Измерение сопротивлений заземляющих устройств

Заземление надежно выполняет свои защитные функции лишь в том случае, если его сопротивление достаточно мало. Например, в сетях с глухозаземленной нейтралью большое сопротивление заземляющего устройства может привести к тому, что сила тока, возникшего при пробоях изоляции, окажется недостаточной для срабатывания отключающей защитной аппаратуры. Поэтому ПУЭ строго ограничивают сопротивления заземляющих устройств.

При заземлении электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходимо нейтрали их источников питания (генераторов, трансформаторов) надежно присоединить к заземлителю, который должен располагаться в непосредственной близости от них. Если трансформаторная подстанция находится внутри цеха, допускается выносить заземлители на внешнюю сторону стены здания. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяются нейтрали генераторов и трансформаторов, должны быть не более 4 Ом, если же их мощность 100кВ*А и ниже, то сопротивление, то сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом; при параллельной работе источников питания сопротивление заземления может достигать 10Ом только в случае, если их суммарная мощность не превышает 100 кВ*А.

 

Рисунок 10. —  Электроизмерительный прибор:

- цилиндр;

- алюминиевая рамка;

- пружина;

- стрелка;

- шкала

 

После окончания всех монтажных работ в обязательном порядке измеряются, соответствует ли сопротивление заземления требованиям ПУЭ. Чаще всего измерения производят с использованием амперметра и вольтметра или прибора МС-08.

Электроизмерительные приборы - амперметры и вольтметры, в которых используется ориентационное действие магнитного поля на контур с током, устроены следующим образом. Рис. 10 на легкой алюминиевой рамке 2 прямоугольной формы с прикрепленной к ней стрелкой 4 намотана катушка. Рамка укреплена на двух полуосях ОО`. В положения равновесия ее удерживают две тонкие спиральные пружины 3, момент сил упругости которых пропорционален углу отклонения стрелки. Катушка помещаются между полюсами постоянного магнита с наконечниками специальной формы. Внутри нее располагается цилиндр 1 из мягкого железа. Такая конструкция обеспечивает радиальное направление линии магнитной индукции в области нахождения витков катушки рис. 11, т.е. при любом положении катушки момент сил магнитного поля максимален и при неизменной силе тока один и тот же. Векторы F и -F соответствуют силам магнитного поля, которые действуют на катушку и создают вращающий момент. Катушка с током поворачивается до тех пор, пока момент сил упругости пружины не уравновесит момент сил магнитного поля. При увеличении силы тока в два раза стрелка также поворачивается на угол, в двое больший, так как максимальный момент сил М магнитного поля прямо пропорционален силе тока: М~I. Установив, какому углу поворота стрелки соответствует известное значение силы тока и проградуировав электромагнитный прибор, его можно использовать для измерения в цепях постоянного и переменного тока. Амперметры и вольтметры являются самыми распространенными щитовыми приборами вследствие простоты устройства сравнительно хорошей переносимости перегрузки. Недостатками этих приборов являются невысокая точность, большая потребляемая мощность (до 10 Вт), ограниченный частотный диапазон и чувствительность к внешним магнитным полям.

 

Рисунок 11. − Схема действия сил в электроизмерительном приборе

 

Рисунок 12. − Схема измерения сопротивления заземления с помощью

амперметра и вольтметра

Щитовые амперметры выпускают класса 1,0; 1,5; 2,5 на токи до 300 А с прямым включением и до 15 А наружными трансформаторами тока. Щитовые вольтметры тех же классов точности выпускаются на напряжения до 600 В с прямым включением и до 750 кВ с трансформаторами напряжения.

При прямом включении измерительных приборов рис.12 между заземлителем (З), сопротивление которого относительно земли надо измерить, вспомогательным токовым электродом (Т) пропускают однофазный переменный ток Ix и измеряют его амперметром, а, погрузив в землю между электродами З и Т вспомогательный потенциальный стержень (П), измеряют вольтметром напряжение Ux между ним и заземлителем З.

Измерения сопротивления заземлителя с использованием амперметра, вольтметра и трансформатора производится в следующем порядке. В землю забивают электроды П и Т (заостренные на концах стальные стержни длинной около 1м). отдельными проводами к заземлителю и этим электродам присоединяют амперметр и вольтметр. Вольтметром проверяют отсутствие напряжения между заземлителем и стержнем П. Если прибор показывает какое-либо напряжение, изменяя направления разноса стержней или пропорционально увеличивая расстояние между ними, добиваются его нулевого значения. После этого полностью вводят реостат с сопротивлением R и включают в сеть трансформатор Тр. С помощью реостата постепенно увеличивают силу тока и следят за показаниями амперметра и вольтметра (одновременный отчет по приборам производится в момент, когда их показания можно зафиксировать с наибольшей точностью). По данным измерения рассчитывают сопротивление заземлителя, используя закон Ома:

 

R₃ = U_x/I_x.

 

Производят не менее трех измерений и для расчета принимают среднеарифметическое полученных значений.

Преимущество такого измерения состоит в точности и возможности определения малых очень малых сопротивлений (до сотых долей ома); недостатками являются необходимость наличия двух измерительных приборов и трансформатора, влияние колебаний напряжения сети на точность измерения, отсутствие непосредственного отчета и повышенная опасность для людей, производящих измерения. Этот метод в основном используется для измерения сопротивлений заземлителей электростанций и мощных районных трансформаторных подстанций.

Сопротивления заземлителя можно также измерить прибором МС-08 (рис. 13), имеющий три шкалы (10…1000, 1…100 и 0,1…10 Ом), работа которого основана на принципе одновременного измерения тока и напряжения магнитоэлектрическим логометром.

 

Рисунок 13.  — Упрощенная схема прибора МС-08:

- логометр;

- генератор;

- прерыватель тока;

- выпрямитель

 

Логометром называется показывающий прибор, измеряющий отношение двух электрических величин, в большинстве случаев отношение двух токов. Его применяют для измерения электрических и неэлектрических величин, независящих от тока (сопротивления, сдвига фаз, частоты, температуры, давления, перемещения в пространстве).

Отклонение стрелки большинства измерительных механизмов определяется током, который проходит через этот механизм и может зависеть от измеряемой величины. Например, в электротермометре ток зависит от сопротивления в цепи, так как в нее включен резистор, сопротивление которого изменяется с изменением измеряемой температуру. Но согласно закону Ома, ток также пропорционален напряжению. Следовательно, показание прибора будет зависеть не только от измеряемой величины x, а также и от напряжения источника электроэнергии, изменения которого будет вызывать соответствующие погрешности в показаниях прибора. Для устранения влияния напряжения при подобных измерениях широко применяются логометры.

Логометр может иметь измерительный механизм почти любой системы, но широкое распространение получили магнитоэлектрические логометры.

В логометре любой системы вращающей и противодействующей моменты создаются электромеханическими силами и в равной степени зависят от напряжения, поэтому изменение напряжения не изменяет отношения моментов, а, следовательно, не влияет и на показания прибора.

Логометр 1 имеет потенциальную токовую рамки, закрепленные под углом и находящиеся в поле постоянного магнита. Сила тока в потенциальной рамке, включенной параллельно заземлителю З, пропорциональна падению напряжения U_x на нем, а ток в рамке, включенной последовательно, пропорционален току I_x, текущему через заземлитель. Угол отклонения обеих рамок логометра в постоянном магнитном поле пропорционален отношению U_x/I_x, равному сопротивлению заземлителя. Прибор имеет генератор 2 постоянного тока с ручным приводом, прерыватель тока 3, выпрямитель 4 и переменный резистор R, служащий для увеличения сопротивления потенциальной цепи до 1000 Ом. На внешней панели прибора размещены клеммы I₁, E₁, E₂ и I₂. При вращении рукоятки генератора вырабатывается постоянный ток, который преобразуется прерывателем в переменный и через клемму I₂ и вспомогательный потенциальный стержень П сначала уходит в землю, а затем через испытуемый заземлитель З и клеммы I₁, E₁, соединенные перемычкой, возвращается в прерыватель и далее по токовой обмотке логометра - в генератор. Проходя в земле, переменный ток создает между заземлителем и стержнем П переменное падение напряжения, которое через клеммы E₁ и E₂ попадает на выпрямитель 4 а затем - на потенциальную рамку логометра.

Вспомогательные электроды П забиваются на определенных расстояниях в плотный грунт на глубину не менее 0,5 м прямыми ударами и без раскачки. Схема включения прибора МС - 08 определяется предполагаемым значением сопротивления заземлителя. Для измерения больших сопротивлений его устанавливают, как можно ближе к заземлителю и включают по схеме, рис. 14 а. Для измерения малых сопротивлений или в случае, если прибор невозможно установит вблизи заземлителя, снимают перемычку между клеммами I₁ и E₁, и включают прибор по схеме, рис. 14 б.

 

Рисунок 14.  — Схема измерения прибором МС - 08 больших (а) и

малых (б) сопротивлений:

- переключатель;

- переменное сопротивление

Далее производят компенсацию сопротивления потенциальной цепи, для чего переключатель 1 устанавливают в положение «Регулировка» и, вращая рукоятку генератора с частотой 120…135 об/мин, с помощью переменного сопротивления 2 добиваются совпадения стрелки прибора с красной чертой на его шкале. После этого переключатель переводят в положение «×1» и, продолжая вращать ручку генератора, снимают значения со шкалы 10…1000 Ом. Если отклонение стрелки при этом не значительное, переключатель переводят в положение «×0,1» (шкала 1…100 Ом) или «×0,01» (шкала 0,1…10 Ом). При этих переключениях стремятся к тому, чтобы стрелка отклонилась не менее чем на 2/3 шкалы, после чего, не прекращая вращения рукоятки генератора, снимают показание и умножают его на коэффициент используемой шкалы.

При измерении сопротивления заземления прибором МС - 08 отпадает надобность в сети переменного тока, что особенно важно при ремонтных и полевых работах. Кроме того, не требуется выполнения расчетов, т.е. измеряемое значение отсчитывается непосредственно по шкале. Недостатками прибора являются значительная масса (около 13 кг) и сравнительно высокая погрешность (до 12,5%).

Данные измерения сравниваются с требованиями ПУЭ. Если сопротивление меньше или равно значению, приведенному в ПУЭ, заземляющее устройство считается пригодным к эксплуатации.