Лабораторная работа № 2 Измерение величины сопротивления контура защитного заземления, переходного сопротивления и удельного сопротивления грунта

(2 часа)

Цель работы

Изучение устройств заземлений. Измерение электрических параметров заземлителей, устройство приборов МС-08, М-416. Эксплуатация заземляющих устройств: виды и периодичность проверок состояния заземляющих устройств. Ознакомление с технической документацией на заземляющие устройства.

Оборудование и приборы

1) приборы МС-08, М-416;

2) заземляющие электроды.

Общие сведения

Нормальная и безопасная эксплуатация электроустановок зависит от правильного выполнения заземляющих устройств, своевременного их испытания и ремонта. Заземляющие устройства электроустановок до 1000 В и выше предназначены для защиты от поражения напряжением людей и животных в случае их прикосновения к корпусу электроустановки или к другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. Для заземлений электроустановок различных назначений и различных напряжений применяется одно общее заземляющее устройство, при этом общее заземляющее устройство должно удовлетворять требованиям, предъявляемым к тому из заземлений, которое должно иметь меньшее сопротивление. В качестве искусственных заземлителей применяют вертикально погруженные в землю стальные трубы, угловую сталь, металлические стержни, горизонтально проложенные в земле стальные полосы, круглую сталь. Наименьшие размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников приведены в таблице 1.

Таблица 1. Наименьшие размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников

№	Наименование	Способ прокладки
		в зданиях	в наружных установках	в земле
1	Сталь круглая, мм	5	6	10
2	Сталь прямоугольная: сечением, мм толщиной, мм	24 3	48 4	48 4
3	Угловая сталь: толщиной полок, мм	2	2,5	4
4	Стальные газопроводные трубы: толшиной стенок, мм	2,5	2,5	3,5
5	Стальные тонкостенные трубы: толщиной стенок, мм	1,5	не допускается

Расположенные в земле заземлители и заземляющие проводники не должны иметь окраски. Отрезки труб или уголков, применяемые в качестве электродов заземлителей, должны иметь длину не менее 2,5 – 3 м, при такой длине электродов уменьшается влияние промерзания грунта. Заземлители располагаются в земле на глубине не менее 0,5 – 0,8 м, что позволяет снизить сопротивление растеканию заземлителей до 5%, а также уменьшить колебания величины сопротивления заземлителей, связанных и с изменениями внешней температуры. Срок службы заземлителей не более 25 лет, а в химически агрессивном грунте 10 – 15 лет.

Эксплуатация заземляющих устройств

Заземляющие устройства электроустановок в процессе эксплуатации должны находиться под постоянным наблюдением и периодически подвергаться специальным испытаниям. Наблюдение за состоянием заземляющих устройств осуществляет персонал, обслуживающий электроустановку. При внешних осмотрах проверяется вся открытая часть заземляющей проводки, доступная для визуального наблюдения. Проверяющий осматривает целостность заземляющих проводников и шин заземляющих магистралей, сварных соединений. При плановых осмотрах заземляющих устройств обязательно должна проверяться механическая прочность болтовых и сварных соединений, а так же качество контактных соединений и целость заземляющих проводников. Механическая прочность болтовых и сварных соединений, открыто проложенных заземляющих проводников проверяется простукиванием. Качество и целость заземляющих проводников проверяется путём измерения сопротивления постоянному току.

Объемы и периодичность испытания заземляющих устройств

Испытания заземляющих устройств производятся при их приемке после монтажа, через год после включения в эксплуатацию и периодически в процессе их эксплуатации.

При приемке вновь смонтированных заземляющих устройств испытания должны производиться в следующем объеме:

Состояние элементов заземляющего устройства, находящегося в земле, проверяется путем выборочного их осмотра со вскрытием грунта, остальных элементов – в пределах доступности осмотру.

Проверяется наличие цепи между заземлителями и заземленными элементами. При наличии неудовлетворительных контактов заземляющее устройство бракуется.

Измеряется величина сопротивления контура защитного заземления, которая должна соответствовать нормированной величине, приведенной в таблице 2.

Проверяется соответствие сечений заземляющих проводников и сравнивается с нормированными значениями, приведенными в таблице 1.

В процессе эксплуатации электроустановок устанавливается следующая периодичность замера величины сопротивления контура защитного заземления:

– измерение сопротивлений заземляющих устройств электростанций, подстанций и ЛЭП производится после ремонта этих устройств. Кроме того, измерение сопротивлений заземляющих устройств в установках 35 кВ и ниже производится: на подстанциях воздушных распределительных сетей не реже 1 раза в 10 лет; на ВЛ у опор с разъединителями, защитными промежутками, трубчатыми и вентильными разрядниками, а также у опор с повторными заземлителями нулевых проводов – не реже 1 раза в 5 лет; выборочно у 2% железобетонных и металлических опор в населенной местности, на участках ВЛ с наиболее агрессивными, оползневыми, выдуваемыми или плохо проводящими грунтами – не реже 1 раза в 10 лет.

При неудовлетворительных результатах выборочных измерений на ВЛ измерения повторяются на соседних опорах до получения нормированных значений;

– выборочное вскрытие грунта для осмотра элементов заземляющих устройств электростанций, подстанций проводится не реже 1 раза в 10 лет. На ВЛ осмотр со вскрытием грунта проводится у 2% от общего числа опор с заземлителями – не реже 1 раза в 10 лет. Для заземляющих устройств подстанций, а также заземлителей опор ВЛ, подверженных интенсивной коррозии, устанавливается более частая периодичность испытаний и осмотров со вскрытием грунта;

– проверка соединений между заземлителями и заземленными элементами – при капитальных ремонтах оборудования, если при этом отсоединились заземляющие проводники или произведена реконструкция части заземляющего устройства;

– измерение сопротивления заземляющих устройств опор с трубчатыми разрядниками и защитными промежутками на ВЛ не реже 1 раза в 10 лет;

– измерение удельного сопротивления грунта производится в первый год эксплуатации электроустановок, для опор ВЛ такие измерения производятся, если сопротивление заземляющего устройства опоры превышает 15 Ом;

– проверка наличия цепи между заземлителями и заземленными элементами 1 раз в год;

– внеплановые измерения величины сопротивления заземляющих устройств производятся после их капитального ремонта;

– эксплуатационные измерения величины сопротивления заземляющих устройств, удельного сопротивления грунта должна производиться в периоды наименьшей проводимости почвы;

– после производства ремонта заземляющего устройства необходима проверка наличия цепи между заземлителем и заземлённым оборудованием.

Документация заземляющих устройств

На каждое заземляющее устройство, находящееся в эксплуатации, должен быть составлен паспорт, содержащий:

– схему внешней части заземления с указанием места расположения электродов заземлителя и трассы заземляющего проводника, соединяющего внешний контур заземления с внутренней сетью заземления. Место ввода заземляющего проводника должно быть обозначено на плане. Все расстояния, обозначенные на плане, должны быть привязаны к стабильным ориентирам;

– схему внутреннего контура заземления с указанием:

а) всех сечений заземляющих проводников;

б) расстановку опорных конструкций;

в) мест переходов заземляющих проводников через стены и перекрытия;

г) мест соединения заземляющих проводников бытовыми или сварочными соединениями;

д) мест и способов присоединения заземляющих проводников к аппаратам и конструкциям электроустановок;

– основные технические данные с указанием размеров и глубины погружения электродов, сечения соединительных шин, местонахождения сварочных стыков на заземляющем проводнике и глубины его заложения;

– данные о производственных испытаниях заземляющего устройства. Эти данные могут быть оформлены в виде протоколов испытаний и измерений, содержащих сведения о полученных результатах измерений и заключения о пригодности или отбраковки заземляющего устройства;

– сведения о производственных ремонтах: указывается характер и объём ремонта, причина и дата;

– сведения об изменениях, внесённых в заземляющее устройство: замена сечений заземляющих магистралей, трассы, создание дополнительных очагов заземлителей.

Ход работы

Схемы и методы испытаний заземляющих устройств.

Для измерения величины сопротивления заземляющих устройств применяются приборы МС-08, М-416.

Для измерения собираются схемы по рисункам 1 и 2.

Рис. 1. Схема измерения сопротивления заземления прибором МС-08

Участок заземляющего проводника к которому присоединяется соединительный провод прибора МС-08 или М-416 должен быть очищен для уменьшения переходного сопротивления, что может внести значительную погрешность в измеряемую величину. Значение сопротивлений соединительных проводов необходимо минусовать от общего показания замеров. Соединительные провода к токовому и вспомогательному заземлителю, а также к замеряемому контуру должны присоединяться специальными зажимами.

Рис. 2. Принципиальная схема включения измерителя заземления МС-08

Перед началом замера при использовании прибора МС-08 необходимо переключатель "Регулировка измерения" установить в положение "регулировка" и вращением ручки генератора и регулировкой вращающего реостата стрелку прибора установить по красной отметке шкалы. Нельзя вращать ручку генератора при положении переключателя "регулировка" и при отсоединенных проводах к вспомогательному электроду и зонду. Если при повороте головки реостата стрелку на красную отметку установить не удается, необходимо принять меры к уменьшению сопротивлений зонда. Сопротивление потенциального электрода должно быть не более 1000 Ом, так как при большем сопротивлении потенциального электрода погрешность измерения увеличивается сверх гарантированной. Для того, чтобы погрешность измерения была в пределах паспортной ±10%, сопротивление токового электрода не должно быть больше 250 Ом для первого предела измерения (0 – 10 Ом); 500 Ом – для второго (0 – 100 Ом) и 1000 Ом для третьего (0 –1000 Ом).

Несоответствие сопротивления токового электрода принятому пределу измерения можно заметить по неуверенному поведению стрелки на этом пределе. Если такое явление возникло, желательно измерить сопротивление токового электрода и принять меры для уменьшения сопротивления. Для измерения сопротивления токового электрода достаточно поменять местами провода, присоединенные к зажимам.

Если сопротивление испытываемого заземляющего устройства менее 0,5 Ом и по местным условиям измерительные приборы невозможно приблизить к нему, то сопротивление соединительного провода в этом случае может внести значительную погрешность в производимые измерения. Чтобы исключить влияние соединительных проводов, необходимо в этих случаях снимать глухую перемычку между зажимами и прибора и соединить эти зажимы с испытываемым заземляющим устройством отдельными проводами. Токовый и потенциальный электроды могут быть выполнены в виде стального стержня диаметром не менее 10 мм и забиваются в грунт на глубину не менее 0,5 м.

До начала измерений измеритель заземления располагают в непосредственной близости к испытываемому заземлителю, устанавливают его горизонтально на твердом основании и присоединяют к зажимам и , соединенные перемычкой. К зажиму присоединяют токовый электрод, а к зажиму – потенциальный электрод.

После замера сопротивления переключатель переставляют в положение "измерение х1", т.е., на предел 1000 Ом и производят замер, вращая ручку генератора со скоростью около 130 об/мин, при незначительном отклонении стрелки прибора последовательно переходят на шкалу 100 Ом (х0,1) или на шкалу 10 Ом (хО,01). Отсчет производят по шкале с учетом выбранного коэффициента измерения.

При использовании прибора М-416 собирается аналогичная схема (см. рис.1 и рис. 2). Основная погрешность прибора не превышает +5% от измеряемой величины при сопротивлениях вспомогательного заземлителя и зонда не более 500 Ом в диапазоне 0,1–10 Ом; 1000 Ом в диапазоне 0,5–50 Ом; 2500 Ом в диапазоне 2–200 Ом; 5000 Ом в диапазоне 10–1000 Ом. Измерения проводятся в следующей последовательности:

Переключатель В1 ставится в положение "xl".

Нажимая кнопку и вращая ручку "РЕОХОРД", добиваются максимального приближения стрелки индикатора к нулю.

Результат измерения равен произведению показания шкалы реохорда на множитель. Если измеряемое сопротивление окажется больше 10 Ом, переключатель устанавливается в положение х5; х20; х100 и повторяется операция 2.

Измерение удельного сопротивления грунта

Существуют два способа измерения удельного сопротивления грунта.

Первый способ. В грунт забивают стальную трубу известного диаметра и длины. В месте забивки электрода растительный слой должен быть удалён. Вспомогательный заземлитель и зонд располагают согласно рисунка 2. Измеряют сопротивление растеканию основного стержня, забитого в месте определения удельного сопротивления грунта. Электрод забивают на заданную глубину, обычно глубже зоны промерзания грунта в данной области (1,8–2,5м).

Удельное сопротивление грунта на глубине забивки электрода подсчитывают по формуле:

где – измеренное сопротивление, Ом;

– глубина забивки трубы, см;

– диаметр трубы, см.

Второй способ. На испытуемом участке забивают в землю по прямой линии четыре стержня на расстоянии друг от друга «а» (рисунок 3). Глубина забивки стержней не должна быть более 1/20 расстояния «а». Зажимы измерителя заземления подсоединяют к крайним стержням, а зажимы к соответствующим внутренним стержням (перемычка между зажимами размыкается). Производят измерение, причём предварительно при положении переключателя «регулировка» стрелку устанавливают на красную отметку шкалы прибора, который показывает в этом случае сопротивление в Ом между двумя внутренними стержнями.

Рис. 3. Принципиальная схема соединения при измерении удельного сопротивления грунта

Удельное сопротивление грунта подсчитывается по формуле:

где – показание измерителя заземления, Ом;

– расстояние между стержнями, см.

Приближённо можно считать, что при этом способе замера получается среднее удельное сопротивление грунта на глубине равной расстоянию между забитыми стержнями «а».

Удельное сопротивление грунта существенно зависит от структуры грунта, содержания влаги и солей. Температура и влажность также влияют на состояние верхних слоёв почвы, поэтому при замере удельного сопротивления грунта необходимо выбрать такой период года, когда удельная проводимость почвы была бы наименьшей. Измеренные значения удельного сопротивления грунта необходимо сравнить с опытными данными, приведенными в таблице 2.

Таблица 2. Значения удельного сопротивления грунта

№	Вид грунта	Удельное сопротивление грунта,
		При влажности 10÷20%	Предельное значение удельного сопротивления грунта
1	песок	7	4–7
2	супесь	3	1,5–4
3	суглинок	1	0,4–1,5
4	глина	0,4	0,08–0,7
5	чернозём	2	0,096–5,3
6	речная вода	–	10
7	торф	–	0,2
8	гравий	–	0,7

Контрольные вопросы

1. Какие защитные функции выполняют заземляющие устройства?

2. Требования, предъявляемые к заземляющим устройствам?

3. Каким методом измеряют электрические параметры земли?

4. Объяснить методы измерений электрических параметров заземлителей.

5. Какие требования предъявляются к эксплуатации заземляющих устройств?

6. Какие предельные допустимые величины сопротивлений заземляющих устройств электроустановок?

Содержание отчета

1. Название лабораторной работы.

2. Цель работы.

3. Таблица замеров и вычислений.

4. Анализ полученных результатов и выводы по работе.