Вимірювання опору контуру заземлення
При використанні електричних приладів завжди існує ризик ураження електричним струмом. Ця ймовірність відбувається з властивостей впорядкованого потоку заряджених частинок: він проходить через ту ділянку ланцюга, в якому опір має мінімальне значення. У різний час виробники приладів і комплектуючих намагалися боротися з цим і убезпечити людину від шкідливого або навіть смертельного впливу струму. Але в кінцевому підсумку найбільш простим і надійним залишається заземлення.
Заземлення застосовується на промислових підприємствах і в заміських будинках. Особливу роль воно відіграє в разі, коли потужність приладу перевищує критичні значення. Людині досить отримати удар силою 0.1 ампера, щоб гарантовано загинути. Також не варто забувати, що навіть справне устаткування може служити джерелом небезпеки. Це може статися через розряду блискавки і з деяких інших причин. Отже, до питання встановлення заземлення варто підходити відповідально і враховувати всі нюанси.
випробування заземлення
Існує безліч суперечок з приводу монтажу заземлення і норм розтікання струму по ньому. Але в одному фахівці сходяться абсолютно одностайно – перевіряти якість встановленого контуру повинен перевіряти фахівець. Ця процедура дозволить бути впевненим з правильному монтажі заземлення в будинку і дозволить убезпечити себе і близьких від небезпечного впливу електричного струму. Випробування проводяться як на підприємствах, де часто працюють генератори і двигуни високої потужності, так і в приватних будинках – вимірювання опору заземлення робиться одним і тим же способом.
Існує два основні різновиди випробувань: приймально-здавальні і експлуатаційні. Перші проводяться у випадках, коли установка (або ділянку мережі) вже повністю змонтовані і готові до безпосереднього використання. Перед тим, як виміряти опір заземлення, визначають, чи готовий контур до поглинання струмів в разі потреби і відповідають його параметри заявленим вимогам. Крім усього іншого, необхідно регулярно контролювати, щоб встановлене заземлення не втрачало своїх властивостей з часом. Для цього проводяться експлуатаційні випробування – фахівець перевіряє готову ділянку мережі, який вже використовується. Для здійснення такої процедури потрібно звільнити мережу від споживачів, так що весь процес вимагає невеликої підготовки.
Чим вимірюють заземлення
Для вимірювання цієї величини застосовується омметр – прилад, який змінює опір. При цьому пристроїв для визначення опору заземлення повинні мати певні характеристики. Найголовніша: дуже низька провідність на вході. Діапазон вимірювань у таких приладів вкрай невеликий: зазвичай він становить від 1 до 1000 Ом. Точність вимірювання в аналогових приладах не перевищує 0.5-1 Ом, а в цифрових – до 0.1 Ома.
Незважаючи на повальне поширення китайських і європейських приладів, найпопулярнішим залишається М416, розроблений ще в СРСР. Пристрій має чотири діапазони вимірювання: від 0 до 10 Ом, від 0.5 до 50, від 2 до 200 і від 100 до 1000. Працює прилад від трьох «пальчикових» батарей. Незважаючи на це, мобільним його назвати важко – розміри корпусу не дуже комфортні.Більш просунутою версією є Ф4103 – промисловий омметр з великим вхідним опором. Він ще менш транспортабельний, але має більшу кількість діапазонів вимірювання. Великий плюс такого приладу: робота з величезним діапазоном сигналів (від постійного і пульсуючого струму – до змінного з частотою 300 Гц). Також порадує користувача і діапазон робочих температур: від -25 до 55 градусів за Цельсієм.
Як потрібно вимірювати опір
Існує два документа, які регламентують норми опору заземлення в контурі і інші показники.Перший – ПУЕ (Правила улаштування електроустановок), на які спираються при проведенні приймально-здавального контролю. Експлуатаційні виміри ж повинні відповідати Правилам технічної експлуатації електроустановок споживачів (ПТЕЕС).
В обох склепіннях правил існує поділ контурів на кілька типів – їх потрібно врахувати до того, як виміряти опір заземлення. Вони відрізняються в залежності від напруги, яке використовується в мережі і різновиди ланцюга. Всього є три типи контурів:
- Для підстанцій і пунктів розподілу, в яких напруга не перевищує 1000 вольт (незалежно від того, використовується в мережі змінний струм або постійний).
- Для повітряних ЛЕП (ліній електропередач), які передають струм напругою менше 1000 вольт.
- Для електроустановок з таким же максимально допустимою напругою, що використовується в промислових або побутових цілях.
Норми для кожного з типів
Для того, щоб зрозуміти, які нормативні і експлуатаційні показники повинні бути для кожного з типів:- Для електричних установок. Проводити вимірювання опору заземлення потрібно в безпосередній близькості до підстанції. Залежно від навантаження, цей показник може становити 60, 30 або 15 Ом. Також варто враховувати природні заземлювачі – для них ці величини повинні рівнятися 8, 4 або 2 Ома відповідно. Всі три величини залежать від напруги в мережі. 60 і 8 Ом допускаються для однофазної мережі в 200 вольт. 30 і 4 Ом – для трифазної з напругою 380 вольт. Мінімальні значення (15 і 2 Ома) – для 660 вольт. В ході експлуатації опір заземлюючого контуру також не повинно падати нижче показників, описаних в абзаці вище.
- Для пункту розподілу або підстанції. Для установок з напругою вище 100 кіловольт (100 тисяч вольт) провідність заземлення при здачі мережі і при її експлуатації також залишається незмінною і становить 0.5 Ома. При цьому обов'язковими вимогами при перевірці є глухий тип заземлення і підключена до нейтрального контуру. Також існують норми і для менш потужних установок, в яких напруга лежить в межах між 3 і 35 кіловольт. У такому випадку потрібно 250 ділити на розрахунковий струм замикання в землю – результуюче значення буде необхідним опором в Омах. Показник, згідно ПТЕЕС, не повинен перевищувати 10 Ом в будь-якому випадку.
- Для повітряних ліній електропередач. Розраховується в залежності від провідності грунту, на якому стоять опори ЛЕП:
- для грунту з питомим опором менше 100 Ом на метр – 10 Ом;
- з питомим опором 100 … 500 Ом на метр – 15 Ом;
- з питомим опором 500 … 1000 Ом на метр – 20 Ом;
- з питомим опором 1000 … 5000 Ом на метр – 30 Ом.
Для ЛЕП з напругою струму менше 1000 вольт – до 30 Ом (для опор із захистом від попадання блискавки). В іншому випадку опір має бути 60, 30 або 15 Ом для мереж з напругою до 660, 380 або 220 вольт відповідно.
Від чого залежить опір заземлення
Як вже говорилося вище, у струму є одна важлива особливість – він тече по тій ділянці ланцюга, який найменше цьому чинить опір. Сама величина опору залежить від безлічі факторів:- матеріалу. Ряд матеріалів має особливу (атомарному) структуру, яка має на увазі наявність великої кількості вільних електронів. Якщо такі матеріали потрапляють в дію будь-якого магнітного поля або покдлючаются до джерела живлення, то легко проводять електричний струм. У своїй більшості це твердження стосується металів. Інші матеріали не мають вільних електронів і їх опір току вкрай високо. Якщо напруга (сила, «штовхає» електрони) нижче допустимого значення, то провідність буде дорівнювати нулю або вкрай малим значенням. При перевищенні показника відбудеться пробій і утворився нагар матиме властивості провідника.Логічно, що матеріалом для заземлення можуть бути саме тільки представники першої групи матеріалів – саме вона забезпечує мінімальний опір.
- його температури. Темпатура визначає, наскільки швидко електрони пересуваються всередині матеріалу. Отже, чим нижче вона у провідника, тим краще він проводить заряд. Зворотна залежність теж носить характер прямої пропорції – після її підвищення його опір буде падати. Розрахунок опору заземлення повинен проводитися з урахуванням цього параметра.
- наявність домішок. Основна частина провідників робиться з міді. Старі дроти ізготавлівалівалісь з алюмінію, але такі рішення мають відразу кілька недоліків. На жаль, кабелю і проводу з цього матеріалу швидше перегріваються і плавляться, та й опір промислово видобувається алюмінію нижче, ніж таке у міді. Хімічно чистий же метал є кращим провідником, перевершуючи по провідності навіть срібло. Справа в домішках: вони мають набагато більш високі показники опору. Цей же момент варто враховувати при розрахунку заземлення.
Ясна річ, що в ідеалі опір має бути мінімальним – для цього потрібно використовувати мідний контур великого перерізу. Але справа в тому, що мідь швидко окислюється, та й вартість такого рішення буде вкрай високою. Отже, були розроблені норми для мінімального порогу заземлення. Цей показник не потрібно перевищувати для того, щоб в потрібний момент під навантаженням контур виконав покладену на нього функцію і відвів заряд в землю.
Формула розрахунку
Формула розрахунку опору заземлення одиночного вертикального заземлювача:
де:
ρ – опір грунту на одиницю довжини (Ом × м)
L – протяжність заземлювача (в метрах)
d – ширина заземлювача (в метрах)
T – відстань від поверхні землі до середини заземлювача (в метрах)Для електролітичного заземлення:Формула розрахунку опору заземлення одиночного горизонтального електрода з додаванням поправочний коефіцієнт:
ρ – опір грунту на одиницю довжини (Ом × м);
L – протяжність заземлювача (в метрах);
d – ширина заземлювача (в метрах);
T – відстань від поверхні землі до середини заземлювача (в метрах);
З – відносний вміст електроліту в навколишньому грунті.Коефіцієнт C варіюється від 0.5 до 0.05. Згодом він зменшується, так як електроліт проникає в грунт на більший обсяг, при це підвищуючи свою концентрацію. Як правило, він становить 0.125 через 6 місяців вилуговування солей електрода в щільному грунті і через 0.5-1 місяць вилуговування солей електрода в пухкому грунті. Процес можна прискорити шляхом додавання води в електрод при монтажі.
Розрахункова питомий електричний опір ґрунту (Ом × м) – параметр, що визначає собою рівень «електропровідності» землі як провідника, тобто як добре буде розтікатися в такому середовищі електричний струм від заземлювача.Це вимірювана величина, що залежить від складу грунту, розмірів і щільності прилягання один до одного його частинок, вологості і температури, концентрації в ньому розчинних хімічних речовин (солей, кислотних і лужних залишків).
Підсумки і висновки
Заземлення – важливий елемент електричного кола, який забезпечує захист від коротких замикань, ураження струмом або попадання блискавки в один з її ділянок. Ключовим показником тут є опір: чим воно менше, ніж більше струму «відведе» контур і тим нижче буде ймовірність серйозного удару або пошкодження обладнання. Опір заземлення регламентується двома документами: ПУЕ та ПТЕЕС. Перший використовується для прийому тільки що зданого ділянки мережі, другий – для контролю вже експлуатується ділянки.
Не можна нехтувати нормами контролю, які покликані перевірити якість заземлення і роботу контуру в умовах повного навантаження.Процедури проводяться як безпосередньо після створення ланцюга, так і в процесі її використання. Частота перевірок залежить від навантаження на мережі та цілей, для яких використовується контур. Норми сопроівленія при цьому зовсім не відрізняються. Розрізняють три типи норм: для ліній електропередач, трансформаторів та електричних установок. З підвищенням робочої напруги по експоненті зростає максимальна величина опору. Також враховується і ряд специфічних показників (наприклад, питома провідність грунту). Виходячи з неї можна отримати максимальне регламентоване опір.Основними способами для збільшення ефективності роботи заземлювача є використання різних конфігурацій провідника. Ключове завдання полягає в тому, щоб гранично підвищити площа прямого контакту контуру з землею. Для цього використовується один або кілька провідників. В останньому випадку їх можуть з'єднувати як послідовно, так і паралельно.Також для виміру опору контуру заземлення важливо знати і поправочні коефіцієнти – наприклад, при обчисленні мінімально допустимого опору заземлення враховується також питомий вміст матеріалу в грунті і опір повторного заземлення. Для отримання цього показника потрібно використовувати спеціальне обладнання.