Новосибирск 1988

УДК 621.316.935 (07)

Составитель Ю.И. Фадин

Рецензенты: М.Д. Горбатенков, А.Э. Каспер

Работа подготовлена на кафедре охраны труда

@ Новосибирский электротехнический институт, 1988 г.

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Цель работы

Ознакомиться c методами измерения параметров заземления, применяемыми в реальных условиях.

Общие сведения

Для защиты человека от поражения электрическим током, а также для обеспечения нормальной работы электрических сетей, применяют заземление. Различают рабочее и защитное заземление [1,2].

Рабочее заземление предназначено для ограничения перенапряжений в сетях для обеспечения действий релейной защиты и т.д. Сюда относятся: заземление нейтралей трансформаторов в установках 110 кВ и выше, заземление нейтралей генераторов, заземление разрядников и т.п.

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление предназначено для снижения напряжения прикосновения при пробое фазы на металлические нетоковедущие части до допустимой величины [1,2] .

Под заземляющим устройством подразумевают совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называется металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственом соприкосновении с землей; заземляющие проводники - это металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановок с заземлителем.

По расположению заземлителей относительно заземляемых корпусов заземления делятся на выносные и контурные. При выносном заземлении заземлители располагаются на некотором удалении от заземленного оборудования (рис. 1, а), при контурном - заземлители располагаются по контуру вокруг заземляемого оборудования (рис. 1, б) на расстоянии нескольких метров друг от друга.

В качестве искусственных заземлителей (электродов заземления) применяют угловую сталь 50х5О мм (или близкую по размеру), стальные трубы диаметром 30-60 мм. Последние годы настоятельно рекомендовано применять прутковую сталь (как наименее дешевую и дефицитную по сравнению с трубами и уголками) диаметром 12-16 мм и длиной до 5 м.

а б

Рис. 1. Заземление (вид в плане): а - выносное; б - контурное; 1 - наружный контур; 2 - внутренний контур; 3 - электроды заземления; 4 - корпуса двигателей; 5 - корпус здания.

Электроды заземления погружаются в грунт вертикально в специально подготовленную траншею (рис. 2). Трубы и уголковую сталь обычно забивают, а прутковую сталь закручивают в грунт с помощью специальных приспособлений.

Вертикальные электроды заземления 3, соединенные между собой при помощи сварки стальной полосой (шиной) сечения 25x4 или 40х4 мм², образуют внешний (наружный) контур заземления I (рис. 1). Внутри здания обычно по периметру прокладывается стальной шиной внутренний контур (магистраль) заземления 2 (рис. 1). Наружный контур заземления соединяется с внутренним не менее, чем в двух местах (рис. 1). Подлежащее заземлению оборудование 4 подсоединяется непосредственно к внутреннему контуру заземления.

В процессе проектирования, монтажа и эксплуатации заземления возникает необходимость измерять параметры заземления. Так, например, проектировщикам необходимо знать точное значение удельного сопротивления грунта ( ) в тех местах, где будет монтироваться заземление. После монтажа, а также в процессе эксплуатации необходимо регулярно измерять величину сопротивления заземления, от которой зависит безопасность обслуживающего и технологического персонала, и которая регламентируется Правилами устройств электроустановок. Кроме того, в процессе эксплуатации регулярно измеряется сопротивление заземляющих проводников. Знакомству с методами измерений и применяемыми при этом приборами посвящена настоящая работа.

Задание

В лабораторной работе предлагается выполнить следующее:

1) измерить удельное сопротивление грунта методом четырех электродов (для трех видов грунта); и методом контрольного электрода (для одного вида грунта);

2) определить численные значения сопротивления заземляющих устройств (одиночного электрода и контура заземления) методом амперметра-вольтметра; и с помощью прибора М-416;

3) измерить сопротивление заземляющей проводки с помощью прибора М-416.

Краткое описание лабораторной установки

Передняя панель лабораторной установки показана на рис. 3. Удельное сопротивление методом четырех электродов замеряется с помощью электродов . Переключателем S₁ устанавливается вид грунта (глина, глинозем, песок). Удельное сопротивление грунта методом контрольного электрода замеряют с помощью электродов R_з, R₅, R_ВСП.

При определении численных значений сопротивлений заземляющих устройств используются сопротивления RX (контурное заземление подстанции) и RX1 - заземление опоры ЛЭП (условно представлено одиночным заземлителем). При этих измерениях используются дополнительные электроды RЗ и RВСП. При определении сопротивления заземляющих устройств методом амперметра-вольтметра используется понижающий трансформатор 220/12 В. Напряжение на трансформатор от сети подается включением выключателя Q. При этом загорается световое табло HL. Напряжение 12 В снимается с клемм XS1. При этом величина тока в цепи 12 В регулируется ступенчатым реостатом RP с помощью переключателя S2 (рис. 3).

Для измерения сопротивления заземляющей проводки используется схема, изображенная в центральной части передней панели стенда (рис. 3). Три электроприёмника (ЭП1-ЭПЗ) подключены и сети, а корпуса их соединены с заземлителем R_З. Переключателем S3 преподаватель устанавливает предельные значения сопротивлений заземляющих устройств.

УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Измеритель заземлений М-416 необходимо отрегулировать перед началом измерений. Для этого клеммы прибора 1-2 и 3-4 попарно перемыкаются. Переключатель прибора устанавливается в положение "Контроль 5 ", нажимается красная кнопка и вращением ручки "Реохорд" добиваются установки стрелки индикатора на нулевую отметку. На шкале реохорда при этом должно быть показание 5±0,3 Ом.

Независимо от выбранной схемы измерения проводятся в следующей последовательности:

1. Переключатель прибора устанавливается в положение "XI".

2. Нажимается кнопка и вращением ручки "Реохорд" добиваются максимального приближения стрелки индикатора к нулю.

3. Результат измерения равен произведению показателя шкалы реохорда на множитель. Если измеряемое сопротивление больше 10 Ом, переключатель устанавливается в положение "Х5","Х20", "Х100", и повторяется операция по п. 2.

1. Измерение удельного сопротивления грунта

1.1. Метод четырех электродов

Для измерений используется четырехэлектродная схема (рис. 4, а). Если, пользуясь измерителем заземлений М-416 или другим подобным, пропускать ток через крайние электроды, то между средними появится разность потенциалов U. Значение U в однородном грунте (слое) прямо пропорционально удельному сопротивлению и току I и обратно пропорционально расстоянию между электродами

(1)

отсюда , (2)

где R - показания прибора; м - расстояние между электродами.

Замеры выполняются предварительно отрегулированным (как указано выше) измерителем заземлении по схеме (рис. 4,а) для трех видов грунта (переключатель S1). Измеренное прибором М-416 сопротивление R подставляется в формулу (2) и рассчитывается удельное сопротивление грунта , которое заносится в таблицу 1.

1.2. Метод контрольного электрода

Измерения ведут с помощью прибора М-416 по схеме рис. 4, б. При этом способе измерений в грунт забивают контрольный электрод таких же размеров (длина, сечение), которые предполагаются у электродов заземления. Забивают еще два электрода R_З (зонд) и Rвсп (вспомогательный). Удельное сопротивление грунта рассчитывается из (I).

(3)

где l – длина электрода, м; t - расстояние от поверхности земли до середины электрода, м (рис. 2); d - диаметр электрода, м.

Из выражения (3) можно подсчитать

(4)

Замерив по схеме рис. 4,б сопротивление R и приняв l = 5м; t = 3 м; d = 0,012 м и подставив указанные значения в выражение (4), получим простую формулу для определения удельного сопротивления грунта

Измерения выполняются для одного вида грунта (песка) по схеме рис. 4, б. Для измерений используется электрод R₅. Данные замеров заносятся в табл. 1.

2. Определение численных значений сопротивлений заземления (одиночного электрода и контура заземлений)

2.1. Метод амперметра-вольтметра

При данном методе на испытуемом заземлителе (R_X1) или контуре заземления (R_X) измеряют падение напряжения при пропускании через него тока I (рис. 5). Сопротивление заземлителя (контура заземления)

(5)

где U и I - соответственно показания вольтметра и амперметра.

Помимо испытуемого заземлителя необходимо иметь еще два электрода: вспомогательный (токовый) R_ВСП и зонд (потенциальный) R_З.

Назначение вспомогательного электрода - создание цепи для измерительного тока через этот электрод и испытуемый заземлитель. Назначение зонда - получение в схеме точки с нулевым потенциалом, т.е. точки, в которой ток растекания практически отсутствует. Для измерения нужно иметь ток в несколько десятков ампер, чтобы получить достаточную для измерений величину напряжения и исключить влияние блуждающих токов. При проведении натурных измерений взаимное расположение испытуемого заземлителя и вспомогательных электродов и минимальное расстояние между ними должны быть такими, как это показано на рис. 6. Измерение сопротивления заземления выполняется для опоры ЛЭП (условно представлено одиночным заземлителем R_X1) и контура трансформаторной подстанции (R_X) по схеме рис. 5. При этом напряжение 12 В снимается с клемм XS1. Для регулирования величины тока в цепи обмотки 12 В используется ступенчатый реостат RP с переключателем S2 (рис. 3). Подача напряжения на первичную обмотку трансформатора осуществляется автоматом Q. При этом загорается световое табло HL. Собранную схему по рис. 5 следует показать преподавателю, произвести измерения и вычисления по формуле (5) и данные занести в табл. 2.

2.2. Измерение сопротивлений заземления с помощью

Измерения проводятся для одиночного электрода (R_X1) и контура заземления подстанции (R_X) по схеме рис. 4, б. При этих измерениях используются два вспомогательных электрода (R_З и R_ВСП). Данные замеров заносятся в табл. 2.

3. Измерение сопротивления заземляющей проводки

Заземляющая проводка, соединяющая заземляемое оборудование о заземлителем, сопротивление (до 0,2 Ом) и в ней не должно быть обрывов.

Для измерения сопротивления заземляющей проводки, определения обрыва в ней, а также для обнаружения аварийного напряжения на оборудовании применяется омметр М372. При отсутствии прибора М-372 замеры выполняются измерителем заземлений М-416. На рис. 7, а показана схема измерения сопротивления заземляющей проводки с учетом погрешности, вносимой измерительными проводами (клеммы 1-2 и 3-4 измерителя заземлений при этом попарно замыкаются между собой). На рис. 7, б показана схема без учета погрешности, вносимой соединительными проводами. Результаты замера заносятся в табл. 3.

ФОРМА ОТЧЕТА

Результаты измерений оформить в виде отчета, который должен содержать следующие разделы:

1) цель работы;

2) необходимые схемы измерений;

3) результаты измерений (заносятся в табл. 1-3);

4) выводы по работе.

Таблица 1

ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ГРУНТА

Метод четырех электродов	Метод контрольного электрода
Наименование грунта	Измеренное сопротивление, Ом	Удельное сопротивление, Ом м	Наименование грунта	измеренное сопротивление, Ом	Удельное сопротивление Ом м
Песок Глинозём Глина			Песок

Таблица 2

ВЕЛИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Таблица 3

ВЕЛИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИИ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ ПРОВОДНИКОВ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классификация заземлений по назначению.

2. Назначение, устройство и принцип действия защитного заземления.

3. Электроды заземления. Их назначение, габариты.

4. С какой целью измеряется удельное сопротивление грунта?

5. Назначение измерения заземляющей проводки.

6.Методы, приборы и схемы измерений параметров заземления?

Список литературы

1. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергия, 1984. - 407 c.

2. Князевский Б.А. Охрана труда в электроустановках. - М.: Эвергоатомиздат, 1983. - 336 с.

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Составитель Ю.И.Фадин

Редактор Н.Ф.Фабричная

Техн. редактор Л.В.Андрианова

Корректор Л.Н.Ветчакова