Измерение сопротивления заземления: обзор методов практических измерений

Заземление используется в реализации различных проектов электрических систем. Само понятие «заземление» схематично рассматривается подключением участка электрической цепи к потенциалу земли.

Контур заземления содержит проводник и электрод, внедрённый глубоко в грунт. Традиционным действием в электротехнической практике является измерение сопротивления заземления только ещё запускаемых и уже эксплуатируемых сетей. Мы расскажем, как и каким образом производится это важное действие.

Для чего необходимы измерения?

Блестящее решение перечисленных ниже задач достигается идеальным нулевым сопротивлением в заземляющей цепи:

1. Не допустить появления напряжения на корпусе технологических машин.
2. Добиться эффективного опорного потенциала электроаппаратуры.
3. Полностью устранить статические токи.

Правда электротехнический опыт показывает: результат под идеальный нуль получить невозможно.

Процедура исполнения необходимых замеров с помощью прибора для определения сопротивления заземляющей шины. Такие процедуры проводятся по графику, который утверждается руководством обслуживающей организации

В любом случае, заземлённый электрод выдаёт какое-никакое сопротивление.

Конкретную величину resistance определяют:

• сопротивление электрода в точке контакта с проводящей шиной;
• контактная область между земляным электродом и грунтом;
• структура грунта, дающая разное сопротивление.

Практика измерений сопротивления контура заземления отмечает, что первыми двумя факторами вполне можно пренебречь, но при соблюдении логичных условий:

1. Заземляющий электрод сделан из металла с высокой электропроводимостью.
2. Тело штыря электрода тщательно зачищено и плотно посажено в грунт.

Остаётся фактор третий – резистивная поверхность грунта. Он видится главной расчётной деталью для измерений сопротивления контура заземления.

Вычисляется же благодаря формуле:

R = pL / A,

где: p – удельное сопротивление грунта, L – условное заглубление, А – рабочая площадь.

Чтобы обезопасить владельцев дома/квартиры, заземлением должны быть снабжены все виды мощного домашнего электрооборудования:

При тестировании сопротивления каждую из заземляющих линий проверяют отдельно. Сопротивление между заземляющим элементом и каждой не проводящей ток частью электрооборудования, попадание под напряжение которой возможно, должно быть меньше 0,1 Ом.

Обзор измерительных способов

Существует несколько вариантов измерения сопротивления контура заземления, каждый из которых вполне точно позволяет определить искомую величину.

3-точечная система определения

Так, например, часто применяется методика 3-х точечной схемы, основанная на эффекте падения потенциала.

Графическая схема так называемой трёхточечной системы, которую достаточно часто применяют, когда требуется измерить значение сопротивления заземляющего контура

Измерения выполняют за три основных шага:

1. Замер напряжения на электроде Э1 и зонде Э2.
2. Замер силы тока на электроде Э1 и зонде Э3.
3. Расчёт (формулой R = E / I) сопротивления заземляющего электрода.

Для этой методики точность замеров логически зависима от места инсталляции зонда Э3. Его рекомендуется внедрять в грунт на удалении — оптимально за пределы так называемой области ЭСЭ (эффективного сопротивления электродов) Э1 и Э2.

Измерения по технологии «62%»

Если структура грунта под размещение заземляющего электрода отличается однородным содержимым, методика «62%» для определения сопротивлений контуров заземления обещает хорошую результативность.

Схема под технологию измерений под интересным названием «62%». Однако название взято от оптимальной величины отступа между электродами, при которой получают приемлемый результат

Способ применим под схемы с единственным заземляющим электродом. Точность показаний здесь обусловлена возможностью расположения рабочих зондов  на прямолинейном участке, относительно заземляющего электрода.

Точки инсталляции контрольных зондов

Упрощённый двухточечный метод

Применение этого способа измерений требует наличия ещё одного качественного заземления помимо того, которое будет подвергаться исследованию. Методика актуальна для территорий густонаселённых, где часто нет возможности широко оперировать вспомогательными рабочими электродами.

Упрощённая методика измерений производится по двухточечной схеме. При такой технологии требуется меньше манипуляций с оборудованием и расчётами, но точность расчетов невысока

Метод двухточечного измерения отличается тем, что одновременно показывает результат для двух устройств заземления, включенных последовательно. Этим и объясняются требования к высокому качеству исполнения второго заземления, чтобы не учитывать его сопротивление.

Для выполнения вычислений также измеряется сопротивление заземляющей шины. Полученный результат вычитывают из результатов общих замеров.

Точность этого способа оставляет желать лучшего по сравнению с двумя вышеизложенными. Здесь существенную роль играет расстояние между заземляющим электродом, сопротивление которого измеряется и вторым заземлением. Стандартно такая методика не применяется. Это своего рода альтернатива, когда нельзя использовать другие способы измерений.

Точные измерения по четырём точкам

Для большинства вариантов измерения сопротивлений наиболее оптимальным способом, помимо 2-х и 3-х точечных, считается 4-х точечная технология. Такой технологией замеров наделены приборы, подобные тестеру 4500 серии. Судя из наименования метода, на рабочей площадке в одну линию и на равных расстояниях размещаются четыре рабочих электрода.

По такой схеме – четырехточечной, производятся самые точные измерения. Используется современная аппаратура и есть возможность выполнять работы без отключения заземляющей цепи

Генератор тока прибора подключается на крайние электроды, в результате чего между ними течёт ток, значение которого известно. На других клеммах прибора подключены два внутренних рабочих электрода.

На этих клеммах присутствует значение падения напряжения. Конечный результат по замерам – сопротивление заземления (в Омах), значение которого прибор демонстрирует на дисплее.

Приборами из серии 4500 часто пользуются для измерения напряжения прикосновения. Устройством при помощи специального модуля генерируется в земле напряжение небольшой величины – имитация повреждения кабеля.

Одновременно на шкале прибора указывается ток, текущий по цепи заземления. Показания на экране берут за основу и умножают на предполагаемую величину тока в земле. Таким способом вычисляют напряжение прикосновения.

Выполнение мероприятий по контролю за состоянием электротехнической аппаратуры и линий заземления. Для работы используется измерительный прибор типа 4500

К примеру, максимальное значение ожидаемого тока на участке повреждения равно 4000А. На экране прибора отмечается величина 0,100. Тогда величина напряжения прикосновения будет равна 400В (4000*0,100).

Измерение прибором С.А6415 (6410, 6412, 6415)

Уникальность этого способа – возможность проведения замеров без отключения заземляющей цепи. Также здесь следует выделить преимущественную сторону, когда измерять общее сопротивление устройства заземления допустимо методом включения в цепь заземления резистивной составляющей всех соединений.

Принцип работы примерно следующий:

1. Специальным трансформатором в цепи создаётся ток.
2. Ток течёт в образованном контуре.
3. С помощью синхронного детектора регистрируется измеряемый сигнал.
4. Полученный сигнал преобразуется АЦП.
5. Результат выводится на ЖК-дисплей.

Устройство оснащается модулем (избирательный усилитель), благодаря которому полезный сигнал эффективно очищается от разного рода помех – н.ч. и в.ч. шумов. Лапами клещей в их сочленённом состоянии образуется возбуждаемый контур, охватывающий проводник заземления.

Инструкция измерения прибором С.А6415

Последовательность действий при работе с прибором серии С.А6415 доходчиво описывается в инструкции, прилагаемой к этому уникальному устройству.

Уникальный измерительный прибор — клещи, благодаря которому относительно просто и легко удаётся измерить сопротивление земляного контура в различных условиях

Например, есть необходимость провести измерения сопротивления заземления какого-либо электрического модуля (трансформатора, электросчётчика и т.п.).

Последовательность действий:

1. Открыть доступ к заземляющей шине, сняв защитный кожух.
2. Захватить клещами проводник (шину или непосредственно электрод) заземления.
3. Выбрать режим измерения «А» (измерение тока).

Максимальное значение тока прибора составляет 30А, поэтому в случае превышения этой цифры выполнять измерение нельзя. Следует снять прибор и повторить попытку измерений в другой точке.

Процесс выполнения замеров с помощью измерительных устройств типа С.А6415 и 3770. Результаты измерений фиксируются в таблице и сравниваются при следующем ТО

Когда полученная на шкале величина тока укладывается в допустимый диапазон, можно продолжить работу переключением прибора на измерение сопротивления «?».

Высвеченный на дисплее результат покажет общее значение сопротивления, включая:

• электрод и шину заземления;
• контакт нейтрали с электродом заземления;
• контакт соединений на линии между нейтралью и заземляющим электродом.

Работая с клещами, следует иметь в виду: завышенные показания прибора по сопротивлению заземления, как правило, обусловлены плохим контактом заземляющего электрода с грунтом.

Также причиной высокого сопротивления может быть оборванная токоведущая шина. Высокие цифры сопротивлений в точках соединений (сращиваний) проводников тоже могут влиять на показания прибора.

Общие рекомендации по измерению УСГ

Прежде чем сооружать цепь заземления, к примеру для газового котла, следует получить точные сведения о том, в область каких грунтов будет закладываться заземляющий электрод. Часто для определения значений «p» грунта предлагается обращаться к существующим таблицам.

Однако этот вариант с таблицами даёт чисто ориентировочные данные. Поэтому полагаться на них не стоит. Истинные значения сопротивления грунта могут отличаться в разы.

Вариант #1: однослойный грунт

Если грунт имеет однородную составляющую, его удельное сопротивление измеряют методикой «пробного электрода».

Структура однородного грунта. При таких условиях измерить и вычислить сопротивление значительно проще, чем проделывать ту же самую работу на многослойных грунтах

Метод предполагает выполнение определённой процедуры в два этапа:

1. Берут стержневой контрольный зонд длиной чуть больше глубины проектной закладки.
2. Погружают зонд в землю строго вертикально на глубину проектной закладки.
3. Оставшийся над поверхностью земли конец используют для замера сопротивления растекания (Rr).
4. Определяют УСГ по формуле p = Rr * Ψ.

Желательно выполнить процедуру несколько раз в различных точках рабочей площадки. Альтернативные замеры помогают достичь точных результатов измерений сопротивления грунта.

Вариант #2: многослойный грунт

Для такой ситуации замер УСГ выполняют методом ступенчатого зондирования. То есть контрольный зонд погружается до рабочей глубины ступенями и в положении каждой ступени выполняются измерения удельного сопротивления.  Вычисления среднего УСГ производятся с помощью формул для каждого отдельного измерения.

Многослойный грунт. При таких условиях приходится вычислять сопротивление каждого отдельно взятого слоя. Расчёты по многослойным грунтам требуют больше работы

Затем, исходя из климатических особенностей местности, находят значения для сезонных изменений. Таким способом (достаточно сложным) получают расчётные значения УСГ верхних слоёв. Нижележащие слои рассматриваются как не подверженные сезонным изменениям и потому расчёт для них ограничивается несколько упрощённым измерением и вычислением.

Требования к исполнению работ

Работы подобного плана, конечно же, выполняются квалифицированным персоналом, представляющим специализированные организации. Так, за эксплуатацию силовых щитков в жилых домах, как правило, отвечают коммунальные службы. Производить какие-либо измерения в этих точках разрешается только через обращение к этим службам.

Электрические цепи относятся к опасным системам. Несмотря на то, что коммуникации бытового сектора рассчитаны под напряжение менее 1000В, это напряжение смертельно для человека. Требуется соблюдать все необходимые меры безопасности при обращении с электрическим оборудованием. Обывателю зачастую такие меры попросту неведомы.

С особенностями сооружения заземления для ванны в городской квартире ознакомит следующая статья, содержащая правила и руководство по проведению работы.

Выводы и полезное видео по теме

Выполнение измерений на практике с помощью прибора:

Исполнение работ, связанных с проверкой сопротивления заземления, требуется обязательно, независимо от сложности электрической схемы и категории объекта, где устанавливается или установлено и эксплуатируется электрооборудование. Многие специализированные организации готовы предоставлять такие услуги.

Оставляйте, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Не исключено, что вы знаете простой и эффективный способ измерения сопротивления контуров заземления, не приведенный в статье. Задавайте вопросы, делитесь полезной информацией и фото по теме.