Измерение сопротивления заземляющего устройства

Надёжная защита от поражения электрическим током, в частном доме и на предприятии, обеспечивается электроизоляцией токопроводящих частей и заземлением металлических конструкций. Кроме того, заземление требуется, чтобы электроустановки работали нормально. Периодически проверяется его сопротивление растеканию тока в грунте (R_з).

Как измеряется сопротивление заземления

Виды заземления

1. Рабочее – заземление определённых мест, например, нейтральных точек трансформаторов. Служит для правильной эксплуатации электроустановок.
2. Защита от молний – заземление приёмников молний для стока возникающих токов на металлоконструкции, в жилом доме или другом строении.
3. Защитное – заземление корпусов бытовых приборов или не токопроводящих частей электроустановок. Защищает от поражения электрическим током при случайном прикосновении к деталям, не предназначенным для пропускания электрического тока.

Заземляющие устройства (ЗУ) должны снимать заряды с частей электроустановок, на которых не должно быть напряжения, образующегося в следующих случаях:

• статическое электричество;
• наведение напряжения;
• вынос потенциала;
• электрический разряд.

В качестве устройства (очага) заземления, выступает закопанный в грунт контур из металлических стержней, вместе с подключёнными к нему проводниками. Место соединения с ЗУ провода от защищаемого оборудования называется точкой заземления.

В большей степени напряжение появляется, когда нарушается изоляция или повреждаются проводники. В обычных условиях контур защитного заземления контактирует с корпусами бытовых приборов и не работает, пока на нём по какой-либо причине не появится потенциал.

Когда цепи исправны, через него не проходят никакие токи, кроме фоновых. Как только на металлическом корпусе бытового электроприбора появляется потенциал, начинается его стекание на землю, через заземляющий контур.

При этом на нетоковедущих частях из металла, напряжение должно снижаться до более низкого уровня. Если нарушается целостность контура заземления или соединённых с ним проводов, напряжение на них остаётся высоким со стороны источника тока, что представляет значительную опасность для человека.

Периодичность замеров сопротивления защитного заземления регламентируется ПТЭЭП (1 раз в 6 лет). Кроме того, делается регулярная проверка его исправности.

Для проверки соответствия ЗУ, нормативным требованиям, производится замер его сопротивления растеканию тока R_з. В идеале оно должно быть равно нулю, но на практике это невозможно.

Факторы учета сопротивления

Величина (R_з) складывается из нескольких составляющих:

1. Сопротивление металла, закопанного в грунт электрода и на его контакте с проводником. В связи с хорошей проводимостью применяемых материалов (сталь с медным покрытием или медь), а также при надёжном соединении с проводом, величинами сопротивлений обычно пренебрегают.
2. Сопротивление между грунтом и штырём, которым можно пренебречь, если электрод сидит плотно, а его место контакта свободно от краски и других диэлектрических покрытий. Со временем сталь корродирует, и электропроводность электрода снижается. Поэтому целесообразно использовать омедненные стержни и периодически измерять сопротивление растеканию. Места сварки покрываются лаком, чтобы уменьшить коррозию.
3. Сопротивление грунта – это основной фактор, который следует учитывать. Особенно это относится к близлежащим слоям. По мере удаления их, сопротивление снижается, и на определённом расстоянии принимается за нулевое.
4. Неоднородность электрических характеристик грунта трудно учесть. Поэтому важным является замер фактического R_з. На одиночную простую конструкцию заземлителя, преимущественно влияют поверхностные слои грунта, а на контурную – глубинные.

Объект испытания

Проверке подвергаются искусственные ЗУ, которые выполняются в виде одиночных электродов или контуров. К ним не относятся PEN,-и PE-проводники, входящие в виде отдельной жилы в состав кабеля.

Искусственные ЗУ выполняются в виде:

1. Углублённого заземлителя из горизонтальных стальных полос или круга, уложенных на дно котлована.
2. Вертикального заземлителя из угловой стали – вбиваемых стержней или труб. Они размещаются в грунте на дистанции не меньше их длины и объединяются в контур горизонтальными полосами или круглым стержнем на глубине около 0,5 м. Распространённой конструкцией в частном доме, и не только в нём, является треугольная. Обвязка для заземляющих электродов учитывается в расчётах.

Элементы меняются, если их коррозия превышает 50%. На электроустановках проверка производится выборочно, где действие коррозии максимально. Там обязательно проверяются заземления нейтралей. На ВЛ контролируется не менее 2% опор. При этом выбираются участки с наиболее агрессивным грунтом.

Значения R_з для каждого вида заземлителя приводятся в ПУЭ и таблице.

Максимально допустимое значение R_з

Измерение сопротивления заземлителя

Методика основана на законе Ома для определённого места электроцепи. Величина сопротивления вычисляется, если к ЗУ от источника напряжения подать ток и замерить его с высокой точностью. В принципе это можно сделать мультиметром, но погрешность здесь будет высокая. Поэтому применяются только приборы высокой точности.

Методы измерения сопротивления заземлителя:

1. Метод пробного электрода. Замеры производят до монтажа заземляющего устройства.

Перед тем как проверить заземление, на испытуемом участке в грунт забивают одиночный пробный заземлитель, равный по длине будущему устройству и выступающий над землёй.

Затем тестером измеряют R_з, после чего по его величине и геометрическим размерам стержня рассчитывают удельное сопротивление земли (ρ), в Ом:

ρ = 2πR_зl/[ln(4l/d)], где

• l – длина стержня, м;
• d – диаметр стержня, м.

2. Метод вертикального электрического зондирования (ВЭЗ). На рисунке ниже изображена четырёхэлектродная схема измерения.

Четырёхэлектродная схема измерения

К наружным стержням (1) и (2) подключают ЭДС, а разность потенциалов замеряют на расположенных внутри стержнях (3) и (4).

3. Метод вольтметра и амперметра. При измерениях собирается цепь из заземляющих устройств, основного (потенциального, П) и дополнительного (токового, Т) электродов, забиваемых в грунт.

Затем к ЗУ и Т прикладывается стабилизированное напряжение с последующим измерением амперметром (А) проходящего тока. К зачищенной поверхности контура защитного заземления и потенциальному электроду подключается вольтметр (V), которым измеряется падение напряжения между ними.

Электрод П располагается в зоне нулевого потенциала грунта и должен находиться на достаточно большом расстоянии от ЗУ и электрода Т.

Сопротивление заземления находится как частное, от деления измеренного значения напряжения на величину тока. Полученный результат можно принять как окончательный, в первом приближении. Уточнённый расчёт получится, если учитывать сопротивление соединительных проводов.

Методика определения сопротивления контура Rз путём замеров напряжения и тока: а) принципиальная электрическая схема; б), в) как собираются схемы измерения Rз с прибором МС-08

На рисунке выше изображена принципиальная электрическая схема и как собираются схемы измерения R_з с прибором МС-08. Первая из них отличается большей точностью, а во второй следует из показаний прибора вычесть сопротивления проводников, соединяющих заземлитель с клеммами (I₁) и (E₁).

Размещение измеряемого и вспомогательных заземлителей при измерении Rз: а), б) – одиночный заземлитель; в), г) – контур заземления

Как видно из схем на рисунке выше, расстояния между заземлителями требуются большие и не всегда в городских условиях метод можно применить. Кроме того, показания прибора искажают металлические коммуникации.

4. Компенсационный метод. Для измерений применяют высокоточные промышленные приборы.

Общим с предыдущим методом является аналогичное заглубление двух электродов. Их размещают на одной линии, захватывая исследуемый контур заземления.

В качестве прибора используется измерительный зонд, который подключают к дополнительным электродам 1 и 3, а также как можно ближе к шине 2 контура заземления.

Замер Rз устройства заземления компенсационным методом

Переменная ЭДС подаётся через заглублённые в грунт, дополнительные стержни, землю, соединительные проводники и первичную обмотку трансформатора тока (ТТ). На его вторичной обмотке появляется ток (I₁). Реохордом «б» выставляется равенство напряжений U₂ = U₁. Оно достигается путём установки на ноль показаний прибора V, подключённого к реохорду через трансформатор ИТ.

Искомая величина R_з находится из системы уравнений:

U₁=I₁∙ R_з;

U₂=I₂∙ R_аб;

U₁= U₂;

I₁=I₂.

После решения системы устанавливается, что R_з=R_аб. Остаётся определить величину R_аб. Для этого на подвижной части ручки устанавливается стрелка, служащая указателем значения R_аб, на неподвижной шкале.

Таким образом, путём вращения ручки реостата и установки показаний прибора V на ноль, по положению стрелки реохорда можно найти R_з.

5. Замеры R_з с использованием калиброванного резистора. Электричество подаётся на ЗУ напрямую с фазы питания через охлаждаемый калиброванный резистор R_кр.

Измерение Rз через калиброванный резистор

Ток через ЗУ определяется по измеренному напряжению U_кр на резисторе и известной величине сопротивления.

Падение напряжения на ЗУ находится по разности напряжений (рабочего и на резисторе): U_з = U_ф — U_кр.

Сопротивление заземляющего устройства находится из формулы: R_з = R_кр (U_ф — U_кр)/U_кр. Здесь не учитываются сопротивления проводников, а также сопротивление заземления нейтрали трансформатора на подстанции, поскольку их значениями можно пренебречь. Погрешность метода составляет около 10%.

Измерения производят путём отключения провода PE сети от заземлителя, на который затем подаётся фазное напряжение через калиброванное сопротивление типа НР-64/220 (46 Ом). Выделяемая мощность составляет сотни ватт, что требует его водяного охлаждения.

Преимуществом метода является его простота: не требуются тяжёлые электроды и многометровые провода, а измерения производятся на небольшом участке земли. Он является эффективным в городских условиях, например, в многоэтажном доме, где проходит множество коммуникаций.

6. Измерение R_з с применением токовых клещей. Современный метод измерения производится без отключения заземляющей цепи.

Он удобен и в доме, и на предприятии. При этом учитываются сопротивления соединений, что повышает точность замеров. На рисунке ниже представлена схема измерения и её эквивалентная схема.

Схема измерения сопротивления заземления с помощью клещей: а) схема измерения, б) её эквивалентная схема

В цепь R_з подаётся напряжение Е и по ней проходит ток. Измерив его величину клещами, можно получить все исходные данные для расчёта R_з.

Сопротивление находится из соотношения R_з = E/I. Напряжение Е известно, а сопротивление находится по данной формуле, если измерить величину тока с помощью клещей.

Приборы для измерения

С развитием энергетики, приборы измерения совершенствуются в плане удобства использования и получения более точных результатов. Практически все аналоговые приборы заменены на цифровые с микропроцессорами.

Процессы замеров стали проще, точность повысилась, а результаты сохраняются в памяти. Стоимость приборов высокая. Периодичность измерений составляет 1 раз в 6 лет, и приобретать для этого прибор не стоит.

Кроме характеристик измерительных приборов, важно качественно подготовить шинопровод к подключению контактирующих с ним проводников. Места соединения очищаются от коррозии, а также применяют струбцины с винтовыми зажимами, чтобы продавить верхний слой металла в месте контакта проводника с электродом.

Измерения выполняются с отключением главного автомата щита управления или отсоединением от заземлителя РЕ-проводника. Иначе, может возникнуть аварийный режим с прохождением тока короткого замыкания через тестер и ЗУ.

Прибор МС-08 применяется для замеров, методом амперметра и вольтметра, где устанавливаются 2 электрода на расстоянии более 25 м от заземлителя. Ток в цепи создаётся генератором, приводимым во вращение вручную через редуктор.

После сборки схемы и подключения прибора, сопротивления вспомогательных заземлителей компенсируются. Если этого сделать не удаётся, вокруг дополнительного заземлителя увлажняется грунт. Измерения производят на разных диапазонах, пока тестер не даст заметные показания. Они не должны колебаться после окончательной установки.

Прибор М-416 удобен для измерений, так как имеет небольшой вес, шкалу с вращением и фиксацией измеренных значений, собран на полупроводниках с автономным питанием.

Тестер СА 6415 с токовыми клещами и ЖК-дисплеем позволяет измерять заземление без применения дополнительных электродов. При этом нет необходимости отключать РЕ-проводник от электродов. Трудоёмкость метода значительно меньше по сравнению с другими.

Измерение сопротивления. Видео

Как проводится измерение сопротивления контура заземления опоры, рассказывается в этом видео.

https://www.youtube.com/watch?v=mBGMmbyOqEs

Измерение сопротивления заземления должно производиться при благоприятных погодных условиях. Это делается в середине лета или зимы, когда грунт обладает максимальным сопротивлением. Периодичность измерения R_з в частном доме и на предприятиях определяется в соответствии с ПТЭЭП.