Новости Электротехники 2(98) 2016







<  Предыдущая  ] 
Журнал №5(17) 2002

Как правильно измерить сопротивление заземляющего устройства электроустановки



Сергей Коструба, действительный член (академик) Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ), главный научный сотрудник лаборатории электробезопасности Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), д.т.н.

В статье «Как правильно измерить сопротивление изоляции электроустановок» («Новости электротехники» № 1(13) 2002) рассмотрен один из наиболее важных вопросов теории электробезопасности. Другим, не менее важным вопросом, связанным с обеспечением электробезопасности, является правильное измерение сопротивления заземляющего устройства электроустановки, которому посвящена настоящая статья.

Основное правило защиты от поражения электрическим током базируется, как известно, на двух главных принципах: опасные токоведущие части не должны быть доступными, а доступные проводящие части не должны быть опасными. Причем указанные принципы должны соблюдаться как в нормальных эксплуатационных условиях, так и при наличии неисправности. В основу первого принципа положена электрическая изоляция, в основу второго – заземление, т.е. преднамеренное электрическое соединение доступных проводящих частей электроустановки с заземляющим устройством. Под заземляющим устройством понимают совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
Характеристикой заземлителя является сопротивление растеканию тока с элементов заземлителя в землю, или для краткости просто сопротивление растеканию; характеристикой заземляющего устройства – его сопротивление, равное сумме сопротивлений растеканию заземлителя и заземляющих проводников. От правильного измерения сопротивления заземляющего устройства зависит, с одной стороны, качество защиты от поражения электрическим током, с другой – затраты на сооружение заземлителя.
Действительно, может оказаться так, что измеренное сопротивление будет соответствовать норме, а фактическое окажется выше и заземляющее устройство защиту не обеспечит. И наоборот, нередко фактическое сопротивление заземляющего устройства соответствует норме и защита от поражения электрическим током обеспечена, а измеренное значение сопротивления не соответствует норме и приходится зря затрачивать средства на забивку в землю дополнительных электродов с целью доведения сопротивления заземляющего устройства до нормы.
Известны различные способы и устройства для измерения сопротивления заземлителя (см. монографию С.И. Кострубы «Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств», М.: Энергоатомиздат, 1983, брошюру В.С. Азарова и Ю.М. Куприяновича «Эксплуатационный контроль условий электробезопасности на подстанциях», М.: Изд-во МГОУ и др.).

Традиционно применяемый способ

На практике сопротивление заземляющего устройства чаще измеряют по методу амперметра и вольтметра, суть которого понятна из рис. 1. Заключается она в следующем. Через заземлитель З заземляющего устройства и вспомогательный токовый электрод Т пропускают электрический ток через амперметр 1 от специального источника измерительного электрического тока (генератора) 2. Возникающее при этом электрическое напряжение на заземляющем устройстве измеряют вольтметром 3, включенным между заземляющим устройством и вспомогательным потенциальным электродом П.


Принципиальная схема измерения
сопротивления заземляющего устройства
методом амперметра и вольтметра


Искомое сопротивление определяют по следующей формуле:

Rзу=U/I

где U – напряжение, измеренное вольтметром, В; I – ток, измеренный амперметром, А.
Устройство для осуществления указанного способа измерения содержит амперметр 1, источник измерительного электрического тока (генератор) 2 и вольтметр 3, а также вспомогательные токовый Т и потенциальный П электроды. Кроме того, оно содержит две катушки с длинными проводами, одну из которых используют для соединения амперметра и источника измерительного тока с токовым электродом, а вторую для соединения вольтметра с потенциальным электродом. Перед проведением измерений электроды забивают в землю, а после измерений их извлекают из земли. Размещать электроды следует на достаточно большом расстоянии как от заземлителя З заземляющего устройства, так и друг от друга.
Теоретически каждое из этих расстояний должно быть равно бесконечности. Кроме того, в земле в зонах между заземлителем и электродами не должно быть металлических коммуникаций, искажающих картину электрического поля.
Существенным недостатком указанного широко распространенного способа являются значительные погрешности измерения. Они обусловлены, с одной стороны, конечными расстояниями между электродами и заземлителем, с другой – наличием в земле, особенно в больших городах, различного рода металлических трубопроводов, оболочек кабелей и других металлических коммуникаций. Помимо наличия погрешностей при измерениях, указанный способ сравнительно сложный и относительно дорогой, поскольку требует наличия источника измерительного тока, токового и потенциального электродов, длинных соединительных проводников. Кроме того, он весьма трудоемкий, так как связан с необходимостью переноски источника измерительного электрического тока (генератора), тяжелых катушек с проводами и электродов, которые к тому же нужно погружать в землю, а затем извлекать из земли.

Измерение сопротивления можно упростить

Автор поставил перед собой задачу повысить точность измерения и одновременно существенно упростить и удешевить способ измерения. В результате использования предлагаемого нового способа в электрических сетях напряжением до 1000 В существенно повышается точность измерения за счет принципиально иной электрической схемы измерения, что приводит также к упрощению и удешевлению устройства для измерения сопротивления заземляющего устройства. Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в новом способе измерения сопротивления заземляющего устройства ток на заземляющее устройство подают через калиброванный резистор с водяным охлаждением непосредственно от фазного провода электрической сети напряжением до 1000 В так, как это показано на рис. 2.


Принципиальная схема измерения
сопротивления заземляющего устройства
с использованием калиброванного
резистора с водяным охлаждением


На нем цифрой 1 показаны фазные провода L1, L2 и L3, цифрой 2 – защитный провод PE, 3 – вольтметр, 4 – выключатель, 5 – калиброванный резистор с водяным охлаждением, 6 – земля, 7 – заземлитель заземляющего устройства.
Ток, проходящий через заземляющее устройство, определяют по сопротивлению калиброванного резистора и напряжению на нем как частное от деления напряжения на сопротивление. Напряжение на заземляющем устройстве определяют по фазному напряжению электрической сети и напряжению на калиброванном резисторе как разность между фазным напряжением и напряжением на калиброванном резисторе, а искомое сопротивление заземляющего устройства определяют по следующей формуле:

Rзу = Rкр(Uф-Uкр)/Uкр

где Rкр – сопротивление калиброванного резистора; Uф – фазное напряжение электрической сети; Uкр – напряжение на калиброванном резисторе.
Необходимость в водяном охлаждении резистора 5 продиктована тем, что его мощность составляет сотни ватт и если не применять водяное охлаждение, то он просто сгорит.

Пример

Приведем конкретный пример осуществления указанного способа измерения сопротивления заземляющего устройства.
Вначале отсоединяют заземлитель 7 заземляющего устройства от защитного провода 2 электрической сети (от провода РЕ). Между заземлителем 7 и одним из фазных проводов 1 электрической сети напряжением 380/220 В (в данном случае проводом L3) включают вольтметр 3 (выключатель 4 при этом находится в разомкнутом состоянии) и измеряют фазное напряжение электрической сети. Пусть оно будет равно 218 В. Затем включают выключатель 4 и тем самым параллельно вольтметру 3 подключают калиброванный резистор 5 с водяным охлаждением. Допустим, его сопротивление равно 50 Ом, а показание вольтметра после подключения резистора (включения выключателя 4) упало с 218 В и стало равным 185 В. Искомое сопротивление заземлителя будет равно:

Rз = Rкр(Uф-Uкр)/Uкр = 50(218-185)/185 = 8,9

Искомое сопротивление равно 8,9 Ом. В приведенной формуле подсчета искомого сопротивления заземляющего устройства не учтено сопротивление заземления нейтрали трансформатора на подстанции и связанных с нею PE и PEN проводов. Сделано это преднамеренно, исходя из двух следующих соображений.
Во-первых, сопротивление заземления нейтрали на порядок ниже измеряемых сопротивлений (по действующим ПУЭ оно для сетей напряжением 380/220 В не должно превышать 4 Ома, а сопротивление повторного заземления нулевого провода, т.е. измеряемого сопротивления, – 30 Ом). Но поскольку проводимость заземления нейтрали складывается из проводимости заземлителя, расположенного непосредственно у нейтрали, и проводимостей множества заземлителей, расположенных вдоль каждой отходящей от подстанции линии и служащих для повторных заземлений PE и PEN проводов, то общее сопротивление заземления нейтрали в действительности много меньше (в подавляющем большинстве случаев оно меньше 1 Ома). Неучет его, как показывает практика, приводит к погрешности не выше 10%, но зато существенно упрощает процедуру измерения.

Во-вторых, при разработке требований к нормированию сопротивлений заземляющих устройств для пятого и шестого изданий ПУЭ (автор принимал в этой работе непосредственное участие) был принят во внимание тот факт, что уровень электробезопасности у потребителя растет с увеличением сопротивления нейтрали, а не с его уменьшением, как считалось ранее.
Поэтому то, что в приведенной выше формуле не учитывается сопротивление заземления нейтрали, автоматически ведет к получению измеренного значения сопротивления заземляющего устройства с небольшим запасом с позиции обеспечения электробезопасности.
Это значит, что фактическое сопротивление заземляющего устройства заведомо никогда не будет выше измеренного. Таким образом, если измеренное значение будет соответствовать нормируемому, то электробезопасность у потребителя при прочих равных условиях наверняка будет обеспечена.

Преимущества, доказанные практикой

Всесторонняя проверка эффективности рассмотренного метода в хозяйственных условиях была проведена в организации «Агроэлектробезопасность», созданной при ВИЭСХ. С этой целью были приобретены несколько сотен серийно выпущенных мощных нагрузочных калиброванных резисторов сопротивлением 48 Ом с водяным охлаждением типа НР-64/220. С их помощью было выполнено более тысячи измерений сопротивлений заземляющих устройств, предназначенных для повторного заземления нулевого провода электрической сети напряжением 380/220 В. Измерения проводились в различных почвенно-климатических зонах страны. Результаты сравнивались с данными, полученными другими методами измерений, в том числе компенсационным методом на малом измерительном токе (прибор М-416), методом, использующим большой измерительный ток, создаваемый тиристорным короткозамыкателем (прибор ЭК-0200), методом, использующим измерение напряжения на заземляющем устройстве при помощи достаточно удаленного потенциального электрода.
Эффективность методов проверялась также путем решения системы уравнений с собственными и взаимными сопротивлениями всех заземлителей, включая заземлители, служащие для заземления нейтрали трансформатора на подстанции.
Метод, основанный на применении калиброванного резистора с водяным охлаждением, оказался достаточно точным. Его погрешность не превышает +10%, т.е. результат измерений всегда будет либо точным, либо с небольшим запасом по безопасности.
Проверка также показала, что находящиеся в земле в зоне размещения заземлителя протяженные металлические коммуникации никак не влияют на результаты измерений, проводимых с помощью калиброванного резистора. Это и понятно, ведь картина электрического поля в земле, благодаря отсутствию токового измерительного электрода, будет при проведении измерения точно такой же, как и в аварийном режиме, при котором заземляющее устройство выполняет свою защитную функцию.
Все другие методы измерений, в которых используются токовые измерительные электроды, могут приводить к большим ошибкам из-за изменения под воздействием находящихся в земле протяженных металлоконструкций взаимных сопротивлений между токовым электродом и заземлителем.
Для уменьшения ошибок при измерениях обычно увеличивают значение измерительного тока (используют приборы ИКС-50, ИКС-1, ЭК-0200 и др.), но источники тока при этом имеют большую массу. Даже у такого слаботочного прибора, как М-416, масса на порядок выше, чем у калиброванного резистора с водяным охлаждением, но, естественно, без воды. 6 литров обычной водопроводной воды заливают в место проведения измерений, а затем выливают. Качество воды при этом не играет никакой роли, поскольку материал резистора заключен в герметичную оболочку и непо-средственно с охлаждающей водой не контактирует.



WebStudio Banner Network

Rambler's Top100 Rambler's Top100

Copyright © by news.elteh.ru
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции news.elteh.ru
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна