Как сделать контур заземления для частного дома и подключить его к щиту

Заземление частного дома — это контур из металлических электродов в грунте рядом с домом и проводник от него к главной шине электрощита. Если в бойлере, стиральной машине или насосе пробьёт изоляцию, ток пойдёт по защитному проводнику в землю и в сеть, автомат или УЗО отключат линию, и корпус прибора не останется под опасным напряжением. В квартире защитный проводник приходит по кабелю от подстанции, а в частном доме контур почти всегда делают сами.

Статья для тех, кто строит дом или переделывает старую проводку и хочет сделать заземление своими руками: какую систему выбрать (TN-C-S или TT), сколько Ом нужно, как рассчитать число электродов, как забить и сварить контур и как его проверить. Земляные и сварочные работы вам по силам за 1–2 выходных. Подключение в щите и замер сопротивления — работа электрика и электролаборатории, ниже объясним почему.

Как работает заземление и из чего состоит контур

Контур заземления (по ПУЭ — заземляющее устройство) состоит из трёх частей.

• Заземлитель — вертикальные электроды (уголок, круглая сталь, омеднённые штыри), забитые в грунт, и горизонтальная полоса, которая соединяет их между собой.
• Заземляющий проводник — стальная полоса от контура до стены дома и медный провод от неё до щита.
• Главная заземляющая шина (ГЗШ) — медная или латунная планка в щите. К ней приходит заземляющий проводник, от неё расходятся жёлто-зелёные защитные жилы PE ко всем розеткам и приборам, к ней же присоединяют металлические трубы, входящие в дом.

Качество заземлителя оценивают сопротивлением растеканию тока — это сопротивление, с которым ток уходит из электродов в грунт, в омах (Ом). Чем оно меньше, тем лучше. Оно зависит от грунта (глина проводит ток в 5–10 раз лучше песка), влажности, длины и числа электродов.

Контур не заменяет автоматы и УЗО, а работает вместе с ними. Заземлённый корпус при пробое сразу «тянет» ток утечки на себя — УЗО видит его и отключает линию раньше, чем кто-то коснётся прибора. Без заземления утечка появится только в момент касания, то есть через человека.

TN-C-S или TT: какое заземление выбрать для частного дома

Систем заземления для частного дома две. Они различаются тем, откуда берётся защитный проводник PE.

TN-C-S. К дому по воздушной линии приходит фаза L и совмещённый нулевой проводник PEN (он работает одновременно как рабочий ноль и как защитный). На вводе в дом PEN разделяют на рабочий ноль N и защитный PE, а точку разделения соединяют с вашим контуром. Это и есть повторное заземление — дополнительное заземление проводника PEN рядом с потребителем. Ток короткого замыкания на корпус возвращается по металлу к подстанции, он большой, и автомат отключает повреждение за доли секунды. ПУЭ называет TN-C-S или TN-S основными для жилых домов.

TT. Ноль сети используется только как рабочий N, а защитный PE берётся исключительно от собственного контура и с нулём сети нигде не соединяется. При пробое ток идёт через грунт, он мал, автомат его не почувствует — отключает только УЗО. Поэтому в TT УЗО обязательно, без исключений. ПУЭ допускает TT, когда безопасность в TN обеспечить нельзя — на практике это старая или длинная воздушная линия с ненадёжным PEN.

Что делает сетевая организация, а что — вы

Сетевая компания отвечает за линию до границы балансовой принадлежности — она записана в акте о технологическом присоединении (часто это зажимы на опоре или шкаф учёта у забора). На опорах воздушной линии она обязана делать свои заземляющие устройства для повторного заземления PEN и грозозащиты, каждое не хуже 30 Ом. Всё, что после границы — ввод, щит, контур у дома и выбор между TN-C-S и TT, — делает и обслуживает владелец. Иногда в технических условиях прямо прописано, какую систему применить и где разделять PEN: тогда делайте как в ТУ, иначе дом не примут к подключению.

Сколько Ом должно быть у контура заземления частного дома

Самая частая путаница — цифра 4 Ом. Она из ПУЭ, но относится к заземлению нейтрали трансформатора на подстанции, а не к контуру у дома. Для дома действуют другие правила.

• TN-C-S, дом питается по воздушной линии. На вводе обязательно повторное заземление PEN. Сопротивление каждого повторного заземления — не больше 30 Ом при сети 380/220 В (60 Ом при сети 220/127 В). Общее сопротивление всех повторных заземлений линии вместе с опорами — не больше 10 Ом. Если удельное сопротивление грунта больше 100 Ом·м (песок, супесь), норму разрешено увеличить в 0,01·ρ раз, но не больше чем в 10 раз.
• TN-C-S, ввод кабелем. ПУЭ рекомендует повторное заземление на вводе и прямо говорит, что его сопротивление не нормируется. На практике ориентируются на те же 30 Ом.
• TT. Должно выполняться условие: сопротивление заземлителя × ток срабатывания УЗО ≤ 50 В. Для УЗО 30 мА выходит до 1667 Ом, для вводного 300 мА — до 167 Ом. Это предельные цифры для исправного УЗО. Электрики советуют держать не больше 30 Ом, а при установке УЗИП (защиты от импульсных перенапряжений) — 10–15 Ом: сопротивление растёт в засуху и мороз, контур стареет, УЗО может отказать.

Норма действует «в любое время года». Если контур мерили после дождей, к результату нужен запас: в засуху и при промерзании сопротивление вертикальных электродов вырастает в 1,2–1,9 раза в зависимости от климата и влажности грунта.

Из чего сделать контур: уголок, круг, оцинковка, медь

ПУЭ разрешает искусственные заземлители из чёрной стали, оцинкованной стали и меди. Окрашивать электроды и полосу в земле нельзя: краска изолирует металл от грунта. Минимальные размеры элементов в земле:

Чёрная сталь — самый дешёвый вариант, но она ржавеет: такой контур служит в среднем 10–15 лет, а во влажном и кислом грунте меньше. Оцинкованная сталь и омеднённые штыри служат дольше и дороже в 2–4 раза. В свежем ГОСТ на заземляющие устройства для электродов в грунте приводятся оцинкованная, омеднённая и нержавеющая сталь и медь, а чёрная сталь — только в бетоне, поэтому при возможности берите оцинковку.

Арматура. Рифлёная строительная арматура формально подходит по сечению (от 16 мм), но многие электрики её не любят: поверхностный слой у термоупрочнённой арматуры быстрее корродирует, а сварка ослабляет стержень. Гладкий круг 16–18 мм надёжнее и стоит почти так же.

Нержавеющая сталь в грунте держится долго, но варить её с чёрной сталью нельзя — в месте контакта разных металлов начинается ускоренная коррозия. Нержавейку соединяют только с нержавейкой, через специальные зажимы.

Треугольник, линия или глубинный штырь

• Треугольник из трёх электродов — классика: компактный, с двумя путями тока к каждому электроду. Если одна сторона полосы оборвётся, контур продолжит работать.
• Линия из 3–6 электродов вдоль стены или забора даёт то же сопротивление при том же числе электродов и удобнее на узком участке. Треугольник лучше линии не потому, что «так положено», а потому, что компактнее.
• Глубинный (модульный) электрод — омеднённые штыри по 1,5 м свинчивают муфтами и забивают на 6–15 м. На глубине грунт влажный и не промерзает круглый год, поэтому сопротивление стабильнее. Выбирают на песке, на маленьком участке или когда мелкий контур не набирает норму.

Главное правило для любой схемы: расстояние между вертикальными электродами — не меньше их длины, а лучше вдвое больше. Если поставить ближе, зоны растекания тока перекрываются и каждый новый электрод добавляет всё меньше.

Где разместить контур на участке

• В 1,5–5 м от стены дома. Ближе 1 м копать опасно для фундамента и отмостки, дальше — длиннее и дороже полоса.
• В стороне от дорожек, крыльца и мест, где люди и животные ходят постоянно: при пробое возле электродов на поверхности грунта появляется разность потенциалов.
• Не под отмосткой и не там, где позже будете копать (грядки, будущий забор, септик).
• Не там, где грунт подсыхает от тепла — над теплотрассой, у печи, под горячими трубами.
• В стороне от колодца, скважины и септика: норм расстояния нет, но держите хотя бы несколько метров, чтобы не повредить их при копке и не путаться при ремонтах.
• Лучше с северной, затенённой стороны: грунт там влажнее, а влажный грунт проводит ток лучше.

Расчёт контура заземления: сколько электродов нужно

Сопротивление контура зависит прежде всего от удельного сопротивления грунта ρ (ро) — это сопротивление кубика грунта со стороной 1 м, в Ом·м. Ориентиры для грунта нормальной влажности:

Сопротивление одного вертикального электрода считают по формуле:

R1 = ρ / (2π·L) × [ln(2L/d) + ½·ln((4t + L) / (4t − L))],

где L — длина электрода, м; d — диаметр, м (для уголка берут 0,95 ширины полки); t — расстояние от поверхности земли до середины электрода, м.

Несколько электродов не делят сопротивление поровну: они «мешают» друг другу. Это учитывает коэффициент использования η (эта). Для трёх электродов при расстоянии, равном их длине, он около 0,7–0,8; в расчёте берём с запасом 0,7. Общее сопротивление: R = R1 / (n × η), где n — число электродов. Полосу, которая соединяет электроды, в простом расчёте не учитывают: она немного снижает сопротивление и даёт дополнительный запас.

Те же три уголка в разных грунтах:

Расчёт даёт только оценку: реальный грунт неоднороден, а влажность меняется. Поэтому электродов закладывают с запасом, а результат обязательно подтверждают замером.

Монтаж контура заземления своими руками: пошагово

Инструменты: болгарка с отрезным кругом, сварочный аппарат (или сварщик на пару часов), кувалда 5–8 кг, штыковая лопата, рулетка, уровень, дрель со сверлом 10–11 мм, кисть для мастики. Материалы для треугольника: 3 уголка 50×50×5 мм по 3 м, 15–20 м полосы 40×4 мм (стороны 9 м плюс путь до дома), болт М10 с гайками и шайбами, медный провод 10–16 мм² в жёлто-зелёной изоляции, медный наконечник под болт, битумная мастика.

1. Разметьте контур. Для треугольника — равносторонний треугольник со стороной, равной длине электрода (3 м для уголка 3 м), и линию от ближайшей вершины к дому.
2. Выкопайте траншею глубиной 0,5–0,7 м и шириной в штык лопаты по сторонам треугольника и до цоколя. На такой глубине полоса меньше страдает от пересыхания и промерзания.
3. Подготовьте электроды. Срежьте нижний конец уголка болгаркой под углом около 30°, чтобы получилось остриё. Краску и масло с металла не наносите, ржавчину не счищайте — тонкий налёт не мешает.
4. Забейте электроды кувалдой в вершинах треугольника вертикально, оставив над дном траншеи 100–200 мм для приварки полосы. Если уголок упёрся в камень и не идёт, вытащите его и забейте в 300–500 мм в сторону. В сухую погоду грунт перед забивкой можно пролить водой.
5. Приварите полосу к выступающим концам электродов по периметру. Полосу изгибают и накладывают на полку уголка внахлёст: длина нахлёста — не меньше двух ширин полосы (для полосы 40 мм — от 80 мм), шов — по всему контуру соединения, а не точками. Болтовые соединения в земле не делайте: они окисляются и теряют контакт за несколько лет.
6. Проложите полосу к дому по дну траншеи и выведите её вертикально по цоколю на высоту 300–500 мм над землёй. Полосу крепите к стене, на конце просверлите отверстие или приварите болт М10.
7. Покройте сварные швы битумной мастикой — только швы, не электроды целиком. Надземную часть полосы окрасьте или обозначьте жёлто-зелёными полосами, а у места ввода в дом поставьте знак заземления.
8. Засыпьте траншею однородным грунтом без щебня, кирпичного боя и строительного мусора, слоями с трамбовкой. Песок и щебень вокруг электродов не сыпьте: они плохо держат влагу.

Если вместо уголка вы ставите модульный омеднённый электрод, порядок другой: штыри по 1,5 м свинчивают муфтами и забивают отбойным молотком через специальную насадку, на соединения муфт наносят токопроводящую пасту, а к головке крепят полосу или провод зажимом из того же комплекта. Сварка не нужна, но зажим потом должен быть доступен для осмотра — его выводят в смотровой колодец или защищают от коррозии.

Подключение контура к щиту

Сначала — общие правила для обеих систем:

• Медный провод от полосы до ГЗШ — сечением не меньше 10 мм². Если вводной кабель толще 10 мм² по меди, проводник берут не тоньше фазной жилы ввода. Как подобрать сечение ввода, мы разбирали в статье как подобрать сечение кабеля.
• Провод крепят к болту на полосе через медный наконечник с пружинной шайбой, чтобы контакт не ослаб, и заводят в дом через гильзу в стене.
• Удобно сделать разъём для замера — съёмную перемычку между проводом от контура и ГЗШ. Её снимают на время измерения, чтобы проверить контур отдельно от сети.
• В цепь PE и PEN нельзя ставить выключатели, автоматы и предохранители. Защитный проводник к каждому прибору идёт отдельным ответвлением, а не «шлейфом» от корпуса к корпусу.

Подключение в системе TN-C-S

1. PEN вводного кабеля подключают к шине PE (она же ГЗШ). От неё ставят перемычку на шину N — это и есть точка разделения. Шины PE и N — отдельные, общий «нулевой» зажим для обоих проводников недопустим.
2. К той же шине PE подключают провод от контура — получается повторное заземление.
3. После точки разделения N и PE больше нигде не соединяют: ни в розетках, ни в коробках, ни в приборах.
4. Вводной автомат ставят после точки разделения, он разрывает фазу и ноль, но не PE.
5. Нули групп с УЗО берут только с выхода «своего» УЗО, иначе оно будет срабатывать ложно или не сработает вовсе.

В TN-C-S главный риск — обрыв PEN на линии до дома. Тогда напряжение на нуле «плавает», а через PE может попасть на корпуса. Снижают риск хорошее повторное заземление (чем ниже его сопротивление, тем меньше напряжение на корпусах), реле напряжения на вводе и основная система уравнивания потенциалов.

Подключение в системе TT

1. Ноль сети подключают только к шине N. С шиной PE его не соединяют ни перемычкой, ни через корпус щита.
2. Шину PE соединяют только с проводом от контура.
3. На вводе ставят селективное УЗО типа S на 100–300 мА: оно защищает от пожара и пробоя на вводных цепях. На розеточные группы, ванную, улицу — УЗО или дифавтоматы на 30 мА. Уставка вводного УЗО должна быть минимум втрое больше групповых.
4. Желательно реле напряжения и УЗИП, собранный для TT (с отдельным разрядником между N и PE).

Чем отличаются УЗО и дифавтомат и что ставить на какие группы, читайте в статье УЗО и дифавтомат.

Уравнивание потенциалов: трубы, газ, молниезащита

На вводе в дом к ГЗШ отдельными проводниками присоединяют металлические трубы водопровода и отопления, металлический каркас дома, если он есть, и заземлитель молниезащиты. Газовую трубу присоединяют только со стороны дома после изолирующей вставки. Цель — чтобы при пробое все металлические части в доме оказались под одним потенциалом и между ними не возникло опасного напряжения.

Как проверить заземление частного дома

Сопротивление контура мультиметром не измерить: он меряет сопротивление провода, а не растекание тока в грунт. Проверка «лампочкой между фазой и землёй» тоже ничего не доказывает: лампа может гореть и при сопротивлении в сотни Ом. Мегаомметр предназначен для изоляции, а не для заземления.

Правильный замер делает электролаборатория специальным измерителем сопротивления заземления.

1. Контур отсоединяют от ГЗШ на разъёме: в TN-C-S иначе прибор покажет сопротивление вместе со всеми повторными заземлениями линии.
2. В грунт по одной прямой забивают два вспомогательных штыря: потенциальный на 15–25 м от контура и токовый на 25–40 м (расстояния зависят от размера контура и прибора).
3. Прибор пропускает ток между контуром и дальним штырём и меряет напряжение на ближнем. Потенциальный штырь переставляют на 1–2 м ближе и дальше: если показания меняются сильно, разносят штыри дальше.
4. Результат умножают на сезонный коэффициент, если мерили во влажное время, и оформляют протокол.

Протокол замера понадобится при приёмке подключения сетевой организацией, при пуске газового котла и при страховании дома. Кроме сопротивления контура лаборатория обычно проверяет сопротивление петли «фаза — ноль» и время срабатывания УЗО.

Если сопротивление выше нормы: продлите полосу и добавьте 1–3 электрода по прямой на расстоянии не меньше их длины, или забейте глубинный электрод и приварите его к контуру. Засолка грунта солью снижает сопротивление на 1–2 года, но потом соль вымывается, а сталь ржавеет в несколько раз быстрее — так делать не стоит.

Уход. Раз в год осматривайте вывод полосы и болтовое соединение на стене: нет ли ржавчины, ослабших гаек, повреждённой изоляции провода. Каждые несколько лет, после земляных работ рядом с контуром и при изменениях в щите — повторный замер. Раз в 10–12 лет выборочно вскройте грунт у одного электрода: если металл «съеден» коррозией больше чем наполовину сечения, контур пора обновлять.

Частые ошибки

Когда звать электрика

Контур в земле можно сделать самому. Но позовите электрика с допуском, если:

• нужно разделить PEN на вводе или переделать щит под TN-C-S или TT;
• сетевая организация указала в технических условиях особые требования или вы не понимаете, какая система вам нужна;
• в доме старая двухпроводная проводка без PE — её переделка требует проекта, а не одной перемычки;
• после подключения контура выбивает УЗО, на корпусах «щиплет», индикатор показывает напряжение на PE;
• в доме газовый котёл, сауна, бассейн или насос в скважине — там требования строже;
• нужен протокол замера: его выдаёт только электролаборатория.

Частые вопросы

На какую глубину забивать электроды заземления?

Электроды длиной 2,5–3 м забивают в дно траншеи глубиной 0,5–0,7 м, так что нижний конец оказывается на глубине 3–3,7 м. Большая часть электрода при этом ниже глубины промерзания и в постоянно влажном грунте. В северных районах, где грунт промерзает на 2 м и глубже, берут электроды длиннее или глубинные штыри на 6 м и больше.

Можно ли сделать заземление на даче одним штырём?

Один штырь длиной 1,5–3 м в суглинке даёт 30–60 Ом, в песке — 150 Ом и больше. Для системы TT с исправными УЗО этого формально может хватить, но запаса на засуху и мороз нет. Надёжнее хотя бы два-три электрода или один глубинный на 6–9 м — и в любом случае замер.

Можно ли сделать контур заземления в подвале или под домом?

Можно, если электроды забиты в природный грунт под домом и к месту соединения есть доступ для осмотра. Минусы: под отапливаемым домом грунт может пересыхать, забивать электроды в подвале тяжело, а ремонтировать контур под полом неудобно. Поэтому контур обычно делают снаружи, в 1,5–5 м от стены.

Можно ли использовать арматуру вместо уголка?

Можно стальной стержень диаметром от 16 мм, но лучше гладкий круг, а не рифлёную арматуру: у термоупрочнённой арматуры поверхность корродирует быстрее, а сварка ослабляет её. Арматура фундамента может служить естественным заземлителем, но рассчитывать на неё как на единственный контур в частном доме нельзя: её сопротивление непредсказуемо, а соединения в бетоне не проверить.

Нужно ли красить контур заземления?

Электроды и полосу в земле не красят — краска изолирует их от грунта. Битумной мастикой покрывают только сварные швы. Надземную часть полосы окрашивают от коррозии и обозначают чередующимися жёлтыми и зелёными полосами, а у ввода в дом ставят опознавательный знак заземления.

Можно ли объединить заземление дома и молниезащиту?

Да, заземлитель молниезащиты присоединяют к общей системе заземления дома: разные несвязанные контуры при ударе молнии получают разный потенциал, и между ними может возникнуть опасное напряжение. Токоотвод молниеприёмника подключают к контуру в земле отдельным спуском, а в щите ставят УЗИП. Проект молниезащиты лучше заказать специалисту.

Нужно ли заземление, если в щите стоит УЗО?

Да. УЗО реагирует на утечку, но без заземления утечки нет, пока никто не коснулся корпуса, — ток пойдёт через человека, и УЗО отключит уже его. С заземлением ток утечки уходит в PE сразу при пробое, и УЗО отключает линию до того, как кто-то тронет прибор.

Можно ли сделать один контур для дома и бани?

Если баня питается кабелем от щита дома и в кабеле есть жила PE, баня пользуется заземлением дома, отдельный контур не обязателен. Если баня стоит дальше 20–30 м или питается отдельным вводом, для неё делают свой контур. Когда постройки рядом, их контуры соединяют между собой стальной полосой в земле, чтобы не было разности потенциалов.

Почему контур заземления делают треугольником?

Треугольник компактен и даёт каждому электроду два пути к остальным: обрыв одной стороны не выключает контур. По сопротивлению линия из тех же трёх электродов с тем же шагом почти не хуже. Выбирайте форму по месту на участке, а не по традиции.