Измерение сопротивления земли, изоляции, петли фаза-нуль, заземления.
Как измерить удельное сопротивление земли
Электрофизические свойства земли
Электрофизические свойства земли, в которой находится заземлитель, определяются ее удельным сопротивлением. Чем удельное сопротивление меньше, тем благоприятнее условия для расположения заземлителя.
Определение. Удельным сопротивлением земли называют сопротивление между противоположными плоскостями куба земли ребрами размером 1 м и измеряется в омах.
Чтобы представить себе это сопротивление, напомним, что куб меди с ребрами 1 м имеет сопротивление 175´10-6 Ом при 20 °С.
Таким образом, например, при значении r=100 Ом´м земля имеет сопротивление в 5,7 млрд. раз больше, чем сопротивление меди в том же объеме.
Ниже приведены приближенные значения удельных сопротивлений земли, Ом´м, при средней влажности летом при 20 °С:
- песок — 400...1000 и более;
- супесок — 150...400;
- суглинок — 40...150;
- глина — 8...70;
- садовая земля — 40;
- чернозем — 10...50;
- торф — 20;
- каменистая глина (приблизительно 50%) — 100;
- мергель, известняк, крупнозернистый песок с валунами — 1000...2000;
- скала, валуны — 2000...4000;
- речная вода (на равнинах) — 10...80;
- морская вода — 0,2;
- водопроводная вода — 5...60.
Примечание. Для сооружения заземлителей необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений земли в данном месте. Они определяются на местах измерениями.
Свойства земли могут изменяться в зависимости от ее состояния — влажности, температуры и других факторов. Поэтому они могут иметь разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания грунта, а также его состояния в момент измерения.
Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами и коэффициентами, учитывающими состояние земли при измерениях, чтобы требующееся сопротивление заземляющего устройства сохранялось в любой сезон и при любой влажности земли, т. е. при неблагоприятных условиях.
В табл. 1 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли при измерениях:
- коэффициент k1 применяется, если земля влажная, измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков;
- коэффициент k2 — если земля нормальной влажности, если измерению предшествовало выпадение небольшого количества осадков;
- коэффициент k3 — если земля сухая, количество осадков ниже нормы.
Таблица 1 Коэффициенты к измеренным значениям удельного сопротивления земли, учитывающие ее состояние во время измерения
Электрод (глубина погружения в землю) | k1 | k2 | k3 |
вертикальный | |||
3 м | 1,15 | 1 | 0,92 |
5 м | 1,1 | 1 | 0,95 |
Горизонтальный | |||
10 м | 1,7 | 1 | 0,75 |
50 м | 1,6 | 1 | 0,8 |
Измерение удельного сопротивления земли
Измерить удельное сопротивление земли можно прибором (измерителем заземлений) типа МС-08 (или другим подобным) методом четырех электродов. Измерение следует проводить в теплое время года.
Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра. Прибор содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, вторая как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению. Шкала прибора градуирована в омах. Источником питания при измерении служит генератор постоянного тока, приводимый во вращение от руки.
Рис. 1 . Схема измерения удельного сопротивления земли прибором МС-08
Если пропускать ток через крайние электроды (рис. 1), то между средними электродами возникает разность напряжений U. Значения U в однородной земле (слое) прямо пропорциональны удельному сопротивлению r и току I и обратно пропорциональны расстоянию, а между электродами:
U = rI/2pа или р = 2paU/I = 2paR, где R — показания прибора.
Чем больше значение межэлектродного расстояния а, рис. 1, тем больший объем земли охватывается электрическим полем токовых электродов. Благодаря этому, изменяя расстояние а, можно получить значения удельного сопротивления земли в зависимости от разноса электродов. При однородной земле вычисленное значение r не будет изменяться при изменении расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности). В результате измерений, используя зависимость r от расстояния между электродами, можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине.
Измерение следует производить в стороне от трубопроводов и других конструкций и частей, которые могут исказить результаты.
Измерение сопротивления петли «фаза-нуль»
Сопротивления петли «фаза-нуль»
В соответствии с ПТЭЭП для контроля чувствительности защит к однофазным замыканиям на землю в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходимо выполнять измерения сопротивления петли «фаза-нуль».
Для измерения сопротивления петли «фаза-нуль» существует ряд приборов, области применения которых приведены в табл. 2.
Таблица 2 Приборы для измерения электрических параметров заземляющих устройств, в том числе измерения сопротивления петли фаза-нуль
| тип прибора или метод | измеряемый параметр | примечание |
| М-417 | Сопротивление петли с последующим вычислением тока однофазного замыкания | Область применения — контроль |
| ЭКО-200 | Ток однофазного замыкания на землю | Область применения — контроль |
| ЭКЗ-01 | Ток однофазного замыкания на землю | Область применения — контроль |
| Амперметр +вольтметр | Напряжение и ток | Высокая точность (область применения — измерения) |
Проверка производится для наиболее удаленных и наиболее мощных электроприемников, но не менее 10% их общего количества. Проверку можно производить по формуле:
Zпет = Zп + Zт/3.
где Zп — полное сопротивление проводов петли «фаза-нуль»; Zт — полное сопротивление питающего трансформатора.
Для алюминиевых и медных проводов Zпет = 0,6 Ом/км.
По Zпет определяется ток однофазного короткого замыкания на землю:
Iк = Uф/Zпет.
Если расчет показывает, что кратность тока однофазного замыкания на землю на 30% превышает допустимые кратности срабатывания защитных аппаратов, указанные в Правилах устройства электроустановок, то можно ограничиться расчетом. В противном случае следует провести прямые измерения тока короткого замыкания специальными приборами, например, ЭКО-200, ЭКЗ-01 или по методу амперметра-вольтметра на пониженном напряжении.
Метод амперметра-вольтметра при измерении сопротивления петли фаза-нуль
Испытуемое электрооборудование отключают от сети. Измерение производят на переменном токе от понижающего трансформатора. Для измерения делается искусственное замыкание одного фазного провода на корпус электроприемника. Схема испытания приведена на рис. 2.
Рис. 2. Схема измерения сопротивления петли фаза-нуль по методу амперметра-вольтметра
После подачи напряжения измеряются ток I и напряжение U, измерительный ток должен быть не менее 10–20 А. Сопротивление измеренной петли Zп= U / I . Полученное значение Zп должно быть арифметически сложено с расчетным значением полного сопротивления одной фазы питающего трансформатора Rт/3.
Способы контроля состояния контактных соединений
Контроль состояния контактных соединений с помощью измерительной штанги с милливольтметром
Нагрев контактов определяют в период максимальных нагрузок. Поскольку металлы контактов имеют значительную теплоемкость и теплопроводность, поэтому дефект контакта определить трудно.
Примечание. В эксплуатации более точная оценка состояния контактов возможна не по нагреву, а на основании измерения величины падения напряжения на участке цепи, содержащей контактное соединение, при протекании по контакту рабочего тока или путем измерения величины переходного сопротивления контакта при помощи милливольтметра и амперметра (или микроомметра).
Измерение выполняют под рабочим напряжением измерительной штангой с укрепленным на ней милливольтметром. Метод измерения основан на сравнении падения напряжения на участке, имеющем контактное соединение (рис. 3, а), с падением напряжения на участке целого провода (рис. 3, а) при неизменной величине тока нагрузки.
Рис. 3. Положение головки штанги при измерении падения напряжения: а — на контакте провода; б — на участке провода
Рис. 4. Схема измерения сопротивления контактного соединения по методу милливольтметра и амперметра
Контроль состояния контактных соединений методом амперметра-вольтметра
Во время ремонта выключателей, разъединителей и отделителей измеряют сопротивление постоянному току контактной системы этих аппаратов. При этом измеряют сопротивление всей токоведущей цепи каждой фазы выключателя или разъединителя (вывод-вывод).
Широкое распространение в практике измерения сопротивления контактной системы получил метод амперметра и вольтметра или микроомметра (рис. 4). Однако более точные результаты дает измерение двойным мостом.
Измерение сопротивления изоляции электрооборудования с помощью мегаомметра
Руководящие документы
Сопротивление изоляции постоянному току является основным показателем состояния изоляции, и его измерение является неотъемлемой частью испытаний всех видов электрооборудования и электрических цепей.
Нормы проверок и испытаний изоляции электрооборудования, определяются ГОСТ, ПУЭ и другими директивными материалами.
Измерение сопротивления изоляции с помощью мегаомметра
Сопротивление изоляции практически во всех случаях измеряется
мегаомметром. Этот прибор включает в себя:
- источник напряжения (генератор постоянного тока) чаще всего с ручным приводом;
- магнитоэлектрический логометр;
- добавочные сопротивления.
Внимание. Перед началом измерений необходимо убедиться, что на испытываемом объекте нет напряжения, тщательно очистить изоляцию от пыли и грязи и заземлить объект для снятия с него возможных остаточных зарядов.
Измерения следует производить при устойчивом положении стрелки прибора. Для этого нужно быстро, но равномерно вращать ручку генератора. Сопротивление изоляции определяется показанием стрелки прибора мегаомметра. После окончания измерений испытываемый объект необходимо разрядить. Для присоединения мегаомметра к испытываемому аппарату или линии следует применять раздельные провода с большим сопротивлением изоляции (обычно не меньше 100 МОм).
Перед пользованием мегаомметр следует подвергнуть контрольной проверке, которая заключается в проверке показания по шкале при разомкнутых и короткозамкнутых проводах. В первом случае стрелка должна находиться у отметки шкалы «бесконечность», во втором — у нуля.
Для того чтобы на показания мегаомметра не оказывали влияния токи утечки по поверхности изоляции, особенно при проведении измерений в сырую погоду, мегаомметр подключают к измеряемому объекту с использованием зажима Э (экран) мегаомметра.
Примечание. Значение сопротивления изоляции в большой степени зависит от температуры. Сопротивление изоляции следует измерять при температуре изоляции не ниже +5 °С, кроме случаев, оговоренных специальными инструкциями. При более низких температурах результаты измерения из-за нестабильного состояния влаги не отражают истинной характеристики изоляции.
Выбор типа мегаомметра производится в зависимости:
- от номинального сопротивления объекта (силовые кабели 1–1000, коммутационная аппаратура 1000–5000, силовые трансформаторы 10–20000, электрические машины 0,1–1000, фарфоровые изоляторы 100–10000 МОм);
- параметров объекта:
- номинального напряжения.
Как правило, для измерения сопротивления изоляции оборудования номинальным напряжением до 1000 В (цепи вторичной коммутации, двигатели и т. д.) используют мегаомметры на номинальное напряжение 100, 250, 500 и 1000 В, а в электрических установках с номинальным напряжением более 1000 В применяют мегаомметры на 1000 и 2500 В.
Порядок проведения измерений при испытании изоляции мегаомметром
1. Измерить сопротивление изоляции соединительных проводов, значение которого должно быть не меньше верхнего предела измерения мегаомметра.
2. Установить предел измерения:
- если значение сопротивления изоляции неизвестно, то во избежание «зашкаливания» указателя измерителя необходимо начинать с наибольшего предела измерения;
- при выборе предела измерения следует руководствоваться тем, что точность будет наибольшей при отсчете показаний в рабочей части шкалы.
3. Убедиться в отсутствии напряжения на проверяемом объекте.
4. Отключить или закоротить все детали с пониженной изоляцией или пониженным испытательным напряжением, конденсаторы и полупроводниковые приборы.
5. На время подключения прибора заземлить испытуемую цепь.
6. Нажав кнопку «высокое напряжение» в приборах, питающихся от сети, или вращая ручку генератора индукторного мегаомметра со скоростью примерно 120 об/мин, через 60 с после начала измерения зафиксировать значение сопротивления по шкале прибора.
7. При измерении сопротивления изоляции объектов с большой емкостью отсчет показаний производить после полного успокоения стрелки.
8. После окончания измерения, особенно для оборудования с большой емкостью (например, кабели большой протяженности), прежде чем отсоединять концы прибора, необходимо снять накопленный заряд путем наложения заземления.
Присоединение токоотводящего электрода
Когда результат измерения сопротивления изоляции может быть искажен поверхностными токами утечки, например, за счет увлажненности поверхности изолирующих частей установки, на изоляцию объекта накладывают токоотводящий электрод, присоединяемый к зажиму мегаомметра Э.
Присоединение токоотводящего электрода Э определяется из условия создания наибольшей разности потенциалов между землей и местом присоединения экрана.
В случае измерения изоляции кабеля, изолированного от земли, зажим Э присоединяется к броне кабеля при измерении сопротивления:
- изоляции между обмотками электрических машин зажим Э присоединяется к корпусу;
- обмоток трансформатора зажим Э присоединяется под юбкой выходного изолятора.
Примечание. Измерение сопротивления изоляции силовых и осветительных проводок производится при включенных выключателях, снятых плавких
вставках, отключенных электроприемниках, приборах, аппаратах, вывернутых лампах.
Категорически запрещается измерять изоляцию на линии, если она хотя бы на небольшом участке проходит вблизи другой линии, находящейся под напряжением, а также во время грозы на воздушных линиях передачи.
Измерение сопротивления контура защитного заземления
Защитное заземление
Определение. Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания фазного провода на корпус.
Задача защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшейся под напряжением.
Принцип действия заземления — снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения.
Заземляющие устройства после монтажных работ и периодически не реже один раз в год испытываются по программе Правил устройства электроустановок. По программе испытания производится измерение сопротивления заземляющего устройства.
Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводов источников однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4, 8 Ом, соответственно:
- при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока;
- 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.
Измерители сопротивления заземления
Измерения сопротивления контура заземляющего устройства производятся измерителем заземления М416, ЦС4107 или Ф4103-М1.
Измерители заземления М416 предназначены для измерения сопротивления заземляющих устройств, активных сопротивлений и могут быть использованы для определения удельного сопротивления грунта.
Диапазон измерения прибора от 0,1 до 1000 Ом и имеет четыре диапазона измерения: 0,1–10, 0,5–50, 2,0–200, 100–1000 Ом. Источником питания служат три соединенные последовательно сухие гальванические элемента напряжением по 1,5 В.
Измеритель сопротивления заземления Ф4103-М1 предназначен для измерения сопротивления заземляющих устройств, удельного сопротивления грунтов и активных сопротивлений как при наличии помех, так и без них с диапазоном измерений от 0–0,3 Ом до 0–15 кОм (10 диапазонов).
Класс точности измерительного прибора Ф4103 — 2,5 и 4 (в зависимости от диапазона измерения). Питание — элемент (R20, RL20), 9 шт.
Перед проведением измерений измерителем Ф4103 необходимо, по возможности, уменьшить количество факторов, вызывающих дополнительную погрешность, например:
- устанавливать измеритель практически горизонтально, вдали от мощных электрических полей;
- использовать источники питания 12±0,25 В;
- индуктивную составляющую учитывать только для контуров, сопротивление которых меньше 0,5 Ом;
- определять наличие помех и так далее.
Помехи переменного тока выявляются по качаниям стрелки при вращении ручки ПДСТ в режиме «ИЗМ1». Помехи импульсного (скачкообразного) характера и высокочастотные радиопомехи выявляются по постоянным непериодическим колебаниям стрелки.
Порядок проведения измерения сопротивления контура защитного заземления
1. Установить элементы питания в измеритель заземления.
2. Установить переключатель в положение «Контроль 5 Ω», нажать кнопку и вращением ручки «реохорд» добиться установки стрелки индикатора в нулевую отметку шкалы.
3. Подключить соединительные провода к прибору, как показано на рис. 5, если измерения производятся прибором М416 или рис. 6, если измерения производятся прибором Ф4103-М1.
4. Углубить дополнительные вспомогательные электроды (заземлитель и зонд) по схеме рис. 5 и рис. 6 на глубину 0,5 м и подключить к ним соединительные провода.
5. Переключатель установить в положение «Х1».
6. Нажать кнопку и вращая ручку «реохорда» приблизить стрелку индикатора к нулю.
7. Результат измерения умножить на множитель.
Рис. 5. Подключение прибора М416 для измерения сопротивления контура заземления
Рис. 6. Подключение прибора Ф4103-М1 для измерения сопротивления контура заземления: а — схема подключения; б — контур заземления
Как провести проверку соединения заземлителей с заземляемыми элементами
Первоначально при проверке соединения заземлителей с заземляемыми элементами простукиванием и осмотром выявляют видимые дефекты и обрывы. Для окончательного заключения об исправности заземляющих проводников, надежности болтовых и сварочных соединений измеряют сопротивление участков цепи между заземлителем и заземленными элементами.
Данные, полученные в период наладки, могут быть использованы как исходные для сравнения при последующих эксплуатационных проверках.
В сетях простой конфигурации измеряется непосредственно сопротивление между заземлителем и каждым заземляемым элементом.
В сложных, разветвленных сетях измеряют:
- сначала — сопротивление между заземлителем и отдельными участками магистрали заземления (например, внутри цеха);
- затем — сопротивление между этими участками и заземляемыми элементами.
Внимание. Перед измерением необходимо убедиться в отсутствии напряжения на корпусах проверяемого оборудования!
Для присоединения провода к металлическим корпусам удобно пользоваться специальным щупом из трехгранного напильника с изолирующей ручкой и контактным зажимом. В этом случае работу выполняют два человека:
- один касается щупом корпуса;
- другой производит измерения прибором, жестко подсоединенным к магистральной шине проводом со струбциной.
При большой длине соединительных проводов следует учитывать их сопротивление.
Измерения можно производить омметрами любого типа, а также измерителями заземления типов М-416, ЦС4107 или Ф4103 и др.
Скрытые дефекты проводки могут быть выявлены при измерениях методом амперметра-вольтметра, поскольку протекание токов 10–30 А вызывает:
- нагрев или искрение в плохих контактных соединениях;
- выгорание случайных перемычек.
В качестве источника тока может быть применен трансформатор с выходным напряжением 12–42 В.