Как сделать разность потенциалов

Обновлено: 05.07.2024

Электрики — странный народ. Они используют странную терминологию, которая далеко не всегда отражает сущность понятий. Понятия в электрике формируются довольно витиеватыми, отчего сами же электрики понимают их по разному. Думаю, это связано с постоянным заимствованием зарубежных правил, сформированных в другой языковой традиции.

Сегодня речь пойдёт о системах уравнивания и выравнивания потенциалов. Прямо скажем, эти системы — редкость в большинстве частных домов. Да и не всегда они там нужны. Например, в моём садовом домике в СНТ они точно не нужны, поскольку у меня в нём нет металлических коммуникаций. Тем не менее, для полноты картины вкратце ознакомимся с этими системами. Тем более, что в ряде современных коттеджей (и не только в них) они всё-таки необходимы.

Итак, в чём отличия? Посмотрим, что пишет ПУЭ:

1.7.32. Уравнивание потенциалов — электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов.

1.7.33. Выравнивание потенциалов — снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли.

То есть, уравнивание предполагает достижение отсутствия разности потенциалов путём непосредственного электрического соединения проводящих частей, а выравнивание — лишь снижение разности потенциалов на поверхности земли или пола (борьба с шаговым напряжением).

Уравнивание потенциалов

Существует основная и дополнительная системы уравнивания потенциалов. ПУЭ на эту тему пишет:

1.7.60. При применении защитного автоматического отключения питания должна быть выполнена основная система уравнивания потенциалов в соответствии с 1.7.82, а при необходимости также дополнительная система уравнивания потенциалов в соответствии с 1.7.83.

То есть, поскольку защитное автоматическое отключение питания может осуществляться автоматическими выключателями, а они у нас стоят в любом доме, ПУЭ нас обязывает делать и систему уравнивания потенциалов. Замечу, что не в каждом садовом домике есть подлежащие соединению проводящие части, но если они есть, то система должна их объединять.

Существует также такое понятие, как местная система уравнивания потенциалов. Фактически это дополнительная система уравнивания потенциалов, не связанная с основной системой. Такая применяется только для цепей, в целях защиты запитанных через разделительный трансформатор или от другого источника, обеспечивающего равноценную степень безопасности (п.1.7.85).

Основная система уравнивания потенциалов (ОСУП)

Итак, что должна соединять основная система уравнивания потенциалов? Часть из этих объектов уже, как правило, соединена системой заземления, а остальные надо тоже к ней присоединить. Итак, ПУЭ перечисляет проводящие части, которые требуется соединить с главной заземляющей шиной или шиной, выполняющей её функции (например, PE)

1.7.82. О сновная система уравнивания потенциалов в электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:

2) заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и ТТ;

3) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание (если есть заземлитель);

4) металлические трубы коммуникаций, входящих в здание: горячего и холодного водоснабжения, канализации, отопления, газоснабжения и т.п. Если трубопровод газоснабжения имеет изолирующую вставку на вводе в здание, к основной системе уравнивания потенциалов присоединяется только та часть трубопровода, которая находится относительно изолирующей вставки со стороны здания;

6) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования. При наличии децентрализованных систем вентиляции и кондиционирования металлические воздуховоды следует присоединять к шине РЕ щитов питания вентиляторов и кондиционеров;

8) заземляющий проводник функционального (рабочего) заземления, если такое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;

Проводящие части, входящие в здание извне, должны быть соединены как можно ближе к точке их ввода в здание.

Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине (см. 1.7.119-1.7.120) при помощи проводников системы уравнивания потенциалов.

Проводники основной системы уравнивания потенциалов должны иметь сечение не менее 6 мм² по меди (ПУЭ, п.1.7.137).

Дополнительная система уравнивания потенциалов (ДСУП)

ПУЭ также оговаривает проводящие части, которые требуется соединить дополнительной системой уравнивания потенциалов:

1.7.83. Система дополнительного уравнивания потенциалов должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток.

Для уравнивания потенциалов могут быть использованы специально предусмотренные проводники либо открытые и сторонние проводящие части, если они удовлетворяют требованиям 1.7.122 к защитным проводникам в отношении проводимости и непрерывности электрической цепи.

1.7.84. . Проводящие части оборудования с двойной изоляцией не должны быть присоединены к защитному проводнику и к системе уравнивания потенциалов.

То есть, если можно одновременно дотронуться, например, до металлического воздуховода и до металлической трубы водоснабжения, то их необходимо дополнительно электрически соединить, даже если эти системы уже были соединены где-то на вводе в дом. Ведь всегда может случиться, что часть металлического водопровода может быть заменена пластиком, как, впрочем, и часть воздуховода.

В ванной комнате, например, системой ДСУП должны быть соединены при их наличии такие объекты, как:

металлический корпус ванны или душевой кабины;
металлический корпус полотенцесушителя;
металлические водопроводные и газовые трубы;
металлические трубы канализации;
металлические короба вентиляции.

Проводники дополнительной системы уравнивания потенциалов должны иметь сечение не менее:

при соединении двух открытых проводящих частей — сечения меньшего из защитных проводников, подключенных к этим частям;
при соединении открытой проводящей части и сторонней проводящей части — половины сечения защитного проводника, подключенного к открытой проводящей части.

Соединения объектов ДСУП должны быть прямыми (не через шину). Кроме того, если при замене одного из объектов способ присоединения к нему проводника допускает рассоединение оставшихся объектов, их нужно соединить и через шину, дублируя тем самым соединение.

ДСУП должна иметь соединение с ОСУП (кроме случаев запитывания цепей помещения через разделительный трансформатор или от другого источника, обеспечивающего равноценную степень безопасности (п.1.7.85)).

Выравнивание потенциалов

Выравнивание потенциалов применяется не так часто, и обязательно только для помещений для содержания животных:

1.7.174. В зоне размещения животных в полу должно быть выполнено выравнивание потенциалов при помощи металлической сетки или другого устройства, которое должно быть соединено с дополнительной системой уравнивания потенциалов.

Заключение

По теме уравнивания и выравнивания потенциалов в ПУЭ написано довольно много информации. Но тема данной статьи исчерпывается общим представлением о различии этих систем.

Ставьте лайки , если статья понравилось. Пишите комментарии , и не только с критикой. Мне нужна также и ваша поддержка .

Делитесь также этой статьёй в социальных сетях (соответствующие кнопочки рядом со статьёй в наличии) и, конечно, подписывайтесь на мой канал! Жду ваших отзывов! Пока!

Во многих случаях для того, чтобы правильно уяснить суть вопроса, касающегося электротехники, необходимо точно знать, что такое разность потенциалов.

Определение разности потенциалов

Общее понятие состоит в электрическом напряжении, образованном между двумя точками, и представляющем собой работу электрического поля, которую необходимо совершить для перемещения из одной точки в другую положительного единичного заряда.

Таким образом, в равномерном и бесконечном электрическом поле положительный заряд под воздействием этого поля будет перемещен на бесконечное расстояние в направлении, одинаковым с электрическим полем. Потенциал конкретной точки поля представляет собой работу, производимую электрическим полем при перемещении из этой точки положительного заряда в точку, удаленную бесконечно. При перемещении заряда в обратном направлении, внешними силами производится работа, направленная на преодоление электрической силы поля.

Разность потенциалов на практике

Разность потенциалов, существующая в двух различных точках поля, получила понятие напряжения, измеряемого в вольтах. В однородном электрическом поле очень хорошо просматривается зависимость между электрическим напряжением и напряженностью электрического поля.

Точки с одинаковым потенциалом, расположенные вокруг заряженной поверхности проводника, полностью зависят от формы этой поверхности. При этом разность потенциалов для отдельных точек, лежащих на одной и той же поверхности имеет нулевое значение. Такая поверхность проводника, где каждая точка обладает одинаковым потенциалом носит название эквипотенциальной поверхности.

Когда происходит приближение к заряженному телу, происходит быстрое увеличение потенциала, а расположение эквипотенциальных поверхностей становится более тесным относительно друг друга. При удалении от заряженных тел, расположение эквипотенциальных поверхностей становится более редким. Расположение электрических силовых линий всегда перпендикулярно с эквипотенциальной поверхностью в каждой точке.

Что такое разность потенциалов, и почему она опасна для человека? Любой металлический предмет большого размера (водопроводная труба, радиатор отопления, ванна, корпус холодильника) является хорошим проводником электрического тока. Даже без прямого контакта с источником напряжения, на поверхности этих предметов может возникнуть наведенный электрический ток, по аналогии с шаговым напряжением.

Что такое дополнительное уравнивание потенциалов?

Разность потенциалов, вот что опасно для жизни человека. Самым опасным местом в нашей обители остается ванная комната. Чтобы сделать её безопасным местом пребывания, прокладывается контур дополнительного выравнивания потенциалов.

Почему дополнительное? Дело в том, что строение дома должно иметь основной контур заземления по всем современным нормам и правилам строительства. Это означает, что все металлические части и конструкции всего здания заземлены. Но в ванной комнате делают еще один, дополнительный контур уравнивания потенциалов.

Назначение

Сначала поговорим о том, для чего нужна СУП в квартире. Дело в том, что все металлические предметы являются проводниками тока, что известно еще со школьного курса физики. В квартирах такими объектами являются трубы холодного и горячего водоснабжения, полотенцесушитель, водосток, система отопления, корпуса электроприборов и даже вентиляционные короба. Как Вы понимаете, металлические трубы и остальные общедомовые коммуникации связаны между собой. Если образуется разность электрических потенциалов между двумя металлическими объектами, к примеру, душевой кабиной и батареей отопления, то одновременное касание человеком двух объектов может быть крайне опасным. Связано это с тем, что тело выступит перемычкой между коммуникациями, и ток будет протекать через человека от объекта с большим потенциалом к тому, что меньше.

Типичный случай такой опасности, это возникновение разных потенциалов на водопроводной и канализационной трубе. Если утечка тока возникнет на трубах водоснабжения, когда Вы будете купаться в ванной, вероятность удара током будет крайне высока. Причина этому – слив воды и одновременное касание крана. Вода в этом случае станет проводником от канализации к водопроводным трубам, а Вы – этой перемычкой. Наглядно увидеть опасную ситуацию Вы можете на картинке ниже:

Чтобы избежать такой проблемы, как раз и нужна система уравнивания потенциалов в квартире.

Как это работает

Предположим, что в вашей квартире все розетки и электроприборы заземлены. В теории вы чувствуете себя в безопасности. Ваш сосед снизу, проводя ремонт, заменил канализационную трубу с чугунной на пластиковую. Теперь между вашей чугунной ванной и физической землей отсутствует надежная электрическая связь. У соседа пробило изоляцию в люстре, и через влажный пол вашей ванной комнаты, потенциал порядка 100 вольт появился в ванной с водой.

Поскольку в канализационном стоке пластиковая вставка, замыкания на землю не произошло, и защитный автомат не сработал. Весь потенциал накопился в вашей ванной. Вы, находясь в воде, прикасаетесь к смесителю. Через стальные трубы водопровода, он имеет надежную электрическую связь с грунтом. Вы получаете гарантированное поражение электротоком.

Почему так произошло?

Любой проводник содержит в себе электроны. Пока нет разницы в потенциалах на концах проводника, электроны стоят на месте, и электроток не протекает. В описанной ситуации, труба водопровода имеет нулевой потенциал по всей длине. Ванна с водой, по причине распространения напряжения от неисправной проводки этажом ниже, через отрезок чугунной трубы, имеет потенциал 100 вольт. Эти предметы между собой не соприкасаются, поэтому электрического тока нет.

После касания одновременно ванной под напряжением и фактически заземленного смесителя, по вашему телу протекает электрический ток. Человек на 80% состоит из воды, поэтому он вполне себе неплохой проводник. Электроны просто устремляются от точки с меньшим потенциалом, к точке с большим потенциалом. Поэтому уравниванию потенциалов в ванной комнате следует уделить особое внимание.

Справедливости ради, если бы вы просто оказались с ванной под напряжением (ничего не касаясь), и так же из нее удалились, никакого поражения электротоком не было. Вы никогда не задавались вопросом, почему птицы, сидящие на проводе ЛЭП с напряжением свыше 1000 вольт, не погибают от удара током? Потому, что у них такой же потенциал, как у провода: 1000 вольт. Они не касаются других проводов, разницы потенциалов нет, соответственно, нет и электротока через их тушки.

Отсюда вывод: любые предметы, которые в обычных условиях не находятся под напряжением (за исключением аварийных ситуаций), всегда должны иметь равный потенциал. В случае с жилыми помещениями — равный нулю. Для этого, все металлические элементы жилого дома, включая арматуры в стенах, соединяются с контуром заземления еще на этапе строительства.

Это называется: основная система уравнивания потенциалов (ОУП). Вблизи каждого здания расположена главная заземляющая шина (ГЗШ), надежно (обычно с помощью сварки) соединенная с заземлителем (контуром). Она периодически проверяется специальными службами (со временем может рассыпаться от коррозии), и монтируется еще на этапе закладки фундамента.

Можете быть уверены, что все металлические предметы вашей многоэтажки имеют электрический контакт с ГЗШ. Сразу после ввода в эксплуатацию, контур уравнивания потенциалов работает безупречно. Это требование Правил устройства электроустановок соблюдается всегда. Пока не начинаются ремонты в квартирах.

Почему необходимо дополнительное уравнивание потенциалов?

Стояки горячей и холодной воды, стояки отопления, все эти части в прошлом были сделаны строго из металла. Но как известно, на смену металлу пришел пластик — полипропеленовые трубы. Если раньше, когда абсолютно все трубы были из металла и опасный потенциал, случайно оказавшись на металлической части, мог без препятствий стечь в землю, то пластик такой возможности не дает. Например, у вас стояки металлические, а вот сосед этажом ниже поменял на пластик. Теперь опасному потенциалу уходить некуда. Взявшись за трубу, на которой скопился опасный потенциал одной рукой, а другой за стояк, который заземлен, то это как раз тот случай, который может оказаться роковым.

Схема дополнительного уравнивания потенциалов

Толковая электрика, электричество, электромонтаж для дома, дачи и офиса!

Разновидности

Существует основная система уравнивания потенциалов (ОСУП) и дополнительная (ДСУП). Что касается первой, она считается главной и представляет собой контур, в котором объеденные следующие элементы:

заземлитель;
главная заземляющая шина (ГЗШ), которая находится на вводе в здание;
вся металлическая арматура жилой многоэтажки;
вентиляционные короба;
металлические водопроводные трубы (холодная и горячая вода);
элементы молниезащиты здания.

Когда все эти элементы объедены, про опасность возникновения разных потенциалов можно было не бояться в прошлые года, однако на сегодняшний день ситуация иная. Связано это с тем, что в последнее время владельцы квартир переходят с металлических труб отопления на пластиковые, а точнее – полипропиленовые. Как результат, пластик разрывает защитную цепочку и разность потенциалов может возникнуть между различными коммуникациями в ванной комнате, к примеру – водопроводом и полотенцесушителем.

Еще одна проблема использования только ОСУП – на большой протяженности коммуникаций (многоэтажные дома) электрический потенциал той же трубы на первом и десятом этаже будет существенно отличаться, что также является опасной ситуацией. Именно поэтому вместе с главной СУП создают еще дополнительную, индивидуально для каждой квартиры.

Дополнительная система уравнивания потенциалов находится в ванной комнате и объединяет следующие элементы:

корпус ванны либо душевой кабины;
полотенцесушитель;
водопроводные и газовые трубы;
канализация;
вентиляция, если в комнату выходит металлический короб;

Каждый объект системы должны быть подключен отдельным одножильным медным проводом, другой конец которого выводится в коробку уравнивания потенциалов (КУП), как показано на фото ниже:

Сразу же обращаем Ваше внимание на несколько требований, которые предъявляются к дополнительной системе уравнивания потенциалов согласно нормам и правилам ПУЭ:

Запрещается подключать элементы ДСУП шлейфом.
Категорически запрещено создавать дополнительную СУП, если в квартире нет заземляющего контура (заземление выполнено по системе TN-C).
ДСУП должна быть неразрывной на всей протяженности от клеммной коробки в ванной до квартирного щитка. Включение в цепь любой коммутационной аппаратуры запрещено.

Вот мы и рассмотрели, из чего состоит основная и дополнительная система уравнивания потенциалов. Если у Вас в квартире нет местного защитного контура, далее мы расскажем, как сделать ДСУП своими руками.

В чем опасность

Вы скажете, что это все незаконно, и запрещено? Да, это так.

Но это логика пешехода, который видит несущийся на него автомобиль, и продолжает находиться на переходе, уповая на ПДД. Пешехода собьют, водителя обязательно накажут. Кому от этого станет легче?

Не следует надеяться на то, что вокруг вас все придерживаются Правил устройства электроустановок. Поэтому организуем дополнительное уравнивание потенциалов.

Выполняем монтаж

Монтаж дополнительной СУП (ее еще называют местной) выполнить несложно. Желательно проделывать такую работу на этапе капитального ремонта, т.к. провод от коробки (КУП) до щитка нужно вести в стяжке пола. Итак, для начала Вы должны подготовить следующие материалы:

Клеммная коробка со специальной медной шиной – ШДУП, как на фото ниже.
Одножильный провод из меди, сечением 2,5; 4 и 6 мм2. Рекомендуется использовать провод ПВ-1 и ПВ-3.
Крепежные системы – хомуты, болты, контактные лепестки. Нужны для подключения проводников системы уравнивания потенциалов к трубам и металлическим корпусам.

Подготовив такой небольшой комплект ДСУП можно переходить к монтажу. Первым делом рекомендуется составить схему уравнивания потенциалов, по которой Вы будете выполнять соединение всех элементов. Также на схеме можно зарисовать, в каких местах будет проходить провод от клеммной коробки до заземляющей шины в щитке. Примеры проектов для квартиры Вы можете увидеть на планах ниже:

После этого Вы должны подготовить коммуникации к подключению – зачистить небольшую область под хомут на трубах до металлического блеска. Это нужно для того, чтобы контакт был надежным, и система уравнивания потенциалов сработала в опасной ситуации.

Далее нужно подключить каждый элемент отдельным проводом. Если на участках отсутствует вероятность механического повреждения провода, можете для уравнивания использовать проводник сечением 2,5 мм2. Когда вероятность повреждения есть, хоть и незначительная, лучше перестраховаться и использовать провод сечением 4 квадрата. Все провода заводятся в КУП и надежно закрепляются на шине. Кстати, клеммную коробку для установки в ванной комнате рекомендуется выбирать со степенью защиты IP 54 или выше. От шины выводится провод сечением 6 мм2, который нужно проложить к квартирному щитку. Тут также есть свое определенное требование – этот проводник не должен пересекать другие кабельные линии, к примеру, если Вы решили провести электропроводку в полу.

В завершение провод подключается к шине заземления в щитке, на чем монтаж дополнительной системы уравнивания потенциалов завершается. Рекомендуем перестраховаться и вызвать электрика, чтобы он проверил работоспособность системы тестером и визуальным осмотром!

Будет интересно прочитать:

Уравнивание или выравнивание

Многие путают два основных понятия:

Уравнивание потенциалов, это нивелирование разницы потенциалов между доступными к прикосновению одним человеком открытыми проводящими поверхностями. Относится к штучным электроустановкам или проводникам.
Выравнивание потенциалов, это снижение разности потенциалов на большой площади: грунт, бетонный пол. Например, в здании — это соединений всей арматуры в стенах между собой, и с ГЗШ.

Обязательное условие для монтажа системы уравнивания потенциалов

Важно! Обязательно перед монтажом системы уравнивания потенциалов (СУП), нужно выяснить, по какой системе сделано ли в доме заземление. Если по системе TN-C, то делать систему уравнивания потенциалов нельзя! Это опасно для жизни всех ваших соседей, которые не сделали СУП.

Система заземления TN-Cпредполагает объединение нулевого рабочего проводника(N) и защитного проводника(PE) в одном проводе. Подробно о системах заземления читайте в статье: Системы питания, системы заземления

Система уравнивания потенциалов (СУП)

Соединение на входе в здание нижеперечисленных проводящих элементов называется главной системой уравнивания потенциалов. Соединяются они на входе в здание, во вводном распределительном устройстве (ВРУ) или рядом с ним:

Магистральный защитный проводник(PEили PEN проводники);
Магистральный заземляющий проводник;
Стальные коммуникационные трубы в здании и между зданиями (холодный и горячий водопровод. газ, отопление, канализация);
Все металлические части строительных конструкций, централизованные системы вентиляции и кондиционирования, а также молниезащиты

Соединяются они на специальной главной заземляющей шине (ГЗШ) или зажиме.

Видео по теме

Кол-во блоков: 13 | Общее кол-во символов: 14933
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:

Рассмотрим несколько примеров вычисления разности потенциалов между точками поля, созданного некоторыми заряженными телами.

Разность потенциалов между точками поля, образованного двумя бесконечными заряженными плоскостями

Мы показали, что напряженность связана с потенциалом

где – напряженность электростатического поля между заряженными плоскостями, найденная в п. 2.5.2 с помощью теоремы Остроградского–Гаусса; σ = q/S– поверхностная плотность заряда.

Теперь, чтобы получить выражение для потенциала между плоскостями, проинтегрируем выражение (3.7.1):

На рисунке 3.5 изображена графическая зависимость напряженности E и потенциала φ от расстояния между плоскостями.

Разность потенциалов между точками поля,образованного бесконечно длинной цилиндрической поверхностью

В п. 2.5 с помощью теоремы Остроградского-Гаусса мы показали, что, т.к. , то (см. рис. 3.6)

Т.к. то , отсюда найдем разность потенциалов в произвольных точках 1 и 2:

На рисунке 3.6 изображена зависимость напряженности E и потенциала от r. (Здесь и далее E – изображена сплошной линией, а – пунктирной).

Разность потенциалов между обкладками цилиндрического конденсатора

В п. 2.5. мы нашли, что (рис. 3.7)

Отсюда так же, как и в предыдущем случае, разность потенциалов будет равна:

Таким образом, внутри меньшего цилиндра имеем , Е = 0, между обкладками потенциал уменьшается по логарифмическому закону, а вторая обкладка (вне цилиндров) экранирует электрическое поле и φ и Е равны нулю.

На рисунке 3.7 изображена зависимость напряженности E и потенциала от r.

Разность потенциалов между точками поля, образованного заряженной сферой (пустотелой)

Напряженность поля сферы (рис. 3.8) определяется формулой: .

Разность потенциалов внутри диэлектрического заряженного шара

Имеем диэлектрический шар (рис. 3.9), заряженный с объемной плотностью

В п. 2.5 с помощью теоремы Остроградского–Гаусса мы нашли, что внутри шара .

Теперь найдем разность потенциалов внутри шара:

Отсюда находим потенциал шара:

Из полученных соотношений можно сделать следующие выводы.

С помощью теоремы Гаусса сравнительно просто можно рассчитать Е и φ от различных заряженных поверхностей.

Напряженность поля в вакууме изменяется скачком при переходе через заряженную поверхность.

Читайте также: