Испытания заземляющих и зануляющих устройств электроустановок. - Крикун И.В.

Автор: Крикун И.В.

Теги: электротехника электричество электрооборудование

Год: 1973

Похожие

Правила устройства электроустановок

Электропитание устройств связи

Конструирование и расчет полосковых устройств

Электропитание устройств и систем телекоммуникаций

Текст

БИБЛИОТЕКА ЭЛЕКТРОМОНТЕРА
Выпуск 373
И. В. КРИКУН
ИСПЫТАНИЯ
ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ
И ЗАНУЛЯЮЩИХ
УСТРОЙСТВ
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
«Э Н Е Р Г И Я»
МОСКВА 1973
6П2.13
К82
УДК 621.316.99(04)
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Я. М. Большам, А. И. Зевакин, Е. А. Каминский,
С. А. Мандрыкин, В. А. Семенов, Ф. И. Синьчугов,
А. Д. Смирнов, Б. А. Соколов, С. П. Розанов,
П. И. Устинов.
Крикун И. В.
К 82 Испытания заземляющих и зануляющих
устройств электроустановок. Изд. 2-е, перераб. ,
и доп. М., «Энергия», 1973.
80 с. с ил. (Б-ка электромонтера. Вып. 373)
В брошюре содержатся основные сведения о заземляющих и за»
нуляющих устройствах, явлениях, связанных с прохождением тока
в земле, и элементарные расчетные условия. Описываются современ*
ные методы испытаний заземляющих и зануляющих устройств и
применяемая для этого аппаратура, даются указания по их выбору.
Приводятся рекомендации о порядке производства испытаний, оценке
и оформлении их результатов, а также -* требования действующих
правил и норм к эксплуатационному контролю и нормируемые элек*
трические параметры.
Брошюра рассчитана на квалифицированных электромонтеров и
мастеров, работающих по монтажу, наладке или эксплуатации элек««
троустановок. Она может быть полезна также начинающим техникам
и учащимся, специализирующимся в области электрооборудования
промышленных установок и электросетей.
3310-631 __ ад_73 6П2.13
К051(01)-73
Израиль Вольфович Крикун
Испытании заземляющих и заиулиющих устройств
электроустановок
Редактор Г. Г. Родин
Редактор издательства И. П. Березина
Обложка художника Н. Т. Ярешко
Технический редактор Л. Н. Никитина
Корректор И. А. Володяева
Сдано в набор 4JV 1972 г. Подписано к печати 6/II 1973 г. Т-00894
Формат 84X108732 Бумага типографская № 3 Усл. печ. л. 4,2
Уч.-изд. л. 4,36 Тираж 40 000 экз. Зак. 240 Цена 16 коп.
Издательство «Энергия». Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Набрано в Московской типографии № 13 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли,
107005, Москва, Б-5, Денисовский пер., 30
Отпечатано в Московской типографии № 19 Союзполиграфпрома
при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Наб. Мориса Тореза, 34. Зак. 272
ПРЕДИСЛОВИЕ
Заземляющие и зануляющие устройства могут
нормально функционировать лишь при правильном вы-
полнении, поддержании их в надлежащем техническом
состоянии и контроле этого состояния путем ревизии и
электрических измерений, объединенных общим поня-
тием испытаний. В этих распространенных и специфиче-
ских испытаниях участвует большое число электромон-
теров, мастеров, а также техников, не имеющих доста-
точного опыта наладочных работ. Настоящая брошюра
поможет овладеть современными методами испытания
заземляющих и зануляющих устройств электроустано-
вок, а также поможет в изучении приборов, предназна-
ченных для этих испытаний.
Со времени выхода в 1967 г. первого издания брошю-
ры техника испытаний получила дальнейшее развитие.
Трудами советских инженеров и ученых А.. И. Якобса,
А. Б. Ослона, А. Г. Сутина, С. И. Кострубы, М. Б. Али-
мамедова и других найдены более рациональные геомет-
рические параметры схем измерения сопротивления
заземлителей, развиты прогрессивные методы предпро-
ектных изысканий земли для сооружения заземлителей.
За это время разработаны новые приборы и обогатился
опыт испытаний как в СССР, так и за рубежом.
Во втором издании брошюра переработана с учетом
происшедших изменений. В нее введены современные
рекомендации по рациональному расположению измери-
тельных электродов для измерения сопротивления за-
землителей и по учету сезонных изменений этих сопро-
тивлений. Заново описаны измерения удельного сопро-
тивления земли по методам ВЭЗ и пробного электрода,
введены методы испытания зануления без отключения
оборудования.
Автор выражает признательность канд. техн, наук
С. И. Кострубе за внимательный просмотр рукописи и
1* 3
ценные замечания, сделанные им при рецензировании
данного издания, и редактору Г. Г. Родину.
Все замечания и пожелания по данной брошюре, не-
обходимые автору и издательству для ее дальнейшего
улучшения, просьба направлять в изд-во «Энергия» по
адресу: Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10.
Автор
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ
И ЗАНУЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВАХ
И ИХ ИСПЫТАНИЯХ
Прохождение тока в земле и заземляющие
устройства. Земля (грунты и почва) является проводни-
ком электрического тока, имеющим огромные размеры.
На земле установлено все электрооборудование, это
• позволяет широко использовать ее при работе электро-
установок.
Электрическая связь между частями электроустанов-
ки и землей осуществляется при помощи заземляю-
щего устройства. Заземляющее устройство пред-
ставляет собой совокупность заземлителей — про-
водников, находящихся в непосредственном контакте
с землей и используемых для соединения с ней частей
электроустановки, и заземляющих проводни-
ков — металлических проводников, предназначенных
для соединения частей электроустановки с заземлителем.
Заземляющие устройства выполняют разнообразные
функции: 1) обеспечивают электробезопасность людей
и животных; 2) обеспечивают определенный режим ра-
боты электроустановки в нормальных или аварийных
условиях (стабилизируют потенциалы проводов относи-
тельно земли, создают цепи для работы защиты от за-
мыканий на землю и т. п.); 3) заземляют стержневые
и тросовые молниеотводы для отвода импульсного тока
молнии в землю. В первом случае заземление называет-
ся защитным, во втором — рабочим, в третьем —
грозозащитным.
Заземляющие устройства обладают специфическими
свойствами, обусловленными особыми свойствами зем-
ли, как проводника тока. Вследствие этого специфиче-
скими являются и методы испытаний. Прежде чем при-
ступить к изложению методов испытаний, рассмотрим
5
явления, связанные с прохождением тока в земле, свой-
ства земли как проводника тока, и свойства зазем-
ляющих устройств.
Рассмотрим картину прохождения тока в земле меж-
ду двумя одиночными стержневыми заземлителями А и
Г, соединенными последовательно (рис. 1,а) и распо-
Рис. 1. Прохождение тока в земле между двумя
одиночными стержневыми заземлителями.
а — схема включения; б — кривая распределения паде-
ния напряжения между заземлителями; в — пути про-
хождения тока в земле.
ложенными на значительном расстоянии друг от друга,
когда к ним приложено напряжение U аг. Земля пред-
ставляет собой объемный проводник, поэтому ток от
заземлителя расходится в ней во всех направлениях,
как по поверхности земли, так и в глубину.
Вблизи заземлителя плотность тока, сопротивление
земли прохождению тока и падение напряжения на еди-
ницу длины — наибольшие, по мере удаления от зазем-
лителя (участки АБ и ГВ) они уменьшаются и на неко-
тором расстоянии от заземлителя (участок БВ) они при-
нимают весьма малые значения. Таким образом, сопро-
тивление прохождению тока практически оказывает не
6
весь участок земли между электродами А и Г, а лишь
зона земли на участках АБ и ГВ. Такая зона называется
зоной растекания.
Зона земли за пределами зоны растекания, где плот-
ность тока настолько мала, что в ней практически не об-
наруживается падение напряжения, называется зоной
нулевого потенциала. При стекании тока с за-
землителя в землю между заземлителем и зоной нуле-
вого потенциала создается напряжение, называемое на-
пряжением (потенциалом) заземлителя
Us. Отношение напряжения заземлителя (в месте ввода
тока) к току, стекающему с заземлителя в землю, назы-
вается сопротивлением заземлителя (сопро-
тивлением растеканию):
/?3 = ^, Ом, (1)
1 3
где /я — ток, проходящий через заземлитель в землю, А.
Сумма сопротивлений заземлителя и заземляющих
проводников называется сопротивлением зазем-
ляющего устройства.
Напряжение прикосновения и напряжение шага. На
рис. 2 показана опора линии, присоединенная к зазем-
лителю, сопротивление которого равно Ra-
При повреждении или перекрытии изоляторов, каса-
нии провода к опоре линии и других повреждениях, через
опору, заземляющий проводник и заземлитель в землю
Рис. 2. Влияние формы кривой распределения потенциалов
на поверхности земли на величину напряжений прикосно-
вения и шага
7
пройдет аварийный ток /3. ав- Пусть характер распреде-
ления потенциалов на поверхности земли вокруг зазем-
лителя, обусловленный прохождением тока /3. ав, опре-
деляется потенциальной кривой 1. Пренебрегая сопро-
тивлением опоры и заземляющего проводника, напряже-
ние опоры относительно земли можно принять равным
напряжению заземлителя U3, определяемому по (2):
^з=Л.ав^В- (2)
Потенциал точки В земли, где стоит человек, равен
U б (ордината БВ). Если человек коснется рукой опоры,
он окажется под напряжением:
^пр1=^з-^Б=/з.аВ^з-^Б,В, (3)
называемым напряжением прикосновения.
Допустим, что напряжение заземлителя относительно
земли осталось равным U3, человек стоит в той же точ-
ке В, но потенциальная кривая 2 имеет более крутой
вид. В этом случае потенциал точки В земли Ur опреде-
ляется ординатой ГВ. Напряжение прикосновения
Unp2 ~ U3 — Ur Д* Unpi.
Следовательно, величина напряжения прикосновения
зависит от характера потенциальной кривой. Для без-
опасности людей имеет значение напряжение прикосно-
вения, а не напряжение заземлителя. Поэтому для обес-
печения безопасности необходимо добиваться получения
возможно более пологой потенциальной кривой (в ы-
равнивание потенциалов). Это достигается
устройством сложных заземлителей.
Напряжение прикосновения зависит не только от ве-
личины тока замыкания на землю, сопротивления зазем-
ляющего устройства, крутизны потенциальной кривой,
но и от расстояния между двумя точками цепи замыка-
ния, к которым может одновременно прикоснуться чело-
век (принимается равным 0,8 м).
Если человек носит сухую и неповрежденную обувь,
то для него безопасным является большее значение на-
пряжения прикосновения, чем если бы он был во влаж-
ной обуви. Степень опасности определяется напряже-
нием, приложенным к телу человека (животного) при
одновременном касании к заземленной части электро-
установки и к поверхности земли (пола), называемым
напряжением на теле при прикосновении.
8
Если вблизи заземленного элемента электроустанов-
ки находится протяженный проводник (кабель, трубо-
провод, рельсы и т. п.), изолированный на всем протя-
жении, но имеющий связь с зоной нулевого потенциала,
то через него происходит «занос» нулевого потенциала
и напряжение прикосновения между ним и заземленным
элементом может оказаться максимальным. С другой
•стороны, если протяженные предметы соединены с за-
земляющим устройством и выходят за пределы электро-
установки, через них может произойти «вынос» потен-
циала, опасного для людей и животных. Так как раз-
личные точки поверхности земли при прохождении через
нее аварийного тока имеют различные потенциалы, то
человек, идущий по земле вблизи заземлителя, может
сказаться под напряжением. Напряжение между двумя
точками на поверхности земли в зоне растекания, кото-
рых одновременно может коснуться человек (животное),
называется напряжением шага. Напряжение, при-
ложенное к телу человека (животного) при одновремен-
ном касании двух точек земли в зоне растекания, назы-
вается напряжением на теле при шаге.
На рис. 2 показан человек, идущий по земле и касаю-
щийся точек Д и £, потенциалы которых Un и Не опре-
деляются соответственно ординатами ЛД и ЖЕ. Человек
попадает под напряжение шага:
Uwi = UE — Ua, В. (4)
При увеличении крутизны потенциальной кривой 2
напряжение шага Нш2, определяемое разностью ординат
ИЕ и ЕД, также возрастает: иш2> НШ1. *
Величина напряжения шага зависит от величины
тока замыкания на землю, крутизны потенциальной кри-
вой, сопротивления заземляющего устройства, положе-
ния человека относительно заземлителя и длины шага
(принимается также 0,8 м).
Выравнивание потенциальной кривой обеспечивает
также уменьшение напряжения шага.
Правилами устройства электроустановок (ПУЭ)
[Л. 1 ] величина напряжения прикосновения и шага не
нормируется и измерение ее при приемо-сдаточных испы-
таниях не требуется. Безопасность обслуживания элек-
троустановок обеспечивается выполнением требований
и соблюдением норм ПУЭ. Защитное действие зазем-
ляющих устройств заключается в том, что благодаря ма-
2—272 9
лой величине сопротивления заземления и выравниванию
потенциалов уменьшается величина напряжения прикос-
новения и шага в аварийном режиме либо обеспечивает-
ся быстрое отключение поврежденной сети защитой
(в электроустановках выше 1 000 В с большими токами
замыкания на землю).
Свойства земли (почвы и грунта) как проводника
тока. Свойства земли как проводника тока характери-
зуются величиной ее удельного электрическо-
го сопротивления р, под которым понимается
сопротивление куба грунта с ребрами в 1 м. Эта величи-
на определяется из выражения
р = Ом • м, (5)
где R — сопротивление, Ом, некоторого объема земли
сечением F, м2, длиной I, м.
Величина р зависит от структуры земли, ее темпера-
туры, влажности, содержания солей, кислот, щелочей.
Увеличение содержания растворенных веществ в земле,
общей влажности, уплотнение ее частиц, повышение тем-
пературы приводят к уменьшению р. Пропитывание
земли маслами и нефтью и промерзание приводят
к резкому увеличению р. Удельное сопротивление плохо
проводящих слоев земли может быть искусственно
уменьшено путем обработки их солью, содой, графитом,
уплотнением и т. д.
При промерзании земли в зимнее время и высыхании
летом величина р и зависящее от нее сопротивление за-
землителей заметно возрастают. Особенно это прояв-
ляется у поверхностных заземлителей (полосы, оболочки
кабелей и т. д.), расположенных вблизи поверхности
земли, где бывают значительные колебания температу-
ры и влажности.
Земля неоднородна, она состоит из слоев, обладаю-
щих различным р и оказывающих влияние па сопротив-
ление заземлителей. Аналитический расчет всех факто-
ров, влияющих на величину р, затруднен. Поэтому с
целью получения достоверных данных для проектирова-
ния заземляющего устройства на месте сооружения за-
землителя предварительно измеряют так называемое
«кажущееся» (рк) удельное сопротивление земли, учи-
тывающее неоднородность ее строения. Наивыгоднейшие
параметры заземлителей (конструкция, размеры, глу-
бина заложения и др.) можно проектировать, зная ха-
10
рактер распределения р по глубине поверхностных слоев
земли.
Наиболее прогрессивным методом определения рк и
его распределения по глубине является метод вертикаль-
ного электрического зондирования (ВЭЗ).
Зануляющие устройства. Согласно требованиям
ПУЭ в четырехпроводных сетях переменного тока и
в трехпроводных сетях постоянного тока напряжением
до 1 000 В обязательно глухое заземление нейтрали.
В этих сетях все металлические корпуса электрообору-
дования должны быть соединены с нулевым проводом,
который обязательно заземляется у нейтрали и должен
иметь повторные заземления на определенных расстоя-
ниях от нее.
Преднамеренное соединение корпусов электрической
установки с заземленной нейралыо трансформатора или
генератора называется занулением. Металлический
проводник, используемый для зануления, называется
зануляющим проводником. Рабочий провод
сети, соединенный с заземленной нейтралью генератора
или трансформатора или с заземленной средней точкой
источника постоянного тока, называется нулевым
проводом.
Под зануляющим устройством понимается
защитное устройство, состоящее из источника питания,
фазного, нулевого и зануляющих проводников и из эле-
ментов защиты сети (автоматы, предохранители), сов-
местное действие которых обеспечивает быстрое автома-
тическое отключение поврежденного участка сети в слу-
чае замыкания фазного провода на корпус или нулевой
провод. При замыкании фазного провода на нулевой
провод или корпус оборудования образуется контур ава-
рийного тока, состоящий из фазы трансформатора и це-
пи фазного и нулевого проводов. • Этот контур принято
называть цепью (или петлей) фаза — нуль.
Защитное действие зануляющего устройства заклю-
чается в том, что при достаточно малой величине сопро-
тивления цепи фаза — нуль замыкание фазы с корпусом
или нулевым проводом вызывает аварийный ток, доста-
точный для быстрого срабатывания защиты, отключаю-
щей поврежденный участок сети.
Основные сведения об испытаниях. Надежность ра-
боты заземляющего (зануляющего) устройства зависит
от правильности его выполнения и технического состоя-
2*
И
ния. Расчет заземляющих устройств ведется весьма при-
ближенно, в результате чего величины, указываемые-
в проектах, часто расходятся с фактическими. При вы-
полнении монтажных работ иногда делаются отклонения-
от проекта, ухудшающие качество устройства. В про-
цессе эксплуатации, в результате коррозии и под дей-
ствием токов замыкания на землю, заземлители прихо-
дят в негодность. Под действием грозовых разрядов и
токов замыкания на землю грунт вблизи заземлителей
высыхает, в результате чего увеличивается удельное
электрическое сопротивление грунта и сопротивление
заземляющего устройства. Постепенно разрушается за-
земляющая проводка, изменяется ее схема.
Из сказанного вытекает необходимость определения
фактических параметров заземляющих и зануляющих
устройств и самого тщательного контроля их техническо-
го состояния как перед вводом в эксплуатацию, так и
периодически в процессе эксплуатации. Все это осуществ-
ляется путем внешнего осмотра и комплекса электриче-
ских измерений, объединенных общим понятием
и с п ы т а и и й.
В зависимости от назначения испытания делятся на
пусковые, эксплуатационные профилакти-
ческие и специальные.
Пусковые испытания проводятся на вновь сооружае-
мых и реконструируемых электроустановках перед вво-
дом в эксплуатацию- в объеме, определяемом ПУЭ
(§ 1-8-36). Целью этих испытаний является проверка
правильности выполнения монтажа заземляющих и за-
нуляющих устройств в соответствии с требованиями
ПУЭ и данными проекта и определение их фактических
параметров. Эксплуатационные профилактические испы-
тания проводятся на действующих электроустановках
периодически с целью выявления возникших в процессе-
эксплуатации дефектов и контроля технических парамет-
ров. Сопоставление полученных данных с результатами
предыдущих испытаний позволяет судить об изменениях,
происшедших в этих устройствах, и наметить мероприя-
тия по поддержанию их технического состояния.
Специальные испытания проводятся для научных
целей, получения дополнительных данных для ппоекти-
рования, при всякого рода расследованиях и произво-
дятся по специальным программам. Объем и программа
испытаний зависят от режима работы сети, к которой
12
присоединена защищаемая электроустановка, и назна-
чения заземляющего (зануляющего) устройства. Испы-
тания показали, что нулевой провод между объектом и
вильно выбранной методике, в противном случае можно
прийти к ошибочным выводам. В подтверждение этого
приведем следующий случай.
Заземляющее устройство объекта, присоединенного
к четырехпроводной сети 380/220 В с глухозаземленной
нейтралью (рис. 3), где электрооборудование объекта
условно изображено в ви-
де двигателя Д, испыты-
валось по следующей про-
грамме: измерялось со-
противление заземлителя
вблизи объекта и прове-
рялось наличие металли-
ческой связи корпусов
электрооборудования с
этим заземлителем. Со-
противление заземлителя
R оказалось равным
3,8 Ом, а металлическая
связь всех корпусов элек-
трооборудования с испы-
танным заземлителем —
надежной.
На основании этих не-
достаточных испытаний
было сделано заключение
Рис. 3. Распределение фазного на-
пряжения между заземлителями
при однофазном замыкании на
корпус при обрыве нулевого про-
вода.
о пригодности заземляющего устройства к эксплуатации.
Спустя небольшое время после испытаний при прикосно-
вении к корпусу оборудования был поражен током че-
ловек.
Произведенные обследования и контрольные испы-
тания должны проводиться в полном объем» и по пра-
подстанцией был оборван. Сопротивление заземлителя
подстанции /?з, к которому подключена нейтраль транс-
форматора, равно 0,6 Ом. На корпусе испытуемого обо-
рудования оказалось напряжение около 190 В относи-
тельно земли. При повреждении изоляции фазное напря-
жение 220 В распределялось по сопротивлениям R3 + R.
При этом падение напряжения на заземлителе R
объекта
^ = о^Ъ-3’8=1£О В’
13
а на заземлителе R3 подстанции
^з=(ГЁ?^-0-6=30В-
л U,о + о,о
Согласно ПУЭ в электроустановках до 1 000 В с глу-
хозаземленной нейтралью необходимо измерять полное
сопротивление цепи фаза — нуль; при этом условии был
бы обнаружен обрыв нулевого провода и проверена на-
дежность отключения поврежденного участка сети.
Таким образом, несмотря на то, что в данном случае со-
противление заземления не превышало допустимого, не-
полный объем испытаний привел к неправильному за-
ключению и в результате этого к несчастному случаю.
Из приведенного примера следует, что, приступая
к испытаниям, необходимо иметь ясное представление
о характере сети, к которой присоединено заземляемое
оборудование, о назначении испытуемого устройства и
принципе его действия и на основании этого правильно
выбрать методику и определить объем испытаний.
До начала работ в распоряжении испытателей долж-
на быть следующая проектная и техническая докумен-
тация:
1. Принципиальная схема электроустановки.
2. Расчетные данные заземляющего (зануляющего)
устройства: величины сопротивлений заземлителей, тока
однофазного замыкания на землю, данные защит и т. д.
3. Исполнительная схема или план сети заземления
(зануления) с указанием материала и размеров зазем-
ляющих проводников, способов их прокладки.
4. Акты на скрытые работы по монтажу элементов
заземляющего устройства, недоступных осмотру (зазем-
лители, скрытая часть наружной проводки).
5. Конфигурация, места расположения и точные раз-
меры заземлителей.
6. Исполнительная схема силовой сети с обозначе-
нием мощностей и токов электроприемников, расчетных
величин плавких вставок предохранителей или уставок
автоматов (только для сетей до 1 000 В с глухим зазем-
лением нейтралей).
7. Данные о расположении подземных коммуникаций
(трубопроводов, кабелей и т. п.), необходимые для опре-
деления места забивки измерительных электродов.
8. Технический отчет по предыдущим испытаниям и
паспорт заземляющего устройства (в случае эксплуата-
ционных испытаний в действующих электроустановках).
14
Изучив полученные материалы, руководитель работ
составляет программу испытаний и план работ.
Данные испытании оформляются в виде технического
отчета, включающего пояснительную записку, ведомости
внешнего осмотра, протоколы испытаний, проверочные
расчеты, исполнительные чертежи и др.
Технический отчет подписывают руководитель орга-
низации, проводившей испытания, руководитель работ
и исполнители, и он является официальным техническим
документом для эксплуатации. Результаты испытаний,
приведенные в техническом отчете, заносятся в паспорт
заземляющего (зануляющего) устройства.
Требования правил и норм к эксплуатационному
контролю. Контроль технического состояния заземляю-
щих и зануляющих устройств может быть эффективным
лишь в том случае, если испытания будут производиться
в достаточном объеме, систематически, через определен-
ные промежутки времени, а результаты испытаний мож-
но будет сопоставлять с технически обоснованными нор-
мами. С этой целью директивными документами
[Л. 1—4] регламентируются объем, периодичность и
нормы испытаний вновь вводимых, реконструируемых
и находящихся в эксплуатации заземляющих и зануляю-
щих устройств, обязательные к применению при испыта-
ниях. Испытания, указанные в этих нормах, должны
производиться с соблюдением всех требований по тех-
нике безопасности для этих видов работ, приведенных
в [Л. 2 и 3].
Ниже приводится программа испытаний заземляю-
щих и зануляющих устройств, учитывающая особенно-
сти электроустановок в со'ответствии с требования-
ми ПУЭ.
1. Ознакомление с проектной и исполнительной тех-
нической документацией электроустановки и заземляю-
щего (зануляющего) устройства.
2. Измерение сопротивления заземляющего устрой-
ства.
3. Проверка состояния всех элементов заземляюще-
го устройства.
4. Проверка наличия цепи между заземлителями п
заземляемыми элементами.
5. Проверка состояния пробивных предохранителе!!
(только в установках до 1 000 В с изолированной ней-
тралью) .
15
6. Проверка полного сопротивления цепи фаза —
нуль для наиболее удаленных, а также наиболее мощ-
ных электроприемников, но не менее 10% их общего
числа (только в электроустановках до 1 000 В с глухим
заземлением нейтрали).
7. Анализ результатов испытаний и составление от-
четной технической документации: протоколов испыта-
ний и обследований, пояснительной записки, исполни-
тельных схем, различных таблиц и т. д.
Пункты 1—4, 7 относятся ко всем электроустановкам,
пн. 5 и б — только к указанным в них электроустанов-
кам. В необходимых случаях, например для исследова-
тельских или проектных целей, программа испытаний
может быть расширена: измеряется удельное сопротив-
ление грунта, проверяется наличие выноса потенциала
за территорию электроустановки и характер его распре-
деления или заноса нулевого потенциала на ее терри-
торию.
Измерение сопротивления заземлителей следует про-
изводить после монтажа электроустановок до ввода их
в эксплуатацию. Если результаты измерений независимо
от погодных условий, при которых они производились,
соответствуют нормам для конкретной электроустановки,
то она может быть введена в эксплуатацию.
Заземляющие и зануляющие устройства электроуста-
новок потребителей должны испытываться в следующие
сроки (Л.2]:
измерение сопротивления заземляющих устройств на
подстанциях и выборочная проверка их состояния долж-
ны производиться после монтажа, в первый год эксплуа-
тации и в последующем — не реже 1 раза в 3 года,
а для опор линий электропередачи выше 1 000 В — после
первых 9 лет эксплуатации и в дальнейшем — 1 раз
в 6 лет. Для цеховых установок не реже 1 раза в год;
измерение удельного электрического сопротивления
грунта — в первый год эксплуатации; для опор линий
электропередачи такие измерения производятся, если
сопротивление заземляющего устройства опоры превы-
шает 15 Ом;
измерение полного сопротивления цепи фаза —
нуль— при приемке в эксплуатацию и периодически в
процессе эксплуатации 1 раз в 5 лет для наиболее уда-
ленных, а также наиболее мощных электроприемников,
но не более 10% их общего числа.
16
Для заземляющих устройств электроустановок энер-
госистем установлены следующие сроки испытаний
[Л. 3]:
измерение сопротивления заземляющих устройств и
выборочная проверка их состояния должны произво-
диться при включении в эксплуатацию и через год после
включения в эксплуатацию, а в последующем — не реже
1 раза в 6 лет, а для опор линий электропередачи — не
реже 1 раза в 6 лет;
в электроустановках потребителей и энергосистем, на
участках заземляющих устройств, подверженных интен-
сивной коррозии, устанавливается более частая перио-
дичность измерений. После переустройства или капп- / \
тального ремонта заземляющих устройств производится
внеплановое измерение сопротивления. f
Результаты этих эксплуатационных измерений долж- i
ны соответствовать нормам.
Нормы на заземление электроустановок, Ом:
Электроустановки до 1000 В с изолированной и глухсза-
земленной нейтралью ..............................
То же, но при суммарной мощности питающих генераторов
или трансформаторов не более 100 кВ-А.............
Электроустановки выше 1000 В с малыми токами замы-
кания на землю (/3 500 А)........................
То же, но заземляющее устройство используется одновре-
менно и для установок до ЮсО В....................
Электроустановки более 1000 В с большими токами замы-
кания на землю (/3 > 500 А)......................... 0,5
Заземления опор линий выше 1000 В при р:
до 1-Ю2 Омм....................................... 10
более 1-102 до 5-10® Ом м........................ 15
, 5-Ю2 до 10-102 Ом м......................... 20
. 10-Ю2 Ом-м ....*............................ 30
Заземление металлических и железобетонных опор линии
до 1000 В с изолированной нейтралью................. 50
То же, но с заземленным нулевым проводом (металличе-
ские опоры и арматуру железобетонных опор соединяют
с заземленным нулевым проводом) ....................
2. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Требования к измерениям и условия их правильного
выполнения. Сопротивление заземляющего устройства
/?3. у является его важнейшим параметром, поэтому из-
мерение должно выполняться весьма тщательно.
3—272 1.7
Измерение R3. у производится для определения его
фактической величины и выяснения соответствия ее нор-
мам, как в момент измерения, так и в дальнейшем в про-
цессе эксплуатации. Кроме того, сопоставление результа-
тов измерений за ряд лет в сочетании с выборочным
устройством шурфов позволяет следить за состоянием
заземлителей, находящихся в эксплуатации.
Сопротивление заземлителя должно измеряться на
всех его выводах в местах присоединения к заземляю-
щей сети.
Если в заземляющее устройство входит сложный за-
землитель, состоящий из искусственного заземлителя и
присоединенных к нему естественных заземлителей (на-
пример, трубопроводы, оболочки кабелей и т. д.), жела-
тельно измерять отдельно сопротивление искусственного
заземлителя, а затем всего сложного заземлителя в це-
лом; при этом с нормой сопоставляется измеренное
сопротивление всего сложного заземлителя. В протоколе
испытания должны быть перечислены все присоединен-
ные естественные заземлители, а на планах заземляю-
щего устройства — четко указаны места их присоедине-
ния. Это необходимо для того, чтобы эксплуатационный
персонал мог следить за целостью заземляющего устрой-
ства в период эксплуатации и в особенности за восста-
новлением схемы заземляющего устройства после окон-
чания ремонтных работ.
Не следует пытаться отделять каркасы зданий или
крупных сооружений, используемых в качестве основ-
ного заземлителя, от всех вспомогательных заземлителей
(например, от труб водопровода, канализации, корпусов
оборудования и др.), так как этих связей бывает доволь-
но много и их отделение практически неосуще-
ствимо.
При измерении R3, у опор линий электропередачи,
соединенных тросом, последний должен быть отсоединен
и измерение произведено для каждого заземлителя в
отдельности (ПУЭ § II-5-87). Указанное объясняется
тем, что при совместном измерении получается эквива-
лентное сопротивление всех соединенных вместе зазем-
лителей, а при большом их числе резкое повышение
сопротивления или даже отключение одного из них не
дает заметного изменения эквивалентного сопротивле-
ния всей системы, и судить о состоянии какого-либо за-
землителя весьма затруднительно.
18
Сопротивление заземляющего устройства слагается
из сопротивления заземлителя /?3 и сопротивления за-
земляющих проводников /?пр.
В крупных цехах или других объектах оборудование,
подлежащее заземлению, обычно не подсоединяется не-
посредственно к заземлителю. Вместо этого по цеху про-
кладывается магистраль заземления, которая выполняет-
ся чаще всего сварной. К этой магистрали подключается
заземлитель (не менее чем в двух точках) и корпуса
электрооборудования, подлежащие заземлению. В таких
цехах для измерения сопротивления заземляющего
устройства требуются длинные провода и само измере-
ние затруднено. Поэтому здесь измеряют отдельно /?3
и /?Пр и затем их суммируют. После измерения сопротив-
ления заземлителя измеряют сопротивление заземляю-
щих проводников от заземлителя к какой-либо точке
ближайшего к нему участка заземляющей магистрали,
затем — от корпусов оборудования, присоединенного
к этому участку магистрали к уже проверенной точке
на ней. Затем выбирают точку на следующем участке
магистрали заземления и измеряют сопротивление уча-
стка от нее до уже проверенной точки на предыдущем
участке и т. д. При небольших расстояниях измерение
можно производить непосредственно па корпусах обору-
дования; в этом случае мы получим величину сопротив-
ления заземляющего устройства.
Сопротивление заземлителей /?3 должно измеряться
в периоды наименьшей проводимости грунта: зимой при
наибольшем его промерзании или летом при наиболь-
шем просыхании. Не допускается производить измере-
ния в сырую погоду или непосредственно после периода
дождей. В этих случаях необходимо выдержать срок для
просыхания грунта.
Для измерения R3 должен применяться переменный
ток, так как при постоянном токе в земле возникают
э. д. с. поляризации, искажающие результат измерения.
Величина тока не оказывает существенного влияния на
результат измерения; однако при слишком малой его
величине сказывается влияние посторонних токов в
земле. Поэтому при измерении по методу амперметра —
вольтметра следует избегать применения малых токов.
Частота тока также не оказывает заметного влияния на
результат измерения, так как сопротивление заземлите-
ля в основном активное.
3
19
Влияние посторонних токов в земле. В земле, в райо-
не измерений, могут проходить посторонние токи. К ним
относятся так называемые блуждающие токи и
токи, обусловленные режимом работы
электроустановок. Блуждающие токи могут быть
постоянными и переменными. Они являются результа-
том геофизических явлений или неисправностей в элек-
троустановках, результатом сварочных работ, работы
сетей электрического транспорта и др. К токам, обуслов-
ленным режимом работы электроустановок, относятся
токи, возникающие в результате асимметричного распо-
ложения проводов линии электропередачи по отноше-
нию к земле, токи, вызываемые неравномерностью на-
грузки фаз, и токи высших гармоник.
Посторонние токи вызывают падение напряжения в
земле независимо от наличия измерительного тока и
искажают результаты измерений, а иногда делают изме-
рение невозможным. Поэтому перед измерением необ-
ходимо выяснить наличие посторонних токов в земле
и источники этих токов. При обнаружении постороннего
тока в земле необходимо принять меры к устранению
или хотя бы ограничению влияния этих токов на резуль-
тат измерения. Указания об этом даются при рассмотре-
нии измерений.
При измерении испытуемый заземлитель не должен
иметь металлической связи с другими заземлителями
или заземленными предметами. На достоверность ре-
зультатов измерений влияют схема расположения изме-
рительных электродов, выбор метода измерений и изме-
рительных приборов и аппаратов, посторонние токи в
земле, правильность выполнения измерения и ор-
ганизация работ. Все эти вопросы описаны в бро-
шюре.
Измерение R3 должно производиться группой, состоя-
щей из руководителя работ (инженера или техника) и
2—5 рабочих. Группа должна иметь один или два изме-
рителя заземления (или другие приборы в зависимости
от применяемого метода измерения), два гибких изоли-
рованных медных провода на катушках сечением 1,5—
2,5 мм2, длиной 1 000—1 500 м в зависимости от разме-
ров заземлителя, изолированный медный гибкий провод
сечением 2,5 мм2, длиной 5—10 м, от 4 до 12 штырей для
устройства электродов, молоток массой 1—2 кг, рулетку
10 или 20 м, напильник для зачистки контактов, струб-
20
дины и др., а также — транспортное средство (автома-
шина, мотороллер и др.).
Существует много различных методов и приборов
для измерения 7?3, но наиболее распространенным яв-
ляется метод амперметра — вольтметра. Ниже описано
измерение /Д по методу амперметра — вольтметра с
использованием отдельных приборов и измерение по то-
му же методу, но при помощи измерителя заземления
типа МС-08, где функции амперметра и вольтметра вы-
полняет один прибор — магнитоэлектрический логометр.
Рис. 4. Схема измерения
сопротивления заземляю-
щих устройств по методу
амперметра — вольтметра.
Сочетание этих двух схем позволяет выполнять все
встречающиеся в практике измерения с достаточной
точностью.
Для измерения /Д кроме испытуемого заземлителя
требуется два измерительных электрода: токовый Т —
для создания цепи тока через землю и заземлитель и
потенциальный П — для присоединения цепи напряже-
ния к точке земли, относительно которой измеряется
напряжение заземлителя (рис. 4, 6).
А1етод амперметра — вольтметра. Требования к из-
мерениям. Этот метод позволяет измерять практически
любые величины сопротивлений заземляющих устройств
с достаточной степенью точности. Он является наиболее
приемлемым методом для точного измерения сопротив-
лений заземлителей ответственных объектов — мощных
станций и районных подстанций с сопротивлением за-
земления порядка десятых и сотых долей ома.
Сущность метода состоит в следующем. Собирается
схема (рис. 4) и измеряется ток 1Х, проходящий через
заземлитель, и напряжение Ux между заземлителем и
21
потенциальным электродом. Измеренное сопротивление
определяется согласно закону Ома как частное от деле-
ния измеренного напряжения на ток по (6).
Несмотря на простоту метода, достичь необходимой
точности измерений можно лишь при выполнении ряда
требований.
Прежде всего необходимо правильно подобрать при-
боры. Вольтметр и амперметр должны быть класса точ-
Рис. 5. Схема замещения для ме-
тода амперметра — вольтметра.
ности не ниже 2,5. Для
точных измерений (для
исследовательских целей
или при испытании весь-
ма ответственных объек-
тов) следует применять
приборы класса 0,5. Если
применяется трансформа-
тор тока, его класс точ-
ности должен быть по
крайней мере на ступень
выше, чем у амперметра.
Большое значение имеет
сопротивление вольтметра. Это видно из следующих со-
ображений.
Сопротивление заземлителя определяется из выра-
жения
Ом,
‘X
(6)
где Ux — напряжение заземлителя относительно точки
земли, где помещен потенциальный электрод; 1Х — ток,
проходящий через заземлитель.
Если измеренные Ux и 1Х соответствуют действитель-
ным величинам Ua и /3 в (1), то Rx будет действительно
равно R3- На самом деле это не так.
На рис. 5 показана схема замещения для метода ам-
перметра— вольтметра. Здесь через Rx, Rn и Дт обо-
значены соответственно сопротивления испытуемого за-
землителя, потенциального и токового электродов (еще
раз напомним, что речь идет о сопротивлении заземли-
телей относительно земли, а не о сопротивлении их как
проводников тока). Ток /, показываемый амперметром,
в точке А разветвляется: большая его часть — 1Х прохо-
дит через измеряемое сопротивление Rx, а меньшая
часть / п —через потенциальную цепь, состоящую из
22
сопротивления вольтметра /?v и сопротивление потенци-
ального электрода Дп .
Действительное сопротивление Rx получили бы из
(6) в том случае, если бы вольтметр был присоединен
к точкам А и х (х — точка на поверхности земли, где
помещен потенциальный электрод) и измерял все напря-
жение на сопротивлении Rx, а амперметр показывал бы
ток 1Х.
В действительности вольтметр включен между точка-
ми А и Б. Поэтому напряжение Ux распределяется меж-
ду вольтметром и потенциальным электродом и вольт-
метр показывает не все это напряжение, а лишь его
часть !:
Uv=Ux-Un, В, (7)
где Un — падение напряжения на сопротивлении потен-
циального электрода, В.
Это приводит к погрешности измерения, относитель-
ная величина которой может быть определена по фор-
муле
Д/Д.
Rx
ЛП
100,
%
(8)
где АЛ—сопротивление вольтметра; Дц— сопротивле-
ние потенциального электрода.
Знак минус показывает, что полученный результат
измерения получается преуменьшенным.
Пример. Сопротивление вольтметра Rv = 1500 Ом, сопротивле-
ние потенциального электрода Rn = 500 Ом. Погрешность измерения
___________100____________________25“’
/?./• 1500 + 500 1UU_°’
Из (8) следует, что чем больше сопротивление вольт-
метра по сравнению с сопротивлением потенциального
электрода, тем точнее будет результат измерения. По-
грешность измерения, вызванная сопротивлением вольт-
метра. не должна превышать 2%. Для этого, как следует
из (8), сопротивление вольтметра должно быть по край-
ней мере в 50 раз больше сопротивления потенциаль-
ного электрода. Если при измерении используется вольт-
1 Сопротивлением соединительных проводников потенциальной
цепи здесь пренебрегаем. При достаточно длинных проводниках их
сопротивление стедует прибавить к величине R„ в (8) и (9).
23
метр с меньшим сопротивлением, напряжение испытуе-
мого заземлителя вычисляется по формуле
(R \
! + (9>
где t/v — показание вольтметра, В.
Наиболее подходящим для измерения R3 является
микровольтметр, входящий в комплект прибора ИКС-1
(измеритель кажущихся сопротивлений), обладающий
высокой чувствительностью, высоким входным сопротив-
лением и очень узкой полосой пропускания, настроенной
на частоту 22,5 Гц. Благодаря этому он не реагирует на
посторонние токи в земле промышленной частоты. При
этом в качестве генератора следует использовать гене-
ратор прибора ИКС-1, частота генерируемого тока кото-
рого равна 22,5 Гц. При отсутствии прибора ИКС-1
можно применять транзисторные или катодные вольтмет-
ры либо вольт-амперметры (типов Ц51, Ц55, Ц430,
Ц433, Ц4312 и др.).
При измерении желательно применять как можно
меньшее напряжение, исходя из условий техники без-
опасности. В противном случае возможно появление
опасных для людей и животных потенциалов, особенно
в районе токового электрода, сопротивление которого
значительно больше, чем испытуемого заземлителя.
Следует отметить, что в большинстве случаев при
измерении малых сопротивлений обычными приборами
применять безопасное напряжение не удается, так как
при этом на испытуемом заземлителе получается слиш-
ком малое напряжение, соизмеримое с напряжением,
создаваемым на нем посторонними токами в земле. В та-
ких случаях приходится применять напряжение 220 или
380 В и соблюдать меры безопасности. Для этого необ-
ходимо оградить район вокруг вспомогательного зазем-
лителя и выставить охрану для предотвращения появле-
ния в этом районе людей и животных. Персонал, про-
изводящий измерения, должен работать в диэлектриче-
ских галошах, резиновых перчатках, пользоваться ин-
струментом с изолирующими ручками и соблюдать все
другие меры безопасности согласно (Л. 2].
Питание схемы измерения непосредственно от сети
недопустимо, так как сети в местах с ослабленной изоля-
цией имеют дополнительные соединения с землей, что
может отразиться на результатах измерения. Большин-
24
ство сетей вообще имеет глухозаземленную нейтраль,
которая также будет участвовать в измерении, искажая
результат. По этой причине для питания таких схем сле-
дует применять разделительные трансформаторы (напри-
мер, Т-74, ОС-2/0,5, ТС-2,5/0,5, ОМИ-5/35, ОМКИ-НО
и др.).
Автотрансформаторы для этой цели непригодны, так
как через них испытуемые цепи соединяются электриче-
ски с сетью.
Производство измерения. Собирают схему рис. 4,
реостат Р вводят полностью. Амперметр и вольтметр
присоединяют к испытуемому объекту отдельными про-
водами, в противном случае при случайном отключении
соединенных вместе проводов вольтметр окажется под
полным напряжением трансформатора и может быть
поврежден.
По вольтметру при отключенном трансформаторе не-
обходимо убедиться в отсутствии напряжения между
заземлителем и потенциальным электродом, вызванного
посторонним током в земле. В случае обнаружения на-
пряжения значительной величины от постороннего тока
принимают меры к его устранению, например отключают
электросварку. Если это невозможно, изменяют направ-
ление разноса электродов или увеличивают пропорцио-
нально все расстояния. Если и этого недостаточно, уве-
личивают силу измерительного тока (с учетом техники
безопасности), одновременно уменьшая сопротивление
токового электрода с тем, чтобы увеличить напряжение
на испытуемом заземлителе. (При использовании мил-
ливольтметра из прибора ИКС-1 эти меры не требуют-
ся.) Если напряжение на заземлителе, вызванное посто-
ронними токами в земле, составляет незначительную
часть (несколько процентов) напряжения, 'вызванного
измерительным током, приступают к измерению.
Включив трансформатор Тр ъ сеть, начинают плавно
выводить реостат Р, наблюдая одновременно за показа-
ниями приборов. Если при измерении наблюдаются зна-
чительные колебания напряжения сети, схему измерения
необходимо питать через стабилизирующее устройство
либо отложить испытание. Отсчет производится одно-
временно по обоим приборам. Делается не менее трех
отсчетов и за измеренную величину принимается среднее
арифметическое из этих отсчетов. Результаты измерений
заносятся в рабочую тетрадь по форме (табл. 1).
4—272
25
Таблица 1
Подсчеты
[ их
ux=uv\\+ r^T7‘
Rn\ Ом
b Rv)’
в
В табл. 1 приняты следующие обозначения:
Un, In — показания приборов при измерении сопро-
тивления потенциального электрода;
Uy, I х~ показания приборов при измерении сопро-
тивления испытуемого заземлителя;
Ry, Rn— сопротивления вольтметра и потенциально-
го электрода.
Схема разбирается лишь после выполнения всех из-
мерений и подсчетов, если результаты измерений не вы-
зывают сомнений.
Результаты измерения заносятся в протокол.
Оценка погрешности измерения. Обычно определяют
погрешность, выраженную в процентах от действитель-
ного значения измеряемой величины (относительная по-
грешность). Если все требования к измерениям выпол-
нены, относительная погрешность измерения определяет-
ся из выражения
5 = 8, + 8а + 8у. (Ю)
где 6] — 5%-ная погрешность, обусловленная малыми рас-
стояниями измерительных электродов; б\, Лу— погреш-
ности амперметра и вольтметра.
Например, если применяются приборы класса 1, по-
грешность измерения 6 = 5 + 1 + 1 = 7%.
Измерение по этому методу является в определенной
степени сложным и небезопасным. Он должен приме-
няться для измерения малых величин, когда другие ме-
тоды дают большие погрешности.
Измеритель заземления типа МС-08 завода «Энерго-
прибор». Прибор имеет три предела измерения: 0 — 1000,
0 — 100 и 0 — 10 Ом н соответственно рабочие шкалы
10— 1 000, 1 — 100 и 0,1 — 10 Ом. Наибольшая гаран-
26
тируемая заводом погрешность показаний прибора на
делениях шкалы, имеющих цифровые отметки, не превы-
шает ±1,5% всей длины (приведенная погрешность, ха-
рактеризующая точность измерительного прибора), т. е.
не более 15 Ом — для предела до 1 000 Ом, 1,5 Ом —-
для предела до 100 Ом и 0,15 Ом — для предела до
10 Ом. Это значит, что относительная погрешность изме-
рения, выражаемая в процентах от измеряемой величи-
ны, в различных местах шкалы будет различной. Наи-
большая погрешность будет в начале шкалы, что видно
па следующем примере.
Пример. Сопротивление заземлителя, измеренное прибором
МС-08 на пределе 0.1—10 Ом (погрешность прибора ±0,15 Ом),
оказалось равным 2 Ом. Относительная погрешность измерения,
обусловленная измерителем заземления,
100 = ±7.5%,
а общая относительная погрешность измерения
8 = S1 + 8113= ±5 ± ± 7,5 = ± 12,5%,
что еще можно считать допустимым при существующих приборах.
При измерении сопротивления 0,5 Ом на этом же пределе имеем
гораздо большую относительную погрешность измерения, достигаю-
щую в некоторых случаях недопустимых значений. При меньших
значениях измеряемых сопротивлений эта погрешность еще больше,
что недопустимо.
Из примера следует, что при измерении малых со-
противлений прибор МС-08 дает недопустимо большие
погрешности. В этих случаях следует применять описан-
ный выше метод амперметра — вольтметра либо другие
равноценные методы. Прибор портативен, снаб-
жен генератором и поэтому не требует отдельного источ-
ника питания. Существенным достоинством прибора яв-
ляется также то, что он позволяет производить измере-
ния при наличии посторонних токов в земле.
Принцип действия прибора основан на измерении со-
противления по величине тока и падению напряжения,
т. е. по методу амперметра — вольтметра, и поясняется
рис. 6. Ток и напряжение измеряются одним прибором —
магнитоэлектрическим логометром 4. Логометр имеет
две рамки — потенциальную и токовую. Рамки закреп-
лены на оси под углом друг к другу и находятся в поле
постоянного магнита. Ток в потенциальной рамке, вклю-
ченной параллельно испытуемому заземлителю, пропор-
ционален падению напряжения 0 на нем, а ток в то-
4* 27
ковой рамке, включенной последовательно, пропорциона-
лен току I, проходящему через заземлитель. Показание
логометра пропорционально отношению токов в его рам-
ках, т. е. в конечном счете пропорционально отношению
U/I, что в нашем примере равно сопротивлению испы-
туемого заземлителя. Шкала логометра проградуирова-
Рис. 6. Упрощенная схема измерителя за-
земления типа МС-08.
на в омах. Подвижная система логометра не имеет мо-
ментной пружины, поэтому при отсутствии тока в рам-
ках она находится в безразличном состоянии. При нали-
чии тока в рамках каждая из них создает вращающий
момент (М] или Л12), противодействующий моменту дру-
гой рамки, при этом подвижная система прибора начи-
нает проворачиваться в направлении действия большего
момента. Величина моментов рамок зависит от угла по-
ворота подвижной системы, поэтому по мере поворота
рамки больший момент уменьшается, а меньший — уве-
личивается. В определенном положении моменты урав-
новесятся и подвижная система остановится; в этом по-
ложении и делается отсчет показания прибора.
Прибор состоит из генератора постоянного тока /
с ручным приводом, на валу которого жестко закрепле-
28
ны прерыватель тока 2 и выпрямитель 3, логометра 4 и
сопротивления 5. Постоянный ток генератора 1 преры-
вателем 2 преобразовывается в переменный. Переменный
ток проходит через токовый электрод Т в землю и через
испытуемый заземлитель X возвращается в прерыватель,
затем через токовую обмотку логометра —в генератор
(путь тока обозначен стрелками на проводниках). При
повороте вала генератора на 180° переменный ток от
прерывателя проходит в землю в обратном направлении:
от испытуемого заземлителя к токовому электроду, за-
тем к прерывателю и через токовую обмотку логометра
(в том же направлении) в генератор.
Переменное напряжение, снимаемое с участка земли
между испытуемым заземлителем и потенциальным
электродом преобразовывается выпрямителем 3 в по-
стоянное и подается к потенциальной рамке логометра
(направление тока показано стрелками рядом с провод-
никами). Поэтому через рамки логометра все время про-
ходит постоянный ток, а в земле — переменный ток. По-
стоянный ток обозначен сплошными линиями, а пере-
менный — пунктирными.
Прибор градуирован для внешнего сопротивления
потенциальной цепи, равного I 000 Ом; такое же сопро-
тивление она должна иметь и при измерениях. Для до-
полнения (компенсации) сопротивления потенциальной
цепи до 1 000 Ом в нее введено регулируемое сопротив-
ление 5. Более подробное описание измерителя заземле-
ния приведено в [Л. 8].
Включение прибора и производство измерений. Для
измерения прибор необходимо установить как можно
ближе к испытуемому заземлителю. Строго горизонталь-
ной установки прибора не требуется, так как его по-
движная система хорошо сбалансирована. Включение
прибора для измерения больших сопротивлений произ-
водится по схеме рис. 7, а, при этом сопротивление про-
водника, соединяющего зажимы l\, Е\ с испытуемым за-
землителем X, входит в измеряемое сопротивление. По-
этому для исключения больших погрешностей сечение
этого проводника должно быть не менее 4—6 мм2, а дли-»
на — не более 2 м.
При невозможности приближения измерителя зазем-
ления к испытуемому заземлителю и при измерении ма-
лых сопротивлений необходимо снять перемычку между
зажимами Д и Et и соединить каждый из них с испы-
29
туемым заземлителем отдельным проводником (рис. 7, б).
В этом случае соединительные проводники не внесут по-
грешности в результат измерения. Можно применить от-
калиброванный проводник. Если при собранной схеме и
неподвижном генераторе стрелка прибора отклоняется
от первоначального положения, это свидетельствует
Рис. 7. Схема измерения сопротивления заземляющих
устройств измерителем заземления типа МС-08.
а — сопротивление соединительных проводников входит в из-
меряемую величину; б — сопротивление соединительных про-
водников исключается из измеряемой величины.
о наличии в земле постороннего постоянного тока.
Однако этот ток не окажет существенного влияния па
результат измерения, так как при вращении генератора
выпрямитель 3 (рис. 6) будет преобразовывать его в пе-
ременный, на который магнитоэлектрический логометр
не реагирует.
Сначала необходимо скомпенсировать сопротивление
потенциальной цепи, состоящее из сопротивлений потен-
циального электрода и соединительных проводников.
Для этой цели переключатель режимов / (рис. 7, о)
30
устанавливают в положение «регулировка» и, вращая
рукоятку генератора частотой 120—135 об/мин, повора-
чивают рукояткой 2 регулируемое сопротивление до
совпадения стрелки с красной чертой на шкале. Начи-
нать вращение надо медленно, наблюдая за стрелкой,
ибо в случае обрыва потенциальной цепи стрелка резко
ударится об упор, что может привести к повреждению
прибора. Если при крайнем положении регулируемого
сопротивления установить стрелку на красную черту не
удается, а схема измерения собрана правильно, значит
сопротивление потенциального электрода Rn больше
1 000 Ом (что возможно, например, в сухом песчаном
грунте). В этом случае Rn необходимо уменьшить.
После компенсации приступают к измерению. Для
этого переключатель 1 переводят в положение «Х1>>, что
соответствует пределу 1 000 Ом. Если при частоте вра-
щения генератора 120—135 об/мин отклонение стрелки
незначительно, нужно перейти на предел «ХОД» (шкала
100 Ом),затем «Х0,01» (шкала 10 Ом). При этом надо
стремиться к тому, чтобы стрелка отклонилась не менее
чем на 2/3 шкалы. При вращении генератора производят
отсчет по шкале, который затем умножают на коэффи-
циент, указываемый переключателем пределов.
Колебания стрелки прибора при измерении свиде-
тельствуют о влиянии посторонних переменных токов
в земле, которые можно устранить изменением частоты
вращения генератора. Эта частота вращения, однако, не
должна выходить за пределы 90—150 об/мин. В некото-
рых случаях не удается полностью устранить колебания
стрелки; при незначительных колебаниях можно произ-
водить измерения, при этом погрешность измерения бу-
дет невелика. Иногда стрелка устанавливается неуверен-
но, что свидетельствует о чрезмерно большом сопротив-
лении токового электрода и недостаточной чувствитель-
ности логометра. Величины сопротивлений должны быть
не более:
Предел измерения, Ом........... 1ССС 1С0 10*
Предельно допустимое сопротивле-
ние токового электрода, Ом . . . 1 ОСО г00 250
Для измерения сопротивления токового электрода
достаточно поменять местами проводники, присоединен-
ные к зажимам /1 и /2 измерителя заземления, п произ-
вести измерения, как указано выше. При этом испытуе-
мый заземлитель и токовый электрод меняются местами.
31
Измерение может производить один человек, но це<
лесообразней работать вдвоем: один наблюдает за из-
мерительными электродами и соединительными прово-
дами и работает щупом, а второй — с прибором. После
того как схема для измерений собрана согласно рис. 7
и компенсация произведена, операторы приступают к из-
мерениям. Результаты измерения заносятся в протокол.
Все рекомендации по расположению измерительных
электродов и конструкции штырей в равной степени от-
носятся и к измерителю заземления типа МС-08.
Если учесть погрешность измерения 5%, обусловлен-
ную малыми расстояниями измерительных электродов, и
относительную погрешность, обусловленную измерителем
заземления МС-08, равную 7,5%, общая погрешность
измерения этим прибором составит 12,5%, что больше,
чем при измерении амперметром и вольтметром даже
класса точности 2,5.
Расположение измерительных электродов *. Распо-
ложение измерительных электродов в плане имеет опре-
деляющее влияние на результат измерения и являет-
ся главным в измерении.
На основании существовавших ранее теоретических
предпосылок в [Л. 7] и инструкциях к приборам для
сложных заземлителей рекомендовались минимальные
расстояния между испытуемым заземлителем и токовым
электродом 5Z) (где D — большая диагональ контура
заземления) и между потенциальным и токовым элект-
родами— 40 м. Эти рекомендации приводили к большим
погрешностям измерений, достигавшим сотен процентов
[Л. 9 и 10]. В результате последующих исследований их
авторами были сформулированы новые рекомендации по
рациональному расположению измерительных электро-
дов [Л. 10—13], обеспечивающему точные измерения.
Ниже приводятся эти рекомендации.
Для измерения сопротивления сложных заземлите-
лей, а также заземлителей в виде одиночных горизон-
тальных полос следует применять схемы расположения
электродов, изображенные на рис. 8 и 9. Для особо точ-
ных измерений сопротивления сложных заземлителей
(например, для электрических станций и крупных под-
станций) достаточным являются расстояния между
электродами и от электродов до заземлителя, равные 5D
1 Материалы составлены по данным [Л. 13].
32
(рис. 8). Однако при больших размерах заземлителя
указанная схема требует значительных затрат времени
и труда; в некоторых случаях затруднение вызывает на-
хождение центра (средней точки) контура заземления.
Поэтому во всех случаях обычных измерений следует
применять схему, изображенную на рис. 9, обеспечиваю-
щую достаточную точность измерений при значительно-
меньших расстояниях.
Рис. 8. Схема расположения электродов, рекомендуемая для
особо точных измерений сопротивления сложных заземлителе!!
и во всех случаях, когда требуемые расстояния легко обеспечить.
а — однолучевая; б — двухлучевая.
В качестве размера D следует принимать: для зазем-
ляющих сеток и для заземлителей, состоящих из зазем-
ляющей сетки или контура и вертикальных электро-
дов,— длину большей диагонали; для заземлителей, со-
стоящих из вертикальных электродов, расположенных
в ряд и объединенных горизонтальной полосой,-—длину
полосы; для заземлителей в виде одиночной горизон-
тальной полосы — длину полосы. Если естественные за-
землители представляют собой железобетонные фунда-
менты или стальные полосы, проложенные для выравни-
вания потенциалов, то в качестве D заземлителя следует
принимать наибольший размер здания в плане.
Размер а (рис. 9) следует принимать в зависимости
от размера D, исходя из следующих соотношений:
Размер D
D > 40 м
40 м > £> > 10 м
10 м D
Размер а
а^. D
а 40 м
м
При измерении сопротивления одиночных вертикаль-
ных заземлителей длиной до 6 м следует применять схе-
мы расположения электродов, изображенные на
5—&7И 33
рис. 10, а, б, а для заземлителей длиной свыше 6 м —
схемы на рис. 10, в, г. Расстояние b следует принимать
не меньше 3D, где D—длина вертикального заземлителя.
Относительная погрешность измерения 6а, обуслов-
ленная малыми расстояниями между электродами при
пользовании схемами, приведенными на рис. 9 и 10, не
превышает 5%.
Рис. 9. Схема расположения электродов при измерении сопротивле-
ний сложных заземлителей и одиночных горизонтальных полос.
а — двухлучевая; б — однолучевая.
Рис. 10. Схемы расположения электродов при измерении сопротив-
лений одиночных вертикальных заземлителей.
а, в — двухлучевые, б, г — однолучевые.
Направление разноса электродов на местности нуж-
но выбрать таким образом, чтобы электроды не оказа-
лись вблизи (ближе 10 м) подземных металлических
конструкций (кабелей с металлическими оболочками,
металлических трубопроводов, заземлителей опор ВЛ
при наличии грозозащитного троса и др.). Расстояния
электродов между собой и от заземлителя необходимо
отмерять как можно точнее, пользуясь рулетками длиной
10 м и более. В случае несоблюдения этих условий по-
явятся дополнительные погрешности измерений.
На территориях с развитыми подземными коммуни-
кациями (например, на промышленных предприятиях),
где трудно обеспечить большие расстояния от измери-
34
гбо
Рис. 11. Инвентарный
штырь для устройства
электродов.
тельных электродов до заземленных предметов, а также
в районах вечной мерзлоты и в горных местностях, изме-
рения следует производить как по однолучевой, так и по
двухлучевой схемам расположения электродов, прини-
мая минимальные значения размеров а или b (рис. 9
и 10). Если результаты измерений по этим двум схемам
расходятся больше чем на 20% (что может быть след-
ствием близкого расположения
заземленных предметов, неточно-
го определения наибольшего раз-
мера D испытуемого заземлите-
ля, ошибок при отмеривании рас-
стояний до электродов, некоторых
случаев неоднородности земли по
удельному сопротивлению), сле-
дует выполнить дополнительное
третье измерение по любой из
схем, пропорционально увеличив
все расстояния в 1,5—2 раза или
изменив направление лучей. До-
полнительные измерения можно
проделать (за исключением райо-
нов вечной мерзлоты и горных
местностей) и при минимальных
расстояниях в схеме, изменив об-
щее направление разноса элек-
тродов. В некоторых случаях при
наличии в земле большого коли-
чества коммуникаций может потребоваться несколько
дополнительных измерений при различных направлениях
лучей и различных расстояниях а или Ь.
Из нескольких измеренных значений R3, полученных
по указанным рекомендациям, в качестве действитель-
ного значения принимают наихудший результат (наи- k
большее значение /?3).
В качестве электродов применяют один или несколь-
ко соединенных стальных оцинкованных штырей, заби-
ваемых в землю ударами. Наиболее удобной является
конструкция штыря из комплекта прибора ИКС-1, а так-
же конструкция, предложенная ВИЭСХ (рис. 11).
К штырю ВИЭСХ следует приварить барашковый за-
жим 1 для присоединения провода.
Количество штырей в одном электроде зависит от
требуемого сопротивления электрода и от удельного со-
5*
35
противления поверхностного слоя земли. Для устройства
потенциального электрода в большинстве случаев доста-
точно одного штыря. Для устройства токового электро-
да в сухих песчаных или мерзлых грунтах может потре-
боваться три-четыре и больше соединенных электродов.
Штыри следует забивать в плотный естественный (не
насыпной) грунт на глубину не менее 0,5 м. Забивать
штыри следует прямыми ударами в осевом направлении,
не раскачивая их, во избежание ухудшения контакта
с землей. В грунтах с большим удельным сопротивле-
нием места забивки штырей увлажняют водой, раство-
ром соли, кислоты или уплотняют. Штыри не должны
быть окрашены; коррозия существенного значения
не имеет.
В качестве электродов для измерения могут быть
также использованы отрезки металлических труб, рель-
сов и другие металлические предметы, находящиеся
в земле и не связанные с испытуемым заземлителем,
в том числе действующие заземлители (например, за-
землители опор воздушных линий).
Учет сезонных изменений сопротивления заземлите-
лей. Сопротивление заземлителя зависит от величины
удельного сопротивления земли в слое сезонных измене-
ний. Последнее не остается постоянным на протяжении
всего года, а изменяется в зависимости от состояния
земли. Наибольшего значения сопротивление заземлите-
лей достигает летом при наибольшем высыхании земли
и зимой при наибольшем ее промерзании.
В соответствии с требованием ПУЭ сопротивление
заземлителя (заземляющего устройства) не должно пре-
вышать нормируемой величины в любое время года. Для
получения максимально возможного на протяжении
года сопротивления заземлителя измеренную в данный
момент величину Д3 следует умножить на сезонный
коэффициент заземлителя К- В зависимости от влажно-
сти земли в слое сезонных изменений принимают коэф-
фициенты: К\—когда измерение производится при влаж-
ном грунте или моменту измерения предшествовало вы-
падение большого количества осадков; Кч—в случае из-
мерения при средней влажности грунта и нормальном
количестве осадков, которое предшествовало измерению;
Кз—в случае измерения при сухом грунте или моменту
измерения предшествовало выпадение незначительного
количества осадков.
36
Сезонные коэффициенты зависят от типов и размеров
заземлителей и глубины прокладки горизонтальных по-
лос. Значения сезонных коэффициентов одиночных гори-
зонтальных полос длиной I, заземляющих сеток пло-
щадью S и комбинированных заземлителей, состоящих
из заземляющей сетки и расположенных по кругу п вер-
тикальных электродов длиной 5 м в зависимости от глу-
бины прокладки полос t, приведены в табл. 2 [Л. 13].
Из табл. 2 следует, что сопротивления поверхностных
заземлителей в большей степени подвержены сезонным
изменениям, чем углубленных.
Таблица 2
Сезонные коэффициенты сложных заземлителей
Тип заземлителя Размеры заземлителя <=0,7=0,8 м <=0,5 м
Д, А 2 а; А, К,
Горизонтальная полоса 1=5 м 1=20 м 4,3 3,6 3,6 3,0 2,9 2,5 8,0 6,5 6,2 5,2 4,4 3,8
Заземляющая сет- ка или контур 5=400 м2 5=900 м2 S=3600 м2 2,6 2,2 1,8 2,3 2,0 1,7 2,0 1,8 1,6 4,6 3,6 з.о 3,8 3,0 2,6 3,2 2,7 2,3
Заземляющая сет ка или контур с вертикальны- ми электродами длиной 5 м S=900 м2, «>•10 шт. 1,6 1,5 1,4 2,1 1,9 1, 8
5=3600 м2, п>15 шг. 1,5 1,4 1,3 2,0 1,9 1,7
Значения сезонных коэффициентов одиночных верти-
кальных заземлителей в зависимости от их длины и рас-
стояния t от поверхности земли до верхней точки зазем-
лителя приведены в табл. 3 [Л. 13].
Таблица 3
Сезонные коэффициенты одиночных вертикальных
заземлителей
Длина заземлителя 1, м <=0,7=0,8 м <=о
А. А. А. А\ к, Аз
2,5 2,00 1,75 1,50 3,80 3,00 2,30
3,5 1,60 1,40 1,30 2,10 1,90 1,60
5,0 1,30 1,23 1,15 1,60 1,45 1,30
37
Если характеристики испытуемого заземлителя не
совпадают с характеристиками, приведенными в табл. 2
и 3, то из таблиц берут сезонный коэффициент того за-
землителя, тип и размеры которого ближе всего подхо-
дят к испытуемому.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ПОТЕНЦИАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
И УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗЕМЛИ
Определение распределения потенциалов. Вы-
ше указывалось, что защитное действие заземляющего
устройства определяется не только его сопротивлением,
но и распределением потенциалов на поверхности земли
вокруг заземлителей в аварийном режиме.
Определение распределения потенциалов состоит
в измерении потенциалов различных точек поверхности
земли (обычно через 0,8 м) в определенных направле-
ниях от заземлителя до зоны нулевого потенциала. За
пределами заземляющего устройства потенциалы сни-
мают сначала через 0,8 м, постепенно увеличивая это
расстояние до 5 м. По полученным данным строят кри-
вую распределения потенциалов на поверхности земли
в аварийном режиме. По кривой распределения потен-
циалов можно определить напряжение прикосновения
и шага.
Так как величина тока при измерении во много раз
меньше, чем при аварийном режиме, измеряемые потен-
циалы оказываются во столько же раз меньше потенциа-
лов при аварийном токе, но характер распределения по-
тенциалов при этом почти не изменяется.
Зная потенциал при измерении (7ИЗ, токи при аварий-
ном режиме /ав и при измерении /пя, можно определить
потенциал при аварийном режиме по формуле
= В. (11)
2 из
Измерение потенциалов можно производить по схеме
измерения сопротивления заземлителей с одним потен-
циальным электродом (рпс. 4) или по схеме с двумя по-
тенциальными электродами (рис. 12).
При измерении по схеме с одним потенциальным
электродом сначала измеряют сопротивление заземлите-
38
ля, затем потенциальным электрод помещают в точку А,
потенциал в которой хотят измерить. Величину потен-
циала в точке А определяют по выражению
UK = UX-U'A, В, (12)
где Ux — показания вольтметра при первом измерении;
U'A — показания вольтметра при расположении измери-
тельного электрода в точке А.
Рис. 12. Схема непосредственного измере-
ния потенциалов при помощи вольтметра
и двух потенциальных электродов.
По схеме с двумя потенциальными электродами (см.
рис. 12) потенциалы измеряют без вычислений. Для это-
го помещают в зоне нулевого потенциала неподвижный
потенциальный электрод НП и в точках, потенциалы ко-
торых хотят измерить, подвижный ПП. На рис. 12 вид-
но, что в точке .1 поверхности земли помещен подвиж-
ный потенциальный электрод, а в зоне нулевого потен-
циала — неподвижный. Вольтметр покажет величину UA
(потенциал точки /1).
Токовый и неподвижный потенциальный электроды
применяют такими же, как и при измерении сопротивле-
ния заземлителей. Подвижный потенциальный электрод
применяют в виде инвентарного штыря (см. рис. 11), по-
гружаемого на глубину не более 0,05—0,08 м. Если со-
противление потенциального электрода будет влиять на
качество измерения, следует его немного углубить (до
0,1—0,15 м) или увлажнить грунт вокруг него. Так как
он имеет большое сопротивление, то необходимо приме-
нять высокоомный вольтметр (транзисторный или лам-
повый) .
39
Определение распределения потенциалов должно
производиться при неизменном токе с помощью реостата
и амперметра.
На площадках с покрытиями и на полах применяют
круглые пластинчатые электроды диаметром не более
0,1—0,15 м. На открытых подстанциях кривые распреде-
ления потенциалов снимают в направлениях расположе-
ния основного оборудования в местах возможного на-
хождения людей; на воздушных линиях — у опор осо-
бенно в населенных пунктах.
Определение выноса потенциалов. На территории
станций, подстанций и других электроустановок имеются
трубопроводы, кабели, рельсы и другие протяженные ме-
таллические элементы, выходящие за пределы этих
объектов. Через эти протяженные элементы может быть
внесен нулевой потенциал на территорию станции или
подстанции. В этом случае, несмотря на удовлетвори-
тельное выравнивание потенциалов на территории элект-
роустановки, возможно появление опасных напряжений
прикосновения и шага. Для исключения такой опасности
эти протяженные элементы присоединяют к заземляю-
щему устройству электроустановки, тогда они исполь-
зуются одновременно как естественные вспомогательные
заземлители. Однако в случаях невыполнения требова-
ний ПУЭ и в некоторых других случаях при прохожде-
нии через заземляющее устройство тока аварийного ре-
жима на нем и на всех связанных с ним протяженных
металлических предметах могут возникнуть большие по-
тенциалы, которые будут вынесены за пределы подстан-
ции, что может привести к поражению током людей и
животных.
Согласно ПУЭ не требуется проверять, выносятся ли
потенциалы за территорию электроустановки и каков
характер их распределения. Однако в отдельных исклю-
чительных случаях (например, для исследовательских
целей) может возникнуть такая необходимость. Вынос
потенциалов характеризуется выраженным в процентах
отношением величины вынесенного в данное место по-
тенциала к полному потенциалу заземляющего
устройства.
Измерение величины вынесенных потенциалов произ-
водится вольтметром по схеме, показанной на рис. 13,
присоединяемым одним зажимом к потенциальному
электроду П, помещенному в зоне нулевого потенциала,
40
а вторым co щупом Щ — к точке около протяженного
элемента, где желательно измерить величину вынесенно-
го потенциала. Перемещая щуп вдоль поверхности над.
протяженным предметом, можно снять кривую распреде-
ления потенциалов вдоль него: U = где I — рас-
Рис. 13. Схема измерения величины вынесенных
потенциалов.
стояние от заземляющего устройства до места из-
мерения.
Основные сведения об определении удельного сопро-
тивления земли. При проектировании заземляющих уст-
ройств важно знать величину удельного электрического
сопротивления р земли
(почв и грунтов) в месте,
где предполагается соору-
жать заземлитель. Вели-
чину р необходимо знать
и при некоторых испыта-
ниях. Например, нормы
предельно допустимых ве-
личин сопротивления за-
землителей опор линий
электропередачи даются в
зависимости от вели-
чины р.
Рис. 14.
о — двухслойная;
Электрическая структура
земли.
б — трехслойная.
Электрическая структура земли неоднородна по р:
величина р земли изменяется по глубине. Принято счи-
тать, что земля представляет собой полупространство
с горизонтальными слоями, причем в пределах каждого
слоя р неизменно. В реальных условиях бывают двух-,
трех- и многослойные электрические структуры земли,
но чаще всего — трехслойные. Электрическая структура
земли характеризуется числом слоев, однородных по р,
мощностью (толщиной) h и величиной р каждого слоя
(рис. 14). На электрические параметры заземлителей
41
влияет не только слой земли, где они расположены, по
и лежащие ниже слои. Поэтому для возможности проек-
тирования рациональных заземлителей необходимо
знать электрическую структуру земли.
Существует ряд методов определения р и его распре-
деления по глубине. Ниже описываются два наиболее
распространенных метода: метод пробного (контрольно-
го) электрода и метод вертикального электрического
зондирования (ВЭЗ).
Определение удельного сопротивления земли по ме-
тоду пробного электрода. При измерении по этому
методу на площадке, где требуется измерить р, в землю
погружают пробный электрод таких же размеров и на
такую же глубину, как и у будущего заземлителя. Кро-
ме пробного электрода в землю погружают потенциаль-
ный и токовый электроды, расположение и расстояния
которых должны быть такими, как указано выше. Затем
по одному из описанных методов измеряют сопротивле-
ние растеканию пробного электрода и по приведенным
ниже формулам вычисляют удельное сопротивление
земли.
Определенная таким образом величина представляет
собой среднее значение р слоев земли в пределах дли-
ны I погруженной части пробного электрода и называет
ся действующим удельным сопротивле-
нием земли рд.
В качестве пробного электрода следует применять
стальной стержень (или трубу), погружаемый верти-
кально на глубину вертикальных элементов проектируе-
мого заземлителя, плюс глубина прокладки горизон-
тальных полос, но не менее 4 м. Если проектируемый
заземлитель состоит только из горизонтальных элемен-
тов, то пробный электрод должен быть проложен на глу-
бине заземлителя и иметь длину, равную стороне
контура.
На рис. 15 приведены различные варианты располо-
жения пробного электрода. Если пробный электрод диа-
метром d погружен с поверхности земли на глубину I
(рис. 15,о), а его измеренное сопротивление R, то рд
определяется по формуле
Р,ч =----. Ом м. (13)
0,366 1g-у-
42
В случае погружения пробного электрода со дна
траншеи глубиной t (рис. 15,6) рд определяется по
формуле
Р1 = —2i Т t + 0.75ZX ’ Ом • м. (14,
0,366 (jg-rf-4- 2 1g^ + o,25zJ
Рис. 15. Различные варианты расположения
пробного электрода при однократном измере-
нии действующего удельного сопротивления
земли.
а — вертикальный электрод погружен с поверх-
ности земли; б — то же погружен со дна тран-
шеи глубиной /; в — горизонтальный электрод.
Для горизонтального пробного электрода (рис. 15, о)
применяется формула
рд =-----^-2-, Ом-м. (15)
0-366'g rff
Для электрода из угловой стали следует применять
эквивалентный диаметр d3KB = 0,95b, где b — ширина
полки, а для электрода из полосовой стали в (15) сле-
дует принять эквивалентный диаметр daKB = 0,5b,
где b — ширина полосы.
Описанный метод пробного электрода постоянной
длины обеспечивает удовлетворительные данные для
проектирования одиночных заземлителей или заземлите-
лей, охватывающих небольшую площадь (для опор воз-
душных линий электропередачи, небольших ТП и т. д.).
Он не позволяет получить данные о распределении р по
глубине земли, что весьма важно для проектирования
экономичных сложных заземлителей. Для этой цели мо-
жет быть применена разновидность этого метода — м е-
тод погружаемого пробного электрода.
По этому методу пробный электрод погружают
(ударным или вибрационным способом) не сразу на всю
глубину, а отдельными участками /ь /2, . - ., In, как пока-
43
Рис. 16. Расчетная схема
многослойной электрической
структуры земли в методе
погружаемого пробного
электрода.
In. МОЖНО вычислить по
.зано на рис. 16 [Л. 13], и в каждом положении изме-
ряют его сопротивление R.
Рекомендуется принимать следующие значения глу-
бины погружения I пробного электрода:
№ измере- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
НИЯ . . .
/, м . . . . 1 2 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 14 16 18 23
В этом методе земля предполагается неоднородной
по р, число слоев условно принимается равным числу из-
мерений, а в пределах каждо-
го слоя р считается однород-
ным. Последние два допуще-
ния не всегда соответствуют
действительности, однако они
дают возможность опреде-
лить электрическую структуру
земли.
При пользовании этим ме-
тодом рекомендуется приме-
нить следующую упрощенную
методику расчета [Л. 13].
Если п — номер измерения,
а 1п и R-n — длина и сопротив-
ление пробного электрода при
этом измерении, то действую-
щее удельное сопротивление
земли, соответствующее длине
формуле
рД(Я) = -^А,Ом.М. (16)
Величина Р зависит от длины /„ и диаметра d проб-
ного электрода и приведена в табл. 4 [Л. 13].
Если найдены действующие значения удельного со-
противления земли (рд)п и (рд)п-1 для двух смежных
длин 1п и /п-1 пробного электрода, то удельное сопро-
тивление рэт в п-м слое земли можно вычислить по
формуле
Р„ = -<---\, Ом-м, (17)
1п _ 1П—1
(Рд)п (Рд)п—1
где 1гп = 1п — ln-i — мощность (толщина) n-го слоя, м.
Таким образом вычисляют значения р в слоях для
всей глубины погружения. Желательно, чтобы макси-
44
Таблица 4
Зависимость величины Р от длины и диаметра
заземлителя
Диаметр зазем-
лителя, мм
Длина заземлителя, м
0,5 1 | 2 | 3 | 4 5 6
48
40
18
0,595
0,625
0,750
0,705
0,725
0,860
0,815
0,835
0,970
0,88
0,91
1,03
0,925
0,955
1,080
0,96
0,99
1,11
0,99
1,02
1,14
П родолжение табл. 4
Диаметр зазем-
лителя, мм
Длина заземлителя, м
7,5 | S | 10,5 | 12 | 14 16
48
40
18
1,02
1,05
1,18
1,05
1,08
1,21
1,08
1,10
1,23
1,10
1,13
1,26
1,12
1,15
1,28
1,14
1,18
1,30
мальная глубина погружения пробного электрода была
равна наибольшему линейному размеру сооружаемого
заземлителя (например, наибольшей диагонали кон-
тура).
Зная величины I, h и р слоев, строят эпюру распреде-
ления удельного сопротивления земли по глубине
p = f(/) для метода погру-
жаемого пробного электро-
да. Пример такой эпюры
приведен на рис. 17 [Л. 13].
Эпюра имеет вид ломаной
линии 1. По этой эпюре
можно приближенно найти
действительную электриче-
скую структуру земли (ло-
маная линия 2). За нижний
слой принимают слой земли
с примерно одинаковым р
(на рис. 17 ниже 2 м), за ве-
личину pi верхнего слоя
принимают действующее
удельное сопротивление рд
при длине пробного электро-
да l = h. На рис. 17 мощ-
ность верхнего слоя h при-
нята равной 2 м.
р, Он и
0 40 80 120 160
I—I---Г I Г ~Т~~1—I
Рис. 17. Эпюра распределения
удельного сопротивления земли
по глубине в методе погружае-
мого пробного электрода.
45
Определение удельного сопротивления земли по мето-
ду вертикального электрического зондирования (ВЭЗ).
При измерении по методу пробного электрода распреде-
ление р определяется лишь на глубине погружения элек-
трода; кроме того, на больших площадках необходимо по-
гружать несколько электродов. Этих недостатков не имеет
метод вертикального электрического зондирования, полу-
чающий все большее распространение как в СССР, так
и за рубежом.
Этот метод основан на существующей зависимости
между распределением р по глубине земли и распреде-
лением на поверхности земли потенциалов, создаваемых
Рис. 18. Схема измерения удельного сопро-
тивления земли по методу ВЭЗ на постоян-
ном токе.
электрическим током в земле от точечного источника
(в данном случае — электродов).
Определение р земли осуществляют в два этапа:
1) производят электрические измерения на поверхности
земли и по данным этих измерений строят кривую ВЭЗ
и 2) путем интерпретации (расшифровки) кривой ВЭЗ
определяют электрическую структуру земли: число слоев
земли однородных по р, мощность (толщину) и величи-
ну р каждого слоя.
Принцип метода поясняется рис. 18. В двух точках на
поверхности земли симметрично относительно точки из-
мерения 0 погружают электроды А и В, называемые пи-
тающими (токовыми), через которые в земчю пропу-
скают электрический ток. Этот ток вызывает потенциалы
в различных точках поверхности земли. В двух других
точках поверхности земли (тоже симметрично относи-
тельно точки 0) погружают электроды М и N, называе-
мые приемными (потенциальными), и вольтметром V из-
меряют разность потенциалов на этих электродах.
Измеренное удельное сопротивление земли рк вычис-
ляется по формуле
рк = Л-^,Ом-.м, (18)
где U — разность потенциалов, измеренная между сред-
ними электродами А1 и Лг; I — измеренная величина то-
ка; k — коэффициент установки, зависящий от расстоя-
ний между электродами.
Величина коэффициента k определяется из выра-
жения
, АЛ-1-AN
k = Т.-ГГТ7-
MN
(19)
где AM, AN, MX — расстояния между соответствующи-
ми электродами, м.
При однородной земле формула (18) дает истинное
значение р. В случае неоднородной земли результат
представляет собой некоторую условную величину,
имеющую размерность удельного сопротивления. Эта
величина называется кажущимся электриче-
ским удельным сопротивлением земли рк
(сокращенно — кажущимся удельным сопротивлением
земли).
Таким образом, кажущееся удельное сопротивление
неоднородной земли рк — это такое значение удельного
сопротивления однородной земли, при котором значение
потенциала в данной точке при прочих равных условиях
будет таким же, как и в неоднородной земле. Под верти-
кальным электрическим зондированием понимается про-
изводство в одном и том же месте ряда измерений р1; по
четырехэлектродной схеме при различных расстояниях
между питающими электродами. Применяют различные
четырехэлектродные схемы, отличающиеся расстояния-
ми между электродами. Наиболее распространенными
являются схемы Шлюмберже и Веннера. В схеме
Шлюмберже расстояние между приемными электродами
принимается определенным (MN^.AB/3) и измерение
ведут, раздвигая только питающие электроды, при этом
показания вольтметра уменьшаются, что увеличивает
погрешность измерения. Не дожидаясь нижних преде-
лов измерения прибора, увеличивают расстояние MN до
*/з АВ последнего измерения и для этой точки опреде-
47
ляют рк повторно. Затем опять раздвигают только токо-
вые электроды. Первый замер делают при MN — 0,5 м,
АВ = 1,5 м; второй — при MN = 0,5 м, АВ = 2,1 м, тре-
тий — при MN = 0,5 м, АВ = 3 м и т. д.
Измеренную по схеме Шлюмберже величину рк вы-
числяют по формуле
рк = те Х г,-,-- R, Ом - м, (20)
где X = АВ/2; d = MN 12 — расстояние от центра симмет-
рии до токовых и потенциальных электродов; R = U/1—
сопротивление четырех-
электродной установки.
При измерении по схе-
ме Веннера каждый за-
мер делается при другом
разносе электродов, одна-
ко расстояние между
электродами всегда оста-
ется одинаковым (AM =
= MN = NB = а, рис. 19).
Величину рк вычисляют
по формуле
рк — 2-aaR, Ом-м. (21)
Обе установки приме-
няются в геофизике и гео-
Рис. 19. Измерение удельного со-
противления земли по схеме Вен-
нера при помощи измерителя за-
земления типа МС-08.
логоразведке, где используется специальная аппаратура
[Л. 14 и 15]. В настоящее время в геологоразведке и
в электроэнергетике большое распространение получили
приборы ИКС-1, ЭСК-1 и ряд других чувствительных
приборов. Распространение получила схема ВЭЗ, пред-
ложенная проф. В. В. Бургсдорфом.
При отсутствии специальной аппаратуры для изыска-
ния грунтов с целью сооружения заземлителей может
быть использован измеритель заземлений типа МС-08.
Для этого перемычки с зажимов снимают и прибор при-
соединяют к электродам, как показано на рис. 19. В дан-
ном случае величина R в (21) представляет собой пока-
зание измерителя заземления.
По схеме Веннера первый замер делают при
MN = 0,5 м; АВ = 1,5 м; второй — при MN = 0,7 м;
АВ = 2,1 м; третий — при MN = 1 м; АВ = 3 м и т. д.
Электроды обычно выполняют в виде стержня, погру-
женного в землю на глубину Ь, не превышающую
48
MN/3, или 0,7 м. Если при АВ = 1,5 м сопротивление
электродов оказывается слишком большим (что заметно
по малым показаниям прибора), следует начинать зон-
дирование при больших значениях АВ, увлажнять зем-
лю в месте забивки электродов водой, раствором соли,
кислоты или щелочи либо применять сложные электро-
ды. Если и эти меры не помогают, следует применять
более чувствительные приборы.
Результаты полевых измерений обрабатывают и зано-
сят в форму (табл. 5). В форму (табл. 5) заносятся те
величины, которые входят в расчетные формулы данного
метода измерения. По данным таблицы на месте измере-
ний, не разбирая схемы, строят график зависимости ка-
жущегося удельного сопротивления (кривая ВЭЗ) от
полуразноса питающих электродов рк = /(Х) (рис. 20).
Таблица 5
Данные измерений и подсчетов удельного сопротивления
земли при производстве ВЭЗ
№ замера АВ 2 ’ м MN 2 ’ м k и. в I. А R, Ом Рк » Ом-м Приме- чание

Кривая ВЭЗ строится на бумаге с сеткой, выполнен-
ной в логарифмическом масштабе по осям абсцисс и
ординат (биологарифмическая система координат), за-
тем переносится на кальку с такой же сеткой либо сра-
зу строится на кальке. По оси абсцисс откладывают ве-
49
личины полуразноса питающих электродов Z, а по оси
ординат — соответствующие им значения рк.
Вид кривой ВЭЗ зависит от числа горизонтальных
слоев геологического разреза и от соотношений между
их удельными сопротивлениями. Поэтому, пользуясь
этим графиком и применяя описанный ниже метод ин-
терпретации, можно получить необходимые сведения
об электрической структуре поверхностных слоев земли
интересующей нас площадки. На рис. 21 показан при-
мерный вид графиков ВЭЗ.
Рис. 21. Вид графика ВЭЗ в зависимости от соотноше-
ния удельного сопротивления земли по слоям.
а — двухслойная структура; б — трехслойная структура.
Для определения электрической структуры земли
производят интерпретацию полученной эксперименталь-
но кривой ВЭЗ. Для этого кривую ВЭЗ сравнивают
с набором теоретических кривых, рассчитанных для за-
ранее известных электрических структур земли. Такие
наборы кривых называются палетками. Палетки по-
строены так же в биологарифмических координатах, как
и кривые ВЭЗ. Существуют двухслойные, трехслойные и
другие палетки. Если кривая ВЭЗ совпадает с одной из
расчетных кривых (например, двухслойной палетки)
или может быть закономерно расположена между двумя
соседними кривыми, значит, исследуемый участок зем-
ли имеет двухслойную электрическую структуру.
Интерпретацию кривой ВЭЗ производят в следующем
порядке. Кальку с нанесенной на ней кривой ВЭЗ, коор-
динатными осями и масштабами накладывают на палет-
50
ку. Сохраняя параллельность осей кривой ВЭЗ и палет-
ки, перемещают кальку до тех пор, пока кривая ВЭЗ
совпадет с одной из расчетных кривых или разместится
между двумя соседними кривыми (рис. 22). Тогда гори-
зонтальная ось 3 палетки отсечет на вертикальной оси
Рис. 22. К интерпретации кривой ВЭЗ; кривая ВЭЗ наложена на
двухслойную палетку и закономерно расположилась между кривы-
ми 2. В кружках указаны отношения р2 • рь для которых построены
расчетные кривые
1 — кривая ВЭЗ; 2 — расчетные кривые; 3 — координатная линия па-
летки pK/pi = 1; 4 — координатная линия палетки А//г = 1; 5 — асимпто-
та рк = р2.
кривой ВЭЗ значение удельного сопротивления pi верх-
него слоя, вертикальная ось 4 палетки отсечет на гори-
зонтальной оси кривой ВЭЗ значение толщины /г, верх-
него слоя, а продолжение горизонтального участка конца
кривой ВЭЗ — прямая 5 отсечет на вертикальной оси
кривой ВЭЗ значение удельного сопротивления р2 ниж-
него слоя. В приведенном на рис. 22 примере имеется
двухслойная структура земли с параметрами:
pi= 160 Ом-м, р2= 19 Ом-м и /ii= 1,5 м.
Если конец кривой ВЭЗ не имеет явно выраженного
горизонтального участка, значение р2 вычисляется по
формуле
?> = №
(22)
51
где ц = р2: pi— модуль двухслойной расчетной кривой
(указан в кружках на рис. 22).
При расположении кривой ВЭЗ между расчетными
кривыми величина р определяется путем интерполяции
(пропорционального пересчета) значений р соседних
кривых.
Вертикальное электрическое зондирование ведут до
тех пор, пока не будет достигнута нужная глубина зон-
дирования Н, получена четко выраженная кривая ВЭЗ
либо исчерпана чувствительность приборов. Приближен-
но считают, что
Н = -^АВ.
Для сложного заземлителя требуемая глубина зонди-
рования примерно равна 1,52) [Л. 16], где D — большая
диагональ контура заземлителя.
На небольших площадках (до 400 м2) достаточно вы-
полнить одно ВЭЗ, на площадках больших размеров не-
обходимо выполнить несколько зондирований. Площадку
следует разбить на квадраты или прямоугольники по
40—50 м2 и их среднюю точку принять за центр зонди-
рования. На площадках действующих электроустановок
производить зондирование под заземлителями недопу-
стимо из-за экранирующего действия заземлителя. В та-
ких случаях центр зондирования надо располагать на
расстоянии 5—10 м от стороны заземлителя.
Направление разноса электродов следует принимать:
на площадках со значительным уклоном — вдоль геоде-
зической горизонтали, а при спокойном рельефе — вдоль
большой стороны прямоугольника или вдоль стороны
контура заземления.
В некоторых случаях целесообразно сочетать метод
ВЭЗ с методом погружаемого пробного электрода.
Учет сезонных изменений удельного сопротивления
земли. Измерение р земли производится обычно в теплое
время года при благоприятных грунтовых условиях. Од-
нако летом при наибольшем высыхании земли и зимой
при наибольшем ее промерзании величина р в слое се-
зонных изменений оказывается максимальной. Эта мак-
симальная расчетная величина рр и используется при
проектировании. Ее определяют умножением измеренной
величины р на повышающий сезонный коэффициент К'.
В зависимости от влажности в слое сезонных измене-
ний принимают коэффициенты: К\—измерение произво-
52
дится при влажном грунте или моменту измерения пред-
шествовало выпадение большого количества осадков;
Kz—в случае средней влажности грунта и нормального-
количества осадков; Кз'— при сухом грунте и незначи-
тельном количестве осадков.
Сезонные коэффициенты земли и расчетная мощность
слоя сезонных изменений 1гс имеют определенную вели-
чину для каждой климатической зоны.
Климатические зоны характеризуются средними мно-
голетними температурами января t„. К первой климати-
ческой зоне относятся районы с t» в пределах от — 20
до —15, ко второй — от —14 до —10, к третьей — от — 10
до 0° С. Практически ко второй зоне относится средняя
полоса европейской части СССР, а к первой и третьей
зонам — соответственно ее северные и южные районы
(указанное не относится к районам вечной мерзлоты, пу-
стыне и горной местности) [Л. 13]. В табл. 6 приведены
значения сезонных коэффициентов земли и расчетной-
мощности слоя сезонных изменений для разных клима-
тических зон [Л. 13].
Таблица 6
Сезонные коэффициенты земли и расчетная
мощность слоя сезонных изменений
Климатическая зона Лс , м К'г А", к\
Пеовая 2,2 7,0 * 4,0 2,7
Вторая 2 0 5,0 2,7 1,9
Третья 1,8 4,0 2,0 1,5
Пример. При измерении на площадке в районе со средней мно-
голетней температурой января —13° С установлено, что земля имеет*
двухслойную структуру с параметрами: pi = 190 Ом-м, р2= 30 Ом-м
h = 1,6 м. Грунт повышенной влажности.
Определяем расчетные параметры двухслойной модели земли.
Из табл. 6 для испытуемой площадки, находящейся во второй клима-
тической зоне, расчетная мощность верхнего слоя Л(с)р = 2 м.
Расчетное значение удельного сопротивления земли в нижнем
слое принимаем равным измеренному: р<2)Р= 30 Ом-м. Расчетное
значение удельного сопротивления земли в верхнем слое рщр нахо-
дим, умножая измеренную величину рь равную 190 Ом-м, на сезон-
ный коэффициент К|'= 5. Таким образом, р(1)р= 190-5 = 950 Ом м.
4. ИСПЫТАНИЯ ЗАНУЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Основные сведения об испытаниях и расчет-
ные условия. Выше указывалось, что защитное действие
зануляющего устройства заключается в быстром отклю-
чении поврежденного участка сети аварийным током,
величина которого обеспечивается малым сопротивле-
нием цепи фаза —нуль. Схема цепи фаза — нуль при-
ведена на рис. 23, а, а ее схема замещения — на рис. 23, б.
Рис. 23. Цепь фаза — нуль (а) и ее схема замеще-
ния (6).
Цепь фаза—-нуль состоит из фазы трансформатора с
активным сопротивлением /?т/3 и индуктивным сопро-
тивлением, примерно равным Хт/3, и из цепи, образо-
ванной фазным, нулевым и зануляющими проводника-
ми и некоторыми другими элементами, имеющей актив-
ное сопротивление Р'ц и индуктивное сопротивление Х'ц.
На схеме замещения сопротивление фазы трансформа-
тора показано отдельно, а фазная обмотка трансфор-
матора (источник питания) заменена идеальным источ-
ником с внутренним сопротивлением /?вн = 0. Сумма
активных сопротивлений, входящих в цепь фаза — нуль,
элементов, составляет ее активное сопротивление /?ц,
а сумма индуктивных сопротивлений — ее индуктивное
сопротивление Хц. Такое смешанное сопротивление на-
зывается полным (или кажущимся) сопротивлением
цепи фаза — нуль Zu. Сопротивления /?ц, и Zsl сдви-
нуты относительно друг друга и связаны таким же со-
отношением, как стороны прямоугольного треугольника,
,54
катетами которого являются и Хц, а гипотенузой —
Zu (рис. 24):
+ (23)
Рис. 24. Треугольник
сопротивлений цепи
фаза — нуль.
все эти факторы
Угол ф является фазным углом сдвига между напря-
жением и током в цепи фаза — нуль.
Полное сопротивление цепи фаза — нуль
Zu=-^+Z;,Om, (24)
где ZT — расчетное сопротивление питающего трансфор-
матора, Ом (табл. 8); Z'u—полное сопротивление цепи
из фазного и нулевого проводов, включающее активное
сопротивление этих проводов, индуктивное сопротивле-
ние цепи, обусловленное определен-
ным расстоянием между этими про-
водами, сопротивления различных
аппаратов, включенных в данную
цепь, переходное сопротивление в
месте замыкания и др., Ом. Вели-
чина ZI( определяется также нали-
чием других путей тока аварийного
режима — трубопроводов, металло-
конструкций, повторного заземле-
ния нулевого провода и т. п. Учесть
расчетом весьма сложно, при измерении они все учи-
тываются автоматически.
Проверка надежности и быстроты отключения ава-
рийного участка сети состоит в следующем. По одному
из существующих методов измеряется полное сопротив-
ление цепи фаза — нуль Zu; по измеренной величине Zu
и фазному напряжению сети Пф, пользуясь (25) пли
(26), вычисляют возможную величину тока однофазно-
го замыкания на корпус /3. Этот ток сопоставляется с
расчетным током срабатывания защиты испытуемого-
участка сети. Если возможный в данном участке сети
ток аварийного режима превышает ток срабатывания
защиты с достаточной кратностью (см. ниже), надеж-
ность отключения считается обеспеченной.
Ток однофазного замыкания на корпус рассчитывает-
ся по формуле [Л. 5]
0,8517ф
-у—z;-А-
ZU 1 ЛГ
3
(25>
55
где С'ф — фазное напряжение сети, В; 0,85 — коэффи-
циент, учитывающий возможное снижение фазного на-
пряжения в процессе эксплуатации и переходное сопро-
тивление в месте замыкания; Zu и ZT/3— см. выше.
Этой формулой пользуются в тех случаях, когда
измеряется сопротивление цепи фаза — нуль без учета
сопротивления трансформатора. Если измеряется Zn
совместно с сопротивлением трансформатора, то /3 вы-
числяется по формуле
/3 = °>88-ф.,А
Условием обеспечения надежного и быстрого отклю-
чения поврежденного участка является:
13>К1„ А, (27)
где /н — номинальный ток плавкой вставки или ток
уставки максимального или теплового расцепителя
.автоматического выключателя, А; К — коэффициент
(табл. 7), равный:
а) не менее 3 при защите предохранителями или
автоматами, имеющими расцепители с обратно зависи-
мой от тока временной характеристикой;
б) коэффициенту, учитывающему разброс (по за-
водским данным), умноженному на коэффициент за-
ласа 1,1 для автоматов с электромагнитным расцепите-
лем (отсечкой);
в) при отсутствии заводских данных коэффициент
принимается: 1,4 — для автоматов до 100А и 1,25 — для
прочих автоматов;
г) во взрывоопасных установках: не менее 4 при
защите предохранителями и не менее 6 при защите авто-
матами с обратно зависимой от тока характеристикой
и аналогично п. «б» при автоматах, имеющих только
электромагнитный расцепитель.
В табл. 7 приводятся значения коэффициентов Л’
для различных устройств защит. Следует отметить, что
не во всех случаях неооходимо учитывать сопротивле-
ние трансформатора при измерении Zu. Величины со-
противлений трансформаторов приведены в табл. 8.
Из табл. 8 следует, что чем больше мощность транс-
форматоров, тем меньше его сопротивление. При соче-
тании мощного трансформатора с линией, имеющей
большое сопротивление, влияние сопротивления транс-
форматора на ток однофазного замыкания может ока-
56
Таблица 7
Значения коэффициента К для определения расчетного тока
отключения защитных аппаратов {Л. 18]
Защитный аппарат Элемент, отключающий ток короткого замыкания Среда не- взрывоопас- ная (ПУЭ § 1-7-58) Среда взры- воопасная (ПУЭ § V п-3-89)
Предохранители Плавкая вставка 3 4
Установочные автоматы типов А3160 и АП50, име- ющие только тепловой расцепитель Тепловой элемент расцепителя 3 6
Установочные автоматы серии А3100 с комбиниро- ванным или только с элек- тромагнитным расцепи- телем Электромагнитный расцепитель мгновен- ного срабатывания (отсечка) 1,43— для автоматов А3110; 1,27—для автоматов А3120, А3130 и А3140
Тепловой расцепи- тель (тепловой элемент комбинированного рас- цепителя) 3 6
Установочные автоматы типа АП50 с комбиниро- ванным или только с элек- тромагнитным расцепите- лем Электромагнитный расцепитель мгновен- ного срабатывания (от- сечка) 1,4
Тепловой расцепи- тель (тепловой эле- мент) 3 6
Воздушные автоматы типов АВ, Н и С исполне- ния (неселективные и се- лективные) и исполнения Б только с мгновенной отсечкой Максимальный рас- цепитель мгновенного срабатывания (отсечка) 1,25 57
Максимальный рас- цепитель замедленного срабатывания (у авто- матов Н и С исполне- ния)
Таблица 8
Расчетные сопротивления масляных трансформаторов
по ГОСТ 11920-66 и 12022-66 при вторичном напряжении
400/230 В |Л. 19|
Мощность транс- форматора, кВ-А Первичные напря- жения, кВ Схема соединения Полное сопротииле» ние трансформатора ZT Х10 ’, Ом
*25 6—10 Y/Y, 3110
40 6—10 Y/Y, 1949
63 6—10 Y/Y, 1 237
20 1 136
100 6—Ю Y/Y, 779
20—35 764
160 6—10 Y/Y, 487
20—35 478
250 6—10 Y/Y, 312
20—35 305
400 6—10 Y/Y, 195
20—35 Y/Y, 191
6—10 A/Y, 66
630 6—10 Y/Y, 129
20—35 Y/Y, 121
6—10 A/Y, 42
1 000 6—10 Y/Y, 81
20—35 Y/Y, 77
6—10 A/Y, 26
20—35 A/Y, 31
заться незначительным. Допускается не вычислять ток
аварийного режима, а оценку надежности срабатывания
производить, сопоставляя измеренную величину Zu
с предельно допустимой расчетной величиной Zu. р.
В этом случае условием надежности и быстроты отклю-
чения аварийного участка является ZI(^Zrt. р.
Расчетное сопротивление цепи фаза — нуль опреде-
тяется по формуле
(2S)
При измерении Zr( схема сетей должна находиться
в таком состоянии, как при нормальной эксплуатации:
все заземлители и заземляющие проводники (искусст-
венные и естественные), а также повторные заземления
нулевых проводов должны остаться присоединенными.
Если в процессе нормальной эксплуатации в схемеэлек-
58
трической сети могут происходить временные изменения,,
при которых сопротивление цепи фаза — нуль, остаю-
щейся в эксплуатации части сети, возрастает (напри-
мер, вследствие вывода в плановый ремонт части сети,,
замены кабелей и т. д.), измерения должны произво-
диться при той из возможных схем сети, когда Zu имеет
наибольшую величину.
При испытании необходимо проверить, обеспечивает-
ся ли надежное отключение поврежденного участка в
случае замыкания в любом месте сети. Для этого, одна-
ко, не требуется измерять Zu для всех электроприемни-
ков, а лишь для наиболее мощных и отдаленных от
источника питания. Если величина Zu для этих электро-
приемников достаточно мала и обеспечивает их надеж-
ное отключение, то для остальных можно ограничиться
проверкой электрической связи с нейтралью трансфор-
матора или с предварительно проверенным нулевым
проводом. В противном случае надо произвести изме-
рение у следующего по мощности и отдаленности элек-
троприемника и т. д.
Если точное расстояние неизвестно и трудно оценить
влияние обоих факторов (мощности и отдаленности),
измерения производят у всех электроприемников, вызы-
вающих сомнение.
Так как измерение производится при токе, значи-
тельно меньшем тока аварийного режима, измеренные
величины сопротивлений получаются несколько больше
действительных'. Поэтому в случаях, когда измеренные
величины Zu оказываются немного выше допустимых,
прежде чем браковать цепь фаза—нуль, необходимо
проанализировать результаты испытаний.
В соответствии с требованиями ПУЭ измерение пол-
ного сопротивления цепи фаза — нуль должно произ-
водиться для вновь сооружаемых и реконструируемых
электроустановок — для наиболее мощных и удаленных
электроприемников в объеме не менее 10% их общего
числа. При испытаниях необходимо проверять соответ-
ствие термореле и вставок предохранителей параметрам
защищаемого оборудования.
Метод амперметра — вольтметра с отключением
испытуемого электрооборудования. Если испытуемое
1 Максимальное сопротивление стальных проводников перемен-
ному току имеет место при плотностях тока примерно 0,5 А/мм*.
При увеличении плотности тока их сопротивление снижается.
50
электрооборудование может быть отключено, например
после монтажа или в перерывах эксплуатации, полное
сопротивление цепи фазный — нулевой провода Z'4 мож-
но измерить методом амперметра—вольтметра с отклю-
чением испытуемого электрооборудования. Так как ис-
пытание цепи фаза — нуль должно производиться не
реже чем 1 раз в 5 лет [Л. 2], то измерение с отключе-
нием оборудования может быть произведено без ущерба
для производства.
Для измерения Zl( какого-либо электроприемника от
питающей его линии на всем протяжении должны от-
ключаться все остальные электроприемники. От всех пи-
тающих линий, имеющих общий участок заземляющей
магистрали с испытуемой линией, должна быть отключе-
на однофазная нагрузка. Все естественные проводники,
используемые в заземляющей проводке, например броня
кабелей, трубопроводы, металлоконструкции и т. п.,
а также повторные заземления нулевого провода долж-
ны остаться присоединенными. Перед измерением необ-
ходимо проверить изоляцию испытуемой цепи.
Измерение производится по схеме, показанной на
рис. 25, на переменном токе, при этом в качестве источ-
ника питания может быть использован любой понижаю-
щий трансформатор: котельный, сварочный, нагрузоч-
ный и т. п. Регулирование тока производится реостатом
или регулировочным автотрансформатором (АР). Изме-
рительные приборы должны иметь класс точности 0,5.
Вольтметр следует выбрать с пределами измерения
0—7,5—60 В; амперметр — на 5 А с трансформатором
тока либо прямого включения до 20 А. Величина на-
грузочного тока выбирается около 10—15 А. Вторичная
обмотка понижающего трансформатора присоединяется
на подстанции к нулевому проводу и к одному из фаз-
ных проводов, как- можно ближе к питающему транс-
форматору 7/?, чтобы учесть сопротивление всей испы-
туемой цепи. Измерительная схема может питаться
также от постороннего источника переменного тока.
Для проверки тока короткого замыкания с целью
оценки возможности сгорания вставки предохраните-
лей 117 один из фазных проводов соединяют с корпусом
двигателя 1Д в точке 2 с целью создания цепи. Рубиль-
ник 1Р включают, а автомат А и все остальные комму-
тационные аппараты данной линии (например, рубиль-
ник 2Р) отключают. Ролик автотрансформатора АР
60
устанавливают в нулевое положение. Пределы измере-
ния вольтметра и трансформатора тока выбирают соот-
ветственно ожидаемым величинам «напряжения и тока.
Рис. 25. Схема измерения полного сопротивления цепи
фаза — нуль по методу амперметра — вольтметра с отклю-
чением испытуемого электрооборудования.
Включив рубильник ЗР, плавно увеличивают ток при
помощи автотрансформатора АР. Сделав отсчет напря-
жения U в вольтах и тока I в амперах, определяют пол-
ное сопротивление цепи по формуле
Ом. (29)
61
Измеренная величина Z'4 должна быть сложена ариф-
метически с расчетной величиной полного сопротивления
одной фазы питающего трансформатора ZT/3 (величи-
на ZT берется из табл. 8 и затем делится на 3).
Тогда полное сопротивление цепи: фаза трансформа-
тора— фазный провод — нулевой провод определяется
из выражения
Zu=Zu'+^,Om. (30)
Для проверки отключения автомата А, ближайшего
к трансформатору Тр (например, установленного на
щите до 1000 В подстанции), фазный провод присоеди-
няют к корпусу сборки зажимов в точке 1, все рубиль-
ники или автоматы за автоматом А должны быть от-
ключены, а автомат А — включен. Фазный провод,
с которым производится опыт, отключают от выводов
трансформатора Тр и к нему присоединяют вывод вто-
ричной обмотки трансформатора TH. Измерительная
схема в этом случае должна питаться или от посторон-
него источника, или от другой фазы, подключенной
к обмотке трансформатора Тр, с соблюдением необхо-
димых мер предосторожности.
Описанный метод не требует специальной аппарату-
ры и дает достаточно точные результаты. В то же вре-
мя он обладает рядом недостатков, главными из кото-
рых являются:
необходимость отключения питающей линии, к ко-
торой присоединен испытуемый электроприемник;
необходимость отключения однофазных нагрузок
всех питающих линий, имеющих общий участок зазем-
ляющей магистрали с испытуемой линией;
выполнение измерения без учета величин сопротив-
ления участка ошиновки от автомата А распределитель-
ного щита подстанции до трансформатора Тр и сопро-
тивления току однофазного замыкания самого транс-
форматора;
сложность организации работ, так как испытуемые
электроприемники находятся на значительных расстоя-
ниях от подстанции и требуется организация связи при
измерении.
Указанные недостатки ограничивают применение
данного метода.
В практике пуско-наладочных организаций и завод-
ских лабораторий все большее применение получают
62
Рис. 26. Схема измерения полного
сопротивления цепи фаза — нуль
по методу вольтметра.
ZH1, Zk2 - нагрузочные сопротивле-
ния; R — сопротивление для фикса-
ции положения стрелки вольт-
метра.
методы и приборы, не требующие отключения испытуе-
мого оборудования и позволяющие значительно уско-
рить испытания. Ниже описываются йаиболее распро-
страненные из них.
Метод вольтметра. Метод вольтметра, предложенный
И. А. Черным, позволяет измерять полное сопротивле-
ние цепи фаза — нуль с помощью вольтметра без отклю-
чения испытуемого электрооборудования. Автор метода
показал [Л. 20], что если в качестве нагрузочного сопро-
тивления использовать смешанное (активное и индук-
тивное) сопротивление с внутренним углом сдвига, рав-
ным углу сдвига испытуе-
мой цепи фаза — нуль, то
при фиксированном зна-
чении фазного напряже-
ния сети величина Z,( мо-
жет быть непосредствен-
но измерена вольтметром,
проградуированным в
омах.
Схема измерения по
этому методу приведена
на рис. 26. Так как внут-
ренний угол сдвига на-
грузочного сопротивления
имеет постоянную величи-
ну, а угол сдвига цепей
фаза —нуль изменяется в широких пределах (практиче-
ски от 0 до 40°), обеспечить равенство этих углов прак-
тически невозможно, речь может идти о их сближении,
допуская при этом некоторую погрешность. С этой целью
в схеме используется два одинаковых по величине на-
грузочных сопротивления ZHi и первое с внутренним
углом 10° для измерения сопротивления цепей фаза—
нуль с углом 0—20° и второе с внутренним углом 30° —
для цепей с углом 20—40°. В этом случае максимальная
угловая погрешность при измерении не будет превышать
1,5% и является отрицательной. Если прибору при гра-
дуировке придать положительную погрешность +0,75%,
то возможная максимальная его угловая погрешность не
превысит ±0,75% [Л. 20].
Для исключения влияния изменения напряжения ра-
ботающей сети на точность измерения в цепь вольт-
метра вводится регулируемое сопротивление R, которым
63
перед включением нагрузочных сопротивлений стрелка
вольтметра устанавливается в фиксированное положе-
ние, соответствующее номинальному напряжению сети.
Однако колебание напряжения сети после включения
нагрузочного сопротивления вызовет дополнительную
погрешность. Для уменьшения этой погрешности сле-
дует применять вольтметр с хорошим успокоением,
с растянутой в рабочем диапазоне шкалой; желательно
отключать пиковую нагрузку при измерении, а в со-
мнительных случаях производить несколько повторных
измерений.
Перед измерением следует проверить исправность це-
пи фаза —нуль. Для этого параллельно вольтметру
включают одно за другим убывающие по величине со-
противления начиная примерно с 10 кОм. Резкое изме-
нение напряжения при подключении какого-либо со-
противления свидетельствует о повреждении цепи фа-
за— нуль. В этом случае испытание следует прекратить
и устранить повреждение.
При исправной цепи фаза — нуль приступают к из-
мерениям. Установив реостатом R стрелку вольтметра
в фиксированное положение, включают поочередно на-
грузочные сопротивления Zai и ZH2 и делают отсчеты ве-
личин Z,( по вольтметру, проградуированному в омах.
За результат измерения принимается больший из отсче-
тов по прибору. Следует отметить, что в реальных усло-
виях погрешность измерения будет превышать ±0,75%,
так как на результат измерения влияет изменение на-
пряжения сети вследствие изменения нагрузки в момент
измерения, шунтирующее действие предварительно под-
ключенной нагрузки сети и малая величина измери-
тельного тока в сравнении с аварийным. На методе
вольтметра построен ряд приборов, некоторые из них
описаны ниже.
Прибор типа М-417 для контроля сопротивления цепи
фаза — нуль. Прибор типа М-417 завода «Мегомметр»
предназначен для контроля величины сопротивления
цепи фаза — нуль в сетях переменного тока промышлен-
ной частоты напряжением 380±10% В без отключения
испытуемого объекта. Работа схемы прибора основана
на методе вольтметра, причем в качестве нагрузки ис
пользовано активное сопротивление [Л. 21]. Схема при-
бора (рис. 27) работает следующим образом. Зажим К\
присоединяют к фазному проводу в конце испытуемой
64
Измерзни ?
Рис. 27. Принципиальная схема прибора типа М-417 для измерения сопротивления
цепи фаза — нуль.
линии вблизи электроприемника, а зажим Л'2 — к его
корпусу.
При подаче фазного напряжения на зажим Д заго-
рается сигнальная лампа Л1 (Z^=oo), запитываются вы-
прямительные мосты питания цепей защиты (диоды
Д5— Д8) и питания реле защиты РЗ (стабилитроны Дю
и Ди, резисторы и Ris), делитель напряжения схемы
калибровки, (резисторы R2, R36, Ri, Rs) и заряжается
конденсатор С3 по цепи: плюс выпрямительного моста
(Д5 —Д8), резисторы Rio, Rn, Rib контакты 6—4 кноп-
ки Д„/, минус выпрямительного моста.
Для предотвращения повышения погрешности изме-
рения и ложного размыкания измерительной цепи при
колебаниях напряжения сети служит схема калибровки
(делитель напряжения схемы калибровки, контакты
10—И реле Р2, кнопка Кп1), с помощью которой перед
началом измерения стрелка измерительного прибора ИП
устанавливается на нуль. Этим фиксируется величина
фазного напряжения сети перед измерением. Одновре-
менно резистором /?за калибруется порог срабатывания
реле РЗ. Схема калибровки включается нажатием кноп-
ки Ка1 «Проверка калибровки». При этом конденсатор Сз
через контакты 4—5 кнопки Дп/, резистор Ris и контак-
ты П — Я реле РЗ разряжается на катушку реле Р2.
Реле Р2 срабатывает и контактами 1—2 замыкает цепь
самоблокировки, контактами 4—5 подготавливает к ра-
боте цепь реле Р1, контактами 7—8 шунтирует сигналь-
ную лампу Л2 и контактами 10—И включает делитель
напряжения схемы калибровки.
Измерительное устройство прибора состоит из микро-
амперметра ИП, проградуированного в омах, стабили-
трона Д9, служащего для расширения начального уча-
стка шкалы, добавочного резистора Re, нагрузочного ре-
зистора R? и сглаживающего конденсатора Сь
Измерение производится при нажатой -кнопке Ки2.
При этом срабатывает реле Р1 и своими контактами
1—2 и 3—4 включает нагрузочный резистор Rt. На на-
грузочном резисторе Ri создается падение напряжения,
представляющее собой разность между фазным напря-
жением сети и активной составляющей падения напря-
жения в цепи фаза — нуль. Падение напряжения на ре-
зисторе Ri зависит от величины активного сопротивле-
ния цепи фаза — нуль, что позволяет проградуировать
шкалу измерительного прибора в омах. Таким образом,
66
прибор измеряет активное сопротивление цепи фаза —
нуль.
Напряжение с резистора 7?! поступает на делитель
цепи калибровки, измерительное устройство и выпрями-
тель (диоды Д5 — Дв) питания схемы защиты, которая
обеспечивает автоматическое размыкание измеритель-
ной цепи в течение 0,3 с при появлении на корпусе
объекта опасного напряжения, превышающего 36 В
(т. е. при сопротивлении цепи фаза — нуль больше2Ом).
В этом случае падение напряжения на нагрузочном
резисторе /?] уменьшается, в результате чего на диаго-
нали моста, образованного стабилизаторами Дю и Дп
и резисторами R\7 и RIS, появляется напряжение такой
полярности, при которой ток через обмотку реле РЗ
течет от вывода 1 к выводу 2. Реле РЗ срабатывает и
своими контактами Я— Л шунтирует обмотку реле Р2.
Реле Р2 отключается, размыкает цепи калибровки и ре-
ле Р1 и дешунтирует лампу Л2 (Z > 2 Ом), которая
загорается. Реле Р1 отключает нагрузочный резистор/?].
Измерение сопротивления цепи фаза —нуль произво-
дят в следующем порядке. Прибор устанавливают в го-
ризонтальном положении. Ручку «Калибровка» ставят
в левое крайнее положение. Присоединяют соединитель-
ные провода, как указано выше. Затем подают напря-
жение на измеряемый участок цепи. Если при этом сиг-
нальная лампа не загорелась, что свидетельствует о не-
исправности в цепи фаза — нуль, испытание следует пре-
кратить. При загорании этой лампы нажимают кнопку
«Проверка калибровки» и с помощью ручки «Калибров-
ка» устанавливают стрелку прибора ИП на нуль. От-
пустив кнопку «Проверка калибровки», нажимают кноп-
ку «Измерение» и отсчитывают показание на шкале
прибора. Загорание сигнальной лампы Л2 (Z > 2 Ом)
при нажатой кнопке «Измерение» свидетельствует о том,
что 7ц > 2 Ом.
Повторные измерения можно производить только
после проверки калибровки. С прибором должны рабо-
тать не менее 2 человек с соблюдением всех правил
безопасности при работе в действующих электроустанов-
ках. На время подключения прибора следует снимать
напряжение с испытуемого участка сети. Если это не-
возможно, в порядке исключения допускается подклю-
чение прибора *под напряжением. Для этого сначала,
пользуясь диэлектрическими перчатками, зажим Д2
67
прибора присоединяют к корпусу испытуемого электро-
приемника, затем К\ — к фазному проводу.
Прибор М-417 обладает рядом недостатков, которые
следует учесть при эксплуатации имеющихся приборов.
Прибор измеряет активное сопротивление цепи фаза —
нуль. Поэтому он дает результаты, близкие к истинным,
при испытании цепей фаза — нуль, имеющих главным
образом активное сопротивление при очень малом ин-
дуктивном (например, длинные кабельные цепи, питае-
мые мощным трансформатором). При измерении в це-
пях с обычным углом сдвига он дает очень большие
погрешности. Фиксацию фазного напряжения сети и из-
мерение производят неодновременно, в результате чего
в момент измерения значение фазного напряжения мо-
жет отличаться от фиксированного, что также является
источником погрешности. Измерения производят в диа-
пазоне 0,1—2 Ом с погрешностью, не превышающей по
данным завода ± 10% длины рабочей части шкалы.
Прибор типа ИСЗ-1 для измерения сопротивления
цепи фаза — нуль. Прибор разработан Пуско-наладоч-
ным управлением треста Сибэлектромонтаж и модерни-
зирован институтом ВНИИПроектэлектромонтаж (по
предложению Ю. М. Куприяновича и М. Р. Найфельда).
Работа сх-емы основана на методе вольтметра [Л. 22
и 23].
Схема прибора приведена на рис. 28. В исходном
положении автомат А отключен, а переключатель П1
находится в положении 0. Подключив прибор к фазно-
му проводу и к корпусу объекта, до которого измеряет-
ся сопротивление цепи фаза — нуль, включают автомат
и ручкой «Установка нуля» устанавливают стрелку при-
бора на нуль, после чего автомат отключают. Затем
проверяют исправность цепи фаза — нуль. Для этого
при отключенном автомате последовательно устанавли-
вают переключатель П1 в положения 1, 2, 3, 4, включая
убывающие по величине сопротивления R\, R2, R3, Ra-
Отклонение стрелки прибора каждый раз вправо от
красной черты свидетельствует об исправности цепи
фаза — нуль и допустимости дальнейших измерений.
В противном случае имеет место повреждение цепи фа-
за—нуль, тогда следует отключить автомат и устранить
повреждения.
При исправной цепи фаза — нуль, при отключенном
автомате устанавливают переключатель П1 в положе-
68
ние 5, включают автомат и снимают показание прибора.
В этом положении подключается активное сопротивле-
ние (угол сдвига равен 0). Затем аналогично делают
замеры при положениях 6 и 7 переключателя (углы.
Рис. 28. Схема прибора типа ИСЗ-1 для изме-
рения сопротивления цепи фаза — нуль.
П1 — переключатель положения; А — автомат на
29 А; /?1—/?4 — сопротивления, включаемые до ос-
новной нагрузки для проверки исправности це-
пи фаза — нуль; 7?6 — регулируемое сопротивле-
ние для установки на нуль индикатора прибо-
ра; V — индикатор прибора типа М-265; Д5 — ста-
билитрон Д-813 для создания растянутой шкалы;
Д1—Д4 — выпрямительный мост; Ян, Хн — актив-
ное и индуктивное нагрузочные сопротивления.
сдвига равны соответственно 25 и 50°). Измеренной ве-
личиной Zu является больший из полученных результа-
тов и угол цепи фаза — нуль будет близок к углу на-
грузочного сопротивления при данном положении пере-
ключателя П1.
По данным [Л. 22] погрешность измерения прибором
не превышает 4,2%.
6»
О проверке цепи фаза — нуль путем устройства ко-
роткого замыкания при полном напряжении сети. Если
непосредственно у испытуемого электроприемника замк-
нуть фазу на его корпус при полном напряжении сети,
в петле фаза—нуль пройдет действительный ток одно-
фазного замыкания на корпус, при этом действие за-
щиты будет проверено в естественных условиях и ни-
какие дальнейшие расчеты не потребуются. Однако та-
кой метод не может быть рекомендован по следующим
•соображениям:
в случае обрыва нулевого провода подача на корпус
электроприемника фазного напряжения приведет к по-
явлению этого напряжения на всем поврежденном уча-
стке нулевого провода и связанных с ним корпусах обо-
рудования, что недопустимо по условию техники без-
опасности. При этом защита не сработает, так как тока
в цепи не будет или он будет мал;
при исправности цепи фаза — нуль плавкие вставки
предохранителей, выбранные по условиям отстройки от
пусковых токов и обеспечения селективности, могут пе-
регореть за несколько секунд, а в случае неправильного
выбора предохранителей— десятков секунд. На протя-
жении всего этого времени изоляция сети будет пере-
греваться током короткого замыкания, что приведет
к ее ускоренному износу;
создание подобного аварийного режима всегда свя-
зано с пожарной опасностью;
подобные эксперименты абсолютно недопустимы в
установках взрывоопасных и пожароопасных.
Анализ результатов испытаний. Проверка надежно-
сти отключения поврежденного участка сети при замы-
кании на корпус является наиболее ответственным эта-
пом испытаний, так как на основании косвенных изме-
рений при сравнительно малых токах необходимо сде-
лать заключение о том, как будет действовать защита
в аварийном режиме. Поэтому результаты измерений
должны быть подвергнуты тщательному анализу. Преж-
де всего необходимо оценить погрешность измерения и
за действительное значение измеренной величины при-
нять результат измерения с учетом погрешности.
Если измеренная величина 7ц.Из с учетом погрешно-
сти окажется ниже расчетной и, следовательно, опреде-
лена с известным запасом, надежность отключения по-
врежденного участка в аварийном режиме можно счи-
70
тать обеспеченной; если же измеренная величина Z4.из
равна или больше расчетной, следует считать, что дан-
ная цепь фаза — нуль такой надежности не обеспечи-
вает. В этом случае результат необходимо подвергнуть
анализу. Если при проверке цепи группы электроприем-
ников измеренная величина ZTl.n:i равна или больше рас-
четной, то, прежде чем браковать устройство сети, не-
обходимо проверить правильность выбора плавких вста-
вок предохранителей или уставок расцепителей автома-
тов. Опыт испытаний показал, что во многих случаях,
когда ток однофазного замыкания для группы электро-
приемников, определенный по результатам измерении,,
меньше уставки защиты (Zl(. Из > Zp) и, следовательно,
защита не должна была сработать, удавалось снизить
уставку защиты, которая обеспечивала пуск объекта и
надежно срабатывала при замыкании на корпус. Причи-
на заключалась в необоснованно завышенной расчетной
величине уставки защитных устройств.
Неправильный выбор защитных устройств не исклю-
чен и у одиночных электропрпемников. Если защитное
устройство выбрано правильно, а фактическая величи-
на ZI( оказывается все же более допустимой, то. прежде
чем ставить вопрос об усилении фазного или нулевого
проводов, необходимо измерить активную составляю-
щую /?ц и реактивную (индуктивную) составляющую А'ц
полного сопротивления цепи фаза — нуль. Величину /?ц
можно измерить мостом постоянного тока или другим
методом на постоянном токе, а Ац — вычислить по
формуле
Хц = > Zl - Rl , Ом, (31);
где Zu и /?ц — измеренные значения полного и активно-
го сопротивлений цепи фаза — нуль. Если при этом ока-
жется, что увеличение Zu произошло за счет величи-
ны Хц, то увеличение сечения проводов не даст желае-
мого эффекта; нужно принимать другие меры, напри-
мер уменьшить расстояние между нулевым и фазным'
проводами.
В некоторых случаях защита, выбранная из усло-
вий запуска двигателей, не может обеспечить отклю-
чение при однофазном замыкании на корпус. Такой
случай может быть, например, при защите асинхронно-
го двигателя с короткозамкнутым ротором, питающего-
ся от трансформатора соизмеримой с ним мощности..
7Е
Увеличение сечения нулевого провода здесь не обеспе-
чит срабатывания защиты. Для таких случаев ПУЭ
(§ 1-7-58) рекомендуют применять специальные защиты.
Можно, например, применять защиту от замыкания на
землю с воздействием на отключающую катушку
автомата.
Только тщательный анализ результатов измерений
•сопротивления 2Ц в сочетании с проверкой правильности
выбора защитных устройств позволяет сделать заклю-
чение о надежности срабатывания защиты при однофаз-
ном замыкании на землю.
После выполнения расчетов и анализа результатов
измерений эти результаты заносят в рабочую тетрадь,
затем разбирают схему измерения. Окончательный ре-
зультат заносят в протокол.
5. ИСПЫТАНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЙ
(ЗАНУЛЯЮЩЕЙ) СЕТИ
Содержание работы. Заземляющая сеть пред-
ставляет собой совокупность разветвленной системы
заземляющих (зануляющих) проводников, связывающих
заземляемое оборудование с заземлителями, и других
элементов заземляющего (зануляющего) устройства.
Состояние заземляющей сети должно периодически конт-
ролироваться путем испытаний. В объем испытаний за-
земляющей сети входит проверка: а) правильности вы-
полнения заземляющей проводки; б) состояния элемен-
тов заземляющего устройства; в) состояния пробивных
предохранителей; г) соответствия сечений заземляющих
проводников; д) наличия цепи между заземлителями и
заземляемыми элементами. Испытания по пунктам «в»
и «д» производятся электрическими методами; осталь-
ные проверки—путем внешнего осмотра.
Проверка правильности выполнения заземляющей
(зануляющей) сети. Это испытание предшествует всем
остальным и имеет цель проверить, соответствует ли
испытуемая сеть требованиям ПУЭ и данным проекта.
Сначала внешним осмотром убеждаются, какая система
выполнена: заземляющая или зануляющая. Для этого
проверяют характер сети (число проводов), изолиро-
вана или заземлена нейтраль у всех трансформаторов,
установлены ли пробивные предохранители. Затем
осматривают заземляющую (зануляющую) проводку.
72
При осмотре заземляющей проводки проверяют:
места и надежность присоединения выводов от заземли-
телей к заземляющей магистрали; наличие замкнутого
контура, образуемого заземляющей магистралью; це-
лость заземляющей проводки; материал, размеры и
окраску надземных проводников, способы их прокладки,
крепления и перехода через междуэтажные перекрытия
и стены; качество сварных соединений и болтовых кон-
тактов; места и качество присоединения естественных
заземляющих проводников (трубопроводы, металлокон-
струкции зданий, обрамление кабельных каналов и т. д.).
Каждый заземляемый элемент электроустановки дол-
жен присоединяться к заземлителю или к заземляющей
магистрали отдельным проводником; последовательное
соединение заземляемых элементов не допускается.
Подземная часть заземляющего устройства должна
соединяться с надземной ее частью не менее чем двумя
проводниками (выводами), расположенными в противо-
положных ее точках. Размеры этих выводов и указа-
ния по их прокладке и присоединению указывают в
проекте. Соединения заземляющих проводников с ма-
гистралью заземления и между собой должны выпол-
няться сваркой внахлестку, а присоединения их к обо-
рудованию— сваркой или болтовыми соединениями.
Проходы заземляющих проводников и магистралей че-
рез стены и междуэтажные перекрытия должны выпол-
няться в проемах или трубах. Заземляющая проводка
на всем протяжении должна быть доступна для осмот-
ра. Допускается короткие ответвления от магистрали
к электроприемникам прокладывать в полу и фунда-
ментах в стальных трубах диаметром около 0,08 м.
Если в результате внешнего осмотра обнаруживают
дефекты, препятствующие испытанию заземляющего
(зануляющего) устройства или его нормальной работе
(например, обрыв или отсутствие нулевых проводов в
электроустановках до 1000 В с глухим заземлением
нейтрали), дальнейшие испытания должны быть при-
остановлены до устранения дефектов. Результаты осмот-
ра заносят в протокол обследования и испытания за-
земляющего (зануляющего) устройства, являющийся
частью технического отчета по испытаниям.
Проверка состояния элементов заземляющего (зану-
ляющего) устройства. Под элементами зазем-
ляющего (зануляющего) устройства пони-
73;
маются все части, из которых оно состоит: естественные
и искусственные заземлители, заземляющие проводни-
ки, в том числе металлоконструкции, используемые в
качестве заземляющих проводников, нулевые провода,
контактные и сварные соединения. Каждый из этих эле-
ментов играет важную роль в работе заземляющего
устройства, и поэтому все они должны подвергаться си-
стематическому и тщательному контролю. Проверка
состояния элементов заземляющего устройства заклю-
чается во внешнем осмотре их и в проверке надежности
сварных соединений путем простукивания, а болто-
вых — осмотром и подтягиванием гаек.
Подземные части вновь смонтированного заземляю-
щего устройства (заземлители) осматривают после пол-
ного окончания монтажа до засыпки землей. При осмот-
ре подземной части проверяют соответствие ее проекту
и требованиям ПУЭ: конструкция, материал и число
электродов, расстояние между ними, материал и сече-
ние соединительной шины и выводов, качество сварных
•соединений. Длину заземляющих электродов проверяют
по акту скрытых работ, составляемому монтажной орга-
низацией. Если к моменту испытания подземная часть
оказывается засыпанной землей, проверку производят пу-
тем выборочного устройства шурфов. Таким же обра-
зом контролируют подземную часть эксплуатируемого
заземляющего устройства. Результаты осмотра сопостав-
ляют с проектными данными, требованиями ПУЭ и ре-
зультатами предыдущих испытаний.
Элементы подземной части заземляющего устройства
не должны быть окрашены, их размеры должны быть не
менее указанных в [Л. 1] размеров.
Проверка наличия цепи между заземлителем и за-
земляемыми элементами. При обрыве цепи между
заземлителем и каким-либо заземляемым элементом
последний оказывается отключенным от заземляющего
устройства и его дальнейшая эксплуатация в таком ви-
де недопустима. Ненадежный контакт в цепи заземле-
ния при прохождении через него тока аварийного режи-
ма может нарушиться и тогда заземляемый элемент, как
и в первом случае, окажется незаземленным. Поэтому
ПУЭ требуют обязательной проверки наличия цепи
между заземлителем и заземляемыми элементами пе-
ред вводом в эксплуатацию вновь смонтированной элек-
троустановки и в процессе эксплуатации.
74
Проверку целости цепи заземляющей проводки про-
изводят внешним осмотром и измерением ее сопротив-
ления. Проверку можно производить без отключения
испытуемого оборудования, однако предварительно не-
обходимо убедиться при помощи вольтметра или указа-
теля напряжения в отсутствии 'напряжения на корпусе
испытуемого электроприемника.
Величина сопротивления заземляющей проводки
ПУЭ не нормируется, обычно она невелика и составляет
десятые доли ома на ветвь. Для отыскания поврежде-
ния (обрыва) проверяют отдельные участки заземляю-
щей проводки и контактные соединения. Сначала про-
веряют связь нейтрали трансформатора (в сетях с глу-
хим заземлением нейтрали) или заземляющей ошинов-
ки в камере трансформатора (в сетях с изолированной
нейтралью) со всеми выводами от заземлителей, за-
тем—-связь этих проверенных мест с ближайшим к под-
станции участком цеховой магистрали заземления, затем
связь проверенного участка магистрали заземления со
всеми остальными ее участками и лишь после этого
проверяют связь корпусов оборудования с цеховой ма-
гистралью заземления.
Измерение сопротивления заземляющей проводки
можно производить различными приборами: измерите-
лем заземления, мостами, методом амперметра — вольт-
метра, омметрами, специальным омметром типа М-372
для измерения сопротивления заземляющей проводки,
микроомметром типа М-246, амперметром, градуирован-
ным в омах, и т. п. При измерении в обычных помеще-
ниях следует отдавать предпочтение методам, исполь-
зующим большие токи и малые напряжения, например
метод амперметра — вольтметра или метод амперметра,
градуированного в омах. При пропускании значительно-
го тока (10—30 А) в местах плохого контакта происхо-
дит быстрый нагрев и искрение, что облегчает нахож-
дение места повреждения, а случайный контакт
разрушается. Применение больших токов недопустимо в
помещениях взрыво- и пожароопасных. Ниже рассмат-
ривается измерение сопротивления заземляющей провод-
ки с применением распространенных пциборов.
Измерение сопротивления заземляющей проводки
при помощи измерителя заземления типа МС-08. При
малых расстояниях между заземляемыми элементами и
магистралью заземления измерение можно производить
75
по схеме, показанной на рис. 29, а. По этой схеме со-
противление соединительных проводов входит в изме-
ряемую величину. Поэтому здесь надо применять ко-
роткие проводники сечением не менее 4 мм2. Зажимы
/1, Е} и /2, Е2 соединяют попарно перемычками. Прибор
устанавливают как можно ближе к магистрали зазем-
ления. К зачищенному месту на магистрали привинчи-
Магистраль
Рис. 29. Схема измерения сопротивления заземляю-
щей проводки измерителем заземления типа МС-08.
а — сопротивление соединительных проводников вхо-
дит в измеряемую величину; б — сопротивление соеди-
нительных проводников исключается из измеряемой
величины.
вают струбцину, соединенную коротким проводником с
зажимами Ц и £\. Зажимы 1> и Е2 соединяют со щупом
(напильником или др.).
До измерения необходимо скомпенсировать сопротив-
ление соединительных проводников. Это делается сле-
дующим образом. Один испытатель делает надпил в ма-
гистрали вблизи струбцины и прижимает щуп к маги-
страли, а второй производит регулировку прибора ком-
пенсационным сопротивлением. После этого производят
измерения, соблюдая те же предосторожности, что и при
измерении сопротивления заземлителей. При большом
расстоянии между испытуемым оборудованием и маги-
76
щупу, ь этом случае
Рис. 30. Схема измере-
ния сопротивления за-
земляющей проводки
при помощи амперметра,
проградуированного в
омах.
стралью заземления измерение производят по схеме
рис. 29, б, при которой исключается влияние сопротив-
ления соединительных проводников. Перемычки между
зажимами 1\, Е\ и /2> А2 снимают. Прибор устанавли-
вают вблизи магистрали заземления и присоединяют
к ней двумя короткими проводниками, подключенными
к зажимам 1\ и Е\. К зажимам 12 и Е2 присоединяют два
длинных проводника сечением 1—1,5 мм2, вторые концы
этих проводников присоединяют к
также требуется компенсация со-
противления соединительных про-
водников.
Измерение сопротивления за-
земляющей проводки при помощи
амперметра, проградуированного
в омах. При измерении сопротив-
ления по методу амперметра —
вольтметра его определяют как
отношение падения напряжения
на этом сопротивлении к прохо-
дящему через него току. При не-
изменном напряжении измерен-
ное сопротивление может быть
определено только по величине
тока. Поэтому, если пренебречь
колебанием напряжения сети, со-
противление заземляющей про-
водки может быть (измерено ам-
перметром, проградуированным
в омах.
На рис. 30 приведена схема
включения прибора, изготовлен-
ного институтом Тяжпромэлек-
тропроект (г. Харьков). Электромагнитный амперметр
класса 1,5—2,5 со шкалой до 10 А шунтируется регу-
лируемым сопротивлением СР (0,2 Ом, 1 А); последова-
тельно с прибором включается добавочное сопротивле-
ние СД (0,8 Ом, 10 А). Это позволяет получить растя-
нутую шкалу и подогнать прибор под напряжение сети.
Измерительная схема включается на напряжение 12 В
через понижающий трансформатор Тр 220/12 В. Прибор
комплектуется тремя гибкими проводниками сечением
4 мм2, из которых один, соединяющий трансформатор
с магистралью заземления, имеет длину 3 м и снабжен
77
струбциной на конце, второй — длиной 20 м, предназна-
чен для соединения амперметра с трансформатором, тре-
тий— длиной 2 м со щупом на конце, предназначен для
присоединения к испытуемому оборудованию.
Амперметр градуируется совместно с проводами и
добавочным сопротивлением при напряжении 12 В. Дви-
жок шунтирующего сопротивления при градуировке
устанавливается в среднее положение. Полное отклоне-
ние стрелки прибора соответствует току в измеритель-
ной цепи порядка 10 А. Трансформатор с автоматом
устанавливают в ящике из изоляционного материала
(например, дерева), снабженном зажимами и ремнем
для переноски; амперметр с сопротивлениями — в дру-
гом таком ящике.
Перед измерением струбцину привинчивают к зачи-
щенному месту магистрали, щуп прижимают к струбци-
не. Включают автомат А и при помощи регулировочно-
го сопротивления стрелку прибора устанавливают на
нуль-—этим прибор подгоняют под фактическое напря-
жение сети, после чего он готов к действию. С одного
места подключения прибора испытывают оборудование,
охватываемое проводами. Чтобы уменьшить влияние
колебания напряжения, периодически надо проверять
установку стрелки на нуль.
Проверка состояния пробивных предохранителей.
В случае повреждения пробивного предохранителя (на-
пример, сварены электроды) сеть переходит в режим
с заземленной нейтралью без соединения корпусов элек-
трооборудования с нейтралью трансформатора. При
этом не обеспечивается надежное отключение защитой
коротких замыканий. Поэтому в электроустановках до
1000 В пробивные предохранители должны испытывать-
ся Испытания должны производиться перед вводом в
эксплуатацию и периодически в процессе эксплуатации
и при ремонте оборудования.
Проверка состояния пробивных предохранителей
производится путем внешнего осмотра и испытаний. При
внешнем осмотре необходимо проверить соответствие
номинального напряжения пробивного предохранителя
напряжению сети, состояние наружной поверхности,
внутренних частей и слюдяной прокладки. При этом
фарфоровая изоляция должна быть чистой и не иметь
трещин, сколов и других дефектов; разрядные поверх-
ности электродов должны быть чистыми, шлифованны-
78
ми, без видимых следов обработки; слюдяная проклад-
ка должна быть целой и иметь толщину, соответствую-
щую данным табл. 9.
Таблица 9
Основные технические данные предохранителей —
разрядников типа ПП-А/3 (по данным каталога
ЦИНТИ 3I27-A)
Исполнение Номинальное напряжение, В, до Пробивное напряже- ние, Вэ в пределах Величина разрядных промежутков (тол- щина слюдяной прокладки), мм
I 220 351—500 0,08+0,02
II 500 701—1000 0,21+0,03
При положительных результатах внешнего осмотра
пробивной предохранитель собирают и испытывают.
Испытание заключается в измерении сопротивления изо-
ляции (мегомметром до 250 В) и проверке разрядной
характеристики. При исправной изоляции проверяется
разрядная характеристика путем испытания на ппобой
током промышленной частоты. Пробивной предохрани-
тель считается исправным, если внешний осмотр дал по-
ложительные результаты, сопротивление изоляции со-
ставляет не ниже 4 МОм и пробивное напряжение ле-
жит в пределах, указанных в табл. 9.
ЛИТЕРАТУРА
1. Правила устройства электроустановок (ГОЭ). М., «Энер-
гия», 1966.
2. Правила технической эксплуатации электроустановок потреби-
телей и Правила техники безопасности при эксплуатации электро-
установок потребителей. М., «Энергия», 1969.
3. Правила технической эксплуатации электрических станций и
сетей М., «Энергия», 1969.
4. Объем и нормы испытания электрооборудования. М., «Энер-
гия», 1964.
5. Найфельд М Р. Заземления и защитные меры безопасно-
сти М , «Энергия», 1965.
6. Н а й ф е л ь д М. Р. Защитные заземления в электротехниче-
ских установках. М., Госэнергоиздат, 1956.
7. Лурье А. И. Испытание заземляющих устройств электриче-
ских установок. М., Госэнергоиздат, 1950.
8. Гомберг А. Е. Измеритель заземления. М., Госэнергоиз-
дат, 1961.
79
9. О с л о н А. Б. Об измерении сопротивлений заземления.—
«Электричество», 1957, № 2
10. Я к о б с А. И., С у т и н А. Г. О необходимости пересмотра
действующих рекомендаций по измерению сопротивления заземлите-
лей.— «Электрические станции», 1965, № 5.
11. Сутин А. Г. О погрешностях измерений сопротивлений
сложных заземляющих устройств. Научные труды ВИЭСХ, 1966,
т. XVIII.
12. Я к о б с А. И., СутинА. Г., А л и м а м е д о в М. Б. Новые
методы предпроектных изысканий и эксплуатационного контроля за-
земляющих устройств. Всесоюзная конференция по заземлениям.
Доклады, 1966.
13. Якобс А. И., Ко с труба С. И., Сутин А. Г. Эксплуа-
тация заземлений сельских электроустановок. М„ «Колос», 1969.
14. Якубовский Ю. В., Ляхов Л. Л. Электроразведка. М.,
«Недра», 1964.
15. Заборовский А. И. Электроразведка. М., Гостоптехиз-
дат, 1963.
16. Якобс А. И., Сутин А. Г. Определение удельного сопро-
тивления грунтов при сооружении заземляющих устройств.— «Элек-
трические станции», 1966, № 8.
17. Спеваков П. И. Определение расчетного сопротивления
петли зануления.— «Электричество», 1965, № 9.
18. С п е в а к о в П. И. Проверка автоматического отключения
кабелей в сетях напряжением до 1000 В с глухим заземлением ней-
трали.— «Светотехника», 1965, № 6.
19. Найфельд М. Р., Спеваков П. И. Сопротивления
трансформаторов в режиме однофазного замыкания в сетях напря-
жением до 1000 В.— «Промышленная энергетика», 1968, № 11.
20. Черны й И. А. Измерения сопротивления защитных зану-
ляющих контуров под напряжением методом вольтметра.— «Про-
мышленная энергетика», 1960, № II.
21. Прибор для контроля сопротивления цепи фаза — нуль
М-417. Техническая информация Уманского завода электроизмери-
тельных приборов «Мегомметр», 1969.
22. Ш а п р а н А. П., Ч е р н ы й И. А. Прибор для измерения
сопротивления цепи фаза — нуль. Реферативная информация о пере-
довом опыте. Монтаж и наладка электрооборудования, 1967,
вып. 5 (47).
23. Куприянович Ю. М. Измерение сопротивления цепи
фаза — нуль. Реферативная информация о передовом опыте. Мон-
таж и наладка электрооборудования, 1970, вып. 1 (63).
24. Бернштейн Г. С. Контроль зануляющей проводки.—
«Электричество», 1937, № 24.
25. Т е р - О г а н е с я н И. М. Прибор для измерения сопротивле-
ния петли фаза — нуль по методу вспомогательного напряжения.—
Сборник ГОСИНТИ, вып. 5, 1962.
26. Т е р - О г а н е с я н И. М. К вопросу измерения сопротивле-
ния петли фаза — нуль.— «Промышленная энергетика», 1961, № 7.
27. К р и к у н И. В. Испытания заземляющих устройств. М.,
«Энергия», 1967.
28. Корж Н. А. Заземления (библиография). Редакционно-изда-
тельский отпел книжной палаты УССР (Харьков), 1969.
80
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . ................3
1. Основные сведения о заземляющих и зануляющих устройствах
и их испытаниях .......................................... .5
2. Измерение сопротивления заземляющих устройств 17
3. Определение распределения потенциалов на поверхности земли
и удельного сопротивления земли ... 38
4. Испытания зануляющих устройств 54
5. Испытания заземляющей (зануляющей) сети 72
Литература .79
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Стр. Строка Напечатано Следхет читать
13 3 сверлу танин показали, левой провод объектом и что ну- между танин должны диться в полном и по пра- прово- объеме
13 10 снизу танин должны дигь’ся в полном и по пра- прово- объеме гания показали, левой провод объектом и что н.у- между
13 1 снизу 200 = 190 В, 220 -190 Р,
0.G + 3,8 ’ U 0.6 +3,8 °'8
Зак. 272
9. Ос л он А. Б. Об измерении сопротивлений заземления.—
«Электричество», 1957, № 2.
10. Я к о б с А. И., Сутин А. Г. О необходимости пересмотра
действующих рекомендации по измерению сопротивления заземлите-
лей.— «Электрические станции», 1965, № 5.
11. Сутин А. Г. О погрешностях измерений сопротивлении
сложных заземляющих устройств. Научные труды ВИЭСХ, 1966,
т. XVIII.
12. Якобс А. И., Сутин А. Г., А л и м а м е д о в М. Б. Новые
методы предпроектных изысканий и эксплуатационного контроля за-
земляющих устройств. Всесоюзная конференция по заземлениям.
Доклады, 1966.
13 Якобс А. И., Коструба С И., Сутин А. Г. Эксплуа-
тация заземлений сельских электроустановок. М., «Колос», 1969.
14. Якубовский Ю. В., Ляхов Л. Л. Электроразведка. М.,
«Недра», 1964.
15. Заборов с кий А. И. Электроразведка. М., Гостоптехиз-
дат, 1963.
16. Якобс А. И., Сутин А. Г. Определение удельного сопро-
тивления грунтов при сооружении заземляющих устройств.— «Элек-
трические станции», 1966, № 8.
17. С п е в а к о в П. И. Определение расчетного сопротивления
петли зануления.— «Электричество», 1965, № 9.
каб(
тра.
тра:
жег
ляк
МЫ1
Мл
тел
соп
дог
ВЫ1
фа;
та?
«Э.
НИ!
Сб
ZO. I U р U 1 d n CL 71 П XX. *•*. *\ -J - л
ния петли фаза — нуль.— «Промышленная энергетика», 1961, №7.
27. Крикун И. В. Испытания заземляющих устройств. М„
«Энергия», 1967.
28. Корж Н. А Заземления (библиография). Редакционно-изда-
тельский отдел книжной палаты УССР (Харьков), 1969.
80
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . . . 3
1. Основные сведения о заземляющих и зануляющих устройствах
и их испытаниях ... . . . 5
2. Измерение сопротивления заземляющих устройств . 17
3. Определение распределения потенциалов на поверхности земли
и удельного сопротивления земли . .38
4. Испытания зануляющих устройств 54
5. Испытания заземляющей (зануляющей) сети 72
Литература...........................................79-