Что такое сопротивление заземления

[samsony1]

Что такое сопротивление заземления

Заземляющее устройство обладает сопротивлением. Сопротивление заземления состоит из сопротивления, которое оказывает земля проходящему току (сопротивление растеканию), сопротивления заземляющих проводов и сопротивления самого заземлителя.

Сопротивления заземляющих проводов и заземлителя обычно бывают малыми по сравнению с сопротивлением растеканию и ими во многих случаях можно пренебречь, считая сопротивление заземления равным сопротивлению растекания.

Величина сопротивления заземления не должна повышаться более некоторой определенной для каждой установки величины, так как в противном случае обслуживание установки может сделаться небезопасным или сама установка может оказаться в условиях, на работу при которых она не рассчитана.

Все электрооборудование и электроника создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления - 0,5, 1, 2, 4,8, 10, 15, 30 и 60 Ом.

1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2 - 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380. 220 и 127 В источника однофазного тока.

Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. (ПУЭ)

1.7.103. Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.

1.8.39. ... Значения сопротивления заземляющих устройств с подсоединенными естественными заземлителями должны удовлетворять значениям, приведенным в соответствующих главах настоящих Правил и таблице 1.8.38.

2.4.46. В населенной местности с одно- и двухэтажной застройкой ВЛ должны иметь заземляющие устройства, предназначенные для защиты от атмосферных перенапряжений. Сопротивления этих заземляющих устройств должны быть не более 30 Ом, а расстояния между ними должны быть не более 200 м для районов с числом грозовых часов в году до 40, 100 м - для районов с числом грозовых часов в году более 40.

Сопротивление заземления может сильно меняться от различных причин, как, например, от состояния погоды (дождь или сухая погода), времени года и т. д. Поэтому важно периодически измерять величину сопротивления заземления.

Если к двум электродам (одиночным трубам), расположенным в земле на большом расстоянии (несколько десятков метров), приложить напряжение U, то через электроды и землю пойдет ток I (рис. 1).



Рис. 1. Распределение потенциалов между двумя электродами на поверхности земли: а — схема для нахождения распределения потенциалов; б — кривая падения напряжения; в — схема прохождения токов.

Если первый электрод (А) соединить с одним зажимом электростатического вольтметра, а второй зажим его при помощи железного стержня — зонда соединять с землей в разных точках, расположенных на прямой, соединяющей электроды, то можно получить кривую падения напряжения сто линии, соединяющей электроды. Такая кривая дана на рис. 1,б.

Из кривой видно, что вблизи первого электрода напряжение сначала растет быстро, затем медленнее и далее остается неизменным. При приближении ко второму электроду (В) напряжение начинает нарастать сначала медленно, а затем быстрее.

Такое распределение напряжения объясняется тем, что линии тока от первого электрода расходятся в разные стороны (рис. 1), ток растекается и, следовательно, по мере удаления от первого электрода ток проходит через все возрастающие сечения земли. Иначе говоря, по мере удаления от первого электрода плотность тока уменьшается, достигая на некотором расстоянии от него (для одиночной трубы на расстоянии около 20 м) настолько малых значений, что ее можно считать равной нулю.

Вследствие этого на единицу длины пути тока земля оказывает току неодинаковое сопротивление: большее — вблизи электрода и все меньшее — по мере удаления от него. Это и приводит к тому, что падение напряжения на единицу пути по мере удаления от электрода уменьшается, достигая нулевого значения при удалении от одиночной трубы на расстояние, большее 20 м.

По мере же приближения ко второму электроду линии тока сходятся, поэтому увеличиваются сопротивление и падение напряжения на единицу пути тока.

На основании сказанного под сопротивлением растеканию первого электрода мы и будем понимать то сопротивление, которое встречает на своем пути так во всем прилегающем к электроду слое земли (в зоне растекания тока), на котором наблюдается падение напряжения.

Следовательно, величина сопротивления первого заземления

rа = Uад/I

Если на прилегающем ко второму электроду слое земли будет напряжение Uвг то сопротивление второго заземления

rв = Uвг/I

Точки поверхности земли в зоне, в которой не наблюдается падения напряжения (зона ДГ, рис. 1), принято считать точками нулевого потенциалаа.

При этом условии потенциал φх любой точки х в зоне растекания тока будет численно равен напряжению между этой точкой и точкой нулевого потенциала, например точкой Д:

UхД = φх - φд = φх - 0 = φх

Согласно сказанному потенциалы электродов А и В, называемые полными потенциалами, равны:

φа = UаД и φв = UвГ


Измерение сопротивления заземлений можно производить различными методами:

 - методом амперметра и вольтметра;
 - методом непосредственного отсчета при помощи специальных логометров;
 - методом компенсации;
 - мостовыми методами (одинарными мостами).

Во всех случаях измерений сопротивления заземления необходимо применять переменный ток, так как при применении постоянного тока в месте соприкосновения заземлителя с сырой землей будут возникать явления поляризации, которые сильно искажают результат измерения.

источник - здесь

[samsony1]

Когда идёт речь о вопросах безопасности людей предпочтительнее использовать методики измерений, хорошо зарекомендовавшие себя на протяжении десятилетий.
Применительно к заземлению таким методом является измерение сопротивления с помощью комбинации амперметра и вольтметра (ссылка - ГОСТ Р 50571.16-2019). Иногда такой метод называют «трёхпроводным» (или «трёхзажимным»). Существует и более точная его модификация, именуемая «четырёхпроводным» («четырёхзажимным») методом. Как правило, оба метода могут быть реализованы в одном измерительном приборе.



При проведении измерений данным методом заземление отключается от электроустановки. На расстоянии не менее 20 м от исследуемого заземления в землю вкапывается потенциальный штырь. На расстоянии не менее 40 м от исследуемого заземления вкапывают токовый штырь. Штыри и заземление должны быть расположены на одной линии. Конкретные рекомендации по расстояниям между заземлением и штырями могут отличаться в зависимости от типа заземления и модели применяемой измерительной аппаратуры. Как правило, такие рекомендации указываются в инструкции к измерительной установке.

На контур, образованный исследуемым заземлением, токовым штырем и амперметром, через трансформатор передается переменный ток. В современных приборах это обычно не синусоида с частотой 50 Гц, а меандр с частотой порядка 100 — 200 Гц. Тем самым проверяется работоспособность заземления на гармониках высшего порядка и удается частично сократить влияние помех. При помощи вольтметра измеряется напряжение между заземлением и потенциальным штырем. Далее на основе закона Ома вычисляется сопротивление заземления по формуле:

R = U/I,
где U – напряжение между заземлением и потенциальным штырем, а I – сила тока в контуре, образованном заземлением, токовым штырем, трансформатором и амперметром.

Общая проблема классических методов измерения сопротивления заземления - влияние блуждающих токов в почве.

источник - здесь

[samsony1]

Метод амперметра-вольтметра на практике имеет две разновидности: трёхпроводный и четырёхпроводный методы, о которых и пойдет далее речь.

Трёхпроводный метод
Обозначим клеммы для измерения напряжения как П1 и П2, а клеммы для измерения тока — как T1 и T2. В реально существующих измерительных приборах эти клеммы могут иметь иные обозначения.



При трёхпроводном методе клеммы П1 и T1 соединяются перемычкой и подключаются одним проводом к исследуемому заземлению. Клемма П2 соединяется проводом с потенциальным штырем, а клемма П1 — с токовым штырем.

Преимуществом трёхпроводного метода является меньшее количество проводов. Недостатком — сильное влияние сопротивления провода, идущего к заземлению, на результаты измерения. Поэтому, обычно, трёхпроводный метод применяется для измерения сопротивления заземления, значение которого заведомо выше 5 Ом.

источник - здесь

[samsony1]

Четырёхпроводный метод
Когда к точности измерений предъявляются более высокие требования, используется четырёхпроводный метод. При нем к исследуемому заземлению идут раздельные провода от клемм П1 и T1, которые соединяются только непосредственно на клеммах заземления.



Через провод, который идет к T1, течет ток. Образующаяся при этом разность напряжений на концах провода вносит погрешность в измерения, характерные для трёхпроводного метода. Но при четырёхпроводном методе точка измерения напряжения (на клеммах заземления) соединена с измерительным прибором отдельным проводом. По этому проводу течет пренебрежимо малый ток (не более единиц миллиампер), так что его сопротивление практически не вносит погрешности в измерения.

источник - здесь

[samsony1]

Повышение точности измерений
Классический способ измерения сопротивления заземления чувствителен к неравномерности свойств почвы в разных местах. Поэтому для повышения точности измерения рекомендуется несколько раз поменять расположение потенциального штыря с шагом, примерно равным 10% от его номинального расстояния до заземления. Разброс измеренных значений не должен быть больше 5%. Если он больше, то расстояние между исследуемым заземлением и штырями увеличивают в 1,5 раза или меняют направление линии, по которой расставлены штыри.

источник - здесь

[samsony1]

Выбор измерителя сопротивления заземления
До сих пор в литературе для классического метода измерения сопротивления рекомендуются приборы еще советской разработки. Но они уже не соответствуют современным реалиям, ведь электрооборудования в наших домах с тех пор стало намного больше. Появились новые устройства (например, базовые станции мобильной связи), предъявляющие особые требования к заземлению. Поэтому есть смысл обратиться к продукции ведущих мировых брендов. Но и здесь не все так просто — цены зачастую «кусаются», да и могут быть расхождения в отечественных и зарубежных нормах.

Оптимальным вариантом представляется измерительная аппаратура, выпущенная в Китае на основе самых современных технологий, но по спецификациям и под локальным брендом российской компании. Например, ЖГ-4300 (аббревиатура расшифровывается как «Железный Гарри»). Это устройство позволяет измерять сопротивление заземления в пределах от 0,05 Ом до 20,9 кОм. Доступно измерение по двух- трёх- и четырёхпроводному методам. Напряжение на клеммах не превышает 10 В, что позволяет проводить измерения с высоким уровнем электробезопасности. Прибор не просто соответствует российским нормам, он включен в Государственный реестр средств измерений. При этом цена раза в 3 ниже, чем у аналогов от известных зарубежных брендов.

источник - здесь

[samsony1]

В цифровую эпоху классический метод вольтметра-амперметра является основным для измерения сопротивления заземлений. Накоплен большой опыт его применения, поэтому его можно считать надежным. Цифровые технологии позволяют мгновенно вычислить значение сопротивления и сразу увидеть результат на дисплее измерительного прибора. Кроме этого, с помощью современных технологий удается в значительной степени подавлять помехи при измерениях. Благодаря этому точность измерений может быть доведена до 1 — 2%, что позволяет классическим методам успешно конкурировать с методами, основанными на использовании токовых клещей, погрешность у которых заметно выше.