Измерение сопротивления заземления: обзор методов практических измерений

Измерение сопротивления заземляющего устройства

Главная > Советы электрика > 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 (Rз).

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:

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.

Заземление должно обеспечивать необходимые электрические параметры при минимуме затрат. Оно делается по всем правилам, как в частном доме, так и на электроустановке.

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.

Обратите внимание

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.

Контур заземления следует поддерживать в рабочем состоянии.

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 Rз. В идеале оно должно быть равно нулю, но на практике это невозможно.

Факторы учета сопротивления

Расчёт заземления и его особенности

Величина (Rз) 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 Rз. 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.

Периодичность проверки заземляющего устройства должна обязательно выполняться, а результаты замеров заносятся в документы.

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 Rз для каждого вида заземлителя приводятся в ПУЭ и таблице.

Максимально допустимое значение Rз

Характеристика электроустановкиУдельное сопротивление грунта, Ом*мСопротивление заземляющего устройства, Ом

Искусственный заземлитель, к которому присоединяются нейтрали генератора и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В:
660/380	до 100 | свыше 100	15 | 0,5*p
380/220	до 100 | свыше 100	30 | 0,3*p
220/127	до 100 | свыше 100	60 | 0,6*p
Примечание: p – удельное сопротивление грунта.

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.

Что представляет собой заземление дома

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

ρ = 2πRзl/[ln(4l/d)], где

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

Полученное значение ρ применяется при проектировании несложных устройств, например, контурного заземления в частном доме.

1. 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).

Результаты получаются точными, поскольку учитываются свойства грунта от глубинных слоёв до поверхности.

1. 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 Rз 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).

Расстояния до дополнительных стержней зависят от конструкции испытуемого устройства. 

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

Важно

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.

В частном доме подобные замеры производить несложно.

1. 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 Rз находится из системы уравнений:

U1=I1∙ Rз;

U2=I2∙ Rаб;

U1= U2;

I1=I2.

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

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

Измерительные устройства являются высокоточными приборами, благодаря наличию защиты от помех.

1. Замеры Rз с использованием калиброванного резистора. Электричество подаётся на ЗУ напрямую с фазы питания через охлаждаемый калиброванный резистор Rкр.

Измерение Rз через калиброванный резистор

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

Падение напряжения на ЗУ находится по разности напряжений (рабочего и на резисторе): Uз = Uф — Uкр.

Сопротивление заземляющего устройства находится из формулы: Rз = Rкр (Uф — Uкр)/Uкр. 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.

1. Измерение Rз 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

Совет

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

Сопротивление находится из соотношения Rз = 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.

Для чего нужно заземление

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.

Когда требуются измерения в частном доме, целесообразно пригласить специалистов с необходимым оборудованием.

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.

Одним замером ограничиваться нельзя. Измерения повторяют несколько раз, переставляя потенциальный электрод на небольшие расстояния. При этом значения сопротивления не должны отклоняться более чем на 5%. 

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.

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

Способы измерения сопротивления заземления

Содержание:

Важнейшим мероприятием по обеспечению безопасности людей и защите электрооборудования при повреждениях изоляции, является измерение сопротивления заземляющих устройств.

Данные работы проводятся на основании действующих Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок. Электрические характеристики измеряются на основании соответствующих нарядов или распоряжений.

Подобные измерения представляют собой целый комплекс мероприятий, выполняемых в определенной последовательности.

Виды заземления

В электротехнике понятие заземления разделяется на два вида – естественное и искусственное.

• Естественное заземление представлено токопроводящими конструкциями, постоянно находящимися в земле. К ним относятся водопроводные трубы и другие виды коммуникаций. Такими конструкциями нельзя пользоваться для заземления электроустановок, поскольку они обладают ненормированным сопротивлением. Для того чтобы гарантированно обеспечить безопасные условия, рекомендуется применять специальную систему уравнивания потенциалов. В соответствии с этой системой, все металлоконструкции соединяются с нулевым защитным проводником.
• Искусственное заземление выполняется в виде преднамеренного электрического соединения каких-либо точек электроустановок, оборудования или электрических сетей с заземляющим устройством. В состав заземляющего устройства входит заземлитель и заземляющий проводник, с помощью которого осуществляется соединение заземляемой части и заземлителя. Конструкции таких систем могут выполняться как в виде простых металлических стержней, так и в виде сложных комплексов, включающих специальные элементы и другие составные части.

Качество заземления полностью зависит от величины сопротивления, оказываемого растеканию тока через заземляющее устройство. Чем меньше это значение, тем выше качество заземления. Сопротивление можно снизить за счет увеличения площади заземляющих электродов и уменьшения удельного электрического сопротивления грунта. С этой целью увеличивается число электродов или глубина их залегания.

Со временем, под действием коррозии или в связи с изменениями удельного сопротивления грунта, параметры заземляющей системы могут значительно отклониться от первоначального значения. Именно поэтому требуется проведение периодических проверок в процессе эксплуатации. Неисправности могут долгое время никак не проявляться, вплоть до наступления опасной ситуации.

Виды заземляющих систем

Основой всех действующих систем заземления, применяемых в электроустановках напряжением до 1000 вольт, является система TN с глухозаземленной нейтралью источника питания. Она соединяется с открытыми проводящими частями электроустановок с помощью нулевых защитных проводников.

Система TN-C предполагает совмещение нулевых рабочего и защитного проводников в едином проводе на всем его протяжении. Она получила широкое распространение в старых жилых домах из-за своей простоты и экономичности.

Однако систему TN-C не рекомендуется применять в новых постройках, поскольку аварийный обрыв PEN-провода может привести к появлению линейного напряжения на подключенных электроприборах.

Из-за отсутствия отдельного заземляющего провода РЕ значительно снижается безопасность, поэтому довольно часто используется зануление. В этом случае короткое замыкание вызывает срабатывание автомата защиты.

Обратите внимание

Более современной и безопасной схемой заземления считается система TN-S с разделением нулевых рабочего и защитного проводников на всем их протяжении. Она используется в новых зданиях и успешно защищает людей и оборудование. Система TN-S более дорогостоящая, поскольку для прокладки в трехфазной сети требуются пятижильные провода, а в однофазной сети – проводники с тремя жилами.

В системе TN-C-S защитный и рабочий нулевые проводники на каком-то определенном участке совмещаются в одном проводе. Она легко монтируется и широко применяется на различных объектах. Однако, если проводник PEN оборвется до точки разделения, то на подключенных электроприборах может появиться линейное напряжение.

Подготовительный этап

Измерение сопротивления заземляющих устройств производится в летний или зимний период, когда сопротивление грунта достигает максимального значения. Если испытываются вновь смонтированные установки, в этом случае результаты измеряемого сопротивления корректируются с помощью повышающего коэффициента, учитывающего степень высыхания или промерзания грунта.

При наличии в электроустановке небольшого количества оборудования, проверка сопротивления устройства заземления осуществляется непосредственно на корпус этого оборудования.

Если же оборудование имеется в большом количестве, а заземляющая сеть достаточно разветвленная, выполняются раздельные измерения сопротивлений – заземлителя и заземляющих проводников. Таким образом, проверяется металлическая связь контура заземления с корпусами электрооборудования.

Данная процедура выполняется с использованием вспомогательного заземлителя, подключаемого совместно с испытываемым заземлителем к измерительному прибору.

Для того чтобы измерить падение напряжения на объекте испытаний, во время прохождения через него тока, в зоне с нулевым потенциалом размещается зонд. На точность измерений сопротивления влияет взаимное расположение основного и вспомогательного заземлителей и расстояние между ними.

На схемах отмечен специальный размер d, который в каждом случае будет следующим:

• Заземляющие сетки и заземлители, представляющие собой контур с вертикальными электродами. Размер d будет величиной самой большой диагонали.
• Заземлители, представляющие собой вертикальные электроды, объединенные горизонтальной полосой. Величина d будет длиной этой полосы.
• То же самое, когда заземлитель является одиночной горизонтальной полосой.
• Если же заземлители состоят из железобетонных фундаментов зданий или стальных полос, используемых для выравнивания потенциалов, то величиной d считается максимальный размер здания в плане.

Разнос электродов должен выбираться в таком направлении, чтобы они находились не ближе 10 метров от металлоконструкций, расположенных под землей.

Если подземные коммуникации присутствуют в большом количестве, может возникнуть необходимость в проведении сразу нескольких измерений. При этом выбираются различные направления лучей и разные расстояния между зондами.

Важно

После нескольких измерений, наиболее точным значением будет считаться самый плохой результат.

Забивание электродов осуществляется в грунт с естественной плотностью, на минимальную глубину 0,5 метра. В случае высокого удельного сопротивления грунта, места забивки вспомогательных заземлителей увлажняются водой, а также кислотным или солевым раствором.

Методы измерений

Замеры сопротивления заземлителей чаще всего производятся методом амперметра-вольтметра. Для непосредственного измерения выполняется сборка специальной электрической цепи с проверяемым заземлителем и вспомогательным токовым электродом.

Схема дополняется потенциальным электродом, принимающим участие в замерах падения напряжения во время течения электрического тока по заземлителю.

Потенциальный электрод располагается в той же зоне, что и нулевой потенциал на расстоянии, одинаковом от токового электрода и заземлителя.

Не менее эффективным методом считается измерение приборами. Наиболее широко используются модели МС-08, М-416, ИС3-2016, Ф4103. Наиболее подходящим примером служит прибор М-416. Его питание осуществляется тремя батарейками, по 1,5 вольта каждая.

Суммарное напряжение составляет 4,5 В. После подготовки прибора, он размещается на горизонтальной ровной поверхности, после чего – калибруется.

Далее устанавливается положение КОНТРОЛЬ, стрелка должна находиться на нуле, красная кнопка должна удерживаться.

Для измерений используется трехзажимная схема.

Забивание зонда и вспомогательного электрода в грунт производится на минимальную глубину 50 см, после чего к ним выполняется подключение проводов прибора в соответствии со схемой.

Совет

Переключатель выставляется в положение Х1, далее нажимается кнопка и вращается ручка пока стрелка не дойдет до нуля. Полученный результат умножается на заранее выбранный множитель, что и дает итоговое значение.

Сопротивление заземляющих устройств можно измерять не только приборами, но и токовыми клещами. Применение этих устройств дает возможность не отключать заземляющее устройство и не использовать вспомогательные электроды. Таким образом, осуществляется оперативный контроль над состоянием заземления.

В этом случае в качестве вторичной обмотки выступает заземляющий проводник. В головке клещей расположена первичная обмотка трансформатора, действие которой вызывает течение переменного тока во вторичной обмотке.

Расчет значения сопротивления выполняется делением величины ЭДС во вторичной обмотке на ток, полученный в результате измерений клещами.

Рассматривая измерение сопротивления заземляющих устройств, следует коротко остановиться на замерах сопротивления грунта.

Для этого чаще всего используется метод Веннера, основанный на прямой пропорциональной зависимости между электродами и глубиной, на которой наблюдается течение тока.

Снижение сопротивления вызывает усиление коррозии, в связи с чем требуется специальная защита металлических конструкций, расположенных под землей.

Все об измерениях сопротивления заземления

Заземляющее устройство – это совокупность проводников из металла, соединенных с деталями электроустановки, и заземлителя (один или несколько проводников, которые закапываются в землю). Их используют, чтобы повысить безопасность электроустановок и с целью защиты людей от воздействия электрического тока.

Если возникает аварийная ситуация, когда происходит пробой изоляции проводника, напряжение через заземление уходит в землю, не причиняя вреда человеку, который соприкасается с оборудованием. Именно поэтому необходимо, чтобы заземление всегда находилось в исправном состоянии.

Одной из его важных характеристик является сопротивление, величина которого регламентируется нормативными документами.

Основные понятия

Сопротивление заземляющего устройства (оно так же именуется сопротивление растеканию тока) имеет прямо пропорциональную взаимосвязь с напряжением и обратно пропорциональную с током растекания в «землю».

Можно выделить три вида заземлений:

• рабочее. С его помощью заземляются определенные места, оно используется в процессе эксплуатации электрооборудования;
• защита от молний. Молниеприемники заземляются с целью перенаправления на металлические конструкции токов, которые возникают под воздействием молний;
• защитное. Используется для защиты от поражающего действия электрического тока, если кто-то непреднамеренно соприкоснется с деталью, которая при нормальной работе не должна пропускать ток.

Существует несколько методик измерения сопротивления заземляющих устройств, которые будут рассмотрены более детально. Способы измерений определяются специалистами электротехнической лаборатории и зависят от конкретных условий эксплуатации оборудования.

Применение амперметра и вольтметра

Метод заключается в следующем. С двух сторон от конструкции заземления, которое подлежит проверке, на равном удалении (около 20 метров) размещают два электрода (основной и дополнительный), после чего на них подается переменный ток. По образованной таким образом цепи начинает протекать электрический ток, а его значение отображается на дисплее амперметра.

Подключенный к заземляющему устройству и основному заземлителю вольтметр покажет уровень напряжения.

Чтобы определить общее сопротивление заземления нужно воспользоваться законом Ома, разделив значение напряжения, показанного вольтметром, на ток, значение которого показывает амперметр.

Этот способ измерений является наиболее простым, но имеет невысокий уровень точности, поэтому чаще всего используются иные методы.

Компенсационный метод

Данная методика дает возможность проводить измерения сопротивления заземления с использованием готовых приборов, которые выпускает промышленность. Известные модели таких приборов – Ф4103-М1, М416, ИС-10 и другие.

Как и в предыдущей методике, здесь применяются два электрода, углубляемые аналогичным образом в почву.

Далее необходимо к заземляющему устройству подключить сам измерительный прибор, а его провода зафиксировать на укрепленных в грунте электродах.

Обратите внимание

Генерируется ток, движущийся сквозь первичную обмотку трансформатора прибора, которым осуществляется измерение сопротивления заземляющего проводника. Одновременно с этим на вторичной обмотке наводится ЭДС, и вольтметр показывает определенное значение.

С помощью реохорда на измерительном приборе добиваются того, чтобы стрелка на вольтметре находилась в нулевом положении. Это будет свидетельствовать о равенстве напряжений U1 и U2.

Вращая ручку реостата, необходимо зафиксировать значение сопротивления заземления по показаниям стрелки реохорда.

Трехпроводный метод

В этом методе измерение сопротивления заземления проводится с помощью специальных измерителей, как старого образца (например, мегаомметром), так и современного, использующих цифровые технологии и микропроцессоры (например, MRU-200).

Необходимо очистить от коррозии шинопровод заземляющего устройства, после чего подключить к нему контакт измерителя. На указанном в инструкции расстоянии в почву вбиваются электроды, к которым прикрепляются катушки.

Их концы подключают к измерительному прибору и убеждаются, что схема готова к функционированию. Необходимо учитывать, что напряжение помехи между укрепленными в земле электродами не должно быть больше чем 24 Вольта.

Если этого не удалось добиться, то необходимо электроды разместить иначе.

Нажатием кнопки на приборе запускают процесс автоматического измерения сопротивления, наблюдая на дисплее показания. Для большей точности следует провести несколько замеров и убедиться, что показания отличаются друг от друга не более чем на 5%.

Токовые клещи

Главным достоинством данного метода является то, что не нужно использовать дополнительное оборудование и производить отключение заземления.

Достаточно просто использовать клещи для измерения величины сопротивления.

Токовые клещи функционируют на основе взаимоиндукции. В головке измерительных клещей спрятана обмотка (первичная обмотка). Ток в ней генерирует ток в заземляющем проводнике, играющем роль вторичной обмотки.

Важно

Чтобы узнать величину сопротивления, нужно разделить показатель ЭДС вторичной обмотки на значение тока, которое было измерено клещами (оно появляется на дисплее клещей). В более современных приборах ничего делить не надо.

При соответствующих настройках значение сопротивления заземления сразу же отображается на дисплее.

Периодичность проверки

Проведение визуальных осмотров, измерений и вскрытие грунта (если это нужно) проводится на основании графика, который составляется и утверждается предприятием, однако эти сроки должны находиться в пределах 12 лет.

Наиболее корректные результаты можно получить, если померить сопротивление заземления в середине лета или зимы. Именно тогда почва обладает максимальным сопротивлением.

Важно помнить, что измерения стоит проводить в сухую погоду.

Минимальный уровень сопротивления заземляющих устройств, который допускается, нормируется «Правилами устройства электроустановок».

Если электроустановка работает с напряжением до 1000 В, то значение сопротивления должно находиться в пределах от 2 до 8 Ом в зависимости от уровня напряжения (2 – если 660 В, 4 – если 380 В, 8 – если 220 В).

В электроустановках напряжением свыше 1000 В уровень сопротивления не должен превышать 0,5 Ом.

Составление протокола

Когда осмотр окончен, проведены все необходимые измерения и испытания, работники организации, проводившей работы, составляют «Протокол измерения сопротивления заземления». Он оформляется в соответствии с ГОСТом Р 50571.16-2007 Электроустановки низковольтные. Часть 6. Испытания. Приложение Н.

Этот нормативный акт условно состоит из трех структурных частей:

• данные о специальной организации, которая выполняла порученные работы по измерению сопротивления заземления, и заказчике этих работ;
• начальная статичная информация;
• итоги проведения измерений.

Основываясь на ГОСТе, сведения об организации, проводившей измерения, должны представляться в развернутом виде.

Необходимо указать название и адрес, на который зарегистрирована данная лаборатория, номер регистрации, информацию об аттестатах аккредитации (когда был выдан и до какой даты действует).

Указывают название организации, которая проводила аккредитацию или свидетельство о регистрации в структуре Государственного Энергонадзора.

Помимо этого протокол должен содержать сведения о заказчике, монтажной и проектной организациях.

Итоги проведенных измерений вносят в табличную форму, где указывают полученные приборами данные. В конце протокола обязательно дается заключении о пригодности заземления для дальнейшего использования, а так же отражаются фамилии работников, которые проводили измерительные работы.

Измерение сопротивления заземления – метод падения потенциала с помощью гибких клещей и адаптера Sonel

Измерение сопротивления заземления – трудоемкий процесс. Выполнение измерений требует от специалистов ответственного подхода.

Так как результаты зависят от структуры заземления, рельефа и других объективных факторов, необходимо приложить физические и умственные усилия для получения верного измерения.

При измерении сопротивления заземления не должен быть упущен ни один элемент измерительной процедуры. Использование упрощенных методов измерений приводит к ошибкам и утрате метрологической ценности измерений.

Совет

В этой ситуации, полезным становится устройство, которое упростит или ускорит проведение измерений. Если измеряемая система заземления состоит из большого количества элементов, то для измерения сопротивления отдельного элемента понадобится отключение его от общей системы.

Метод падения потенциала с использованием токоизмерительных клещей устраняет этот недостаток. В этом случае время, необходимое для измерения, сокращается. Но важно учесть два фактора, которые определяют возможность измерения с использованием клещей: вид заземляемой электрической цепи и конструкцию заземления.

Рассмотрим основные правила измерения методом падения потенциала.

Правила измерения сопротивления заземления методом падения потенциала

Рис. 1 Принцип метода падения потенциала

Для измерения сопротивления заземления «E», необходимо заставить ток протекать через него. Для этого дополнительный испытательный зонд H должен быть помещен в землю на определенном расстоянии от проверяемого заземления. Таким образом создается электрическая цепь нашего устройства.

Ток, наводимый измерителем, создает электрические потенциалы и течение переменного тока от заземления к вспомогательному тестовому зонду H. Это течение происходит по контуру Н через землю и испытываемому заземлению. Падение напряжения произойдет из-за некоторого сопротивления испытываемого заземления.

Достаточно построить электрическую цепь и измерить величину падения напряжения, чтобы определить сопротивление заземления. Для этого используется второй вспомогательный тестовый зонд S. Он помещается в землю между испытуемым заземлением Е и токовым зондом Н. Данный метод тестирования проиллюстрирован на рисунке 1.

Эта схема выглядит простой. Однако нужно помнить о важных условиях:

• Исследуемое заземление должно быть достаточно далеко, чтобы потенциал, окружающий его, не перекрывал потенциал вспомогательного зонда H.
• Вспомогательный зонд S должен быть помещен в область с нулевым потенциалом. На этом этапе это первое условие, связанное с точностью и временем проведения измерений. Но один тест не гарантирует правильности полученных результатов. Для проверки точности измерения требуется, по меньшей мере, еще два теста. Эти тесты следует проводить, поместив испытательный зонд напряжения S на несколько метров ближе к тестируемому заземлению Е, а затем передвинуть его ближе к зонду вспомогательного тока H. Измерение считается правильным только в том случае, когда три полученных результата одинаковы или очень близки.

Этот метод популярен и используется на практике, но принципы и условия его использования часто забываются. В случае одиночного заземления практических проблем при применении этого метода нет. Примером одиночного заземляющего электрода может служить опора линии среднего напряжения как показано на рисунке 2.

Рис. 2 Опора линии среднего напряжения

Это типичное одиночное заземление, поскольку заземления линии опор не связаны друг с другом. Использование метода, отличного от описанного выше, может привести к ошибкам измерения. Использование клещей в таких случаях запрещено. Рассмотрим случаи применения метода падения потенциала с использованием клещей.

Применение метода падения потенциала с использованием клещей

Для измерения сопротивления единичного заземлителя, который является частью многокомпонентной системы заземления, необходимо отключить измеряемую часть заземления от всей системы.

С помощью клещей возможно определить, какой ток протекает через элемент заземления и насколько велико падение напряжения без разъединения испытуемого соединения. Это будет тот же вариант измерения сопротивления заземления методом падения потенциала, что показан на рисунке 1.

Единственное различие заключается в том, что мы измеряем ток, который протекает через один заземлитель, с помощью клещей.

Рис. 3 Принцип измерения сопротивления заземления с использованием клещей

Молниеотвод здания показан на рисунке 3, где четыре отдельных заземлителя соединяются друг с другом на крыше. Ток, который производит прибор, протекает по всей цепи, но клещи измеряют значение в отдельном элементе системы заземления. Это очень удобный метод, но он не может использоваться для всех случаев. Причина этого – форма клещей.

Клещи имеют определенные размеры, толщину и угол подключения. Из-за этого не удается подключить их в необходимом месте. Часто строительные компании покрывают систему заземления пенополистиролом и устанавливают небольшие смотровые зазоры на испытательных стыках. Из-за этого подключение громоздких клещей невозможно.

Главные два ограничения при подключении клещей: размер испытательного зазора и электрическая цепь заземления.

Рис. 4 Заземление низковольтной опоры

Низковольтная линия показана на рисунке 4. Заземления отдельных опор произведены кабелем PEN. Если посмотреть на рисунок 3, то можно предположить, что достаточно наложить клещи на испытательное заземление и провести измерение. К сожалению, это невозможно сделать. Заземляющий проводник опоры соединен с ее фундаментом.

Сам бетон содержит влагу. Содержание воды в бетоне в сочетании с присутствием минеральных солей создает электролит, проводящий электрический ток. Когда прибором запускается течение тока, ток появится во всей линии. Клещи должны измерять значение тока, протекающего через заземление опоры.

Но присутствует также ток, который течет через арматуру опоры и бетон, из которого сделан фундамент опоры. Последний – незначительный, но его учитывать тоже необходимо. Прибор измеряет величину падения напряжения для суммы токов, протекающих через арматуру, бетон и измеренное заземление.

Но в то же время прибор будет измерять сопротивление по току только для той части, что измерена с помощью клещей. Но реальная сумма токов, вызывающих измеренное падение напряжения, больше, чем ток, протекающий через клещи. В результате полученное значение сопротивления заземления будет выше, чем реальные значения.

Это не критическая ситуация, так как защита человека от поражения электрическим током все равно будет выполнять свои функции. Однако результаты измерений приводят к ненужной модернизации основания опоры, которая повлечет за собой дополнительные расходы.

Обратите внимание

Разумеется, заземление возможно разобрать и модернизировать, но такие работы запрещены в действующих линиях электропередач правилами безопасности. Выключение линии – дорогостоящий и хлопотный процесс.

Также большие проблемы связаны с высоковольтными линиями. Потому как опоры – это большие проводящие элементы. На них нельзя использовать такие клещи.

Кроме размера высоковольтных опор, сама конструкция и реализация заземления не позволяет проводить эти измерения с помощью клещей.

Все эти факторы делают невозможным анализ результатов измерения, которые сделаны только на соединительном проводнике.

Измерение сопротивления заземления с помощью новых гибких клещей и адаптера от Sonel!

Компания Sonel разработала гибкие клещи и внедрила их для измерения сопротивления заземления низковольтных опор, сдвоенных бетонных столбов, на многостоечных решетчатых опорах и в других сложных ситуациях. Они значительно тоньше и имеют длину до 5 метров.

Клещи, которые использовались до сих пор, не имели такой диаметр. Новые клещи работают иначе, чем предыдущие варианты, что позволило изменить конструкцию входных измерительных цепей.

Гибкие клещи подключаются к измерителям Sonel MRU-120, Sonel MRU-200, Sonel MRU-200-GPS с помощью промежуточного модуля – Sonel ERP-1 адаптер.

Рис. 5 Гибкие клещи (катушка Роговского) и адаптер Sonel ERP-1

Для тестирования цепи используются гибкие клещи типа F, специальные более чувствительные клещи типа FS и индивидуальные высокочувствительные типа FSX, используемые в чрезвычайно сложных условиях.

Sonel ERP-1 продается с клещами FS длиной 4 метра как стандартное предложение. Адаптер имеет выбор типа клещей при нажатии кнопки «FLEX», который сигнализируется светодиодом.

Для выбора количества катушек, из которых состоит измеряемая цепь, нажмите на кнопку «TURNS».

Рассмотрим примеры использования клещей и адаптера в различных ситуациях:

• Измерение заземления низковольтной опоры

Рис. 6 Правильное измерение заземления низковольтной опоры без отсоединения испытательного стыка с помощью ERP-1

Как показано на рисунке, клещи, окружающие всю опору и заземление, позволяют измерять весь ток, протекающий по цепи на землю. Результат измерения в этом случае будет правильным. Трудности, возникающие в ситуации без использования гибких клещей и адаптера, исключаются. Это напрямую связано с электрическими свойствами контура.

• Измерение сопротивления заземления для сдвоенных бетонных столбов

Рис. 7 Измерение для сдвоенных бетонных столбов

В строительстве часто используются многостоечные опоры на бетонном фундаменте и двойные бетонные столбы, как показано на рисунке 7.

Раньше было трудно измерить сопротивление заземления для такой конструкции, но с использованием гибких клещей и адаптера Sonel ERP-1 это стало возможным.
Используя клещи, можно одновременно окружить два проводящих элемента конструкции.

При этом необязательно знать, связаны ли два заземления под землей. Клещи измеряют общее значение тока, протекающего через заземление.

• Измерение сопротивления заземления на многостоечных решетчатых опорах

Испытание на многостоечных решетчатых опорах – сложный процесс. Решение, предлагаемое Sonel, позволяет использовать метод падения потенциала без необходимости отсоединения высоковольтной линии.

Такие сложные заземления стало возможно диагностировать, с помощью измерителя Sonel MRU-200 и адаптера Sonel ERP-1, как показано на рисунке 8. Раньше это было невозможно, когда использовались одиночные клещи на активной линии электропередачи.

Правила измерения относятся к методу падения потенциала, но процедура измерения отличается.

Рис. 7 Измерение для сдвоенных бетонных столбов

Важно

Во время тестирования клещи охватывают всю стойку опоры. Для достижения точного результата необходимо сделать более одного витка. Затем выбирается процедура тестирования, устанавливается модуль Sonel ERP-1 на устройстве. После выбирается количество стоек опоры (1,2,3 или 4). Измерение начинается после полного подключения и настройки прибора.

Важно помнить, что когда меняется положение клещей, следует также изменить положение соединительного контакта, который вызывает течение тока E. Прибор выполнит серию испытаний, после чего покажет на дисплее сопротивление заземления для всей опоры.
Автоматическая процедура расчета сопротивления заземления для решетчатой опоры доступна только на MRU-200.

Следует отметить, что прибор проверяет направление тока для отдельного теста. Поэтому клещи подключаются в одном и том же направлении, когда проводится испытание. Измеритель распознает повреждение, такое как физическое разрушение или полная коррозия соединительного элемента с соединительным кольцом опоры.

Эта функция реализована только в измерителе MRU-200 и не встречается в других моделях, доступных на рынке.

Оригинал статьи

Адаптер ERP-1 в стандартной комплектации поставляется с чувствительными клещами FS длиной 4 метра, но может быть укомплектован и другими моделями по заказу клиента.

Адаптер с клещами подключается к приборам Sonel MRU-120, Sonel MRU-200, Sonel MRU-200-GPS и поставляется только в комплекте с измерителем.

Получить информацию и приобрести комплект можно в отделе продаж официального дилера Sonel в Беларуси – ООО «Приборторг».

Экспериментальное обоснование метода измерения сопротивления заземляющего устройства

Електричнi станцп, мережi i системи

УДК 621.316.99 10.20998/2074-272Х.2016.6.10

И.В. Нижевский, В.И. Нижевский, В.Е. Бондаренко

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Розглянуто експериментальж дослгдження трьохелектродноИ установки для вимiрювання опору заземлюючих пристроив р1зного призначення На основi використання методу ф1зичного моделювання представлено експеримента-льне обГрунтування методу вимiрювання опору заземлюючих пристроив будь-якои конструкцп в довтьнш структур1 Грунту. За результатами моделювання розв 'язана система рiвнянь шостого порядку, що дозволило визначити влас-т i взаемт опори в трьохелектроджй установщ з досить високою точтстю i без вiдшукання точки нульового по-тенщалу. Бiбл. 7, табл. 10, рис. 5.

Ключовi слова: експериментальш дослвдження, заземлюючий пристрш, метод вимiрювання опору, трьохелектродна установка, метод фiзичного моделювання, експериментальне обГрунтування.

Совет

Рассмотрены экспериментальные исследования трехэлектродной установки для измерения сопротивления заземляющих устройств различного назначения.

На основе использования метода физического моделирования представлено экспериментальное обоснование метода измерения сопротивления заземляющего устройства любой конструкции в произвольной структуре грунта.

По результатам моделирования решена система уравнений шестого порядка, что позволило определить собственные и взаимные сопротивления в трехэлектродной установке с достаточно высокой точностью и без отыскания точки нулевого потенциала. Библ. 7, табл. 10, рис. 5.

Ключевые слова: экспериментальные исследования, заземляющее устройство, метод измерения сопротивления, трех-электродная установка, метод физического моделирования, экспериментальное обоснование.

Введение и постановка проблемы. В настоящее время для измерения сопротивления заземляющих устройств (ЗУ) получила широкое распространение трехэлектродная измерительная установка [1].

Одной из главных задач, которую необходимо решить для получения с помощью этой установки достаточно точных результатов, является, как указано в работе [2], правильный выбор мест расположения измерительных электродов, т. е.

такая их расстановка, при которой измеренное значение сопротивления отличается от его истинного значения не более чем на 10 % в ту или иную сторону. Однако во многих случаях (50 %) измерение сопротивления ЗУ городских и промышленных подстанций представляет серьезную проблему до настоящего времени.

Анализ последних исследований и публикаций. Проблемой повышения точности измерения электрических параметров земли и ЗУ занимаются многие ученые как отечественные, так и зарубежные.

Расчетный метод определения оптимального расположения измерительных электродов при измерении сопротивления заземлителей больших размеров, позволяющий размещать электроды на близких расстояниях от заземлителя, описан в работе [3]. Однако при этом отмечено, что расчеты с помощью рассматриваемых моделей заземлителей имеют лишь ограниченное применение, связанное с их внешними полями.

Анализ методов Тагга при измерениях сопротивления заземлителей, приведенный в работе [4], показал, что метод Тагга не пригоден в грунтах с возрастанием удельного сопротивления грунта по глубине.

Принципиальная возможность точного измерения сопротивления заземлителя при любом характере неоднородности грунта и любых размерах и конфигурации ЗУ, без использования расчетных программ, отмечена в работе [5]. Однако, к сожалению, и в этом

Обратите внимание

случае необходимо будет определять местоположение потенциального электрода путем отыскания точки нулевого потенциала на месте измерений.

Математическое моделирование процесса измерений сопротивления заземлителя току промышленной частоты в многослойном грунте представлено в работе [6], где описан алгоритм вычисления погрешностей измерения при различных расположениях измерительных электродов и приведен пример построения линий равных погрешностей для заземлителя сложной формы в четырехслойном грунте. К сожалению, как отмечают авторы [6], выбрать такое расположение электродов, при котором измеренное сопротивление заземлителя равняется истинному, экспериментальным путем при измерениях на местности невозможно.

В работе [7] приводится теоретическое обоснование нового метода измерения сопротивления зазем-лителя с помощью трехэлектродной измерительной установки при любом характере неоднородности грунта, любых размерах и конфигурации ЗУ и произвольном размещении измерительных электродов без отыскания точки нулевого потенциала.

Целью работы является экспериментальное обоснование метода [7] измерения сопротивления заземлителя с помощью трехэлектродной измерительной установки без отыскания точки нулевого потенциала.

Методика проведения эксперимента. Для исследования были приняты модели заземлителей в виде дисков различных диаметров Л=10 см, ё2=5 см, ё3=9 см. Места расположения заземлителей в электролитической ванне показаны на рис. 1 и не изменялись во всех опытах. Минимальные расстояния между краями заземлителей составляли а=Ъ=с=1 см. Было выполнено несколько серий опытов.

© И.В. Нижевский, В. И. Нижевский, В.Е. Бондаренко

дВанны

Рис. 1. Расположение заземлителей на поверхности воды в электролитической ванне (вид в плане)

В первой серии были выполнены измерения стекающего с заземлителя тока (/10, /20, /30) и напряжения (и10, и20, и30) для определения собственных сопротивлений заземлителей, т.е.

каждого на своем месте в отсутствии остальных, как показано на рис. 2 для заземлителя 1 и пунктиром для заземлителей 2 и 3.

Важно

Результаты измерений и расчетов собственных сопротивлений заземлителей (Л10, Я20 и Я30) приведены в табл. 1

П,

1)20 ЦЗО

“I–Г

11ю | |¡20 | |А» 21 1т

Рис. 2. Схематическое расположение заземлителей в электролитической ванне (вид в разрезе) и подключение приборов для измерений

Таблица 1

Результаты измерений и расчетов

Номер заземлителя 1 2 3

Измеряемый параметр /10, мА ^10, В Ом /20, мА и20, В R20, Ом /30, мА ^30, В Rзо, Ом

Величина параметра 159 8,63 54,28 84 8,8 104,76 146 8,65 59,246

Рис. 3. Схематическое расположение заземлителей в электролитической ванне (вид в разрезе) и подключение приборов для измерений

Аналогичные измерения выполнены и для случаев подключения источника между корпусом ванны и заземлителем 2, а затем и заземлителем 3. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты измерений при подключении источника между корпусом ванны и заземлителем

Ввод источника Ввод источника Ввод источника

в заземлитель 1 в заземлитель 2 в заземлитель 3

Измеряе- Величи- Изме- Величи- Изме- Величи-

мый па- на пара- ряемый на пара- ряемый на пара-

раметр метра пара- метра пара- метра

метр метр

/10, мА 159,4 /20, мА 82,1 /30, мА 137,2

ит В 8,7 и20, В 8,89 ^30, В 8,75

и12, В 7,7 и12, В 8,4 и12, В 0,3

^13, В 7,9 ^13, В 0,01 ип, В 7,7

и23, В 0,2 и23, В 8,4 и23, В 7,4

Затем в третьей серии были проведены исследования с тремя заземлителями без их связи с ванной. В данном случае источник вводился между заземлите-лями 1 и 2, как показано на рис. 4.

При этом измерялся протекающий в цепи ток /12 и напряжение между заземлителями 1 и 2 (и12), заземлителями 1 и 3 (и13), заземлителями 2 и 3 (и23), а также напряжение между каждым заземлителем (1, 2 или 3) и стенкой (корпусом) ванны, т.е.

и10, и20 и и30, как показано на рис. 4 для заземлителя 3.

и,з

Вторая серия опытов проведена с использованием трех заземлителей. В данном случае источник подключался к заземлителю 1 и к корпусу ванны, т.е. ток вводился в первый заземлитель.

Проводились измерения тока /10 в цепи, напряжения на заземлителях 1, 2 и 3 относительно корпуса ванны (и10, и20, и30), напряжения между заземлителями 1 и 2 (и12), заземлителями 1 и 3 (и13), а также заземлителями 2 и 3 (и23) по схеме, приведенной на рис. 3.

Рис. 4. Схема измерений для трех заземлителей без их связи с корпусом ванны

Аналогичные измерения были выполнены при вводе источника между заземлителями 2 и 3, а также между заземлителями 1 и 3. Результаты этих измерений представлены в табл. 3.

Таблица 3

Результаты измерений параметров заземлителей без связи источника с корпусом ванны

Измеряе- Ввод источни- Ввод источни- Ввод источни-

мый пара- ка между за- ка между за- ка между за-

метр землителями 1 землителями 1 землителями 2

и 2 и 3 и 3

I12, мА 70,4 – –

I13, мА – 103,6 –

I23, мА – – 70,1

U12, В 8,97 4,175 5,447

Ü13, В 3,27 8,65 3,05

U23, В 5,7 4,475 8,5

U10, В 2,34 3,58 0,65

Ü20, В 6,62 0,6 6,1

Ü30, В 0,94 5,1 2,4

Рис. 5. Схема измерений для двух заземлителей без их связи с корпусом ванны

Аналогичные измерения выполнены и при включении источника между заземлителями 1 и 3, а также между заземлителями 2 и 3. Результаты измерений представлены в табл. 4.

Таблица 4

Результаты измерений для двух заземлителей

Измеряемый Ввод источ- Ввод источ- Ввод источ-

параметр ника между ника между ника между

заземлителя- заземлителя- заземлителя-

ми 1 и 2 ми 1 и 3 ми 2 и 3

I12, мА 71,6 – –

I13, мА – 105,3 –

I23, мА – – 69,8

Ü12, В 8,9 – –

Ü13, В – 8,8 –

Ü23, В – – 8,8

Ü10, В 2,4 3,7 –

Ü20, В 6,5 – 6

Ü30, В – 5,1 2,8

Сопоставительный анализ результатов физического моделирования трехэлементной группы заземлителей и результатов определения по разработанному методу измерения собственных и взаимных сопротивлений заземлителей.

По результатам экспериментов для моделей заземлителей при измерениях получены параметры, которые приведены в табл. 5. При этом определение удельного сопротивления среды дает р =12 Ом-м, т.е.

AR =3,8 Ом – поправка на конечные размеры ванны, определенная по формуле для полусферы.

Таблица 5

Результаты оценки собственных сопротивлений заземлителей

В четвертой серии опытов были выполнены измерения с двумя заземлителями, т.е. в отсутствии третьего и без связи их с корпусом ванны. Источник включался между заземлителями 1 и 2, как показано на рис. 5.

При этом измерялся протекающий в цепи ток (/12), напряжение между заземлителями 1 и 2 (^2) и напряжение между корпусом ванны и заземлителем 1 (^10), а также между корпусом ванны и заземлите-лем 2 (и20).

и 10 и 12 и 20 -©—г”®-|-©-

Определяемый параметр Собственные сопротивления, Ом

R1 R2 R3

По табл. 1 54,28 104,76 59,246

С учетом AR 58,08 108,56 63,046

Результаты измерений, представленные в табл. 4, позволяют определить входные сопротивления при вводе источника между заземлителями, например 1 и 2, по выражению

R12lnp = U12/112 = 8,9/0,0716 = 124,3 Ом.

Аналогично получаем Ri3inp и R23inp. Результаты сводим в табл. 6.

Таблица 6

Результаты оценки входных сопротивлений для двух заземлителей без их связи с ванной

Определяемый параметр Входные сопротивления между заземлителями, Ом

R12inp R13inp R23inp

Значение параметра 124,3 83,6 126

Совет

Полученные результаты входных сопротивлений (см. табл. 6) позволяют определить приближенные значения собственных сопротивлений отдельных за-землителей следующим образом.

Измерения, выполненные для соответствующих пар заземлителей, т. е. входные сопротивления между соответствующими заземлителями (табл. 6), позволяют записать следующие уравнения

R1 + R2 – 2R12 = R12mp;

R1 + R3 – 2R13 = R13mp; (1)

R2 + R3 – 2R23 = R23inp.

Пренебрегая (допущение) взаимными сопротивлениями (R12, R13 и R23) в пределах пары и влиянием третьего электрода получаем систему трех уравнений с тремя неизвестными. Производим решение этой системы, и результаты вычислений приближенных значений собственных сопротивлений заземлителей сводим в табл. 7.

Таблица 7

Приближенные значения собственных сопротивлений заземлителей

Определяемый параметр Собственные сопротивления, Ом

R1 R2 R3

Значение параметра 40,95 83,35 42,65

Приближенные значения взаимных сопротивлений соответствующих пар заземлителей вычисляем исходя из того, что взаимное сопротивление двух

взаимодействующих заземлителей всегда меньше сопротивления наименьшего из них [4]. Исходя из соотношения (1):

R12mut = (Ri + Ri – Rl2inp)/2 = = (58,08 + 108,56 – 124,3)/2 = 21,17 Ом. Аналогично вычисляем взаимные сопротивления R13mut и R23mut и результаты сводим в табл. 8.

Таблица 8

Оценка взаимных сопротивлений между соответствующими парами заземлителей

Полученные приближенные значения параметров схемы (см. табл. 7 и табл. 8), в соответствии с методикой, изложенной в работе [7], вводим в качестве начальных значений для решения системы шести уравнений с шестью неизвестными, у которых правые части представлены на основе измерений, приведенных в табл. 3, следующим образом.

Результаты измерений напряжений U13 и U23 и тока I12 при вводе источника между заземлителями 1 и 2 позволяют получить входные сопротивления: R13A = U13/ I12 = 46,45 Ом; R32a = U23/ I12 = 81,1 Ом.

Результаты аналогичных расчетов при вводе источника между заземлителями 2 и 3, а также заземли-телями 1 и 3 приведены в табл. 9.

Таблица 9

Результаты оценки входных сопротивлений при вводе

источника между соответствующими заземлителями

Подключение источника Между за-землителями 1 и 2 Между за-землителями 1 и 3 Между зазем-лителями 2 и 3

Определяемый параметр R13A R32A R12ß R32ß ^2С R1X

Значение параметра, Ом 46,45 81,1 40,3 43,2 77,7 43,599

Результаты решения системы уравнений [7] по разработанной автором в пакете MathCad программе, сводим в табл. 10.

Таблица 10

Обратите внимание

Оценка расхождений расчетных и экспериментальных значений собственных и взаимных сопротивлений заземлителей

Анализируя данные табл. 10, приходим к выводу, что результаты расчетов удовлетворительно согласуются с результатами измерений, полученных в опытах. При этом расхождение не превышает 10 %, что является хорошим результатом приемлемой погрешности.

Следует отметить, что в течение времени выполнения измерений, так как применялся источник напряжения, изменение напряжения происходило прак-

тически незначительно и им можно пренебречь. Однако, в связи с процессами, проходящими у поверхности электродов (заземлителей) при протекании тока, изменение тока происходило более заметное. Это влияет на результаты, которые приведены в табл. 9 и табл. 4, что необходимо исключать.

Очевидно, этим можно объяснить полученное расхождение результатов расчета и эксперимента. В реальных условиях измерений эти расхождения должны быть существенно меньше. Во всех случаях возможных реальных условий расхождение можно ожидать менее 10 %.

Следует также подчеркнуть, что определение собственных и взаимных сопротивлений заземлите-лей в качестве начальных значений было выполнено и по результатам измерений в трехэлементной системе (табл. 3).

Полученные значения собственных и взаимных сопротивлений заземлителей имеют небольшое отличие от аналогичных значений, полученных для соответствующих пар заземлителей в отсутствии третьего заземлителя (табл. 4).

Подстановка этих значений в качестве начальных в программу расчета собственных и взаимных сопротивлений заземлителей дает такой же результат, как и в табл. 10. Этим важным обстоятельством необходимо пользоваться при выполнении натурных измерений.

Выводы.

Впервые приводится экспериментальное исследование в электролитической ванне НТУ «ХПИ» трехэлектродной установки для измерения сопротивления заземляющих устройств различного назначения.

Важно

На основе использования метода физического моделирования представлено экспериментальное обоснование метода измерения сопротивления заземляющего устройства любой конструкции в произвольной структуре грунта.

По результатам моделирования решена система уравнений шестого порядка, что позволило определить собственные и взаимные сопротивления в трех-электродной установке с достаточно высокой точностью и без отыскания точки нулевого потенциала.

Предложенный метод обеспечивает минимально возможный разнос измерительных электродов за пределами заземляющих устройств. Это в несколько раз уменьшает длину соединительных проводов схемы измерения, увеличивает отношение «сигнал – помехи», снимает ограничения по застройке территории за пределами исследуемого заземляющего устройства.

Полученные результаты показали, что разработанный в [7] метод позволяет получить достаточно точный результат во всех случаях измерений сопротивления заземляющих устройств электроустановок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ