Схема измерения сопротивления заземления


Измерение сопротивления заземляющих устройств

Что такое заземление

Наряду с изоляцией, заземление является важнейшим средством защиты от поражения током, определяющим электробезопасность. На первый взгляд может показаться странным в буквальном смысле этого слова «закапывать деньги в землю». Но когда речь идет о здоровье и жизни человека, то любые затраты, позволяющие предотвратить несчастный случай или смягчить его последствия, будут оправданы! Для этого применяется рабочее заземление, заземление молниезащиты и защитное заземление.

Рабочее заземление — это преднамеренное соединение с землей определенных точек электрической цепи (например, нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, а также при использовании земли в качестве обратного провода). Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановок в нормальных и аварийных условиях и осуществляется непосредственно или через специальные устройства (пробивные предохранители, разрядники, резисторы).

Заземление молниезащиты — это преднамеренное соединение с землей разрядников и молниеприемников в целях отвода от них токов молнии в землю.

Защитное заземление — это заземление, выполняемое в целях электробезопасности (согласно п. 1.7.29 Правил устройства электроустановок издания 7, далее — ПУЭ) т.е. намеренное соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением и предназначенное для защиты людей от поражения током при случайном прикосновении. Кроме того заземляющие устройства выполняют другие функции, связанные с безопасностью: снимают заряд статического электричества на взрыво- и пожароопасных объектах (например, на АЗС). Опасное напряжение на любой проводящей ток поверхности может оказаться по различным причинам: заряды статического электричества, вынос потенциала, разряд молнии, наведенное напряжение и пр.

На практике чаще всего встречается случайное замыкание фазы на корпус из-за механического повреждения токоведущих проводников или нарушении изоляции кабеля. Прикосновение к корпусу такой неисправной установки фактически является режимом однофазного прикосновения, хотя при этом человек не нарушает правил техники безопасности. Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу на рисунке 1 при малых значениях емкости линии определяется формулой Uпр = Ih∙Rh. При равенстве сопротивлений изоляции фазных проводов, протекающий через тело Rh = 1кОм ток, будет определяться состоянием изоляции относительно земли Ih = 3Uф / (3Rh + Riso). Рис. 1. Поражение током при замыкании фазы на изолированный от земли корпус

измерение сопротивления проводников присоединения к земле и выравнивания потенциалов (металлосвязь) (2p); измерение сопротивления заземляющих устройств по трёхполюсной схеме (3p); измерение сопротивления заземляющих устройств по четырехполюсной схеме (4p); измерение сопротивления многократных заземляющих устройств без разрыва цепи заземлителей (с применением токоизмерительных клещей); измерение сопротивления заземляющих устройств методом двух клещей; измерение сопротивления молниезащит (громоотводов) по четырехполюсной схеме импульсным методом; измерение переменного тока (ток утечки); измерение удельного сопротивления грунта методом Веннера с возможностью выбора расстояния между измерительными электродами; высокая помехоустойчивость;

Защитное заземление на рисунке 2 в такой ситуации снизит напряжение прикосновения до безопасного за счет уменьшения потенциала корпуса электроустановки и выравнивания потенциала основания, на котором стоит человек, до значения близкого к потенциалу заземленной установки Uкорп = Uз = Iз∙rз. Сопротивление заземления rз примерно в 100 раз меньше сопротивления тела человека, поэтому напряжение прикосновения будет низким.

Рис. 2. Схема защитного заземления в сети с изолированной нейтралью

Заземление обеспечивает безопасность в ситуации, когда силы тока замыкания на землю не достаточно для срабатывания автоматического выключателя, и поэтому является основным видом защиты от поражения током в системах электроснабжения с изолированной нейтралью трансформатора или генератора. В сети с глухозаземленной нейтралью на рисунке 3 ток замыкания на землю Iз = Uф/(r0 + rз) определяется только соотношением сопротивлений заземлений r0 и rз и не зависит от состояния изоляции. При равенстве r0 и rз напряжение на заземленном корпусе будет опасным для человека Uкорп = Uз = 0,5∙Uф, что доказывает неэффективность заземления, в этом случае для защиты от поражения электрическим током применяют зануление или УЗО.

Рис. 3. Защитное заземление в сети с глухозаземленной нейтралью (система TT)

Защитное действие заземления основано на нескольких принципах:

  • уменьшение до безопасного значения разности потенциалов между заземляемым устройством и другими проводниками, имеющими естественное заземление.
  • отвод тока утечки при появлении напряжения в цепи заземляемого устройства. В правильно спроектированной системе появление тока утечки приводит к немедленному срабатыванию устройства защитного отключения (УЗО) и обесточиванию участка сети. Предельно допустимое время отключения по ГОСТ Р МЭК 60755-2012 составляет 0,3 с (0,5 с для селективных), но в действительности современные качественные УЗО имеют быстродействие порядка 20-30 мс.
  • в системах с глухозаземлённой нейтралью — инициирование срабатывания автоматического выключателя при попадании фазы на заземлённую поверхность. Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения в такой системе согласно п. 1.7.79 ПУЭ составляет соответственно 0,4/0,2 с для напряжений 220/380 В.

В электротехнике различают понятия естественного и искусственного заземления.

К естественному заземлению относятся токопроводящие конструкции, постоянно находящиеся в земле, например, водопроводные трубы. Поскольку их сопротивление не нормируется, такие конструкции естественного заземления нельзя использовать в качестве заземления электроустановки. При появлении опасного потенциала на водопроводной трубе возникает угроза жизни неограниченному числу людей. Поэтому пункт 1.7.123 ПУЭ запрещает использование в качестве PE проводников обычные коммуникации или инженерные системы. Для гарантированного обеспечения условий безопасности в зданиях и сооружениях применяется система уравнивания потенциалов, предусматривающая электрическое соединение всех металлоконструкций и нулевого защитного проводника.

Искусственное заземление — это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки электрической сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Заземляющее устройство состоит из заземлителя (проводящей части или совокупности соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду) и заземляющего проводника, соединяющего заземляемую часть с заземлителем. Конструкция заземления может быть очень разнообразна: от простого металлического стержня до сложного комплекса элементов специальной формы (рис. 4).

a б в
Рис. 4. Конструкция заземления: а) штыревое, б) контурное, в) многоэлементное

Качество заземления определяется значением сопротивления растеканию тока через заземление (чем ниже, тем лучше), которое можно снизить, увеличивая площадь заземляющих электродов и уменьшая удельное электрическое сопротивление грунта, например, увеличивая количество заземляющих электродов или их глубину.

Система заземления должна подвергаться периодическим поверкам во время эксплуатации, чтобы коррозия или изменения удельного сопротивления грунта не могли значительно повлиять на ее параметры. Заземляющее устройство может долгое время не показывать своей неисправности до тех пор, пока не наступит опасная ситуация.

В Российской Федерации требования к заземлению и его устройство описаны в главе 1.7 ПУЭ. Наибольшие допустимые значения сопротивления заземляющих устройств для различных условий указаны в таблице 1.8.38 ПУЭ и в таблице 36 приложения 3.1 Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей (далее — ПТЭЭП), а периодичность измерений приведены в таблице 26 приложения 3 ПТЭЭП. Сопротивление заземлителя не должно превышать нормируемого значения в любое время года.

Согласно п.1.17.118 ПУЭ опознавательный знак размещают у мест ввода заземляющих проводников в здания. Размеры и вид знака «Заземление» установлены в ГОСТ 21130-75 «Зажимы заземляющие и знаки заземления. Конструкция и размеры».

Рис. 5. Знак «Заземление»

Системы заземления

Для электроустановок напряжением до 1 кВ в соответствии с ГОСТ Р 50571.1-2009 применяются следующие типы заземления систем переменного и постоянного тока:

  • TN — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников;
  • TN-С — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всем протяжении. Это наиболее распространенная в старом жилом фонде экономичная и простая подсистема, не рекомендованная для новых построек. Главным недостатком TN-С является то, что при аварийном обрыве PEN проводника электроприборы могут оказаться под линейным напряжением. Отсутствие отдельного проводника защитного заземления РЕ снижает безопасность, поэтому нередко при такой системе делается зануление в качестве крайней меры, рассчитанной на срабатывание автоматического выключателя при коротком замыкании. Рис. 6. Система TN-С
  • TN-S — система TN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всем протяжении. Это наиболее современная и безопасная схема заземления, рекомендуемая для строительства новых зданий. Обеспечивает хорошую защиту человека и оборудования, но требует прокладки от трансформаторной подстанции пятижильного провода в трехфазной сети или трехжильного кабеля в однофазной сети; Рис. 7. Система TN-S
  • TN-C-S — система TN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников в какой-то части совмещены в одном проводнике. Подсистема TN-C-S технически легко выполнима и рекомендована для широкого применения. Недостатком является то, что при обрыве PEN проводника до точки разделения, электроприборы могут оказаться под линейным напряжением; Рис. 8. Система TN-C-S
  • ТТ — система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи устройства, электрически независимого от заземленной нейтрали источника. Помимо индивидуального жилищного строительства эта схема используется для временных сооружений (ларьки, павильоны). Такая система требует качественного повторного заземления и допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. Рис. 9. Система TT
  • IT — система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены. Такая схема заземления применяется в лабораториях и медицинских учреждениях, в которых проводятся опыты и работы с чувствительной аппаратурой, для сведения к минимуму токов и электромагнитных полей;
Рис. 10. Система IT

Первая буква обозначает состояние нейтрали источника питания относительно земли:

  • Т — заземленная нейтраль (лат. Terra);
  • I — изолированная нейтраль (англ. Isolation).

Вторая буква обозначает состояние открытых проводящих частей относительно земли:

  • Т — открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети;
  • N — открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания.

Последующие после N буквы обозначают совмещение в одном проводнике или разделение функций для нулевого рабочего и нулевого защитного проводников:

  • S — нулевые рабочий N и защитный РЕ проводники разделены (англ. Separated);
  • С — функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном PEN-проводнике (англ. Combined);
  • N — нулевой рабочий (нейтральный) проводник (англ. Neutral);
  • РЕ — защитный проводник (нулевой защитный или заземляющий проводник, защитный проводник системы уравнивания потенциалов) (англ. Protective Earth);
  • PEN — совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводники (англ. Protective Earth and Neutral).

Теория измерения заземления и удельного сопротивления грунта

На сопротивление одноэлементного заземлителя оказывают влияние несколько факторов:

  • сопротивление металла заземлителя и сопротивление контакта проводника со штырем. Искусственный заземлитель изготавливают из меди, черной или оцинкованной стали (пункт 1.7.111 ПУЭ) и используют присоединяющий проводник соответствующего размера и сечения (таблица 1.7.4 ПУЭ), поэтому при наличии надежного контакта с заземляющим проводником величиной этих сопротивлений можно пренебречь;
  • сопротивление контакта штыря с грунтом. Если штырь плотно вбит в грунт на достаточную глубину и не имеет на своей подземной поверхности следов краски, масла и значительной коррозии, то сопротивление контакта с грунтом также можно не учитывать;
  • сопротивление земли (грунта). Представим штырь заземлителя на рис.11 в виде электрода, окруженного концентрическими слоями грунта одинаковой толщины.
Рис. 11. Штыревой заземлитель

Прилегающий к электроду слой имеет наименьшую поверхность, но наибольшее сопротивление. По мере удаления от электрода поверхность слоя увеличивается, а его сопротивление уменьшается. Вклад сопротивления удаленных слоев в общее сопротивление грунта быстро становится незначительным. Область, за пределами которой сопротивлением слоев земли можно пренебречь, называется областью эффективного сопротивления. Ее размер зависит от глубины погружения электрода в грунт. При вычислении сопротивления земли удельное сопротивление грунта считают неизменным. Сопротивление заземления для случая одного электрода определяется по формуле Дуайта:

R = ρ/2πL ∙ ((ln4L)-1)/r

где R — сопротивление заземления, Ом. L — глубина погружения электрода под землю, м. r — радиус электрода, м.

ρ — среднее удельное сопротивление грунта в Ом•м.

Анализ формулы Дуайта показывает, что увеличение диаметра штыря уменьшает сопротивление заземления незначительно, в частности удвоение диаметра снижает сопротивление меньше, чем на 10%. Гораздо сильнее влияет глубина залегания электрода. Теоретически при удвоении глубины сопротивление заземления уменьшается на 40%. Главный фактор, который в итоге определяет сопротивление заземления и глубину заземления штыря, требуемую для обеспечения заданного сопротивления — это удельное сопротивление грунта. В значительной степени оно зависит от содержания в почве электропроводящих минералов и электролитов, т.е. воды с растворенными в ней солями. Удельное сопротивление грунта сильно изменяется в зависимости от района земного шара и времени года. Сухая почва пустыни или вечная мерзлота имеют высокое сопротивление.

Из-за зависимости удельного сопротивления грунта от температуры и содержания влаги, сопротивление устройства заземления также меняется в течение года. Поскольку стабильность температуры и содержание влаги в грунте повышаются по мере удаления от поверхности, то система заземления будет эффективна круглый год, если заземлитель помещен на значительную глубину, превышающую максимальную глубину промерзания.

Необходимость измерения удельного сопротивления грунта и сопротивления заземляющего устройства возникает уже на этапе проектирования и монтажа. Для измерения сопротивления заземления используют специальные приборы, использующие принцип падения потенциала, созданного переменным током, протекающим между вспомогательным и проверяемым электродом.

Рис. 12. Схема измерения по принципу падения потенциала

Трехполюсная или трехпроводная (3p) схема измерения сопротивления на рис.12 является основной и заключается в установке в грунт двух измерительных электродов (токовый электрод H и электрод напряжения (потенциальный) S) вблизи заземляющего устройства (E) по однолучевой схеме. Электрод напряжения (S) помещают на одной линии между проверяемым заземляющим устройством (E) и токовым электродом (H) в области нулевого потенциала. Для точного измерения необходимо чтобы потенциал на вспомогательном электроде напряжения измерялся за пределами зон эффективного сопротивления, как заземляющего устройства, так и вспомогательного электрода тока. Область нулевого потенциала также расширяется с увеличением расстояния между измеряемым заземлением и вспомогательным электродом тока. На практике используется метод 62%, обеспечивающий наибольшую точность при условии однородности грунта. Пользуясь этим методом можно легко найти место установки вспомогательного электрода напряжения (точку нулевого потенциала), при расположении электродов вдоль прямой.

Рис.13. Определение точки нулевого потенциала методом 62% Рис.13. Определение точки нулевого потенциала методом 62%

Прибор измеряет величину протекающего тока в созданной цепи и напряжение между исследуемым заземлителем и электродом напряжения. Результатом измерения является рассчитанное по закону Ома значение сопротивления заземляющего устройства. В городских условиях трудно найти место для установки двух вспомогательных электродов на требуемом расстоянии. Но при хорошо развитой инфраструктуре, рядом с измеряемым заземлителем (N) может оказаться еще одно заземление (M) с известным сопротивлением, рис. 14. В этом случае применяют двухточечный метод измерения (2p), который показывает сопротивление двух устройств заземления, включенных последовательно. Поэтому второе заземление должно быть настолько хорошим, чтобы его сопротивлением можно было пренебречь. Кроме того, необходимо дополнительно определить сопротивление измерительных проводов и вычесть его из полученного результата. Такой упрощенный метод применяется как альтернативный способ, и он не такой точный, как стандартный 3-проводный (метод 62%), поскольку сильно зависит от расстояния между измеряемым и вспомогательным заземлением.

Рис. 14. Применение упрощенного метода (2p)

В том случае, когда требуется исключительно высокая точность измерения, используют четырехполюсную или четырехпроводную (4p) схему, исключающую влияние сопротивления измерительных проводов.

Рис. 15. Схема (4p) с компенсацией влияния измерительных проводов

Все вышеперечисленные способы на время измерения требуют отключения исследуемого заземлителя от общей системы заземления (раскручивания резьбового соединения/демонтаж сварного соединения). Для многоэлементного заземления такой процесс является очень трудоемким, поэтому в приборах Sonel существует возможность проведения измерения без отсоединения исследуемого заземлителя. При этом методе (3p+клещи) токовый электрод (Н) и электрод напряжения (S) помещаются в грунт также как при классическом трехполюсном методе, но ток измеряется при помощи клещей, устанавливаемых на исследуемом заземлителе. Прибор определяет сопротивление заземлителя, на котором установлены токовые клещи (рассчитывает сопротивление по величине тока через исследуемый заземлитель и игнорирует ток, протекающий через смежные заземлители).

Рис. 16. Измерение сопротивления одного элемента сложного заземления

После измерения значения сопротивлений отдельных элементов заземления RE1, RE2, RE3...REN, общую величину сопротивления RE на рисунке 16 рассчитывают по формуле:

Измерение сопротивления заземляющих устройств на территории мегаполисов представляет собой огромные трудности. Особенно в центре города, где особенно плотная застройка, из-за дорожного покрытия или тротуарной плитки невозможно установить вспомогательные электроды. В случае сложной системы заземления, элементы которой не соединены под землей, применяют метод двух клещей. Если заземления соединены под землей, этот метод позволяет установить только отсутствие обрыва в цепи. Передающие клещи за счет электромагнитной индукции возбуждают ток в измеряемом контуре, а дополнительные клещи измеряют его. Не имеет значения, какие из них находятся вверху, важно обеспечить минимальное расстояние между ними (>3см), чтобы исключить влияние передающих клещей на токоизмерительные клещи.

Рис. 17. Измерение сопротивления с помощью двух клещей

После измерения прибор покажет величину сопротивления RE, которое для четырехэлементного заземления на рисунке 17 можно также рассчитать по формуле:

Как следует из приведенного выше соотношения, величина RE будет суммой значения измеренного сопротивления заземлителя и результата параллельного соединения остальных заземлителей. Поэтому полученная величина сопротивления заземления будет немного завышена (дополнительная погрешность измерения). Это неустранимая ошибка метода. Поскольку результирующая величина параллельного соединения остальных элементов заземления будет тем меньше, чем больше будет таких заземлителей, рекомендуется выполнять измерения этим методом только в многоэлементных системах.

Как следует из формулы Дуайта, удельное сопротивление грунта непосредственно влияет на конструкцию устройств заземления (глубину залегания заземлителя при заданном сопротивлении и количество элементов). При разработке систем заземления большого размера, важно найти области наименьшего сопротивления грунта, чтобы сконструировать наиболее экономичный вариант с минимальным числом элементов.

Для измерения удельного сопротивления грунта по методу Веннера, реализованному в приборах Sonel, используют четыре электрода, размещенных линейно на равных расстояниях, рисунок 18. Значение удельного сопротивления грунта автоматически рассчитывается в процессе измерения по формуле: ρ = 2πd ∙ U/I [Ом∙м].

Рис. 18. Измерение удельного сопротивления грунта (метод Веннера)

Характерной особенностью метода Веннера является прямо пропорциональная зависимость расстояния между электродами и глубиной, на которой протекает ток. Предельное значение глубины проникновения тока в землю составляет 0,7∙d. Выполняя серию измерений удельного сопротивления, при одновременном изменении расстояния между электродами, можно приблизительно оценить на какой глубине находится наименьшее ее значение. Затем следует развернуть электроды под прямым углом к линии, на которой проводились измерения и повторить всю серию. Если прибор покажет значительный разброс результатов, затрудняющий выполнение измерений, то вероятно наличие в данном месте подземных коммуникаций (трубы водопровода, металлоконструкции и т.п.). В таком случае необходимо переставить электроды на несколько метров в сторону от места, где наблюдались неоднородные показания, и повторить измерение удельного сопротивления грунта. Близкие результаты свидетельствуют об однородности грунта и правильности проведения измерений.

Полученные данные используются для геофизического изучения залегающих пород с целью определения зон и глубины залегания. Кроме того, по величине сопротивления грунта можно оценить скорость коррозии подземных трубопроводов. Значительное уменьшение сопротивления грунта приводит к усилению процесса коррозии и требует специальной защитной обработки подземных металлических поверхностей.

Выводы:

1. Измерение сопротивления заземляющего устройства проводят в сухой период года. 2. Растворенные в воде соли и минералы придают почве свойства электролита, поэтому для измерения сопротивления заземления необходимо использовать переменный ток. 3. Чтобы избежать влияния токов промышленной частоты и их высших гармоник, применяют не кратную 50 Гц (60 Гц) частоту измерительного напряжения. 4. Наилучшую точность измерения заземления обеспечивает схема 4p по методу 62%. 5. Измерение сопротивления с помощью двух клещей имеет методическую погрешность, поэтому его рекомендуется применять только в многоэлементных системах заземления.

6. Метод Веннера позволяет быстро и просто измерить удельное сопротивление грунта.

Молниезащита

В рассматриваемых выше системах заземления, которые предназначены в основном для защиты от поражения током, важно поведение токов низкой частоты.

Задачей грозозащитного заземления является отвод в землю удара молнии. Импульсный характер этого разряда определяет существенное влияние индуктивной составляющей заземления, поэтому эффективно используется для отвода тока молнии лишь часть заземления, расположенная в непосредственной близости от места разряда. Заземление с низким статическим сопротивлением, гарантирующее хорошую основную защиту, не обеспечит достаточных параметров молниезащиты — особенно в случае обширных систем заземлений, которые обладая низким статическим сопротивлением, могут иметь многократно превосходящий динамический импеданс. В Российской Федерации в настоящее время кроме нормативных документов, устанавливающих требования к молниезащите зданий: «Инструкция по молниезащите зданий и сооружений» РД 34.21.122-87 и «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» CO 153-343.21.122-2003, в 2011 году выпущены две первые части ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 «Менеджмент риска. Защита от молнии», которые представляют собой переводы стандарта МЭК 62305, состоящего из четырёх частей. К сожалению, ни одна из указанных инструкций не освещает вопроса практического применения устройств защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений.

Прибор компании Sonel MRU-200 позволяет провести измерение динамического импеданса (Zd), который представляет собой отношение пикового напряжения к пиковому току, используя импульсный метод в соответствии со стандартом EN—62305.

Рис. 19. Форма сигнала при импульсном методе

Прибор MRU-200 генерирует импульс, имитирующий разряд молнии (рисунок 19): где t — амплитуда тока, T1 — длительность фронта, T2 — время полуспада импульса. Можно задать три вида тестовых импульсов с параметрами T1/ T2 (4/10 мкс, 8/20 мкс, 10/350 мкс).

Определенный стандартом динамический импеданс является условной величиной, т. к. пики напряжения и тока возникают в разное время. Динамический импеданс считается показателем эффективности заземления для условий усиленной или специальной защиты.

Рис. 20. Измерение импеданса заземления импульсным методом

При измерении импеданса группового заземления импульсным методом, измерительный импульс оказывает воздействие только в непосредственной близости от точки приложения, что позволяет измерить сопротивление заземления без отключения контрольных соединений, и отключения выравнивающих потенциалы соединений, т.е. без необходимости отключения питания объекта.

Рис. 21. Измерение сопротивления заземления опоры ЛЭП

Импульсный метод также используется для измерения сопротивления заземления высоковольтных опор, позволяя определить сопротивление заземления всей опоры (включающее в себя систему заземлителей и добавочное сопротивление), без отключения линии высокого напряжения и демонтажа частей заземления.

Использование приборов серии MRU

Для исключения влияния сторонних токов промышленной частоты 50 Гц и их высших гармоник генерируемый измерительными приборами серии MRU ток имеет частоту 128 Гц (MRU-100, MRU-101, MRU-105) или 125 Гц (MRU-120, MRU-200). Пользователь самостоятельно выбирает величину измерительного напряжения 25 В или 50 В. Прибор определяет напряжение помех до 100 В и частоту помех от 15 до 450 Гц, блокируя измерение при напряжении помех свыше 24 В и силы тока более 3 А при использовании клещей. Сравнительные параметры измерительных приборов серии MRU приведены в таблице:

Самый современный измеритель параметров заземляющих устройств MRU-200 GPS — это единственный в мире прибор, использующий все известные методы измерения и оснащенный встроенным модулем GPS, позволяющим определить текущие координаты.

Кроме классических методов — 2p, 3p, 4p, и метода измерения с помощью дополнительных токоизмерительных клещей (3p+клещи), используется метод двух клещей, позволяющий при измерении многоэлементных заземлений обойтись без вспомогательных электродов и импульсный метод для измерения динамического импеданса системы молниезащиты. Разрешение прибора составляет 0,001 Ом. С помощью MRU-200 GPS также легко измерить удельное сопротивление грунта, проверить исправность защитных и выравнивающих потенциал соединений, измерить ток утечки (с применением клещей, в том числе и гибких серии F), определить напряжение и частоту наведенных помех и передать результаты в компьютер.

Влагозащищенный прорезиненный и ударопрочный корпус ярко оранжевого цвета с логотипом Sonel не даст потерять свой прибор среди травы. Продуманная эргономика позволяет перемещать крышку вокруг прибора на полный оборот, зафиксировать ее в нужном положении или полностью снять. В приборе используется достаточно большой графический дисплей с подсветкой и рабочей температурой до минус 10 градусов. В любом режиме на дисплее есть возможность получения помощи через нажатие F4, на экране также отображается схема подключения прибора к измеряемому объекту с обозначением входов. В процессе измерения на дисплее отображается строка состояния, которая постепенно заполняется от нуля до 100%. С ее помощью легко отследить оставшееся время до завершения. Работать с прибором не сложно, достаточно размотать катушки с проводами из стандартной комплектации, вбить в грунт вспомогательные электроды, подключить зажим «крокодил» или струбцину к заземлению, выбрать переключателем требуемый режим, а затем собрать схему, отображаемую на дисплее и нажать кнопку START на панели прибора. Все вычисления произойдут автоматически, а результат измерения отобразится на дисплее.

Рис. 22. Прибор MRU-200 с принадлежностями

Сопротивление измерительных электродов RH и RS не должно превышать 50 кОм. В противном случае на дисплее отображается соответствующее предупреждение (для уменьшения сопротивления необходимо увеличить проводимость грунта вблизи электродов). Если сопротивление электродов окажется слишком велико, то измеренное сопротивление заземления будет иметь дополнительную погрешность, особенно при измерении малых величин заземляющего устройства и высоких значениях сопротивлений измерительных зондов (такая ситуация возможна, когда глубинный заземлитель имеет отличные параметры заземления, в то время как верхний слой грунта сухой и имеет плохую проводимость). При этом отношение сопротивления измерительных электродов к сопротивлению исследуемого заземлителя очень большое. Дополнительная погрешность при измерениях, рассчитывается по приведенной в технических параметрах формуле и отображается на дисплее. Никаких дополнительных расчетов проводить не нужно.

Следует иметь в виду, что согласно п. 4.3 ГОСТ Р МЭК 61557-5-2008 (IEC 61557-5:1997): «максимальная приведенная погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения в пределах диапазона измерений не должна превышать ± 30 % измеренного значения, принятого в качестве нормирующего». Специалист, который проводит измерения и знает эти границы, всегда может решить: когда результату измерения можно однозначно доверять, а когда следует с осторожностью отнестись к полученным данным.

Из практических соображений рекомендуется измерять сопротивление заземляющих устройств в наиболее жаркие и сухие или самые холодные дни года, когда грунт имеет наименьшую влажность и высокое удельное сопротивление. Если полученные результаты измерения не превысят допустимого значения сопротивления, то и в остальное время года сопротивление заземляющего устройства будет удовлетворять нормативным требованиям.

Более подробную информацию о технических характеристиках и особенностях применения измерителей сопротивления заземляющих устройств серии MRU можно получить из руководства по эксплуатации на сайте http://www.sonel.ru/.

Список литературы:

Правила устройства электроустановок, издание 7. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей, введены с 2003 года. ГОСТ Р МЭК 61557-5-2008 «Электробезопасность. Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 5. Сопротивление заземлителя относительно земли» ГОСТ Р 50571.1-2009 Электроустановки низковольтные, часть 1 «Основные положения, оценка общих характеристик, термины и определения». ГОСТ Р МЭК 60755-2012 «Общие требования к защитным устройствам, управляемым дифференциальным (остаточным) током». ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 «Менеджмент риска. Защита от молнии», ч.1 и ч.2 «Инструкция по молниезащите зданий и сооружений» РД 34.21.122-87. «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций» CO 153-343.21.122-2003.

А.В. Сакара. «Организационные и методические рекомендации по проведению испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей» Москва, ЗАО «Энергосервис», 2004.

www.sonel.ru

Методика измерения сопротивления заземляющих устройств - Автоматизация энергопредприятий и электролабораторий

Цель проведения измерений.

Измерения сопротивления заземлителей и заземляющих устройств  проводят с целью проверки соответствия этих устройств требованиям ПУЭ, условиям безопасности людей и защиты электрооборудования в случае повреждения изоляции электроустановок.

2.   Меры безопасности.

2.1 Организационные мероприятия.

Работы по измерениям характеристик заземляющих устройств должны выполнятся в соответствии с действующими Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок. Работы по измерениям электрических характеристик заземляющих устройств должны выполнятся по нарядам или распоряжениям.

2.2 Технические мероприятия.

При измерениях на действующих РУ с использованием вынесенных токовых и потенциальных электродов должны приниматься меры по защите от воздействия полного напряжения на заземлителе при стекании с него тока однофазного КЗ на землю. Персонал, производящий измерения, должен работать в диэлектрических ботах, диэлектрических перчатках, пользоваться инструментом с изолированными ручками. При сборке измерительных схем следует сначала присоединять провод к вспомогательному электроду (токовому, потенциальному) и лишь затем к соответствующему измерительному прибору.

3.   Подготовка к измерениям.

4.  

Измерение сопротивления заземляющих устройств должно производиться зимой или  летом, когда сопротивление земли (грунта) принимает наибольшее значение. При испытаниях вновь смонтированных установок результаты измерения сопротивления должны быть скорректированы повышающим коэффициентом, учитывающим высыхание или промерзание грунта.

При небольшом количестве оборудования в испытуемой электроустановке сопротивление заземляющего устройства проверяется непосредственно на корпус заземленного оборудования. При большом количестве оборудования и разветвленной заземляющей сети измерение производится раздельно: сопротивление заземлителя и сопротивление заземляющих проводников, т.е. металлической связи корпусов электрооборудования с контуром заземления. Для этого на некотором расстоянии от него располагается вспомогательный заземлитель,  подключаемый вместе с испытываемым заземлителем  к прибору EurotestXE 2,5 кВ MI 3102H с встроенным источником питания. Для измерения падения напряжения на испытываемом заземлителе  при прохождении через него тока в зоне нулевого потенциала располагается зонд. Точность измерения сопротивления заземлителей зависит от взаимного расположения испытываемого и вспомогательных заземлителей и от расстояния между ними.

За размер Д следует принимать:

·  для заземляющих сеток и для заземлителей, состоящих из контура из вертикальных электродов — длину большей диагонали;

·  для заземлителей, состоящих из вертикальных электродов, расположенных в ряд и объединенных горизонтальной полосой — длину полосы;

·  для заземлителей в виде одиночной горизонтальной полосы — длину полосы.

Если заземлители представляют собой железобетонные фундаменты зданий или стальные полосы, проложенные для выравнивания потенциалов, то в качестве Д следует принимать наибольший размер здания в плане.

Рисунок 1: Подключение стандартных измерительных проводов (20 м)

Направление разноса электродов нужно выбирать таким образом, чтобы электроды не оказались ближе 10 м от подземных металлических конструкций ( кабелей с металлическим оболочками, трубопроводов, заземлителей опор ВЛ и др.)

В некоторых случаях при наличии большого количества подземных коммуникаций может потребоваться несколько измерений при различных направлениях лучей и различных расстояниях между зондами. Из нескольких измерений в качестве действительного значения принимают наихудший результат.

Электроды следует забивать в плотный естественный (не насыпной) грунт на глубину не менее 0,5м. В грунтах с большим удельным сопротивлением места, где нужно забить вспомогательные заземлители, уплотняют либо увлажняют водой, раствором соли или кислоты. В качестве вспомогательных заземлителей могут быть использованы отрезки металлических труб, рельсов и другие металлические предметы, находящиеся в земле и не связанные с испытываемым  заземлителем.

4.   Нормируемые величины.

Сопротивление заземлителя не должно превышать нормируемого значения в любое время года.

Максимально допустимые значения сопротивления заземляющих устройств указаны в ПУЭ 7 таблица 1.8.38 и ПТЭЭП приложении 3.

5.   Применяемые приборы.

Измерение сопротивления заземлителей производится специальным прибором типа EurotestXE 2,5 кВ MI 3102H, используя 3-х проводный метод измерения.

Во время работы применяют инструмент, с помощью которого электроды забиваются в грунт на глубину не менее 0.5 м, а также обеспечивается надежное присоединение проводников от прибора к электродам.

Подключение прибора к корпусу электроустановки производится при помощи щупа в качестве которого используется квадратный напильник (для создания металлического контакта) с глухоприсоединенным медным проводом сечением 2.5 мм2 сопротивление которого при длине в единицы метров позволяет использовать 3-х зажимную схему измерения.

6.   Методика проведения измерений.

6.1. При выполнении измерения сопротивления заземления следуйте следующим инструкциям:

􀂉 Потенциальный зонд (S) размещается между заземлителем (E) и вспомогательным токовым зондом (H) на контрольном участке

􀂉 Расстояние от заземлителя (E) до вспомогательного токового зонда (H) должно составлять, по крайней мере, пятикратную величину глубины заземляющего электрода или длины полосового электрода.

􀂉 При измерении сопротивления заземления комплексной системы заземления данное расстояние зависит от длины большей диагонали между отдельными заземлителями. Для получения дополнительной информации относительно измерения сопротивления заземления обратитесь к учебнику Metrel «Guide for testing and verificationoflowvoltageinstallations».

6.2. Порядок проведения измерения сопротивления заземления

Шаг 1 С помощью переключателя функций выберите функцию Заземление.

Подключите измерительный кабель к прибору EurotestХЕ 2,5 кВ.

Шаг 2 Установите следующий параметр измерения:

􀂉 Максимально допустимое сопротивление заземления.

Шаг 3 Для измерения сопротивления заземления подключите прибор к испытываемому объекту. При необходимости воспользуйтесь меню помощи. Измерительные провода подключите следующим образом:

􀂉 L/L1 черный измерительный провод присоединяется к вспомогательному токовому зонду (H).

􀂉 N/L2 синий измерительный провод присоединяется к заземлителю (E).

􀂉 PE/L3 зеленый измерительный провод присоединяется к

потенциальному зонду (S).

Шаг 4 Перед началом измерения проверьте отображаемые на дисплее предупреждения и оперативное напряжение / выходной монитор. Если измерение разрешено, нажмите кнопку TEST. После завершения измерения на дисплее отображаются результаты измерений и оценка результата в виде «Соответствует / не соответствует» (если применяется).

Отображаемые результаты:

R………….сопротивление заземления,

RC ………..сопротивление вспомогательного токового зонда,

RP ………..сопротивление потенциального зонда.

Сохраните отображенные результаты с целью дальнейшего документирования. Примечания:

􀂉 При наличии между измерительными выводами напряжения, превышающего 30 В, измерение сопротивления заземления не будет выполнено.

􀂉 Если между измерительными выводами H и E или S присутствует напряжение шума выше, чем приблизительно 5 В, на дисплее появится предупреждающий символ “ ” (шум), сигнализирующий о том, что результат может быть некорректным!__

www.etlpro.ru

Измерение сопротивления заземления. Измерение сопротивления петли фаза-нуль, страница 2

Метод амперметра – вольтметра применяется в основном для точных измерений при малых сопротивлениях заземлителей (до сотых долей ома). Измерение производят переменным током от понижающего трансформатора (рис. 35). Из условий безопасности вторичное напряжение принимают не более 60–70 В. Из-за большого тока в измерительной цепи регулируется обычно первичное напряжение. Измерение производят за пределами расположения заземлителя в месте, где нет протяженных металлических коммуникаций. Помимо испытуемого заземлителя необходимо иметь два электрода – вспомогательный В и зонд З. В качестве электродов В и З могут служить стальные стержни, забиваемые в землю. Количество стержней в одном электроде зависит от требуемого сопротивления электрода и удельного сопротивления поверхностного слоя земли. Зонд З располагается в точке нулевого потенциала. Для уменьшения погрешности измерения из-за растекания тока вспомогательного электрода электроды желательно располагать по возможности дальше от испытуемого заземлителя. На рис. 36 показаны схемы расположения электродов В и З относительно заземлителя и минимальные расстояния между ними, при которых погрешность по указанной причине не превышает 5 %.

Рис. 35. Схема измерения сопротивления заземлителя по методу амперметра–вольтметра.

          

Рис. 36. Взаимное расположение испытуемого заземлителя и вспомогательных электродов. а, б, в – однолучевые; г, д, е – двухлучевые схемы измерения.

Для особо точных измерений используют схемы рис. 36 а и г. Остальные схемы обеспечивают достаточную точность измерений при меньших расстояниях.

В качестве размеров  следует принимать: для сложных заземлителей из сетки или контура и вертикальных электродов – длину большей диагонали; для заземлителей из горизонтальной полосы или полосы, объединяющей вертикальные электроды, – длину полосы; для одиночных вертикальных заземлителей – их длину.

Размеры  и  выбирают из следующих соотношений:

, ;

,  м;

, ;

; .

Чтобы уменьшить влияние посторонних токов на результат измерения, ток в измерительной цепи должен быть не менее 10 А. В большинстве случаев достаточен ток 20–25 А.

Амперметр и вольтметр присоединяют к испытуемому заземлителю раздельно, причем с целью уменьшения падения напряжения в проводах вольтметр присоединяют непосредственно у места ввода тока в заземлитель. Для снижения погрешности, вносимой вольтметром, его сопротивление должно не менее чем в 50 раз превышать сопротивление зонда. Если указанное требование выполнить нельзя, то падение напряжения на испытуемом заземлителе  может быть вычислено по формуле

, где  – показание вольтметра;  и  – сопротивление зонда и вольтметра.

Для измерения сопротивления зонда измерительный ток пропускают через зонд, а роль зонда для измерения напряжения выполняет испытуемый заземлитель.

Рекомендуемый класс точности вольтметра и амперметра не ниже 1,5, а для трансформатора тока в случае его применения – не ниже 1.

Значение сопротивления испытуемого заземлителя принимается как среднее арифметическое из трех измерений.

На территориях с развитыми подземными коммуникациями измерения проводят как по двухлучевой, так и по однолучевой схемам, принимая минимальные расстояния  или . При расхождении результатов более чем на 20 % необходимо изменить направления лучей или увеличить асе расстояния в 1,5–2 раза.

Измерение прибором МС-08. Принцип действия прибора основан на измерении сопротивления по методу амперметра–вольтметра. Прибор имеет три предела измерения с рабочими шкалами 10–1000, 1–100 и 0,1– 10 Ом. Наибольшая приведенная погрешность прибора не превышает ±1,5 %; при измерении малых сопротивлений погрешность прибора недопустимо велика.

К достоинствам прибора следует отнести портативность, наличие встроенного генератора, возможность измерений при наличии посторонних токов в земле. Ток и напряжение измеряют одним прибором – магнитоэлектрическим логометром.

Схемы включения прибора показаны на рис. 37. При измерении больших сопротивлений в измеряемое значение входит сопротивление проводника, соединяющего прибор с испытуемым заземлителем, поэтому его сечение должно быть не менее 4–6 мм2, а длина – не более 2 м. При измерении малых сопротивлений или расположении прибора на значительном расстоянии от заземлятеля используют схему рис. 37, б, по которой соединительные провода не вносят погрешности.

vunivere.ru


Смотрите также