Важнейшим мероприятием по обеспечению безопасности людей и защите электрооборудования при повреждениях изоляции, является измерение сопротивления заземляющих устройств. Данные работы проводятся на основании действующих Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок. Электрические характеристики измеряются на основании соответствующих нарядов или распоряжений. Подобные измерения представляют собой целый комплекс мероприятий, выполняемых в определенной последовательности.
Виды заземления
В электротехнике понятие заземления разделяется на два вида естественное и искусственное.
- Естественное заземление представлено токопроводящими конструкциями, постоянно находящимися в земле. К ним относятся водопроводные трубы и другие виды коммуникаций. Такими конструкциями нельзя пользоваться для заземления электроустановок, поскольку они обладают ненормированным сопротивлением. Для того чтобы гарантированно обеспечить безопасные условия, рекомендуется применять специальную систему уравнивания потенциалов. В соответствии с этой системой, все металлоконструкции соединяются с нулевым защитным проводником.
- Искусственное заземление выполняется в виде преднамеренного электрического соединения каких-либо точек электроустановок, оборудования или электрических сетей с заземляющим устройством. В состав заземляющего устройства входит заземлитель и заземляющий проводник, с помощью которого осуществляется соединение заземляемой части и заземлителя. Конструкции таких систем могут выполняться как в виде простых металлических стержней, так и в виде сложных комплексов, включающих специальные элементы и другие составные части.
Качество заземления полностью зависит от величины сопротивления, оказываемого растеканию тока через заземляющее устройство. Чем меньше это значение, тем выше качество заземления. Сопротивление можно снизить за счет увеличения площади заземляющих электродов и уменьшения удельного электрического сопротивления грунта. С этой целью увеличивается число электродов или глубина их залегания.
Со временем, под действием коррозии или в связи с изменениями удельного сопротивления грунта, параметры заземляющей системы могут значительно отклониться от первоначального значения. Именно поэтому требуется проведение периодических проверок в процессе эксплуатации. Неисправности могут долгое время никак не проявляться, вплоть до наступления опасной ситуации.
Виды заземляющих систем
Основой всех действующих систем заземления, применяемых в электроустановках напряжением до 1000 вольт, является система TN с глухозаземленной нейтралью источника питания. Она соединяется с открытыми проводящими частями электроустановок с помощью нулевых защитных проводников.
Система TN-C предполагает совмещение нулевых рабочего и защитного проводников в едином проводе на всем его протяжении. Она получила широкое распространение в старых жилых домах из-за своей простоты и экономичности. Однако систему TN-C не рекомендуется применять в новых постройках, поскольку аварийный обрыв PEN-провода может привести к появлению линейного напряжения на подключенных электроприборах. Из-за отсутствия отдельного заземляющего провода РЕ значительно снижается безопасность, поэтому довольно часто используется зануление. В этом случае короткое замыкание вызывает срабатывание автомата защиты.
Более современной и безопасной схемой заземления считается система TN-S с разделением нулевых рабочего и защитного проводников на всем их протяжении. Она используется в новых зданиях и успешно защищает людей и оборудование. Система TN-S более дорогостоящая, поскольку для прокладки в трехфазной сети требуются пятижильные провода, а в однофазной сети проводники с тремя жилами.
В системе TN-C-S защитный и рабочий нулевые проводники на каком-то определенном участке совмещаются в одном проводе. Она легко монтируется и широко применяется на различных объектах. Однако, если проводник PEN оборвется до точки разделения, то на подключенных электроприборах может появиться линейное напряжение.
Подготовительный этап
Измерение сопротивления заземляющих устройств производится в летний или зимний период, когда сопротивление грунта достигает максимального значения. Если испытываются вновь смонтированные установки, в этом случае результаты измеряемого сопротивления корректируются с помощью повышающего коэффициента, учитывающего степень высыхания или промерзания грунта.
При наличии в электроустановке небольшого количества оборудования, проверка сопротивления устройства заземления осуществляется непосредственно на корпус этого оборудования. Если же оборудование имеется в большом количестве, а заземляющая сеть достаточно разветвленная, выполняются раздельные измерения сопротивлений заземлителя и заземляющих проводников. Таким образом, проверяется металлическая связь контура заземления с корпусами электрооборудования. Данная процедура выполняется с использованием вспомогательного заземлителя, подключаемого совместно с испытываемым заземлителем к измерительному прибору.
Для того чтобы измерить падение напряжения на объекте испытаний, во время прохождения через него тока, в зоне с нулевым потенциалом размещается зонд. На точность измерений сопротивления влияет взаимное расположение основного и вспомогательного заземлителей и расстояние между ними.
На схемах отмечен специальный размер d, который в каждом случае будет следующим:
- Заземляющие сетки и заземлители, представляющие собой контур с вертикальными электродами. Размер d будет величиной самой большой диагонали.
- Заземлители, представляющие собой вертикальные электроды, объединенные горизонтальной полосой. Величина d будет длиной этой полосы.
- То же самое, когда заземлитель является одиночной горизонтальной полосой.
- Если же заземлители состоят из железобетонных фундаментов зданий или стальных полос, используемых для выравнивания потенциалов, то величиной d считается максимальный размер здания в плане.
Разнос электродов должен выбираться в таком направлении, чтобы они находились не ближе 10 метров от металлоконструкций, расположенных под землей. Если подземные коммуникации присутствуют в большом количестве, может возникнуть необходимость в проведении сразу нескольких измерений. При этом выбираются различные направления лучей и разные расстояния между зондами. После нескольких измерений, наиболее точным значением будет считаться самый плохой результат.
Забивание электродов осуществляется в грунт с естественной плотностью, на минимальную глубину 0,5 метра. В случае высокого удельного сопротивления грунта, места забивки вспомогательных заземлителей увлажняются водой, а также кислотным или солевым раствором.
Методы измерений
Замеры сопротивления заземлителей чаще всего производятся методом амперметра-вольтметра. Для непосредственного измерения выполняется сборка специальной электрической цепи с проверяемым заземлителем и вспомогательным токовым электродом. Схема дополняется потенциальным электродом, принимающим участие в замерах падения напряжения во время течения электрического тока по заземлителю. Потенциальный электрод располагается в той же зоне, что и нулевой потенциал на расстоянии, одинаковом от токового электрода и заземлителя.
Не менее эффективным методом считается измерение приборами. Наиболее широко используются модели МС-08, М-416, ИС3-2016, Ф4103. Наиболее подходящим примером служит прибор М-416. Его питание осуществляется тремя батарейками, по 1,5 вольта каждая. Суммарное напряжение составляет 4,5 В. После подготовки прибора, он размещается на горизонтальной ровной поверхности, после чего калибруется. Далее устанавливается положение КОНТРОЛЬ, стрелка должна находиться на нуле, красная кнопка должна удерживаться.
Для измерений используется трехзажимная схема. Забивание зонда и вспомогательного электрода в грунт производится на минимальную глубину 50 см, после чего к ним выполняется подключение проводов прибора в соответствии со схемой. Переключатель выставляется в положение Х1, далее нажимается кнопка и вращается ручка пока стрелка не дойдет до нуля. Полученный результат умножается на заранее выбранный множитель, что и дает итоговое значение.
Сопротивление заземляющих устройств можно измерять не только приборами, но и токовыми клещами. Применение этих устройств дает возможность не отключать заземляющее устройство и не использовать вспомогательные электроды. Таким образом, осуществляется оперативный контроль над состоянием заземления. В этом случае в качестве вторичной обмотки выступает заземляющий проводник. В головке клещей расположена первичная обмотка трансформатора, действие которой вызывает течение переменного тока во вторичной обмотке. Расчет значения сопротивления выполняется делением величины ЭДС во вторичной обмотке на ток, полученный в результате измерений клещами.
Рассматривая измерение сопротивления заземляющих устройств, следует коротко остановиться на замерах сопротивления грунта. Для этого чаще всего используется метод Веннера, основанный на прямой пропорциональной зависимости между электродами и глубиной, на которой наблюдается течение тока. Снижение сопротивления вызывает усиление коррозии, в связи с чем требуется специальная защита металлических конструкций, расположенных под землей.