Методика  измерения сопротивления  заземляющих устройств

МЕТОДИКА  

измерения сопротивления заземляющих  устройств 

многофункциональным электрическим тестером (тип  МЭТ-5035)

1. ВВЕДЕНИЕ 

1.1. Рассмотрим  явления, связанные с прохождением  тока в земле, свойства грунта  как проводника тока и свойства  заземляющих устройств. 

Рассмотрим картину  прохождения тока в земле между  двумя одиночными стержневыми электродами - заземлителями А и Г, соединенными последовательно (рис. 1.1,а) и располо-женными на значительном расстоянии друг от друга. Когда к ним приложено напряжение UАГ, земля представляет собой объемный проводник, поэтому ток от заземлителей расходит-ся в ней во всех направлениях как по поверхности земли, так и в глубину.

Вблизи заземлителей плотность тока, сопротивление земли прохождению тока и паде-ние напряжения на единицу длины -наибольшие. По мере удаления от заземлителей (участки АБ и ГВ) они уменьшаются и на расстоянии более 20 м от заземлителей, (для сложных зазем-лителей это расстояние значительно больше) ток находится в таком большом объеме земли, что плотность тока, сопротивление земли и падение напряжения на единицу длины в этой зоне практически равны нулю. (участок БВ).

Таким образом, сопротивление прохождению тока практически оказывает не весь уча-сток земли между электродами А и Г, а лишь зона земли на участках АБ и ГВ. Такая зона называется зоной токов в земле. Все остальное пространство земли, где плотность тока на-столько мала, что в ней практически не обнаруживается падение напряжения, называется зо-ной нулевого потенциала.

Напряжением относительно земли  при замыкании на "корпус" называется напряже-ние между этим корпусом и точками земли, находящимися вне зоны токов в земле. Напря-жение заземлителя относительно земли (зоны нулевого потенциала) называют также полным потенциалом заземлителя.

Сопротивлением  заземляющего устройства называется сумма сопротивлений, слагаю-щаяся из сопротивления заземлителей относительно земли и сопротивления заземляющих проводников.

Сопротивление заземлителя относительно земли определяется как отношение напряже-ния на заземлителе относительно земли к току, проходящему через заземлитель в землю: 

 Rз = Uз / Iз , ом

где Uз - напряжение заземлителя, В; Iз - ток, проходящий через заземлитель в землю, А

 Рис. 1.1.  Прохождение тока в земле между двумя одиночными стержневыми заземлителями.

а - схема включения;

б - кривая распределения падения напряжения между заземлителями; 

в - пути прохождения тока о земле.  

   1.2. Свойства  грунта как проводника тока  характеризуются величиной его  удельного сопротивления ρ, под которым понимается сопротивление кубика грунта с ребрами в 1 см. Эта величина определяется из выражения  

где R—сопротивление, ом, некоторого объема грунта сечением F, см²,  длиной l, см.

Величина  ρ зависит от характера грунта, его температуры, влажности, содержания солей, кислот, щелочей. Увеличение содержания растворенных веществ в грунте, общей влажности, уплотнение его частиц, повышение температуры приводят к уменьшению ρ. Пропитывание грунта маслами и нефтью и промерзание приводят к резкому увеличению ρ. Удельное сопротивление плохопроводящих грунтов может быть искусственно уменьшено путем обработки их солью, содой, графитом, уплотнением грунта и т. д.

  При промерзании грунта в зимнее время  и высыханий летом величина ρ  и зависящее от нее сопротивление заземлителей заметно возрастают. Особенно это проявляется у протяженных заземлнтелей (полосы, оболочки кабелей и т. д.), расположенных вблизи поверхности земли, где бывают значительные колебания температуры и влажности. 

    Грунт неоднороден, он состоит  из слоев, обладающих различным  ρ, оказывающих влияние на сопротивление заземлителей. Аналитический расчет всех факторов, влияющих на величину ρ, затруднен. Поэтому с целью получения достоверных данных для проверки заземляющего устройства, предварительно измеряют так называемое «действующее» (ρд ) или «кажущееся» (ρк) удельное сопротивление грунта, учитывающее неоднородность его строения.          

1.3.  Целью  измерения  сопротивления  заземляющих  устройств  является  оценка  качества  устройства  и  сравнения  с  нормами.         

1.4.   Заземляющее устройство – совокупность заземлителя  (искусственный + естественный) и заземляющих проводников (п. 1.7.19 ПУЭ).         

1.5. Если  при использовании естественных  заземлителей сопротивление заземляющих устройств или напряжение прикосновения имеет допустимое значение, выполнение искуственных заземлителей в электроустановках до 1 кВ. не обязательно. (п.1.7.54. ПУЭ).           

2.  НОРМЫ, ПЕРИОДИЧНОСТЬ И   ПОГРЕШНОСТИ  ИЗМЕРЕНИЯ.          

2.1.  Согласно ПУЭ и ПТЭЭП  для заземляющих устройств выше 1 кВ. с удельным сопротивлением грунта до 500 Ом м. и до 1кВ. с удельным сопротивлением грунта до 100 Ом м. приняты следующие нормы:          

2.1.1. В  сетях с эффектино заземленной нейтралью напряжением  выше 1 кВ. заземляющее устройство должно иметь в любое  время года сопротивление не более 0, 5 Ом.  (п.1.7.90. ПУЭ, табл. 36, прил. 3.1. ПТЭЭП);         

2.1.2. В  сетях  с изолированной  нейтралью напряжением  выше 1 кВ заземляющее устройство должно иметь в любое  время года сопротивление не более 10 Ом.    (п.1.7.96. ПУЭ, табл. 36, прил. 3.1. ПТЭЭП);       

 Опоры  ВЛ 3…35 кВ. в населенной местности должны иметь в любое  время года сопротивление заземлителя не более 10 Ом.,  в ненаселенной местности - не более 30 Ом.  (табл. 35, прил. 3.1. ПТЭЭП).         

 Электрооборудование,  установленное на опорах ВЛ 3…35 кВ. должно иметь в любое  время года сопротивление заземлителя не более 10 Ом.,  (табл. 35, прил. 3.1. ПТЭЭП);           

2.1.3. В  сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением  до1 кВ., к которым присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока заземляющее устройство должно иметь в любое  время года сопротивление не более 2, 4, 8 Ом. соответственно при линейном напряжении 660 В., 380 В. и 220 В. источника трехфазного тока или 380 В., 220  В. и 127 В. источника однофазного тока. При этом сопротивление искусственного заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали  должно иметь в любое  время года сопротивление не более 15, 30, 60 Ом. соответственно при линейном напряжении 660 В., 380 В. и 220 В. источника трехфазного тока или 380 В., 220  В. и 127 В. источника однофазного тока. (п.1.7.101. ПУЭ, табл. 36, прил. 3.1. ПТЭЭП).          

2.1.4. При  применении системы TN рекомендуется выполнить повторное заземление  PE- и  PEN- проводника на вводе в электроустановки зданий, а также в других доступных местах. Сопротивление заземлителя повторного заземления не нормируется. (п. 1.7.61. ПУЭ).         

2.1.5.  На концах ВЛ до 1000 В. с глухозаземленной нейтралью  или ответвлений от них длиной более 200 м, а также на вводах ВЛ к электроустановкам, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания должны быть выполнены повторные заземления PEN- проводника.    ( п.1.7.102. ПУЭ)         

2.1.6. Общее  сопротивление растеканию заземлителей всех повторных заземлений PEN- проводника каждой ВЛ должно быть в любое  время года не более 5, 10, 20 Ом. соответственно при линейном напряжении 660 В., 380 В. и 220 В. источника трехфазного тока или 380 В, 220 В. и 127 В. источника однофазного тока. При этом сопротивление растеканию заземлителя, каждого из повторных заземлений  должно быть не более 15, 30, 60 Ом. соответственно при тех же напряжениях. (п.1.7.103. ПУЭ, табл. 35, прил. 3.1. ПТЭЭП);         

2.1.7. На  вводе в помещение для содержания  животных PEN-проводник должен  быть повторно заземлен.  При этом сопротивление растеканию  повторных заземлений  должно быть не более 15, 30, 60 Ом. соответственно при тех же напряжениях. (п.1.7.172. ПУЭ, табл. 35, прил. 3.1. ПТЭЭП);           

2.1.8. Электротехнические  и звуковоспроизводящие кинотехнические  установки, а также оборудование  связи и телевидения , требующие пониженного уровня шумов, должны подключаться, как правило, к самостоятельному заземляющему устройству, заземлители которого должны находиться на расстоянии не менее 20 м. от других заземлителей, а заземляющие проводники должны быть изолированы от проводников защитного заземления.      

 Сопротивление  самостоятельного заземляющего  устройства не должно превышать  4 Ом. 

(п. 7.2.60. ПУЭ)         

2.1.9. Для  мобильных зданий из металла  или с металлическим каркасом  для уличной торговли и бытового  обслуживания населения должно  быть повторное заземление нулевого  рабочего проводника – для  сети TT (нулевого защитного проводника  – для сети TN-S)в месте присоединения  наружной электропроводки к питающей  электрической сети, заземление  – для сети TT (нулевого защитного  проводника – для сети TN-S) металлического  корпуса или каркаса здания . ( п.4.3.1. ГОСТ р 50669-94), Сопротивление повторного заземления нулевого рабочего или защитного проводника не должно превышать 30 Ом при удельном сопротивлении грунта не более 100 Ом. (п.4.3.2. ГОСТ Р 50669-94). Сопротивление заземлителя металлического корпуса должно быть не более 285 Ом. (п.4.3.4. ГОСТ Р 50669-94)          

2.1.10. В помещениях, используемых для медицинских  целей, все стационарно смонтированные  металлические конструкции: трубопроводы, корпуса ванн, шкафов, корпуса электромедицинской  аппаратуры и т.п. должны иметь  надежное металлическое соединение  между собой и заземляющим  устройством.      

 Для  защитного заземления электромедицинской  аппаратуры различного назначения  следует применять одно общее  заземляющее устройство. Сопротивление  заземляющего устройства электромедицинской  аппаратуры должно быть не  более 4 Ом для сетей с изолированной  нейтралью, а для повторного заземления нулевого провода в сетях с глухозаземленной нейтралью не более 10 Ом. (п.3.2.,3.3. Инструкции по защитному заземлению электромедицинской аппаратуры в учреждениях Минздрава СССР от 12.01.73.).        

2.1.11.  Электродные котлы напряжением до 1 кВ. с изолированным корпусом  должны иметь повторное заземление нулевого провода При этом сопротивление искусственного заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали  должно иметь в любое  время года сопротивление не более 15, 30, 60 Ом. соответственно при линейном напряжении 660 В., 380 В. и 220 В. источника трехфазного тока или 380 В., 220  В. и 127 В. источника однофазного тока. (п.7.3.2.Правил устройства и безопасной эксплуатации электрических котлов и электрокотельных ПБ 10-05-92, п.1.7.101. ПУЭ, табл. 36, прил. 3.1. ПТЭЭП).         

2.1.12. Если  в  паспорте  на  электроизделие  записано  сопротивление  защитного  контура  менее  30 Ом  следует  руководствоваться  нормами  паспорта.         

2.1.13. Сопротивление  заземлителя отдельно стоящих молниеотводов указывается в проектной документации по устройству молниезащиты. При периодической проверке сопротивление заземляющих устройств не должно превышать результаты приемо-сдаточных испытаний более чем в 5 раз. (п.1.13, 1.14. Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений РД 34.21.122-87).         

2.2.  Измерение сопротивления  заземляющего  устройства должны выполняться в период наибольшего высыхания грунта  (для районов вечной мерзлоты -  в период наибольшего промерзания). (п.2.7.13.  ПТЭЭП)         

2.3.  Для определения технического состояния заземляющего устройства в соответствии с нормами испытаний электрооборудования должны проводиться измерение удельного сопротивления грунта в районе заземляющего устройства. (п. 2.7.13. ПТЭЭП).          

2.4.1. Не  реже  1  раза  в  6  лет.  Для  лифтов,  прачечных  и  бань – 1  раз  в  год. .  (п. 26.4. ПТЭЭП).        

2.4.2.  Для ВЛ измерения производятся ежегодно у опор, имеющих разъединители, защитные промежутки, разрядники, повторное заземление нулевого провода, а такжевыборочно у 2 % железобетонных и металлических опор в населенной местности (п.2.7.13 ПТЭЭП)         

2.4.2. Не  реже  1  раза  в  год. ( 4.1.3. Инструкции  по  защитному  заземлению  медицинской  аппаратуры).         

2.4.3. Для  мобильных  зданий  предназначенных для уличной торговли не  реже  1  раза  в  год. (п. 4.5.1  ГОСТ Р 50669-94).         

2.4.4. Для  молниеотводов:

-  для зданий и сооружений I и II категорий – 1 раз в год перед началом грозового 

 периода,

-  для зданий и сооружений III категории – не реже 1 раза в 3 года. 

(п. 1.15. РД 34.21.122-87)        

2.5.  Методика  выполнения  измерений  посредством  измерителей  сопротивления  заземлений  позволяет  обеспечить  точность  измерения:                   

-  + 0,05 %   для  прибора  МЭТ 5035           

3.  МЕТОД  ИЗМЕРЕНИЯ         

3.1.  Измерение  сопротивления  заземлителя производится  многофункциональным электрическим тестером МЭТ 5035.         

3.4.  Встроенный  в  прибор  генератор  преобразует  напряжение  постоянного  тока  в  напряжение  переменного  тока  частотой  77,5 Гц (МЭТ 5035).         

3.5.  При  измерении сопротивления заземлителя  используются  вспомогательный (токовый)  электрод,  служащий  для  создания  цепи  прохождения  тока  через  испытываемый  заземлитель,  а  также  потенциальный  электрод (зонд),  служащий  для  измерения  падения  напряжения  на  заземлителе.         

3.6.  При  измерении удельного сопротивления грунта  используются  вспомогательный (токовый)  электрод,  служащий  для  создания  цепи  прохождения  тока  через  испытываемый  заземлитель,  а  также  потенциальный  электрод (зонд),  служащий  для  измерения  падения  напряжения  на  заземлителе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Измерение сопративления изоляции, измерение напряжения прикосновения.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ

    В процессе эксплуатации изоляция электрооборудования подвергается воздействию окружающей среды и  нагреву, в результате чего снижаются  изоляционные свойства. Сопротивление  изоляции рекомендуется измерять мегомметрами типа М-1101, Мт4100/5, М-4100/4 как между  двумя изолированными друг от друга  токоведущими проводниками, так и  между проводником и землей или  корпусом (рис. 1). При измерении больших  сопротивлений, например, изоляции кабеля или приборов с электрическим  экраном, необходимо пользоваться схемой, предусматривающей экранирование  от утечки токов (рис. 1, б). 
  Перед началом измерений переключатель прибора ставят на отметку «килоомы» (Ком), зажимы «линия» и «земля» замыкают накоротко и, вращая рукоятку мегомметра со скоростью не менее 120 мин-1, наблюдают за отклонением стрелки прибора. При измерении корпусной изоляции изолированный токоведущий проводник присоединяют к зажиму прибора «линия», а провод от заземляющего устройства (корпуса, нулевой провод) — к зажиму «земля». Переключатель диапазонов мегомметра ставят в положение «мегомы» (Мом) и, вращая рукоятку со скоростью не менее 120 мин, по положению стрелки прибора на шкале «мегомов» определяют сопротивление корпусной изоляции (сопротивление относительно земли). Для измерения сопротивления изоляции токоведущих частей относительно друг друга один провод присоединяют к зажиму «линия», а другой — к зажиму «земля», затем проводят измерение аналогично измерению корпусной изоляции. Мегомметр и испытываемую установку рекомендуется соединять проводом марки ПВЛ.

Рис. 1. Схема измерения  сопротивления изоляции: 
а — электродвигателя; 6 — кабеля; 1 — клеммный щиток; 2 — выводы катуш ки; 3 — металлическая защита (оболочка); 4 — изоляция; 5 — экран; 6 - токопроводящая жила. 
Электрооборудование допускается эксплуатировать, если сопротивление его изоляции не превышает нормативных значений. 
Таблица 1. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Таблица 2. ПЕРЕВОД  ИМПУЛЬСНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ В СОПРОТИВЛЕНИЯ РАСТЕКАНИЮ ТОКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЧАСТОТЫ 

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА.

  Сопротивление заземлителя относительно земли и сопротивление заземляющих проводников следует измерять отдельно, причем второе сопротивление позволяет судить о цельности заземляющих проводников, состоянии контактов между отдельными их частями и между этими проводниками и заземляемыми частями установок. Сопротивление заземлителя рекомендуется измерять специальными измерителями заземлений типа М-416. На рисунке 2 показаны рекомендуемые схемы расположения электродов при измерении сопротивления заземления различных видов заземлительных устройств.

Схему а используют при измерении сопротивления (Rз) заземлителя, выполненного в виде одиночного вертикального стержня. Рекомендуется, чтобы расстояние а>= 31з где 13 — длина вертикального заземлителя. Схему б применяют, когда местные условия не позволяют применить схему а. При 1з < 6 м (чаще всего встречается на практике) можно применять схемы виг вместо а и б. Схему д рекомендуется использовать, когда нужно измерить сопротивление заземлителя, выполненного в виде контура со сравнительно небольшой длиной вертикальных элементов (до 5 м) или контура из одних горизонтальных элементов.

ПРОВЕРКА  НАЛИЧИЯ ЦЕПИ МЕЖДУ  ЗАЗЕМЛИТЕЛЯМИ И  ЗАЗЕМЛЯЕМЫМИЭЛЕМЕНТАМИ.

  Для измерения сопротивления  заземляющей проводки с целью  установления ее обрыва, а также  для обнаружения аварийного напряжения на оборудовании применяют омметр типа М-372, который позволяет измерять переходные сопротивления в местах соединения проводников в пределах от 0,1 до 50 Ом, обнаруживать наличие  на корпусе электроприемника или на заземляющей проводке переменного напряжения от 60 до 380 В. Прибор подключают к измеряемому сопротивлению участка заземляющей проводки специальным щупом, снабженным гибким проводником сопротивлением 0,035 Ом. Нормы на сопротивление заземляющей проводки нет, но если оно у какого-то аппарата более 0,3 Ом, то проверяют качество переходных контактов цепи, особенно в месте присоединения заземляющей проводки к корпусу заземленного аппарата. 
  До измерения используют также мосты типа ММВ и УМВ или измеритель заземления М-416 (МС-07 или МС-08). Этими же приборами можно измерять удельное сопротивление грунта при предпроектных изысканиях на месте намеченного сооружения электростанции или подстанции, а также в первый год эксплуатации подстанции и линии передач, если сопротивление заземления каких-либо опор более 15 Ом.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЦЕПИ «ФАЗА — НУЛЬ»

  Это основная проверка действия системы заземления, то есть отключения аварийного участка при  замыкании на корпус. Полное сопротивление  петли «фаза — нуль» измеряют методом амперметра-вольтметра или  специальными приборами МС-07, МС-08, М-417. Методом амперметра-вольтметра измерение  сопротивления цепи «фаза — нуль»  проводят при отключенном оборудовании по схеме, приведенной на рисунке  предотвращения обратной трансформации  фазные провода необходимо отсоединить  от трансформатора, фазный провод токоприемника  присоединить к его корпусу, тем  самым создавая петлю «фаза —  нуль». В цепи «фаза — нуль»  подводят испытательное напряжение 12—36 В. Для получения необходимого напряжения используют сварочные или понижающие разделительные трансформаторы.

Чтобы учесть сопротивление  всей сети, испытательные трансформаторы включают по возможности ближе к  питающему трансформатору, при этом естественные и повторные заземли-тели и другие проводники не следует отсоединять от сети заземления. Провода вторичной цепи испытательного трансформатора должны быть короткими и иметь сечение не менее сечения фазных проводов измеряемой линии. Измерительные приборы (вольтметр и амперметр) должны иметь класс точности не ниже 0,5, вольтметр — пределы измерения 0—15, 0—65 В. Сопротивление петли (Zф-0, Ом) определяют по формуле:

где U — показания  вольтметра В, 
I — показания амперметра, А; 
Zтр — расчетное сопротивление обмотки трансформатора, Ом (табл. 3). Полное сопротивление петли «фаза — нуль» измеряют приборами типа МС-07, МС-08 в такой последовательности. Снимают нагрузку со стороны низкого напряжения и отключают трансформатор со стороны высокого напряжения. Зажимы прибора соединяют попарно перемычками. К зажимам прибора подключают любой из фазных и нулевой провод, расположенные у потребителя. Вращая ручку прибора со скоростью 90—150 мин—', по показаниям стрелки прибора определяют искомое сопротивление. 
При использовании в сети напряжением 380/220 В специального прибора типа М-417 измерение проводят следующим образом. Ручку «Калибровка» ставят в крайнее левое положение, к зажимам прибора подключают соединительные провода: один провод — к корпусу испытуемого объекта в месте, зачищенном от краски, а второй — к одной из фаз сети на распределительном щите. Напряжение на участке сети отключают.  
Таблица 3. РАСЧЕТНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ НА СТОРОНЕ 400 В