Что значит измерение сопротивления растеканию тока заземлителя

Измерение сопротивления заземления

Что такое заземление.

Заземление – это намеренное соединение частей и узлов электрооборудования, не находящихся в нормальном состоянии под напряжением с электродом, установленном в земле. При этом необходимо обозначить такое понятие как сопротивления растеканию.

При замыкании на землю, по мере удаления от электрода потенциал будет падать и, в конце концов, станет нулевым. Таким образом, сопротивление растеканию заземлителя – это параметр характеризующий сопротивление земли в месте установки электрода. Понятие сопротивления растеканию особенно актуально в сетях выше 1000 В.

Для чего нужно заземление.

Заземление необходимо для предотвращения поражения человека воздействием электрического тока, в случае его появления там, где при нормальных условиях его не должно быть. При касании корпуса прибора, находящимся под напряжением, сила тока, проходящего через тело человека, может оказаться смертельной.

Необходимостью снижения разности потенциалов и обусловлено применение защитного заземления. Кроме этого, замыкание на землю приводит к увеличению силы тока и, как следствие, к срабатыванию защитных устройств. Нормы сопротивления защитного заземления регламентируются ПУЭ, а также документом называемым «Правила и нормы испытания электрооборудования».

Конструкция заземления.

Заземление – это комплекс технических устройств защитного типа, состоящий из:

1. Заземлителя — одного или нескольких вертикальных проводников (стержней), имеющих электрический контакт с землей и связанных между собой.
2. Заземляющего проводника (путь для тока замыкания), соединяющего заземляемый объект и заземлитель.

На каждое заземление составляется паспорт. В паспорт заносится схема заземляющего устройства (длина, и схема расположения электродов контура), тип, удельное сопротивление грунта, а также результаты замера сопротивления заземления. Обязательным приложением к паспорту является акт на скрытые работы. Данный акт необходим в связи с тем, что большая часть заземляющего устройства находится под землей и этот акт представляет собой схему расположения элементов заземляющего устройства. В случае, если паспорт на заземление отсутствует, эксплуатация объекта запрещена.

Методика измерения сопротивления защитного заземления.

Для проверки сопротивления заземления используется метод амперметра-вольтметра, заключающийся в том, что через измеряемое сопротивление течет ток определенной величины и одновременно измеряется падение напряжения. Разделив значение тока на величину падения напряжения, получаем значение сопротивления. В принципе, под понятием измерения сопротивления заземления, подразумевается измерение сопротивления растеканию. Правила и нормы испытаний электрооборудования задают минимальное сопротивление заземления, рассчитанные с точки зрения безопасности. Нормы различаются в зависимости от типов электроустановок (глухозаземленная или изолированной нейтралью). Класс использованного напряжения также влияет на нормы сопротивления.

Приборы для измерения заземления.

Бытовой тестер для такой проверки использовать нельзя, так как он не способен генерировать достаточно высокое напряжение. Для измерений используется, как приборы уже давно выпускающиеся (МС-08, М-416 и др.), так и новые средства измерения, выполненные на современной электронной базе и характеризующиеся малым потреблением тока от источника питания. В настоящее время измерение защитного заземления можно выполнить также цифровым мультиметром или специальным тестером.

Порядок проведения измерения заземления (сопротивления растеканию заземлителя).

Для проведения проверки необходимо помимо прибора иметь два электрода (токовый и потенциальный) с проводами достаточной длины, как образец, можно предложить отрезок гладкой арматуры или трубы круглого сечения.
В зависимости от сложности конструкции заземлителя, измерение сопротивления проводят по двум разным схемам:

1. Простой (одиночный) заземлитель.
   Применяется «линейная» схема подключения электродов. Потенциальный электрод устанавливают на расстоянии не менее 20 м. от заземлителя, а токовый не менее, чем в 10-12 м. от потенциального.
2. Сложный заземлитель.
   Используется, когда простая схема неприменима, ввиду того, что при расчетах сопротивление заземления она не будет соответствовать минимально допустимым нормам. Представляет собой несколько вертикальных стержней вбитых в землю, электрически связанных между собой (электросваркой, чтобы снизить переходное сопротивление). Такое устройство называется контуром заземления. В этом случае необходимо определить наибольшее расстояние (диагональ) защитного контура заземления. Потенциальный электрод нужно вбивать на расстоянии равным пяти диагоналям от места присоединения заземляющего проводника. Токовый зонд забивается не менее, чем в 20 м. от потенциального. Измерительный прибор необходимо располагать как можно ближе к выводу заземления.

Порядок проведения измерений.

Так как в настоящее время самый распространенный прибор для проведения измерения является измеритель сопротивления заземления М-416, в дальнейшем, как образец, будет рассматриваться именно это средство измерений. Данный прибор относится к системе, в которой принцип измерений основан на компенсационном методе.
Запрещается для проверки пользоваться приборами, не имеющих действующего клейма о поверке, результаты которой должны заноситься в паспорт на средство измерения.

1. Проверить наличие элементов питания в батарейном отсеке, убедившись, что их напряжение находится в пределах нормы;
2. Откалибровать прибор, установив переключатель диапазонов в положение 5 Ом (контроль), ручкой реохорда установить стрелку как можно ближе к нулевой отметке. При этом на шкале должны быть показания 5 Ом;
3. Отсоединить контур от заземляющего проводника;
4. Присоединить прибор к соответствующим электродам;
5. Тщательно зачистив вывод измеряемого заземлителя (для того чтобы исключить влияние, которое может оказать на конечный результат переходное сопротивление), присоединить к нему прибор.

Примечание: В зависимости от планируемых показателей сопротивления заземления измерение прибор нужно подключать по двух- или четырехпроводной схеме. Первая применяется, если предполагаемое сопротивление более 5 Ом, а вторая для измерения более низких значений (при этом разделяются пути прохождения тока и измерения разности потенциалов, для исключения влияния сопротивления присоединяемых проводов при измерении). В этом случае присоединение к заземлителю осуществляется двумя проводниками. Паспорт прибора содержит наглядные рисунки, которые позволят произвести подключения без ошибок.

1. Установить переключатель диапазонов в положение, соответствующее наибольшей чувствительности (Х1), нажав кнопку «Измерение», регулятором установить стрелку на нуль. При этом на шкале реохорда будет отражен искомый результат проверки сопротивления заземлителя. Если стрелка не устанавливается на нуль, необходимо переключателем выбрать другой диапазон и показания реохорда умножить на соответствующий множитель.

Примечание: Если измерение проводится тестером или мультиметром, необходимость выбора множителя отпадает — эти приборы обладают функцией автоматического выбора предела шкалы.
ВАЖНО! После проведения измерений, если сопротивление заземления в пределах нормы необходимо вновь присоединить заземляющий проводник к заземлителю!

Оформление результатов измерений (протокол).

После окончания измерений нужно оформить протокол результата замера. Протокол представляет собой бланк определенной формы, в котором отражаются наименование объекта, схема установки заземляющих стержней и их соединений (для этого понадобится паспорт объекта и акт на скрытые работы). Также протокол должен отражать схему контура заземления и метод, по которому проводилось измерение. В протокол необходимо включить графу, в которой указан прибор или тестер (его тип, заводской номер и пр.), которым проводилось испытание. Результаты, полученные при измерении, заносятся в паспорт заземляющего устройства.
Отдельно представляется протокол испытания переходных сопротивлений. Переходное сопротивление (также, его еще называют металлосвязью) – это возможные потери на пути прохождения тока, связанные со сварочными, болтовыми и др. соединениями всего контура заземления. Это испытание проводится специальным тестером – микроомметром.

ВАЖНО! Проводить испытания и выдавать протокол измерения сопротивления заземления может только испытательная лаборатория, аккредитованная в системе органов стандартизации.
После окончания измерений составляется соответствующий акт, и заземляющее устройство считается годным к эксплуатации.

Источник

“Методичка” по измерению сопротивления заземляющего устройства

Зачем это делать

Измерение сопротивления заземления дает базовую информацию о его работоспособности. А так как основным средством защиты электроустановок, как правило, является именно заземляющее устройство (ЗУ), без оценки его основной характеристики не обойтись как при сдаче в эксплуатацию, так и при периодических и контрольных испытаниях в процессе эксплуатации.

Основные понятия позволяют говорить на одном языке. Вы понимаете и Вас понимают.

Согласно ПУЭ-7, сопротивлением заземляющего устройства называется отношение напряжения на ЗУ к току, стекающему с заземлителя в землю. При этом обратим внимание, что заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. То есть при измерении необходимо определить сопротивление всей цепи, составляющей заземлитель (распространен термин «контур заземления», обозначающий эту цепь, хотя в ПУЭ-7 он официально не закреплен).

Применительно к ЗУ различают испытания, связанные с вводом в эксплуатацию и эксплуатационные испытания. В первом случае измерение сопротивления производятся, чтобы определить, можно ли вводить ЗУ в эксплуатацию (наряду с другими видами испытаний, если они предусмотрены нормативными документами). Во втором случае оценивается работоспособность уже введенного в строй заземления в данный момент времени. Необходимость в эксплуатационных испытаниях возникает как по причине старения ЗУ, так и по причине сезонного изменения параметров заземления, связанного, например, с колебанием влажности грунтов.

Несмотря на то, что измеряется сопротивление, применение обычных омметров для проверки ЗУ практически бесполезно. Для этого вида измерений выпускаются специальные приборы. Они именуются измерителями сопротивления заземления или просто измерителями заземления.

Измерения могут проводиться на постоянном токе, переменном токе промышленной частоты (для нашей страны это частота 50 Гц), а также переменном токе высокой частоты (частота порядка сотен Гц и выше). Поскольку основой электроэнергетики все еще является переменный ток, измерения параметров заземления на постоянном токе, за исключением каких-то совсем узкоспециализированных случаев, не проводятся. При измерениях на частоте 50 Гц возникает проблема помех от блуждающих токов на той же частоте, вызванных работой электроустановок или даже ЛЭП поблизости. Эта проблема решалась возможностью вручную варьировать рабочую частоту (например, такое решение было применено в советском приборе МС-08). Измерения с использованием токов высокой частоты весьма актуальны в связи с широким распространением разного рода нелинейных нагрузок, что приводит к обилию гармоник в цепи заземления.

В современных приборах используется измерение сопротивления с использованием импульсов тока с формой «меандр», частота которых лежит в пределах от 100 до 300 Гц (например, в пользующемся большой популярностью приборе ЖГ-4300 используется частота 128 Гц). Тем самым удается отстроиться от помех с частотой 50 Гц и имитировать реальные условия, когда ток имеет множество гармоник. Дополнительная защита от действия помех достигается за счет цифровой обработки сигналов, в частности, применения быстрого преобразования Фурье.

Амплитуда напряжения на клеммах измерителей сопротивления ЗУ, как правило, не должна превышать 42 В. Благодаря этому обеспечивается безопасность процедуры измерения для персонала.

Чем измерять

Настоящей «рабочей лошадкой» для измерения сопротивления ЗУ долгие годы являлся прибор МС-08. Его выпуск был начат еще в 1957 г., при этом прибор используется кое-где до сих пор. Мало того, в интернет-магазинах можно найти новые экземпляры, продаются они по цене даже выше современных цифровых измерителей китайского производства. Кстати, упоминания о снятии с производства МС-08 найти нигде не удалось, возможно, эта легенда выпускается до сих пор?

Важным преимуществом МС-08 является то, что ему не нужны элементы питания. При измерении необходимо крутить ручку динамо-машины, вырабатывающей переменный ток. Меняя частоту вращения ручки, можно варьировать частоту, на которой производятся измерения, чтобы отстроиться от помех. С ручкой механически связана не только динамо-машина, но еще и коммутатор, выполняющий функцию выпрямителя. Коммутатор меняет полярность подключения измерительного прибора синфазно с генерируемым динамо-машиной током. Благодаря этому достаточно эффективно подавляются помехи. У прибора предусмотрено три диапазона измерений: до 10 Ом, до 100 Ом и до 1000 Ом.

В 1972 г. в СССР был налажен выпуск более совершенных измерительных приборов М416, где уже ручку крутить не нужно было. Подавление помех осуществлялось благодаря применению метода синхронного детектирования. Возможно было измерения сопротивления в пределах от 0,1 до 1000 Ом, было предусмотрено 4 диапазона измерений. В настоящее время «классический» аналоговый М416 не выпускается, тем не менее, под данным индексом на рынок сейчас поставляется цифровой измеритель сопротивления ЗУ, который, впрочем, ничего общего с «тезкой» не имеет.

Из аналоговых измерителей сопротивления ЗУ советского образца до сих пор выпускается и широко используется прибор Ф4103-М1. Он может питаться как от гальванических элементов, так и от внешнего источника. Измерения осуществляются на частоте около 300 Гц (не регулируется). Прибор способен измерять сопротивления от 0 до 15000 Ом, предусмотрено 10 диапазонов.

Современные приборы, как правило, имеют цифровую индикацию, но до сих пор есть специалисты, для которых стрелочные индикаторы являются более комфортными. Они по достоинству оценят недорогой прибор SEW 1805R со стрелочным индикатором. К преимуществам устройства, измеряющего сопротивления от 0,1 до 2000 Ом (3 диапазона), можно отнести малую силу тока, используемую при измерениях (2 мА против 80 — 200 мА у других приборов), что в ряде случаев позволяет не отключать измеряемые цепи. Другая особенность — высокая рабочая частота, составляющая 820 Гц. Недостаток прибора — он поддерживает только 2-проводную и 3-проводную схемы измерений (об этом более подробно пойдет речь далее).

Для проведения измерений в сложных условиях оптимально подойдет прибор ИС-20. В числе его преимуществ — эргономичный дизайн, степень защиты IP54, многовариантность способов питания. Диапазон измеряемых сопротивлений — от 1 микроОма до 9,99 кОм. Данные измерений могут быть переданы на компьютер беспроводным способом через Bluetooth. Рабочая частота — 128 Гц, в режиме двухпроводных измерений — 512 Гц. Важно, что прибор производится в России, что критично для ряда применений.

Современной «рабочей лошадкой» измерений сопротивления ЗУ является прибор Железный Гарри ЖГ-4300. Он очень легкий (0,9 кг с элементами питания), имеет удобный эргономичный дизайн. Можно измерять сопротивления от 0,05 Ом до 20 кОм, предусмотрено 5 диапазонов.

К топовым моделям измерителей можно отнести прибор MRU-200. Он способен измерять сопротивление защитного заземления в пределах от 0 до 19,99 кОм. Степень защиты IP54, предусмотрен встроенный NiMH аккумулятор емкостью 4,2 Ач — все это является значительными преимуществами при работе «в поле». Помимо измерения сопротивления защитного заземления, прибор также умеет определять сопротивление заземления системы молниезащиты импульсным методом, от 0 до 199 Ом. Этот измеритель сопротивления ЗУ производится на территории Евросоюза, а именно, в Польше.

Следует отметить, что перечисленные приборы, помимо основной функции, могут иметь и дополнительные, например, измерение удельного сопротивления грунта или измерение сопротивления тока утечки.

Как измерять

Наиболее распространенными являются классические методы измерения сопротивления ЗУ, основанные на применении вольтметра и амперметра с последующим вычислением сопротивления по закону Ома. Более подробно об этих методах можно прочесть здесь.

К преимуществам классических методов можно отнести возможность их использования практически для любых систем электроснабжения. Недостатки — необходимость отключения заземления от электроустановки на время измерений, влияние блуждающих токов на точность измерений.

Классические методы делятся на двух- , трех- и четырехпроводные. Из-за низкой точности двухпроводный метод практически не используется. Трехпроводный метод отличается простотой реализации, но по точности он уступает четырехпроводному.

В том случае, если измеряемое сопротивление ЗУ должно быть заведомо ниже 5 Ом, рекомендуется использовать только четырехпроводный метод.

На измерительном приборе есть потенциальные клеммы П1 и П2 и токовые клеммы Т1 и Т2. При четырехпроводном методе от П1 и Т1 к заземлению идут разные провода, которые соединяются уже непосредственно на клеммах заземления. При измерении трехпроводным методом клеммы П1 и Т1 соединяются перемычкой и от них к заземлению идет один провод. Если же прибор изначально предназначен только для измерений трехпроводным методом, то для подключения к заземлению одним проводом предусмотрена, соответственно, одна клемма.

Клеммы П2 и Т2 соединяются, соответственно, с так называемыми потенциальным штырем и токовым штырем. Измерительные штыри рекомендуется заглублять в грунт не менее, чем на 0,5 м. Обычно токовый и потенциальный штыри выстраивают в единую линию с ЗУ.

Для того, чтобы правильно определить расстояние между штырями, нужно определить максимальный размер диагонали заземлителя D. Потенциальный штырь устанавливается на расстоянии 1,5 D, но не менее 20 м от заземлителя. Токовый штырь устанавливается на расстоянии не более 3D, но не менее 40 м от заземлителя.

Но одного измерения для получения точного результата обычно недостаточно. Причина — неравномерность структуры почвы. Поэтому потенциальный штырь несколько раз устанавливают на расстоянии от 20 до 80% от исходного расстояния между потенциальным и токовым штырем. При этом каждый раз измеряется сопротивление. Чем больше точек, тем лучше, для высокой точности достаточно шага в 10%. Полученные результаты наносятся на график. Если график имеет форму плавно возрастающей кривой, то за окончательный результат берется сопротивление на участке, где разница между соседними точками не превышает 5%. Если график демонстрирует значительную крутизну либо более сложную форму, то измерения нужно повторить, изменив направление линии, на которой выставлены штыри. Возможно, придется также увеличить исходные расстояния в 1,5 — 2 раза.

Безэлектродный метод

Установить токовый и потенциальный штыри не всегда есть возможность. Например, в условиях вечной мерзлоты или когда для штырей на объекте просто нет места. В то же время, измерение заземления ЛЭП в районах вечной мерзлоты осуществляется, как правило, именно в период наибольшего промерзания грунта. Также не всегда есть возможность отключить ЗУ от электроустановки на время измерений. Тогда в ход идет безэлектродный метод измерения согласно ГОСТ Р 50571.16-2007, основанный на применении токовых клещей. Подробно он описан здесь.

На ЗУ подается от измерительного генератора переменный ток заданного напряжения с частотой, отличной от частоты сети. Сила тока в проводе заземления измеряется специальными токовыми клещами, которые чувствительны только к частоте, на которой работает измерительный генератор. Поскольку значение напряжения на ЗУ точно известно, измерив силу тока, можно вычислить, согласно закону Ома, сопротивление ЗУ.

Следует отметить, что, при всем удобстве, безэлектродный метод по точности измерений уступает правильно организованным измерениям по классическому методу. В частности, для подачи переменного тока для измерения в цепь используется прибор, аналогичный по принципу действия токовым клещам. Чтобы обеспечить нужный уровень индукции, применяется рабочая частота около 3 кГц, что также дает погрешность.

Можно считать, что безэлектродный метод дает оценку значению сопротивления ЗУ сверху. То есть реальное значение сопротивления не превысит показания прибора. С точки зрения безопасности это нормально — чем меньше реальное значение сопротивления, тем лучше.

Недостатком безэлектродного метода является то, что он может напрямую применяться только в системах ТТ и системах TN с ячеистым заземлением. Для обычных систем TN потребуется кратковременная установка перемычки между нейтралью и заземлением. Питание во всем здании, где установлено заземление, придется на время измерений отключить и преимуществ относительно классического метода уже не будет.

В качестве примеров оборудования для измерения безэлектродным способом, можно привести FLUKE-1630-2 и Greenlee CMGRT-100A. Стоимость таких систем в 5 — 10 раз выше, чем у приборов для измерения сопротивления классическим способом.

Требования к приборам, документации и персоналу лаборатории

Поскольку от исправности заземления зависит состояние здоровья, а то и жизни людей, рассматриваемые в статье приборы должны быть сертифицированы для использования на территории РФ и пройти поверку. Срок поверки измерителя сопротивления ЗУ обычно составляет 1 год, в отдельных случаях — до 2 лет. Общие требования к квалификации сотрудников, работающих с измерителем сопротивления ЗУ, как правило, приведены в технической документации к прибору.

Если измерения осуществляются в рамках текущего обслуживания электроустановки, документация по ним оформляется согласно гл. 1.8 ПТЭЭП.

Для того, чтобы лаборатория, где используется прибор, могла работать в рамках Единой системы соответствия, ее организационная структура и квалификация сотрудников должны соответствовать требованиям СДАЭ-04-2010. Лаборатория должна пройти аттестацию по правилам, приведенным в СДАЭ-01-2010 и ПОТЭЭ иметь Свидетельство о регистрации электролаборатории.

В том случае, если измерения осуществляются аккредитованной лабораторией, оформление протокола измерений осуществляется согласно ГОСТ Р 58973-2020. Этот ГОСТ дает общие правила оформления документации. Конкретный образец бланка протокола измерения сопротивления ЗУ получил название ЭЛ-8а (скачать бланк). Данный бланк соответствует требованиям ГОСТ Р 58973-2020, тем не менее, он не был введен каким-либо федеральным нормативным актом. Просто в свое время был создан типовой комплект бланков протоколов испытаний в формате *.doc. Это удобно, тем не менее, законодательно требование использовать именно такую форму нигде не закреплено.

К протоколу измерений желательно приложить копию свидетельства об аттестации лаборатории, а также копию свидетельства о поверке измерительного прибора. Эти документы сразу дадут понимание компетентности и профессионализма работников и компании производивших измерения.

Сколько должно быть Ом и как часто нужно измерять?

Некоторые нормы на сопротивление заземления приведены в таблице:

Вид заземления	Сопротивление, Ом, не более	Нормативный документ	Возможность увеличения в исключительных случаях
Электроустановки до 1 кВ с изолированной нейтралью	4	п. 1.7.65 ПУЭ-7	10 Ом при мощности генераторов и трансформаторов не более 100 кВА
Общее сопротивление растеканию заземлителей трехфазной ВЛ 380 В	10	п. 1.7.64 ПУЭ-7	0,01ρ раз при удельном сопротивлении земли ρ свыше 100 Ом*м, но не более 10-кратного
Повторное сопротивление растеканию заземлителей трехфазной ВЛ 380 В	30	п. 1.7.64 ПУЭ-7	0,01ρ раз при удельном сопротивлении земли ρ свыше 100 Ом*м, но не более 10-кратного
Заземление нейтрали генератора или трансформатора в трехфазной сети 380 В	4	п. 1.7.101 ПУЭ-7	0,01ρ раз при удельном сопротивлении земли ρ свыше 100 Ом*м, но не более 10-кратного

ПТЭЭП рекомендует осуществлять полную проверку ЗУ со вскрытием грунта 1 раз в 12 лет. Устройства заземления опор воздушных линий менее 1000 В следует проверять чаще — 1 раз в 6 лет. Кроме этого, устройства заземления следует проверять после ремонта опор.

Нормы РД 153-34.0-20.525-00 требуют полной проверки ЗУ на объектах электроэнергетики с периодичностью 1 раз в 12 лет. Тем не менее, после возникновения короткого замыкания или аварийных ситуаций на объекте, должно быть произведено обследование ЗУ в зоне аварии и на прилегающих к ней участках ЗУ. Кроме этого, что особенно актуально в свете проводимых мероприятий по цифровизации электроэнергетики, рекомендовано проверять ЗУ после каждой реконструкции, особенно если устанавливаются электронные и микропроцессорные устройства. Вот почему по мере внедрения современных технологий в электроэнергетике приборы для измерения сопротивления ЗУ будут все более востребованы.

Получить бесплатный расчет заземления или задать вопрос эксперту ZANDZ можно используя кнопки ниже.

Источник