевой проводник (РЕN) на рабочий ноль N и защитный контур РЕ — в отдельных системах заземления.

О нюансах подключения тех или иных проводников поговорим подробнее в другой раз.

Устройство и материал изготовления ГЗШ

Конструктивно главная заземляющая шина обычно представляет собой металлическую полосу определенного сечения, на которой предусмотрены соединения для проводов. Чаще всего – это резьбовые (винтовые или болтовые) соединители. Обязательно предусматривается защита от ослабления резьбового соединения – с помощью пружинных шайб или гроверов.

Размеры и количество контактов определяются особенностями конкретного объекта, на котором монтируется система заземления. Для каждого из подсоединяемых проводов обязательно предусмотрен отдельный контакт – чтобы была возможность индивидуального подключения-отключения того или иного проводника. При этом подсоединение или отключение должно быть возможны исключительно с использованием инструмента.

Материал изготовления ГЗШ – преимущественно медь (дословно, как в ПУЭ «должна быть, как правило, медной…»). Однако, допускается применение и стальных шин адекватного сечения. Но при этом стальное изделие должно в обязательном порядке иметь металлическое антикоррозионное покрытие, обеспечивающее надежный электрический контакт.

 

А вот что запрещается категорически – это использование в качестве шины алюминиевых полос или профилей.

Место установки главной заземляющей шины

Правилами ПУЭ определено, что ГЗШ для электроустановок напряжением до 1 кВ должна располагаться внутри вводного устройства, или же практикуется отдельная установка вблизи ВРУ, но с соблюдением определенных требований. К ним относится обязательное ограничение доступа к ГЗШ для всех посторонних, кроме подготовленных специалистов, занятых обслуживанием электроустановки.  Вместе с тем, ее расположение не должно создавать препятствий для выполнения монтажных, профилактических, ремонтное восстановительных работ. То есть мастерам должны быть созданы удобные условия, без каких-либо помех.

В частности, отдельная установка шины рекомендуется в местах, доступных только квалифицированному персоналу – это, например, может быть запирающееся щитовое помещение многоквартирного дома.

Если шину приходится ставить в местах, куда гарантированно ограничить доступ невозможно (допустим, общий подвал здания или подъезд жилого дома), то она обязательно должна закрываться в ящик или шкаф, запирающийся на ключ.

Интересно, что Свод Правил, трактуя место размещения шины, прямо указывает на предпочтение отдельного ее монтажа около ВРУ. А размещение внутри распределительного устройства рассматривается в качестве допустимого.

Случается, что в одно здание заведено несколько линий питания, в том числе – от различных подстанций. При таком варианте на каждый ввод (ВРУ) организуется своя ГЗШ. А если в здании имеются встроенные подстанции, то главные заземляющие шины должны быть около каждой из них. Но в любом случае все шины в ходе монтажа обязательно должны быть связаны между собой защитным проводником уравнивания потенциалов. Сечение этого проводника должно быть не менее половины сечения РЕ или РЕN провода самой мощной входящей (или выходящей из встроенной подстанции) линий.

Нередко при наличии нескольких вводов, рассчитанных на одну нагрузку (например, основная и резервная линия питания с переключением системой автоматического ввода резерва (АВР)), допускается использование одной главной заземляющей шины, выполненной из протяженной металлической (стальной или медной) полосы. Иногда эта шина и вовсе может быть закольцована по периметру здания (помещения).

Естественно, такой подход возможен только в уже оговоренных выше случаях – когда полностью исключена вероятность доступа посторонних лиц.

Еще один интересный нюанс.

В ПУЭ при рассмотрении местоположения главной заземляющей шины говорится, что в том случае, когда ГЗШ будет размещаться внутри вводного устройства, то ее функцию на себя берет защитная шина РЕ.

В СП же на этот счет несколько иная трактовка. Там отмечается, что с помощью ГЗШ должно обеспечиваться электрическое соединение сторонних токопроводящих элементов здания с открытыми токопроводящими элементами электроустановки здания. И для этого защитная шина ВРУ (ВУ) соединяется защитным проводником РЕ с ГЗШ. Ну а далее все РЕ проводники всех распределительных и конечных цепей должны подключаться к защитной шине РЕ.

Надо полагать, что допустимы оба варианта.

Нередко для главной защитной шины и вовсе предусматривается отдельный запирающийся на ключ шкаф – там, где ее невозможно расположить внутри ВРУ из-за необходимых больших размеров, но где нет возможности гарантировать ограничение доступа посторонних лиц.

В этот бокс прокладывается провод от заземляющего устройства, от вводимой линии, и от ГЗШ расходятся РЕ-проводники к распределительным щитам и к системам уравнивания потенциалов.

На боксе (ящике) в обязательном порядке должен быть нанесен соответствующий символ заземления.

Размеры главной заземляющей шины

Как мы уже видели, по длине главная заземляющая шина особо не регулируется. По сути, она даже может полностью закольцовывать здание или помещение, если в этом имеется необходимость.

А вот по ширине и толщине, и в итоге по площади поперечного сечения – требования есть и довольно жесткие. Вся суть в том, что шина должна обеспечивать требуемую минимальную проводимость.

В ПУЭ говорится, что площадь поперечного сечения шины не должна быть меньше сечения PE или PEN проводника входящей питающей линии.

Вроде все просто, но есть нюансы. А в частности – линии питания могут быть как медными, так и алюминиевыми. Алюминиевые, кстати – наиболее распространенные, вследствие меньшей стоимости материалов. А шина, как мы помним – или медная, или стальная. То есть простым геометрическим пересчетом площади прямоугольника в площадь круга здесь не обойдёшься. Надо сравнивать сечения именно по токопроводящей способности.

Существует специальная методика расчета, включающая несколько довольно громоздких формул. Проще будет подобрать оптимальное, достаточное сечение шины по предлагаемым ниже таблицам максимальных длительных токов для проводов алюминиевых и медных различного сечения, конструкции и способа прокладки.

Таблица 1. Допустимые длительные токи в жилах алюминиевых изолированных кабелей и проводов

Сечение токопроводящей жилы, мм2	Ток, А, для кабелей
	одножильных	двухжильных		трехжильных
	при прокладке
	в воздухе	в воздухе	в земле	в воздухе	в земле
2,5	23	21	34	19	29
4	31	29	42	27	38
6	30	30	55	32	46
10	60	55	80	42	70
16	75	70	105	60	90
25	105	90	135	75	115
35	130	105	160	90	140
50	165	135	205	110	175
70	210	165	245	140	210
95	250	200	295	170	255
120	295	230	340	200	295
150	340	270	390	235	335
185	390	310	440	270	385
240	465	—	—	—	—

Примечание. Допустимые длительные токи для четырехжильных алюминиевых кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение до 1 кВ могут выбираться по таблице как для трехжильных кабелей, но с коэффициентом 0.92.

Достаточно узнать, из какого материала и какого сечения РЕ или РЕN проводник, чтобы оценить его возможности по току.

Это значение послужит для входа во вторую таблицу, где все то же самое, но для медных проводов и кабелей.

Таблица 2. Допустимые длительные токи в жилах медных изолированных кабелей и проводов

Сечение токопроводящей жилы, мм?	Ток, А, для медных
	одножильных	двухжильных		трехжильных
	при прокладке
	в воздухе	в воздухе	в земле	в воздухе	в земле
1.5	23	19	33	19	27
2.5	30	27	44	25	38
4	41	38	55	35	49
6	50	50	70	42	60
10	80	70	105	55	90
16	100	90	135	75	115
25	140	115	175	95	150
35	170	140	210	120	180
50	215	175	265	145	225
70	270	215	320	180	275
95	325	260	385	220	330
120	385	300	445	260	385
150	440	350	505	305	435
185	510	405	570	350	500
240	605	—	—	—	—

Примечание: Токи в данной таблице относятся к проводам и кабелям с нулевой жилой и без нее.

Приведем пример.

Входящая линия в дом выполнена из четырёхжильного алюминиевого кабеля марки АПВБбШп(Г) 4x150-1. Подводка кабеля – подземная.

Входим в таблицу №1, и видим, что для такого сечения (150 мм?) для трехжильного кабеля подземной прокладки допустимый длительный ток равен 335 ампер. Так как у нас кабель четырехжильный, используем показанный в примечании коэффициент 0,92, и получаем 308 ампер.

Находим максимально близкое (в большую сторону) значение тока в таблице №2 – и там же, в столбце трехжильных кабелей подземной прокладки. Это значение – 330, соответствующее поперечному сечению медного кабеля 95 мм?. Стало быть – вот оно и минимальное сечение главной заземляющей шины.

Подсчитать площадь поперечного сечения шины и выбрать нужную – несложно, особенно если иметь перед глазами стандартные размеры выпускаемых промышленностью изделий.

Таблица 3. Стандартные размеры сечений выпускаемых токопроводящих медных шин

Толщиной 3 мм	Толщиной 4 мм	Толщиной 5 мм	Толщиной 6 мм	Толщиной 8 мм	Толщиной 10мм
3x15	4x30	5x20	6x30	8x30	10x10
3x20	4x40	5x25	6x50	8x40	10x20
3x25	4x50	5x30	6x60	8x50	10x30
ЗхЗО	4x60	5x40	6x80	8x60	10x40
3x40	4x80	5x50	6x100	8x80	10x50
3x50		5x60		8x100	10x60
3x60		5x80			10x80
3x80		5x100			10x100
		5x125			10x120
					10x160

Например, для ГЗШ в нашем примере подойдут медные шины 3x40 и более, 4x30 и более, 5x20 и более. Толщина 6 мм и выше вряд ли будет разумным решением – лишняя трата денег.

При выборе размеров шины следует учитывать еще один момент – размеры винтовых или болтовых соединений и подключаемых к ним контактов. Недопустимо, если головки винтов, болтов, гайки и даже шайбы вступают за поверхность металлической полосы, неважно, снизу или сверху, слева или справа. Они должны всей площадью своей прилегать к шине. Точно такое же требование и к клеммным наконечникам – они должны «участвовать» в контакте всей площадью своей рабочей поверхности.

Есть и более простой способ подбора сечения медной шины. Расчеты уже проведены, даже более точны, чем предлагалось выше, и результаты занесены в таблицу. В ней указаны наиболее распространенные стандартные сечения шин, и максимальные токи, которые она способна длительно выдерживать.

Обратите внимание – имеется два столбца с показателями силы тока – для переменного (АС) и постоянного (DC). Правда, для шин небольшого и среднего сечения эти параметры практически совпадают.

Просто в справочных целях — указывается еще и масса шины длиной 1 метр и 4 метра.

Таблица №4. Стандартные сечения медных шин и максимальные длительные токи, которые они способны выдерживать

Сечение шины, мм?	Допустимый ток		Масса шины, кг
	AC (переменный)	DC (постоянный)	за 1 метр	за 4 метра
Шина медная 15*3	210	210	0,4	1,61
Шина медная 20x3	275	275	0,54	2,14
Шина медная 25x3	340	340	0,67	2,68
Шина медная 30x4	475	475	1,07	4,29
Шина медная 40x4	625	625	1,43	5.71
Шина медная 40x5	700	705	1/79	7,14
Шина медная 50x5	860	870	2,23	8,93
Шина медная 50x6	955	960	2,68	10,72
Шина медная 60x6	1125	1145	3,22	12,86
Шина медная 60x8	1320	1345	4,29	17,14
Шина медная 60x10	1475	1525	5,36	21,43
Шина медная 80x6	1480	1510	4,29	17,14
Шина медная 80x8	1690	1755	5,72	22,86
Шина медная 80x10	1900	1990	7,15	28,58
Шина медная 100x6	1810	1875	5,36	21,43
Шина медная 100x8	2080	2180	7,15	28,58
Шина медная 100x10	2310	2470	8,93	35,72
Шина медная 120x8	2400	2600	8,57	34,29
Шина медная 120x10	2650	2950	10,72	42,86

Если в целях экономии, или же при невозможности приобретения медной шины, решено использовать стальную, то ее размер в сечении можно взять из следующей таблицы.

Таблица №5 Стандартные сечения стальных шин  и максимальные длительные токи, которые они способны выдерживать

Стандартные размеры сечения стальных шин, мм	Допустимый максимальный ток, А
16x2,5	55/70
20x2,5	60/90
25 х 2.5	75/110
20x3	65/100
25x3	80/120
30x3	95/140
40x3	125/190
50x3	155/230
60x3	185/280
70x3	215/320
75x3	230/345
80x3	245/365
90x3	275/410
100x3	305/460
20x4	70/115
22x4	75/125
25x4	85/140
30x4	100/165
40x4	130/220
50x4	165/270
60x4	195/325
70x4	225/375
80x4	260/430
90x4	290/480
100x4	325/535

В столбце «максимальный ток» дробной чертой разделены значения для переменного и постоянного тока.

*  *  *  *  *  *  *

Иногда невозможно рассчитать размер шины по сечению РЕ или РЕN проводника входной линии – в некоторых системах заземления они попросту отсутствуют. Как быть?

На этот вопрос дан ответ в методических рекомендациях по монтажу электрических сетей. В частности, имеет силу Технический циркуляр №6/2004 «О выполнении основной системы уравнивания потенциалов на вводе в здание». А как мы уже говорили, ОСУП всегда связана напрямую с главной заземляющей шиной.

Согласно этому Циркуляру, оценку площади поперечного сечения ГЗШ можно провести по сечению фазного проводника. Ничего сложного – стоит лишь воспользоваться таблицей:

Таблица №6 Определение минимального сечения главной заземляющей шины от сечения фазного проводника

Сечение фазного проводника S	Минимально допустимое сечение главной заземляющей или РЕ шины
до 16 мм? включительно	равно S
от 16 мм? до 35 мм? включительно	16 мм?
от 35 мм? до 400 мм? включительно	0,5 S
от 400 мм? до 800 мм? включительно	200 мм?
свыше 800 мм?	0,25 S

*  *  *  *  *  *  *

Сейчас бы самое время перейти, собственно, к правилам монтажа главной заземляющей шины, к взаимным расположениям подключаемых к ней проводов, к нюансам ее использования в основных и дополнительных системах уравнивания потенциала, защитного заземления РЕ и даже о возможной связи с грозозащитным контуром здания. Тем не менее пока ограничимся уже изложенной информацией, так как без нужных знаний, например, о различных практикующихся системах заземления при электропередаче на ВРУ, это будет пустой разговор. А детальное знакомство с системами заземления, равно как и с системами уравнивания потенциалов, обязательно требуют собственных развернутых разборов. И эти статьи, которые должны обязательно появиться на страницах нашего портала, можно будет считать логическим продолжением настоящей публикации.

Напоследок – еще один важный нюанс, без которого невозможен качественный электромонтаж, в том числе и вводных устройств с главной заземляющей шиной. Речь идет о цветовой маркировке проводников, используемых в схеме. Цвета изоляции берутся вовсе не из личных предпочтений – существуют международные стандарты, которых необходимо придерживаться.

Но зато насколько упрощается последующее знакомство с такими смонтированными установками – в особенности если мастер-электрик не поленился, а снабдил проводники еще и соответствующими ярлыками, однозначно определяющими предназначение того или иного провода.

О цветовой маркировке хорошо рассказывается в предлагаемом видео:

Видео: Полезная информация о цветовой маркировке проводов