Измерение сопротивления заземления
Измерение сопротивления контура заземления и заземляющих электродов
Когда электрическая изоляция токоведущих частей неожиданно выходит из строя, вступает в действие защитное заземление. Его наличие необходимо, чтобы предотвратить поражение человека электротоком при случайном прикосновении в ранее изолированным элементам электрической цепи, с нарушенной изоляцией.
В случае несрабатывания защитного отключения, оборудование остается под напряжением короткого замыкания. Исправное заземление обеспечит стекание тока через металлосвязь в контур заземления. таким образом человек, случайно коснувшийся корпуса оборудования под напряжением останется жив.
К элементам защитного заземления относятся заземление грозозащиты, заземления нейтралей трансформатора, заземляющий контур электроустановки. Все они обеспечивают высокую чувствительность и быстродействие релейной защиты.
Заземляющие устройства – это ответственные элементы электрической системы. Состоят из трех необходимых составляющих:
- Грунт – электропроводность оценивается удельным сопротивлением между плоскостями частиц грунта, измеряется в омо-сантиметрах. Показатель зависит от увлажненности и температуры грунта.
- Заземляющие электроды (заземлители). Это одинарный заземлитель или группа, составляющая контур заземления. Характеризуется сопротивлением растеканию тока (сопротивлением грунта току растекания на определенном участке его действия. Участок – это область вокруг электрода, для одиночного заземлителя область растекания тока примерно равна 20 метров. На границе участка плотность тока очень мала, там потенциал земли почти не зависит от тока, который стекает с электрода, вне участка он равен нулю (0). Сопротивление электрода зависит от глубины его залегания, формы (пластина, штырь круглого или прямоугольного сечения) количества, размеров, способа соединения контура, удельного сопротивления грунта.
- Стальные проводники на поверхности почвы или металлосвязь, обеспечивает соединение между электродами и электрооборудованием. Характеризуются механической прочностью сварки, надежного болтового соединения и значением электрического сопротивления от объекта до контура заземления.
В ПУЭ раздел 1.7.55 говорится, что заземляющие устройства защитного заземления электроустановок зданий и сооружений и молниезащиты 2-й и 3-й категории должны быть общими.
Методы тестирования заземления
Существуют три способа измерить сопротивление заземления
- Компенсационный метод.
- Мостовой метод.
- Метод амперметра –вольтметра.
Первые два метода в силу своей сложности, требования дополнительного оборудования, а из-за возможных неточностей в результатах, применяются не часто.
Наиболее популярный метод амперметра-вольтметра. В его основе лежит закон Ома R = U/I где сопротивление участка цепи, на котором при протекании электрического тока создается падение напряжения.
Измерение производят следующими способами:
- Измерение сопротивления грунта (с использованием заземлителей-электродов)
- Измерение падения напряжения (с применением электродов)
- Выборочным измерением (используют один комплект клещей и электродов)
- Безэлектродным методом (клещами)
Схемы некоторых востребованных методов измерения сопротивления заземления, см. ниже в галерее:
Зачем тестировать сопротивление заземления
Измерить сопротивление заземляющего контура или отдельного заземлителя помогает:
- Определить проблему опасности от перенапряжения до ее возникновения
- Определить проблемы связанные с качеством электроэнергии, зависимое от качества заземления
- Обеспечить защиту от перенапряжений возникающих в результате импульсного грозового перенапряжения
- Измерение сопротивления заземления взводит в обязательный перечень проверок комплекса профилактических и приемо-сдаточных испытаний.
Для измерения сопротивления заземляющего контура используем прибор METREL МР-8.
В комплект входят дополнительные провода, 2 штыря. Черный провод идет на токовый (дальний) электрод. Зелёный идет на ближний электрод – потенциальный. Синий провод – измерительный. При желании можно использовать для наращивания длины.
Методы проверки сопротивления заземляющего контура:
- Измерение сопротивления грунта с помощью электродов
- Измерение падения напряжения с помощью электродов
- Выборочное измерение с помощью комплекта клещей и электродов
- Безэлектродное заземление с помощью клещей
Факторы влияющие на сопротивление заземления
Для того, чтобы изначально при проектировании заземление удовлетворяло нормам стандарт NEC предъявляет соблюдение обязательных требований.
Качества, которыми должен обладать заземлитель
Минимальная длина заземляющего электрода необходимая для лучшего контакта с почвой – 2,5 м.
Существуют четыре переменные, которые влияют на сопротивление наземной системы:
- Длина или заглубление заземляющего электрода – удвоить длину, уменьшить сопротивление грунта на 40%, что зависит от типа грунта.
- Диаметр электрода – удвоенный размер, снижает сопротивление заземления на 10% не более.
- Количество заземляющих электродов, основное количество требует использования дополнительных электродов, равных глубине заземляющих электродов.
- Конструкция системы заземления – одиночный электрод заземления на пластину заземления.
В реальных условиях земля имеет многослойное строение. Для практических расчетов достаточно представляем землю в виде двухслойной структуры.
Во многих случаях удельное сопротивление нижнего слоя ниже сопротивления верхнего слоя, поэтому целесообразно использование заглубленных (от 5 до 10 м ) и глубинных (свыше 10 м) заземлителей, что приводит к экономии средств, труда и материалов.
Формулы расчета заземляющих электродов, см. ниже в галерее:
- Формула для расчета одиночных заземлителей в однородном грунте
- Расчет простейших заземлителей
- Минимальное сечение защитных проводников
Главное условие для создания эффективного заземления
Таблицы, схемы, формулы расчета сопротивления грунта, см. ниже в галерее:
Важный фактор, который влияет на создание качественного заземления – это измерение сопротивления грунта.
Цель сопротивления грунта является количественная оценка эффективности почвы, в которую будут заглублены электроды, где будет установлена система заземления.
Измерение сопротивления грунта – наиболее необходимое условие для определения конструкции заземляющего контура.
На сопротивление грунта влияет – все: состав почвы, содержание влаги и температура земли.
Что такое сопротивление растекания контура заземления
Схемы размещения электродов и формулы расчета в галерее:
- Прохождение тока в земле между одиночными стержневыми заземлителями
- Пример размещения заземляющего устройства и защитных проводников
- Схемы расположения электродов при измерении сопротивления сложных заземлений и одиночных вертикальных заземлителей и горизонтальных полос
- Типы электродов и их расчет
- Формулы для определения растеканию тока различных заземлителей.
Показатель определяется как величина препятстсвующая растеканию электрического тока в земле, поступающего в неё через заземлитель. Измеряется в Ом и должно иметь минимально низкое значение.
Представим себе два штыря-электрода, расположенные на некотором расстоянии друг от друга и соединенные последовательно.
1-й штырь размещается возле электроустановки, где произошло замыкание на «землю»
2 штырь – это электрод куда стремится, стекающий в «землю», ток.
Плотность тока вокруг забитых в землю электродов на всем пространстве различается, наибольшая плотность тока непосредственно рядом со штырями. Далее он разбегается по очень большой поверхности. его практически невозможно обнаружить.
Зона, расположенная на некотором расстоянии от заземляющего устройства, где обнаружить падение напряжения не удается, называется зоной нулевого потенциала.
Измерение и расчет сопротивления растеканию тока
Сопротивление каждого конкретного заземлителя распределено до границы зоны нулевого потенциала. Особенность в измерении сопротивления растеканию тока в том, что стекаемый в землю ток создает между точкой входа в землю и зоной нулевого потенциала определенное падение напряжения.
Отношение падения напряжения к току, который его вызывает и будет сопротивлением растеканию. Для измерения и расчета воспользуемся методом амперметра-вольтметра.
Суть метода в том, что на определенном расстоянии в грунт заглубляют два дополнительных электрода.
- Токовый электрод, а между ним и заземляющим устройством, где-то посредине забивают потенциальный электрод.
- Через токовый электрод и заземляющее устройство проходит ток, на потенциальном электроде проводят измерение падения напряжения.
- Прибор выдает значение. Весь вопрос в том на каком расстоянии надо забивать дополнительные электроды. Расположение измерительных электродов оказывает решающее значение на результат в измерении и считается главным измерением.
Минимальное расстояние между проверяемым заземлителем и токовым электродом – 5D (где D – это наибольшая диагональ контура заземления.
Между потенциальным электродом и токовым она составляет – 40 м. Однако при сложных заземлительных контурах на измерение затрачивается очень много времени, в некоторых случаях возникают погрешности, так как определить среднюю точку контура заземления часто очень трудно.
Для более точного измерения применяют схему, где заземлители длиной – 6 метров. Для них расстояние принимают не менее 3D, где d – длина вертикального заземлителя.
Погрешность измерения относительная, обеспечена небольшими расстояниями и не превышает 5%.
Метод амперметра-вольтметра в качестве оценочной проверки заземления
Метод амперметра вольтметра для измерения сопротивления заземления заключается в использовании баластного сопротивления. Хотя подобные способ больше применяется для частного сектора. В основном для метода используют трансформатор. Когда-то для подачи тока в заземляющий контур использовали сварочный трансформатор.
Нужно понимать, что при измерении малого сопротивления обыкновенным прибором применить безопасное напряжение не получиться. Так как на испытываемом заземлителе будет очень малое напряжение соизмеримое с напряжением, создаваемым на нем посторонними токами в земле.
ВАЖНО. Оградить район, где будет происходить выполнение замера. Это нужно для безопасности людей и животных, случайно попавших в зону исследований.
Питание схемы от сети недопустимо. Потому как сети в местах с ослабленной изоляцией могут дополнительно соединяться с землей, что вызывает погрешности измерения.
Для измерения сопротивления заземления частного дома берем балластное сопротивление. Можно использовать мощную лампу накаливания или ТЭН. Для того чтобы измерить очень маленькое сопротивление по нему надо пропустить большой ток. Он должен создать ощутимое падение напряжения. Амперметр и вольтметр присоединяем к объекту испытания отдельными проводами. Это важно для того, чтобы предотвратить повреждение вольтметра, если при случайном отключении проводов, он окажется под напряжением трансформатора.
Сопротивление подключается между фазным проводником дома и заземляющим устройством. Ток через сопротивление проходит через заземляющее устройство и далее на подстанцию откуда запитан дом, в ее нейтраль.
Далее надо померить напряжение на балластном сопротивлении отнять результат от значения напряжения в сети получить напряжение на заземляющем устройстве. Полученный результат поделить на ток и получить сопротивление.
Rизм = Ux - ∆U/I < Ux / I формула измерения и расчета
Руководствуясь ПУЭ гл. 1.7.26. Сопротивление заземляющего устройства – это отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.
Все правильно! Однако ток замыкается на нейтраль, а вычисляемое напряжение будет между нейтралью и заземляющим устройством. Существует еще заземляющее устройство нейтрали. Также есть заземляющие устройства повторных заземлителей нулевого проводника. Поэтому результаты не всегда точные. В качестве заземлителя можно взять естественный заземлитель в виде трубы водяной скважины. Длина составляет 15 метров. Диметр – 100 мм.
По ГОСТ Р 50571.5.54 – 20013/МЭК 60354-5-54:2011
Исходя из формулы расчета сопротивления заземляющего электрода, например, для суглинистой почвы. 100/20=5 (R=ρ/L)
Примечание.
В случае обнаружения напряжения более высокого значения от постороннего источника, принимают меры по его устранению. Например, отключают электросварку или изменяют направление разноса электродов, то есть пропорционально увеличивают все расстояния или увеличивают силу измерительного тока, уменьшая сопротивление токового электрода для повышения напряжения на испытуемом электроде.
Важные дополнения и особенности метода измерения амперметр-вольтметр
- При использовании метода амперметр-вольтметр на заземлитель подается ток, который создает шаговый потенциал, опасный для людей и животных.
- Кроме того, этот метод не рекомендуется использовать в районах с густой застройкой. Велика вероятность что-то не учесть, какой-то контур заземления можно забыть или есть вероятность занести в другой дом потенциал, например, по трубе отопления.
- Фаза откуда вы берете напряжение не должна быть с УЗО. Иначе сеть отключится.
- Для замера используем Метрел М3102. Устанавливаем два электрода. Соединяем их в цепь. И включаем прибор. Пояснение. Для правильного замера надо отключить скважину или любую другую нагрузку.
- С подключением амперметра и вольтметра, а также балласта в виде сопротивления чайника, можно получить приближенное значение сопротивления. Почему оно не будет точным расчетному. Потому как кроме того, что в расчет берется падение напряжения заземляющего устройства дома, существует падение напряжения в сторону подстанции плюс падение напряжения самой подстанции.
Учет сезонных изменений сопротивления заземлителя
На сопротивление заземляющего электрода влияет удельное сопротивление грунта в период сезонных изменений. Наивысшее значение сопротивления заземляющего электрода составляет летом при высыхании грунта и зимой в самое холодное время в период наивысшего промерзания почвы.
Для того, чтобы получить максимально предельное сопротивление, полученный результат при измерении умножаем на сезонный коэффициент заземлителя. Коэффициенты отличаются в зависимости от влажности:
- К1 – коэффициент для измерений в период наибольшего увлажнения грунта в следствии обильного выпадения осадков.
- К2- средняя влажность грунта и нормальное количество осадков
- К3 – сухой грунт и минимальное количество осадков.
На коэффициент влияют:
- Тип и размер заземляющего электрода
- Глубина монтажа заземлителя
- Тип прокладки заземлителя поверхностный или углубленный.
Заземлитель эффективен при более высокой проводимости грунта, в котором он находится. Эффективность заземлителя при правильном выборе его расположения может быть повышена в 3—5 и более раз.
При проводимости нижнего слоя в 3—10 раз больше, чем верхнего, следует применять более длинные трубы, причем одна такая труба может быть эффективнее труб меньшей длины.
Для полосовых заземлителей решающее значение приобретает глубина заложения полосы. При соответствующей глубине заложения одна короткая полоса по своей проводимости может оказаться эквивалентной полосе, в 4 раза большей длины
Протяженность времени эксплуатации одиночных действующих эаэемляющих электродов и способы проделения работы
Металлические заземлители, размещенные в грунте непрерывно подвергаются коррозийному воздействию. В особо неблагоприятных условиях расположено рабочее заземление. Через него движутся рабочие токи постоянного направления, по которому они стекают в грунт.
К заземляющим устройствам, в которых заземляющие электроды подвергаются усиленной коррозии, по большей части относятся пункты и кабельные линии связи:
- заземления установок дистанционного питания усилительных пунктов на кабельных и воздушных линиях связи по
- системе «провод—земля»;
- заземления установок дистанционного питания постоянным током радиоузлов радиотрансляционной сети;
- заземления катодных установок на кабельных линиях связи для защиты оболочек кабелей от коррозии;
- заземления телеграфных станций, работающих. по однопроводным цепям;
- заземления телефонных станций с центральной батареей.
Таким образом заземление установок 'подвергаются электрической коррозии. Особенно это касается заземлителей, соединеных с положительным полюсом источника тока.
Стальные трубы, сплошные стержни, независимо от формы и сечения, которые служат заземлителями, постепенно разрушаются токами, стекающими с них в грунт. Со стальных труб 1 Ампер тока уносит в год практически от 9 до 10 кг металла .
Конструкция заземляющего устройства, исходя из нормы общего сопротивления, должна быть проверена на долговечность, т. е. на срок возможной эксплуатации этого устройства. За предельный срок эксплуатации заземлителя можно принять такой срок, по истечении которого вес каждого заземлителя снизится до 0,25 первоначального веса.
Зачастую время эксплуатации может быть очень малым и незначительным – 3 - 8 лет. Опыт показывает, что целесообразно заземлить устройство так, чтобы заземление работало без замены электродов не менее 15 лет. Это может быть достигнуто с помощью забивки дополнительных электродов к тем, которые были определены из условия соблюдения нормы заземления.
Значительного увеличения срока службы заземлителей можно достигнуть, если использовать в качестве прослойки между основным грунтом и металлом электрода – коксовую мелочь. Исследования показывают, что в этом случае при втекании электрического тока с электрода в грунт процесс разрушения электрода от электролитической коррозии резко замедляется.
Иными словами, срок службы заземлителя, состоящего и электродов, в коксовой мелочи увеличивается (при диаметре коксовой прослойки У каждого электрода 0,25 м) не менее чем в 5-10 раз
Протокол измерения сопротивления заземляющего устройства
Протокол, как официальный документ фиксирует информацию о времени проведения проверки, полученный результат, приборы, которые применяли для замеров с датой их испытания, его диапазон измерения и класс точности измерительного устройства.
В заключении подводят итоги измерения. Если результат удовлетворительный, то указывается возможность дальнейшей эксплуатации сети без принятия дополнительных мер, а если нет – список необходимых действий для улучшения контура заземления.
Измеренения сопротивления заземлителей производят в комплексе с приемо-сдаточными испытаниями объекта.
Измерения выполняют при нескольких положених потенциального электрода на различном расстоянии от токового электрода, от 0,1L до 0,9L.
В протоколе указаны приборы с помощью, которых производились измерения, в нашем случае это ИС-10 измеритель сопротивления заземления.
Поправочный коэффициент (С) нужен при расчете электролитического заземления. Производится как расчет обычного горизонтального электрода в виде трубы, имеющей длину 2,4 метра с учетом влияния электролита на окружающий грунт (коэффициент С). Формула расчёта сопротивления заземления одиночного горизонтального электрода с добавлением поправочного коэффициента: Коэффициент C может изменяться от 0,5 до 0,05. Обычно через полгода он составляет 0,125 выщелачивания солей электрода в плотном грунте и через 0,5 - 1 месяц выщелачивания солей электрода в рыхлом грунте. Процесс можно ускорить путем добавления воды в электрод вот время монтажных работ Поправочный коэффициент учитывает изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района. Он учитывается при расчете суммарных сопротивлений Кв=1,45 – поправочный коэффициент (для вертикальных заземлителей), учитывающий изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района, см. табл.7.7 справочника Барыбина. Кг=3,5 – поправочный коэффициент (для горизонтальных заземлителей), учитывающий Можно произвести замеры в нескольких точках, после этого рассчитать сопротивление току растекания. Но мультиметр – не самая точная техника. Результат будет приблизительным, а электролаборатория на основе этих показаний не может выдать стандартный акт о измерениях. Винтовые сваи покрыты полимерной защитой от коррозии и хотя нормативные акты не имеют точных указаний по применению винтовых свай в качестве контура заземления, ЭТЛ не рекомендует использовать их в качестве электродов заземлителей так как полимер выступает диэлектриком, то характеристики тока растекания будут ниже, чем надо. Нормативные Акты и ГОСТ допускают применение обоих типов заземления. Выбор производится в зависимости от параметров грунта. Главное, чтобы характеристики заземления отвечали ГОСТ. Каждая розетка должна быть заземлена отдельным проводником. Это требование ПУЭ, следуя ему, даже при обрыве одного проводника, остальные розетки будут функционировать. По определению из учебника, цитируем: «Сопротивление заземления (сопротивление растеканию электрического тока) определяется как величина «противодействия» растеканию электрического тока в земле, поступающего в неё через заземлитель. Измеряется в Ом и должно иметь минимально низкое значение» Представьте себе два штыря на расстоянии друг от друга. Один штырь – возле электроустановки, где произошло замыкание на «землю». Второй штырь расположен у ТП, куда стремится стекать ток. Наибольшая плотность тока в районе штыря, который расположен непосредственно возле электроустановки. Дальше ток разбегается по большой поверхности, но практически не выявляется. Площадь, расположенная на удалении от заземляющего устройства, где падение напряжения обнаружить не удается, называют зоной падения нулевого потенциала. До этой зоны расположены зоны растекания. Они требуют повышенного внимания при измерении. Ток, который стекает с заземляющего устройства создает между точкой входа в землю и зоной нулевого потенциала падение напряжения. Отношение падения напряжения к току, который его вызывает, есть сопротивления растекания. Rз=Uз/iз, Ом. Мы измеряем с помощью метода амперметр/вольтметр. Мы измеряем переходное сопротивление заземления с помощью метода амперметр/вольтметр. Забиваем два электрода: токовый и потенциальный, через токовый электрод и ЗУ прогоняется ток. Потенциальный электрод измеряет падение напряжение между ЗУ и точкой, где находится токовый электрод. Прибор производит необходимые вычисления и выдает результат. Расстояния между электродами выбираем согласно инструкции к прибору, которым производим измерения. В нашем случае устройство испытания, с которыми мы работаем – это может быть измеритель сопротивления заземления М416, либо другой имеющийся. В настоящее время мы чаще всего имеем дело с Metrel MI 3105, кстати, в комплект к Метрелу идут два провода каждый длинной по 20 м. Нет, мы не отключаем. Мы руководствуемся нормами ПУЭ-7 глава 1.7. Заземление и защитные меры. Нормы сопротивления для одинокого заземлителя одни, нормы для нейтрали трансформатора другие. Постараемся объяснить почему не рекомендуется отключать, для получения объективных результатов. Когда мы измеряем отдельно стоящее заземляющее устройство связанное, например, с заземляющим устройством повторного заземления PEN (нулевого) проводника, который в свою очередь связан с повторными заземлителями на опорах ВЛ, если они есть и с ЗУ питающей подстанции. От ЗУ нейтрали трансформатора может быть присоединено большое количество других ЗУ. При измерении, ток от прибора идет не только в измеряемое ЗУ, но и в каждое связанное с PEN-проводником устройство. В этом случае общее сопротивление получается заниженным. Однако для того, чтобы измерить определенное ЗУ, задайте себе вопрос, а можете вы отключить заземляющее устройство без погашения подстанции 6(10)-0,4 кВ. От нейтрали трансформатора подсоединяется все то, что выходит и из РУ, и с высокой стороны. Чтобы обезопасить себя, надо и с высокой стороны снять напряжение. Может произойти такое явление, как кз с высокой стороны, которое определит ли защита – большой вопрос. Даже если определит, то защита работает на сигнал не на отключение. Представьте себе, что напряжение с высокой стороны не снято, вы произвели измерение и отправились включать трансформатор, а в РУ образовался шаговый потенциал. Коэффициенты измерения есть в старых правилах ПТЭЭП вместе с ПТБ при эксплуатации электроустановок потребителей. 1987 года издания. Сейчас изданы методические указания по расчету сопротивления заземления. Ведь никто не будет ждать протокол до лета, если контур заземления забит зимой. В ПТЭЭП – это «Учет сезонных изменений сопротивления заземлителей». Глава гласит: «Сопротивление зависит от величины удельного сопротивления земли в слое сезонных изменений». Для получения максимально возможного на протяжении года сопротивления заземлителя, измеренную в данный момент величину сопротивления заземлителя следует умножить на сезонный коэффициент заземлителя К. «В зависимости от влажности земли в слое сезонных изменений принимают коэффициенты: К1– когда измерение производится при влажном грунте или моменту измерения предшествовало выпадение большого количества осадков.К2 – в случае измерения при средней влажности грунта и нормальном кол-ве осадков.К3 – при сухом грунте».Вопросы и ответы
Что такое поправочный коэффициент для электролитического заземления
Со временем он уменьшается, потому что электролит проникает в грунт на значительный объем, при это повышая свою концентрацию. Где брать поправочный коэффициент и для чего он нужен
изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района, см.
табл.7.7 справочника.Можно ли сделать проверку заземления обычным мультиметром
Можно ли использовать в качестве заземлителя винтовые сваи
Какое заземление надежнее глубинное или контурное?
Что включают требования к заземлителю бытовых электрических розеток.
Что такое сопротивление растекания контура заземления
Как вы измеряете сопротивление заземления
Нужно ли отключать измеряемые заземляющие устройства от общей цепи
Сезонные коэффициенты, как они влияют на измерения, где их найти
Стандарты и справочная литература под редакцией опытных проектировщиковщиков в эбласти электроэнергетике, предложенные в разделе нормативных документов предназначены для обоснования правильного выбора, грамотного монтажа по надлежащим требованиям и паспортным характеристикам. Документы и предложенные правила государственных стандартов гарантируют достоверность испытаний и измерений, определяет насколько правильно выполнен монтаж электрооборудования. Благодаря информации, которая содержится в литературе проектировщику, энергетику, испытателю электрооборудования, а также потребителю становится ясно ухудшилась ли работоспособность электрооборудования, что нужно для повышения его эффективности.Нормативные документы
Статья измерение сопротивления заземления
Наши клиенты
