Наземний масив сонячних панелей стоїть на опорах, забитих або загвинчених у ґрунт, і цим відрізняється від дахового одразу у двох відношеннях. Металоконструкція тут сама перебуває в землі, тому може працювати заземлювачем без жодних додаткових електродів. Водночас до неї вільно підходять люди й тварини, і при замиканні струм розтікається в ґрунті просто під ногами.
Звідси й різниця в проектуванні. На даху задача зводиться до того, щоб зібрати неперервне коло і довести його до головної заземлювальної шини будинку. На землі до цього додається заземлювальний пристрій як такий: скільки електродів, якої довжини, де їх розмістити і як зв’язати зі станцією та будинком.
Нижче розібрано заземлення сонячних панелей на землі стосовно приватної станції: коли опора працює заземлювачем, як улаштований контур, де розміщувати електроди і який опір вважається нормою. Нормативні посилання дано за українськими документами: Правила улаштування електроустановок (ПУЕ:2026, глава 1.7, затверджені наказом Міненерго від 05.06.2026 № 283), ДСТУ Б В.2.5-82:2016 щодо заходів захисту від ураження електричним струмом у будівлях і ДСТУ EN 62305-3:2021 щодо блискавкозахисту. Номери пунктів наведено саме за цими редакціями.
Чим наземна станція відрізняється від дахової
Перелік відмінностей, кожна з яких змінює рішення:
- опори перебувають у ґрунті і за певних умов самі є заземлювачами;
- конструкція доступна для дотику з землі, а не тільки під час обслуговування на висоті;
- навколо станції є майданчик, яким ходять, тому з’являється питання розтікання струму в ґрунті;
- станція часто віддалена від будинку на десятки метрів, і заземлювальний пристрій легко помилково зробити автономним;
- усі з’єднання перебувають у землі або біля землі, де корозія йде швидше і оглянути їх неможливо.
Що заземлюють в обох випадках, однаково: рами модулів, монтажні профілі, опори, кабельні лотки, корпуси інвертора й боксів. Чим з’єднувати раму з профілем, які затискачі пробивають анодування і з яким моментом їх затягувати, розібрано в попередній частині циклу про заземлення сонячних панелей на даху; для наземного масиву все це застосовується без змін.
Один заземлювальний пристрій, а не два
Станція, що стоїть осторонь від будинку, провокує очевидне на вигляд рішення: забити електроди поруч із масивом і зробити місцевий контур, не зв’язуючи його з будинковим. Рішення неправильне, і причина в різниці потенціалів. Як обрати сам провід, тобто його переріз, марку, клас жили й наконечники, розібрано в статті про кабель для заземлення сонячних панелей.
Два незалежні заземлювачі в межах однієї ділянки мають різні потенціали, оскільки вони рознесені в ґрунті і розтікання в кожного своє. Інвертор при цьому зв’язаний і з тим, і з іншим: корпусом крізь станцію, а нульовим і захисним провідниками крізь будинкову мережу. При грозовому розряді або замиканні різниця потенціалів прикладається до обладнання, яке виявилося містком між двома контурами, і пошкоджує саме його.
Правильна схема виглядає так. Металоконструкція станції збирається в один вузол, від нього йде магістральний провідник до головної заземлювальної шини будинку, і до тієї самої шини приходить заземлювач. Якщо в станції є власні електроди, вони з’єднуються з будинковим заземлювачем у спільний заземлювальний пристрій, а не працюють паралельно йому.
Вимога щодо послідовного вмикання корпусів діє і тут. ПУЕ, пункт 1.7.159: послідовно вмикати в PE-провідник або заземлювальний провідник відкриті провідні частини не допускається. Кожен корпус приєднують до шини своїм провідником, а перемички всередині металоконструкції масиву до цієї заборони стосунку не мають, оскільки масив є єдиною конструкцією.
Паля як заземлювач: коли працює
Гвинтова або забивна паля перебуває в ґрунті на глибині, зіставній з довжиною звичайного заземлювального електрода, тому питання про те, чи потрібні окремі електроди, виникає завжди.
Відповідь залежить від трьох умов, і перша з них пов’язана з глибиною. Американський NEC у пункті 250.52(A)(2) визнає металеву заглиблену опору електродом за вертикального контакту з ґрунтом не менше ніж 3 м, причому бетонна обойма цьому не заважає. Німецький виробник систем блискавкозахисту DEHN у методичних матеріалах щодо наземних станцій виходить із того, що паля працює заземлювачем за заглиблення не менше ніж 2,5 м нижче глибини промерзання.
Друга умова стосується покриття. Оцинкована паля залишається електродом, оскільки цинк проводить струм, а от полімерне або епоксидне покриття перетворює її на ізолятор, занурений у ґрунт. Настанова IEEE Std 2778-2020, присвячена заземленню сонячних станцій, окремо обумовлює, що паля з антикорозійним покриттям або засипана високоомним щебенем внеску в заземлення не дає.
Третя умова належить до самого ґрунту. Паля, що потрапила в сухий пісок із питомим опором у тисячі ом на метр, електродом є тільки формально: опір розтіканню в неї такий, що практичної користі немає.
Суттєво, що позиція виробників не однакова. Настанова з монтажу трекерів Array Technologies прямо забороняє використовувати конструктивні з’єднання як точки заземлення і вимагає окремого електрода, знімаючи із себе відповідальність за електричні властивості опори. Тому виходити варто з документації на конкретну систему кріплень, а не із загального міркування, що метал у землі це вже заземлювач.
Окремо варто відзначити, що саме нормується. Перелічені документи задають довжину і глибину заглиблення, а також мінімальні розміри перерізу й товщину стінки. Площа контакту опори з ґрунтом до цього переліку не входить, тому розрахунок опору розтіканню залишається інженерною задачею, а не перевіркою за таблицею.
Улаштування контуру
Якщо опори заземлювачем не визнані, контур виконують окремо. Типове рішення для приватної станції складається з кількох вертикальних електродів, з’єднаних горизонтальною штабою або круглим провідником у замкнену чи лінійну конфігурацію.
Мінімальні розміри елементів, прокладених у землі, задає ПУЕ, таблиця 1.7.5, яку вводить пункт 1.7.117:
- чорна сталь без покриття: вертикальний електрод круглий діаметром 16 мм, горизонтальний круглий 10 мм, штаба перерізом 100 мм² за товщини 4 мм;
- сталь гарячеоцинкована: вертикальний круглий 16 мм із покриттям 70 мкм, горизонтальний круглий 10 мм із покриттям 50 мкм, штаба 90 мм² за товщини 3 мм;
- мідь: круглий провідник діаметром 12 мм, штаба перерізом 50 мм² за товщини 2 мм, багатодротяний канат 35 мм² за діаметра дроту 1,8 мм;
- нержавіюча сталь: розміри приймають як для гарячеоцинкованої.
Дві заборони з того самого розділу стосуються безпосередньо монтажу. Пункт 1.7.120 не допускає прокладати в землі алюмінієві заземлювальні провідники, оскільки алюміній у ґрунті руйнується за кілька сезонів. Пункт 1.7.119 вимагає засипати траншею однорідним ґрунтом, що не містить щебеню і будівельного сміття: щебінь створює навколо електрода прошарок із високим опором і знецінює розрахунок.
Глибина закладання горизонтального провідника в українських правилах для електроустановок до 1 кВ прямо не нормована, хоча цифра “0,5-0,7 м” зазвичай подається як загальна вимога. У ПУЕ вона прив’язана до іншого випадку: пункт 1.7.106 належить до зовнішніх електроустановок понад 1 кВ і приписує прокладати поздовжні заземлювачі на глибині 0,5-0,7 м від поверхні і на відстані 0,8-1,0 м від фундаментів. Для блискавкозахисту ДСТУ EN 62305-3:2021 у пункті 5.4.3 рекомендує укладати кільцевий заземлювач на глибину не менше ніж 0,5 м і на відстані близько 1 м від стін.
Практичний вибір збігається з цими значеннями з іншої причини, про яку нижче: на глибині півметра ґрунт помітно менше пересихає і промерзає, ніж біля поверхні.
Де ставити електроди
Опір заземлювача насамперед визначається питомим опором ґрунту, в який потрапив електрод, і тільки потім його розмірами. Розкид за ґрунтами сягає трьох порядків, тому вибір місця впливає на результат сильніше, ніж доданий метр довжини.
Орієнтовні значення питомого опору, за даними IEEE Std 80 і CIGRE:
- вологий органічний ґрунт: близько 10 Ом·м;
- вологий ґрунт, глина: порядку 100 Ом·м;
- сухий однорідний ґрунт: порядку 1000 Ом·м;
- великий пісок і гравій: близько 3000 Ом·м;
- скельний ґрунт: порядку 10 000 Ом·м.
Сам стандарт IEEE Std 80 супроводжує подібну таблицю попередженням про те, що фактичні вимірювання обов’язкові, оскільки ґрунт майже завжди шаруватий і табличні значення годяться тільки для прикидки.
З цього випливають практичні правила розміщення. Електроди ставлять там, де ґрунт вологіший: у пониженні рельєфу, з боку водоскиду з покрівлі, поза зоною, яку осушує дренаж. Уникають місць під майбутнім вимощенням, доріжкою та майданчиком, оскільки покриття припиняє зволоження ґрунту опадами. Не розміщують контур у насипному ґрунті та в будівельному смітті, що лишилося після будівництва.
Суттєво й те, що ґрунт змінює властивості протягом року. Нормативні сезонні коефіцієнти, застосовувані при розрахунку, дають уявлення про масштаб: для глини питомий опір змінюється у 2-10 разів, для суглинку у 3-20 разів, для піску у 3-50 разів залежно від вологості на момент вимірювання. Тому замір опору після дощу і він же в посуху дають різні цифри, а розрахунок ведуть за найгіршим станом.
Промерзання діє так само. Стандарт IEC 62305-3 приписує додавати до розрахункової довжини електрода 0,5 м з урахуванням промерзання ґрунту, а методичні матеріали DEHN виходять із того, що верхній метр вертикального електрода при промерзанні слід вважати непрацюючим. Практичний висновок полягає в тому, що короткий електрод, забитий на два метри, взимку втрачає істотну частину своєї поверхні, а трьохметровий втрачає помітно менше.
Який опір вважається нормою
Нормоване значення залежить від того, яку функцію виконує заземлювальний пристрій, і єдиної цифри для приватної станції не існує.
Заземлення джерела живлення. ПУЕ, пункт 1.7.92, вимагає, щоб опір заземлювального пристрою не перевищував 2, 4 і 8 Ом відповідно за лінійних напруг 690, 400 і 230 В джерела трифазного струму. Там само обумовлено опір власне заземлювача: не більше ніж 15, 30 і 60 Ом за тих самих напруг.
Поправка на ґрунт. Пункт 1.7.96 дозволяє збільшувати нормовані значення за питомого опору ґрунту понад 100 Ом·м у 0,01ρ разів, але не більше ніж удесятеро. Для сухого піску це означає, що вимога пом’якшується законно, а не за домовленістю з монтажниками.
Система TT. Якщо станція або ділянка живляться за схемою TT, де захисний провідник споживача зв’язаний із власним заземлювачем, а не з PEN живильної лінії, умову задає ДСТУ Б В.2.5-82:2016, пункт 4.2.3.4: добуток опору заземлювального пристрою на номінальний вимикальний диференційний струм пристрою захисного вимикання не повинен перевищувати 50 В. Для ПЗВ на 100 мА це дає опір не більше ніж 500 Ом, тобто вимога з електробезпеки тут виконується значно легше, ніж норма для джерела. З цього не випливає, що заземлювальний пристрій на 500 Ом можна вважати достатнім: умова стосується конкретної схеми і конкретного апарата захисту, а за іншого номіналу ПЗВ, іншої системи заземлення або при включенні заземлювача в блискавкозахист діють власні вимоги.
Блискавкозахист. Стандарт IEC 62305-3 рекомендує орієнтуватися на опір менше ніж 10 Ом, виміряний на низькій частоті, і водночас підкреслює, що форма й розміри заземлювача для відведення імпульсного струму важливіші за абсолютне значення опору.
Перелічені величини стосуються різних задач і між собою не порівнюються. Значення 4 Ом це вимога до заземлювального пристрою джерела живлення, 500 Ом це умова спрацювання захисту в схемі TT, 10 Ом це орієнтир для відведення імпульсного струму блискавки. Обрати з них менше або більше як варіант однієї й тієї самої норми не можна: застосовують те значення, яке відповідає функції конкретного заземлювального пристрою, а при суміщенні функцій приймають найжорсткішу із застосовних вимог.
Для домашньої станції практичний орієнтир виглядає так: контур розраховують під вимоги, що діють для вводу в будинок, а якщо станція включена в систему блискавкозахисту, додатково перевіряють відповідність вимогам до її заземлювача.
Розтікання струму в ґрунті та крокова напруга
Нормативна вимога і фізика розтікання в цьому розділі розходяться, тому їх варто розділити. Глава 1.7 ПУЕ нормує напругу дотику: для електроустановок понад 1 кВ таблиця 1.7.4 до пункту 1.7.105 задає гранично допустимі значення залежно від часу дії, від 500 В при 0,1 с до 65 В за тривалості понад одну секунду. Крокова напруга як самостійна нормована величина в главі відсутня, і твердження про те, що ПУЕ її нормує, неправильне. Замкнений горизонтальний заземлювач і сітка зрівнювання потенціалів із нормованим кроком комірок за пунктами 1.7.101 і 1.7.106 належать до зовнішніх електроустановок понад 1 кВ, тобто до підстанцій, а не до домашньої станції на кілька кіловат.
Фізика при цьому діє незалежно від того, що написано в правилах. Струм, що стікає із заземлювача, створює в ґрунті спад напруги, максимальний біля самого електрода і спадний у міру віддалення. Людина, яка стоїть поруч, опиняється під різницею потенціалів між точками опори ніг, і чим ближче до електрода, тим ця різниця більша.
Для приватної станції заходи зводяться до трьох рішень, і жодне з них не потребує розрахунків підстанційного рівня. Єдиний заземлювальний пристрій замість двох прибирає саму можливість появи великої різниці потенціалів між станцією та будинком. Пристрій захисного вимикання обмежує час протікання струму: стандарт IEC 61008-1 вимагає від ПЗВ загального типу вимикання не пізніше ніж 300 мс за номінального диференційного струму і не пізніше ніж 40 мс за його п’ятикратного перевищення. Допустима напруга обернено пропорційна кореню з часу вимикання, тому скорочення часу дає виграш напряму. Вертикальні електроди не розміщують там, де постійно ходять, виносячи їх за межі робочої зони й доріжок.
Корозія: мідь і оцинкована сталь в одному ґрунті
Наземна станція частіше за інші об’єкти зводить у ґрунті два різні метали, і це призводить до відмов, які виявляються через кілька років.
Пальове поле зазвичай виконують із гарячеоцинкованої сталі, а класичний контур заземлення роблять голою міддю. У ґрунті ці метали утворюють гальванічну пару, причому площа мідної частини велика, і цинк витрачається прискорено. Масштаб несумісності показує анодний індекс, довідкова шкала електрохімічних потенціалів, якою користуються при доборі пар металів у машинобудуванні. Для міді та мідних покриттів вона дає 0,35 В, для гарячеоцинкованої сталі 1,20 В, тобто різницю 0,85 В. Допустима різниця залежить від середовища: 0,15 В для зовнішніх умов з високою вологістю і солями, 0,25 В для звичайних неконтрольованих умов, 0,50 В для приміщень із контрольованим кліматом. Ґрунт належить до першої категорії, і перевищення тут більш ніж п’ятикратне.
Стандарт IEC 62305-3 попереджає про те саме в загальному вигляді, відзначаючи, що серйозні корозійні проблеми виникають при з’єднанні заземлювальних систем із різних матеріалів.
Практичних рішень три. Усю систему виконують в одному матеріалі, наприклад у нержавіючій сталі; матеріали для ґрунту при цьому обирають із вмістом молібдену, оскільки звичайна нержавіюча сталь у ґрунті кородує. Або застосовують обміднену сталь, у якої мідь нанесена на сталевий осердя і пара з оцинкованою сталлю виходить м’якшою. Або з’єднання міді з оцинкованою сталлю виносять із ґрунту і захищають: наконечники лудять, вузол герметизують стрічкою або термоусадкою.
ПУЕ, пункт 1.7.117, вимагає, щоб матеріал заземлювачів і заземлювальних провідників був електрохімічно сумісним з матеріалом з’єднувальних і контактних елементів. Для сильноагресивного ґрунту той самий пункт рекомендує мідні заземлювачі або сталь із гальванічним мідним покриттям, а чорну сталь без покриття в середньоагресивному ґрунті рекомендує брати зі збільшеними розмірами з урахуванням розрахункового терміну служби. Вибір конкретної пари залишається за проектом.
З’єднання в землі
З’єднання, закопане в ґрунт, оглянути й підтягнути неможливо, тому вимоги до нього жорсткіші, ніж до надземних.
ПУЕ, пункт 1.7.151, рекомендує виконувати з’єднання сталевих провідників зварюванням, допускаючи інші способи тільки для приміщень і зовнішніх установок без агресивного середовища та за дотримання вимог до з’єднань класу 2. Пункт 1.7.153 вимагає приєднувати заземлювальні провідники до відкритих провідних частин зварюванням або болтовим з’єднанням.
Болтове з’єднання в ґрунті програє звареному з кількох причин одразу. Зусилля затягування слабшає при температурних циклах, у зазорі між деталями розвивається щілинна корозія, а перевірити стан вузла без розкопування не можна. Зварний або екзотермічний шов цих недоліків позбавлений, оскільки утворює суцільний метал.
Місця зварювання в ґрунті захищають від корозії бітумною мастикою або стрічкою; фарбувати заземлювачі цілком не слід, бо фарба ізолює електрод від ґрунту.
Металева огорожа станції
Якщо станція огороджена металевим парканом, огорожа виявляється найдовшим провідником на ділянці і виходить за межі контуру заземлення, через що виникає питання про перенесення потенціалу за межі об’єкта.
Рішень тут два, і обирати між ними потрібно до монтажу огорожі, а не після.
Огорожа поза системою заземлення. Паркан виконують з діелектричного матеріалу або гарантовано відокремлюють і від заземлювального пристрою, і від металоконструкції станції. Потенціал за межі ділянки не виноситься, розрахунків таке рішення не потребує, і для приватної ділянки воно практичніше.
Огорожа в системі зрівнювання потенціалів. Якщо паркан металевий і проходить впритул до станції, його секції зв’язують між собою і приєднують до спільного заземлювального пристрою. Полімерне покриття в місцях приєднання зачищають: вважати його ізоляцією не можна, але й надійного контакту воно не забезпечує. Ворота приєднують до опорних стовпів окремою гнучкою перемичкою, оскільки завіси електричного контакту не дають. Така огорожа приймає потенціал заземлювального пристрою, через що різниця потенціалів біля периметра ззовні зростає, і на великих об’єктах це компенсують провідником, винесеним за огорожу.
Часті помилки при заземленні наземної станції
- заземлювач станції виконаний автономним і не зв’язаний із будинковим;
- палі прийняті заземлювачем без перевірки глибини, покриття й ґрунту;
- гола мідь контуру з’єднана з оцинкованими палями напряму в ґрунті;
- траншея засипана щебенем або будівельним сміттям;
- контур укладений під майбутнім вимощенням або доріжкою;
- електроди забиті в насипний ґрунт;
- у землі прокладений алюмінієвий провідник;
- з’єднання в ґрунті виконані болтами без захисту від корозії;
- опір виміряний після дощу і прийнятий за розрахунковий;
- корпуси інвертора й боксів з’єднані послідовно, а не кожен до шини;
- вертикальні електроди розміщені на доріжці вздовж станції.
Після монтажу
Неперервність кола перевіряють одразу після складання, до засипання траншеї і до приймання. Продзвонювання мультиметром показує, чи є електричний зв’язок між рамами, опорами та шиною, і займає близько десяти хвилин: як перевірити заземлення сонячних панелей мультиметром.
Опір розтіканню заземлювача мультиметром не вимірюється і потребує приладу з виносними електродами. Для наземної станції цей замір важливіший, ніж для дахової, оскільки тут заземлювач улаштовується заново, а не підключається до наявного будинкового. Протокол електровимірювальної лабораторії знадобиться і для введення в експлуатацію, і при страховому випадку.
Повторний замір має сенс робити в сухий сезон, коли опір ґрунту максимальний. Огляд надземних контактних з’єднань планують через рік після монтажу і далі з тією самою періодичністю.
Наступна частина циклу: блискавкозахист сонячних панелей, де розглядаються зони захисту, перерізи струмовідводів і пристрої захисту від імпульсних перенапруг на боці постійного струму.
