Как измерить сопротивление контура заземления

Можно ли замерить сопротивление заземления мультиметром и как это правильно сделать?

То, что правилами требуется периодически измерять сопротивление заземления, это не просто чья-то придумка или блажь, это, прежде всего, вопрос безопасности человеческой жизни. Существуют определённые нормативы и замеры должны им соответствовать. В статье мы рассмотрим, как замерить сопротивление заземления мультиметром и другими измерительными приборами.

Перед тем, как проверить заземление в частном доме очень важно, чтобы вы поняли саму суть этой процедуры, для чего она выполняется, какую основную цель преследует, почему это так необходимо?

Что такое заземление?

Защитное заземление – это преднамеренное соединение с землёй тех частей электрического оборудования, которые при нормальной работе электросети не находятся под действием напряжения, но могут попасть под его влияние в результате пробоя изоляции. Основной целью заземления является защита людей от действия электрического тока.

Главная составляющая защитного заземления – это контур. Он представляет собой конструкцию естественных или искусственных заземлителей, то есть несколько заземляющих электродов соединяются в единое целое. В качестве электродов чаще всего используют прутья из стали. Медные пруты применяют реже в силу того, что это дорого.

Но если есть финансовые возможности, то имейте в виду, что медь является идеальным вариантом и наилучшим проводником.

По логике понятно, что контур заземления должен располагаться в земле. Так как нас интересует защита дома, то неподалёку от строения и силового щитка выбирается подходящее место с нормальным грунтом. В землю вбиваются три штыря так, чтобы они располагались треугольником, и расстояние между ними было 1,5 м.

Эти электроды необходимо вбить максимально глубоко (их длина должна быть не менее 2 м).

Теперь понадобится сварочный аппарат и металлическая шина, с помощью которых электроды нужно увязать между собой в равносторонний треугольник. Контур готов, теперь к нему нужно закрепить медный проводник, который дальше идёт в щиток и подсоединяется там к заземляющей шинке. А на эту шинку выводятся заземляющие проводники от всех розеток.

Перед использованием необходимо проверить контур на заземляющее сопротивление.

О том, что такое заземление – на следующем видео:

В чём суть работы заземления?

Принцип действия защитного заземления основывается на главном качестве электрического тока – протекать по проводникам, которые обладают наименьшим сопротивлением. На сопротивление человеческого тела оказывают влияние многие факторы, но в среднем оно приравнивается к 1000 Ом.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) контур заземления должен иметь сопротивление гораздо меньшее (допускается не более 4 Ом).

А теперь смотрите, в чём заключается принцип действия защитного заземления. Если какой-то электрический прибор неисправен, то есть произошёл пробой изоляции и на его корпусе появился потенциал, и кто-то прикоснулся к нему, то ток с поверхности прибора будет уходить в землю через человека, путь будет выглядеть как «рука-тело-нога». Это смертельная опасность, величина тока 100 мА вызывает необратимые процессы.

Защитное заземление сводит этот риск до минимума. Современные электроприборы имеют внутреннее соединение заземляющего контакта штепсельной вилки с корпусом. Когда прибор посредством вилки включён в розетку и в результате повреждения на его корпусе появляется потенциал, то он уйдёт в землю по заземляющему проводнику с низким сопротивлением. То есть ток не пойдёт через человека с сопротивлением 1000 Ом, а побежит через проводник, у которого эта величина намного меньше.

Вот почему важным этапом в обустройстве электрического хозяйства в наших жилых домах является измерение сопротивления заземления. Нам нужна 100 % уверенность, что эта величина ниже наших человеческих 1000 Ом.

И запомните, что это процедура не разового характера, измеряться сопротивление должно периодически, а сам контур надо постоянно поддерживать в исправном состоянии.

Проверка заземления розеток

Если вы купили дом или квартиру, и вся электрическая часть в помещении уже была смонтирована до вас, как проверить заземление в розетке?

Для начала предлагаем вам произвести визуальный осмотр. Отключите вводной автомат на квартиру и разберите одну розетку. У неё должна быть соответствующая клемма, к которой подсоединяется заземляющий проводник, как правило, он имеет жёлто-зелёное цветовое исполнение. Если всё это присутствует, значит, розетка заземлена. Если же вы обнаружили только два провода – коричневый и синий (фазу и ноль), то розетка не имеет защитного заземления.

В то же время наличие жёлто-зелёного проводника ещё не говорит об исправности заземления.

Эффективность контура можно определить специальным прибором, без которого не обходится ни один электрик, мультиметром. Алгоритм этой проверки выглядит следующим образом:

• В распределительном щитке включите вводной автомат, то есть в розетках должно присутствовать напряжение.
• На приборе установите режим измерения напряжения.

• Теперь необходимо щупами прибора прикоснуться к фазному и нулевому контакту и померить между ними напряжение. На приборе должна высветиться величина порядка 220 В.
• Аналогичный замер произведите между фазным и заземляющим контактами. Измеряемое напряжение будет немного отличаться от первой величины, но сам факт появления на экране каких-то цифр говорит о том, что в помещении присутствует заземление. Если на экране прибора никаких цифр нет, значит, контур заземления отсутствует либо он в неисправном состоянии.

Когда нет мультиметра, проверить работу контура можно тестером, который собирается своими руками. Вам понадобятся:

• патрон;
• лампочка;
• провода;
• концевики.

Электрики называют подобный тестер «контрольной лампочкой» или сокращённо «контролькой». Прикоснитесь одним концевым щупом к фазному контакту, вторым дотроньтесь до нулевого. Лампочка при этом должна загореться. Теперь концевик, которым вы прикасались к нулю, переведите на усик заземляющего контакта. Если лампочка снова загорится, значит, контур заземления в рабочем состоянии. Лампа не будет гореть, если защитное заземление не рабочее. Слабое свечение станет свидетельством плохого состояния контура.

Если к проверяемой цепи подключено УЗО, то во время проверочных действий оно может сработать, это означает, что заземляющий контур работоспособен.

Обратите внимание! Может быть такая ситуация, что во время прикосновения концевиками к фазному и заземляющему контактам лампа не загорелась. Попробуйте тогда с фазного контакта переместить щуп на нулевой, возможно во время подключения розетки ноль с фазой были попутаны.

В идеале надо начинать проверочные действия с того, что при помощи индикаторной отвёртки определять в коммутационном аппарате фазный контакт.

Наглядно этот способ показан на видео:

О неисправном либо неподключенном контуре заземления могут также свидетельствовать такие косвенные ситуации:

• бьётся током стиральная машина или водонагревательный бойлер;
• слышится шум в колонках, когда работает музыкальный центр.

Проведение замеров

И всё же в вопросе, как замерить сопротивление заземления, лучше пользоваться не мультиметром, а мегаомметром. Наилучшим вариантом считается электроизмерительный переносной прибор М-416. Его работа основывается на компенсационном методе измерения, для этого пользуются потенциальным электродом и вспомогательным заземлителем. Его измерительные пределы от 0,1 до 1000 Ом, работать прибором можно при температурных режимах от -25 до +60 градусов, питание осуществляется за счёт трёх батареек напряжением 1,5 В.

А теперь пошаговая инструкция всего процесса как измерить сопротивление контура заземления:

• Прибор расположите на горизонтальной ровной поверхности.
• Теперь произведите его калибровку. Выберите режим «контроль», нажмите красную кнопку и, удерживая её, установите стрелку в положение «ноль».
• Некоторое сопротивление есть и у соединительных проводов между выводами, чтобы свести к минимуму это влияние расположите прибор поближе к измеряемому заземлителю.
• Выберите нужную схему подключения. Можете проверить сопротивление грубо, для этого выводы соедините перемычками и подключите прибор по трёхзажимной схеме. Для точности измерений следует исключить погрешность, которую дадут соединительные провода, то есть между выводами снимается перемычка и применяется четырёхзажимная схема подключения (кстати, она нарисована на крышке прибора).
• Выполните забивание в землю вспомогательного электрода и стержня зонда на глубину не меньше 0,5 м, имейте в виду, что грунт должен быть плотный и не насыпной. Для забивания используйте кувалду, удары должны быть прямыми, без раскачивания.

• Место, где будете подсоединять проводники к заземлителю, зачистите напильником от краски. В качестве проводников применяйте медные жилы сечением 1,5 мм 2 . Если используете трёхзажимную схему, то напильник будет выполнять роль соединительного щупа между заземлителем и выводом, так как с другой его стороны подсоединяется медный провод сечением 2,5 мм 2 .
• И теперь переходим уже непосредственно к тому, как измерить сопротивление заземления. Выберите диапазон «х1» (то есть умножение на «1»). Нажмите красную кнопку и вращением ручки стрелку установите на «ноль». Для больших сопротивлений необходимо будет выбрать и больший диапазон («х5» или «х20»). Так как мы выбрали диапазон «х1», то цифра на шкале и будет соответствовать измеренному сопротивлению.

Наглядно, как проводится измерение заземления на следующем видео:

Некоторые основные параметры и правила

Неважно, в какое время года вы будете производить замеры, показания всегда должны соответствовать следующим нормам:

Для источников с однофазным напряжением	Для источников с трёхфазным напряжением	Величина сопротивления заземления
127 В	220 В	8 Ом
220 В	380 В	4 Ом
380 В	660 В	2 Ом

Замеры рекомендуется выполнять при определённых погодных условиях, когда земля считается наиболее плотной.

Идеальное время – это середина лета (когда грунт сухой) и середина зимнего периода (когда земля сильно промёрзшая).

Мокрый грунт сильно повлияет на растекаемость тока, поэтому измерения, проведённые в сырую и влажную погоду в весенний или осенний период, будут искажёнными.

Есть ещё способ производить замеры токоизмерительными клещами, но самым лучшим вариантом будет обращение в специализированную службу. Электротехническая лаборатория произведёт все необходимые измерения и выдаст соответствующий протокол, в котором будут указаны место проведения испытаний, характер и удельное сопротивление грунта, величины замеров с сезонным поправочным коэффициентом.

Измерение сопротивления контура заземления

При использовании электрических приборов всегда существует риск поражения электрическим током. Эта вероятность происходит из свойств упорядоченного потока заряженных частиц: он проходит через тот участок цепи, в котором сопротивление имеет минимальное значения. В разное время производители приборов и комплектующих пытались бороться с этим и обезопасить человека от вредного или даже смертельного воздействия тока. Но в конечном итоге наиболее простым и надежным остается заземление.

Заземление применяется на промышленных предприятиях и в загородных домах. Особую роль оно играет в случае, когда мощность прибора превышает критические значения. Человеку достаточно получить удар силой 0.1 ампера, чтобы гарантированно погибнуть. Также не стоит забывать, что даже исправное оборудование может служить источником опасности. Это может случиться из-за разряда молнии и по некоторым другим причинам. Следовательно, к вопросу установки заземления стоит подходить ответственно и учитывать все нюансы.

Испытания заземления

Существует множество споров по поводу монтажа заземления и норм растекания тока по нему. Но в одном специалисты сходятся абсолютно единогласно — проверять качество установленного контура должен проверять специалист. Эта процедура позволит быть уверенным с правильном монтаже заземления в доме и позволит обезопасить себя и близких от опасного воздействия электрического тока. Испытания проводятся как на предприятиях, где часто работают генераторы и двигатели высокой мощности, так и в частных домах — измерение сопротивления заземления делается одним и тем же способом.

Существует две основных разновидности испытаний: приемо-сдаточные и эксплуатационные. Первые проводятся в случаях, когда установка (или участок сети) уже полностью смонтированы и готовы к непосредственному использованию. Перед тем, как измерить сопротивление заземления, определяют, готов ли контур к поглощению токов в случае необходимости и соответствуют ли его параметры заявленным требованиям. Помимо всего прочего, необходимо регулярно контролировать, чтобы установленное заземление не теряло своих свойств с течением времени. Для этого проводятся эксплуатационные испытания — специалист проверяет готовый участок сети, который уже используется. Для осуществления такой процедуры нужно освободить сеть от потребителей, так что весь процесс требует небольшой подготовки.

Чем измеряют заземление

Для измерения этой величины применяется омметр — прибор, который изменяет сопротивление. При этом устройств для определения сопротивления заземления должны иметь определенные характеристики. Самая главная: очень низкая проводимость на входе. Диапазон измерений у таких приборов крайне небольшой: обычно он составляет от 1 до 1000 Ом. Точность измерения в аналоговых приборах не превышает 0.5–1 Ом, а в цифровых — до 0.1 Ома.

Несмотря на повальное распространение китайских и европейских приборов, самым популярным остается М416, разработанный еще в СССР. Устройство имеет четыре диапазона измерения: от 0 до 10 Ом, от 0.5 до 50, от 2 до 200 и от 100 до 1000. Работает прибор от трех «пальчиковых» батареек. Несмотря на это, мобильным его назвать трудно — размеры корпуса не слишком комфортны.

Более продвинутой версией является Ф4103 — промышленный омметр с большим входным сопротивлением. Он еще менее транспортабельный, но имеет большее количество диапазонов измерения. Большой плюс такого прибора: работа с огромным диапазоном сигналов (от постоянного и пульсирующего тока — до переменного с частотой 300 Гц). Также порадует пользователя и диапазон рабочих температур: от –25 до 55 градусов по Цельсию.

Как нужно измерять сопротивление

Существует два документа, которые регламентируют нормы сопротивления заземления в контуре и другие показатели. Первый — ПУЭ (Правила устройства электроустановок), на которые опираются при проведении приемо-сдаточного контроля. Эксплуатационные замеры же должны соответствовать Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП).

В обеих сводах правил существует разделение контуров на несколько типов — их нужно учесть до того, как измерить сопротивление заземления. Они отличаются в зависимости от напряжения, которое используется в сети и разновидности цепи. Всего имеется три типа контуров:

1. Для подстанций и пунктов распределения, в которых напряжение не превышает 1000 вольт (вне зависимости от того, используется в сети переменный ток или постоянный).
2. Для воздушных ЛЭП (линий электропередач), которые передают ток напряжением менее 1000 вольт.
3. Для электроустановок с таким же максимально допустимым напряжением, использующимся в промышленных или бытовых целях.

Нормы для каждого из типов

Для того, чтобы понять, какие нормативные и эксплуатационные показатели должны быть для каждого из типов:

1. Для электрических установок. Проводить измерения сопротивления заземления нужно в непосредственной близости к подстанции. В зависимости от нагрузки, этот показатель может составлять 60, 30 или 15 Ом. Также стоит учитывать естественные заземлители — для них эти величины должны равняться 8, 4 или 2 Ома соответственно. Все три величины зависят от напряжения в сети. 60 и 8 Ом допускаются для однофазной сети в 200 вольт. 30 и 4 Ом — для трехфазной с напряжением 380 вольт. Минимальные значения (15 и 2 Ома) — для 660 вольт. В ходе эксплуатации сопротивление заземляющего контура также не должно падать ниже показателей, описанных в абзаце выше.
2. Для пункта распределения или подстанции. Для установок с напряжением выше 100 киловольт (100 тысяч вольт) проводимость заземления при сдаче сети и при ее эксплуатации также остается неизменной и составляет 0.5 Ома. При этом обязательными требованиями при проверке являются глухой тип заземления и подключенная к нейтральному контуру. Также существуют нормы и для менее мощных установок, в которых напряжение лежит в пределах между 3 и 35 киловольт. В таком случае нужно 250 делить на расчетный ток замыкания в землю — результирующее значение будет необходимым сопротивлением в Омах. Показатель, согласно ПТЭЭП, не должен превышать 10 Ом в любом случае.
3. Для воздушных линий электропередач. Рассчитывается в зависимости от проводимости грунта, на котором стоят опоры ЛЭП:

• для грунта с удельным сопротивлением менее 100 Ом на метр — 10 Ом;
• с удельным сопротивлением 100…500 Ом на метр — 15 Ом;
• с удельным сопротивлением 500…1000 Ом на метр — 20 Ом;
• с удельным сопротивлением 1000…5000 Ом на метр — 30 Ом.

Для ЛЭП с напряжением тока менее 1000 вольт — до 30 Ом (для опор с защитой от попадания молнии). В ином случае сопротивление должно быть 60, 30 или 15 Ом для сетей с напряжением до 660, 380 или 220 вольт соответственно.

От чего зависит сопротивление заземления

Как уже говорилось выше, у тока есть одна важная особенность — он течет по тому участку цепи, который меньше всего этому сопротивляется. Сама величина сопротивления зависит от множества факторов:

1. Материала. Ряд материалов имеет особую (атомарную) структуру, которая подразумевает наличие большого числа свободных электронов. Если такие материалы попадают в действие любого магнитного поля или покдлючаются к источнику питания, то легко проводят электрический ток. В своем большинстве это утверждение относится к металлам. Другие материалы не имеют свободных электронов и их сопротивление току крайне высоко. Если напряжение (сила, «толкающая» электроны) ниже допустимого значения, то проводимость будет равняться нулю или крайне малым значениям. При превышении показателя произойдет пробой и образовавшийся нагар будет иметь свойства проводника. Логично, что материалом для заземления могут быть именно только представители первой группы материалов — именно она обеспечивает минимальное сопротивление.
2. Его температуры. Темпатура определяет, насколько быстро электроны передвигаются внутри материала. Следовательно, чем ниже она у проводника, тем лучше он проводит заряд. Обратная зависимость тоже носит характер прямой пропорции — после ее повышения его сопротивление будет падать. Расчет сопротивления заземления должен производиться с учетом этого параметра.
3. Наличия примесей. Основная часть проводников делается из меди. Старые провода изготавливаливались из алюминия, но такие решения имеют сразу несколько недостатков. К сожалению, кабеля и провода из этого материала быстрее перегреваются и плавятся, да и сопротивление промышленно добываемого алюминия ниже, чем таковое у меди. Химически чистый же металл является лучшим проводником, превосходя по проводимости даже серебро. Дело в примесях: они имеют гораздо более высокие показатели сопротивления. Этот же момент стоит учитывать при расчете заземления.

Понятное дело, что в идеале сопротивление должно быть минимальным — для этого нужно использовать медный контур большого сечения. Но дело в том, что медь быстро окисляется, да и стоимость такого решения будет крайне высокой. Следовательно, были разработаны нормы для минимального порога заземления. Этот показатель не нужно превышать для того, чтобы в нужный момент под нагрузкой контур выполнил возложенную на него функцию и отвел заряд в землю.

Формула расчета

Формула расчета сопротивления заземления одиночного вертикального заземлителя:

где:
ρ — сопротивление грунта на единицу длины (Ом×м)
L — протяженность заземлителя (в метрах)
d — ширина заземлителя (в метрах)
T — расстояние от поверхности земли до середины заземлителя (в метрах)

Для электролитического заземления:

Формула расчета сопротивления заземления одиночного горизонтального электрода с добавлением поправочного коэффициента:

ρ — сопротивление грунта на единицу длины (Ом×м);
L — протяженность заземлителя (в метрах);
d — ширина заземлителя (в метрах);
T — расстояние от поверхности земли до середины заземлителя (в метрах);
С — относительное содержание электролита в окружающем грунте.

Коэффициент C варьируется от 0.5 до 0.05. Со временем он уменьшается, так как электролит проникает в грунт на больший объем, при это повышая свою концентрацию. Как правило, он составляет 0.125 через 6 месяцев выщелачивания солей электрода в плотном грунте и через 0.5–1 месяц выщелачивания солей электрода в рыхлом грунте. Процесс можно ускорить путем добавления воды в электрод при монтаже.

Расчетное удельное электрическое сопротивление грунта (Ом×м) — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» земли как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземлителя.

Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Итоги и выводы

Заземление — важный элемент электрической цепи, который обеспечивает защиту от коротких замыканий, поражения током или попадания молнии в один из ее участков. Ключевым показателем здесь является сопротивление: чем оно меньше, чем больше тока «уведет» контур и тем ниже будет вероятность серьезного удара или повреждения оборудования. Сопротивление заземления регламентируется двумя документами: ПУЭ и ПТЭЭП. Первый используется для приема только что сданного участка сети, второй — для контроля уже эксплуатируемого участка.

Нельзя пренебрегать нормами контроля, которые призваны проверить качество заземления и работу контура в условиях полной нагрузки. Процедуры производятся как непосредственно после создания цепи, так и в процессе ее использования. Частота проверок зависит от нагрузки на сети и целей, для которых используется контур. Нормы сопроивления при этом вовсе не отличаются. Различают три типа норм: для линий электропередач, трансформаторов и электрических установок. С повышением рабочего напряжения по экспоненте возрастает максимальная величина сопротивления. Также учитывается и ряд специфических показателей (например, удельная проводимость грунта). Исходя из нее можно получить максимальное регламентированное сопротивление.

Основными способами для увеличения эффективности работы заземлителя является использование разных конфигураций проводника. Ключевая задача заключается в том, чтобы предельно повысить площадь прямого контакта контура с землей. Для этого используется один или несколько проводников. В последнем случае их могут соединять как последовательно, так и параллельно.

Также для замера сопротивления контура заземления важно знать и поправочные коэффициенты — например, при вычислении минимально допустимого сопротивления заземления учитывается также удельное содержание материала в грунте и сопротивление повторного заземления. Для получения этого показателя нужно использовать специальное оборудование.

Как выполняется измерение сопротивления заземления

Защитное действие заземления всецело связано с величиной его сопротивления, а последнее зависит от многих факторов, метеорологических и гидрологических, не говоря уже о состоянии самих заземлителей и заземляющих проводов.

Поскольку величина сопротивления заземления подвержена большим колебаниям, становится ясным то громадное значение с точки зрения безопасности, которое приобретает испытание заземления, выражающееся главным образом в измерении сопротивления, заземления. При этом важно не только начальное испытание перед сдачей в эксплуатацию, но и периодические испытания, через определенные промежутки времени.

Безопасность пользования электрической энергией зависит не только от правильного монтажа электроустановки, но и от соблюдения требований, заложенных нормативной документацией в ее эксплуатацию. Контур заземления здания, как составная часть защитного электрического оборудования, требует периодического контроля своего технического состояния.

Содержание статьи

Как работает заземляющее устройство

В нормальном режиме электроснабжения контур заземления РЕ-проводником соединен с корпусами всех электроприборов, системой выравнивания потенциалов здания и бездействует: через него, грубо говоря, не проходят никакие токи, за исключением небольших фоновых.

Как заземление защищает человека

При возникновении аварийной ситуации, связанной с пробоем слоя изоляции электропроводки, опасное напряжение появляется на корпусе неисправного электроприбора и по РЕ-проводнику через контур заземления стекает на потенциал земли.

За счет этого величина прошедшего на нетоковедущие части высокого напряжения должна снизиться до безопасного уровня, неспособного причинить электротравму человеку, контактирующему с корпусом неисправного оборудования через землю.

Когда РЕ-проводник или контур заземления нарушены, то отсутствует путь стекания напряжения и ток станет проходить через тело человека, оказавшегося между потенциалами поврежденного бытового прибора и землей.

Поэтому при эксплуатации электрооборудования важно поддерживать в исправном состоянии контур заземления и периодическими электрическими замерами контролировать его состояние.

Как возникает неисправность у заземляющего устройства

В новом исправном контуре электрический ток аварии по РЕ-проводнику поступает на токоотводящие электроды, контактирующие своей поверхностью с грунтом и через них равномерно уходит на потенциал земли. При этом основной поток равномерно разделяется на составляющие части.

В результате длительного нахождения в агрессивной среде почвы металл тоководов покрывается поверхностной окисной пленкой. Начинающаяся коррозия постепенно ухудшает условия прохождения тока, повышает электрическое сопротивление контактов всей конструкции. Ржавчина, образующаяся на стальных деталях, обычно носит общий, а на отдельных участках ярко выраженный местный характер. Связано это с неравномерным наличием химически активных растворов солей, щелочей и кислот, постоянно находящихся в почве.

Образующиеся частицы коррозии в виде отдельных чешуек отодвигаются от металла и этим прекращают местный электрический контакт. Со временем таких мест становиться столько, что сопротивление контура увеличивается и заземляющее устройство, теряя электрическую проводимость, становится неспособным надежно отводить опасный потенциал в землю.

Определить момент наступления критического состояния контура позволяют только своевременные электрические замеры.

Принципы, заложенные в измерение сопротивления заземляющего устройства

В основу метода оценки технического состояния контура заложен классический закон электротехники, выявленный Георгом Омом для участка цепи. С этой целью достаточно через контролируемый элемент пропустить ток от калиброванного источника напряжения и с большой степенью точности замерить проходящий ток, а потом вычислить величину сопротивления.

Метод амперметра и вольтметра

Поскольку контур работает в земле всей своей контактной поверхностью, то ее и следует оценивать при замере. Для этого в почву на небольшом удалении (порядка 20 метров) от контролируемого заземляющего устройства заглубляют электроды: основной и дополнительный. На них подают ток от стабилизированного источника переменного напряжения.

По цепи, образованной проводами, источником ЭДС и электродами с подземной токопроводящей частью грунта начинает протекать электрический ток, величина которого замеряется амперметром.

На очищенную до чистого металла поверхность контура заземления и контакт основного заземлителя подключается вольтметр.

Он замеряет падение напряжения на участке между основным заземлителем и контуром заземления. Разделив значение показания вольтметра на измеренный амперметром ток, можно вычислить общее сопротивление участка всей цепи.

При грубых замерах им можно ограничиться, а для вычисления более точных результатов потребуется скорректировать полученное значение вычитанием величины сопротивления соединительных проводников и влияния диэлектрических свойств почвы на характер токов растекания в грунте.

Уменьшенное на эту величину и замеренное по первому действию общее сопротивление и даст искомый результат.

Описанный способ является довольно простым и неточным, имеет определенные недостатки. Поэтому для выполнения более качественных измерений, производимых специалистами электротехнических лабораторий, разработана более усовершенствованная технология.

Компенсационный метод

Замер основан на использовании уже готовых конструкций метрологических приборов высокого класса точности, выпускаемых промышленностью.

При этом способе тоже используется установка основного и вспомогательного электродов в почву.

Их разносят по длине около 10÷20 метров и заглубляют на одной линии, захватывающей испытываемый контур заземления. К шине заземлительного устройства подключают измерительный зонд, стараясь разместить прибор поближе к контакту шины. Соединительными проводниками соединяют клеммы прибора с установленными в землю электродами.

Источник переменной ЭДС выдает в подключенную схему ток I1, который проходит по замкнутой цепи, образованной первичной обмоткой трансформатора тока ТТ, соединительным проводам, контактам электродов и землей.

Вторичная обмотка трансформатора ТТ воспринимает ток I2, равный первичному и передает его на сопротивление реостата R, позволяющего реохордом «б» выставлять баланс между напряжениями U1 и U2.

Изолирующий трансформатор ИТ транслирует проходящий по его первичной обмотке ток I2 в свою вторичную цепь, замкнутую на измерительный прибор V.

Ток I1, протекающий по грунту на участке между основным заземлителем и контуром заземления, образует на замеряемом нами участке падение напряжения U1, которое вычисляется по формуле:

Ток I2, проходящий по участку реостата R «аб» с сопротивлением rаб, формирует падение напряжения U2, определяемое выражением:

Во время выполнения замера перемещают ручку реохорда таким образом, чтобы отклонение стрелки прибора V установилось на ноль. В этом случае будет выполнено равенство: U1=U2.

Тогда получим: I1∙rx=I2∙rаб.

Поскольку конструкция прибора выполнена так, что I1=I2, то соблюдется соотношение: rx=rаб. Остается только узнать сопротивление участка аб. Но, для этого достаточно ручку потенциометра сделать побольше и на ее подвижную часть вмонтировать стрелку, которая будет перемещаться по неподвижной шкале, проградуированной заранее в единицах сопротивления реостата R.

Таким образом, положение стрелки-указателя реостата при компенсации падений напряжений на двух участках позволяет замерить сопротивление заземляющего устройства.

Используя изолирующий трансформатор ИТ и специальную конструкцию измерительной головки V, добиваются надежной отстройки прибора от блуждающих токов. Высокая точность измерительного механизма способствует малому влиянию переходных сопротивлений зонда на результат замера.

Приборы, работающие по компенсационному методу, позволяют точно замерять сопротивления отдельных элементов. Для этого достаточно на один конец измеряемой цепи подключить проводник, снятый с точки 1, а на второй — измерительный зонд (точка 2) и провод с точки 3 от вспомогательного электрода.

Приборы для измерения сопротивления заземляющего устройства

За время развития энергетики измерительные приборы постоянно совершенствовались в вопросах облегчения использования и получения высокоточных результатов.

Еще несколько десятилетий назад широко применялись только аналоговые измерители производства СССР таких марок, как МС-08, М4116, Ф4103-М1 и их модификации. Они продолжают работать и в наши дни.

Сейчас их успешно дополняют многочисленные приборы, использующие цифровые технологии и микропроцессорные устройства. Они несколько упрощают процесс замера, обладают высокой точностью, хранят в памяти результаты последних вычислений.

Методика выполнения замера сопротивления заземлительного устройства

После доставки прибора на место проведения замера и извлечения его из транспортировочного кейса готовят шинопровод к подключению контактного проводника: отчищают от следов коррозии место для подключения зажима типа крокодил напильником или устанавливают струбцину с винтовым зажимом, продавливающим верхний слой металла.

Замер сопротивления трехпроводным методом

Требования безопасной работы требуют выполнять измерения при отключенном автоматическом выключателе во вводном щите питания здания либо снятом с заземлителя РЕ-проводнике. Иначе при возникновении аварийного режима ток утечки пойдет через контур и прибор или тело оператора.

Соединительный проводник подключают к прибору и струбцине.

На установленной дистанции молотком забивают в грунт электроды заземлители. Навешивают на них катушки с соединительными проводниками и подключают их концы.

Устанавливают контакты проводов в гнезда прибора, проверяют готовность схемы к работе и величину напряжения помехи между установленными электродами. Она не должна превышать 24 вольта. Если это положение не выполнено, то придется менять места установки электродов и перепроверять этот параметр.

Остается только нажать кнопку выполнения автоматического замера и снять вычисленный результат с дисплея.

Однако, успокаиваться после получения результата первого замера нельзя. Чтобы проверить свою работу необходимо выполнить небольшую серию контрольных измерений, переставляя потенциальный штырь на небольшие дистанции. Расхождение всех полученных значений сопротивлений не должны расходиться более чем на 5%.

Замер сопротивления четырехпроводным методом

Для использования способов вертикального электрического зондирования измерители сопротивления контура заземления можно использовать по четырехпроводной схеме, расставляя приемные электроды по методике Веннера или Шлюмберже.

Этот способ больше подходит для глубинных исследований и вычисления удельного электрического сопротивления грунта.

Вариант подключения прибора марки ИС-20/1 по этой схеме показан на картинке.

Замер сопротивления заземлителя с применением токоизмерительных клещей

При использовании метода необходимо иметь фоновый ток от электроустановки здания в контур заземления. Его величина у большинства приборов, работающих по этому типу, не должна превышать 2,5 ампера.

Замер сопротивления контура без разрыва цепи заземлителей с применением измерительных клещей

Используя измеритель ИС-20/1м можно выполнить электрическую оценку состояния заземлительного устройства здания по следующей схеме.

Замер сопротивления контура без вспомогательных электродов с применением двух измерительных клещей

При этом способе не требуется устанавливать дополнительные электроды в землю, а можно выполнить работу пользуясь двумя токовыми клещами. Их потребуется разнести по шинопроводу заземлительного устройства на расстояние большее чем 30 сантиметров.

Выбор методики проведения замера зависит от конкретных условий эксплуатации оборудования и определяется специалистами лаборатории.

Оценку состояния заземлительного устройства можно выполнять в разное время года. Однако, следует учитывать, что в период большого нахождения влаги в почве во время осенне-весенней распутицы условия для растекания токов в земле наиболее благоприятные, а в сухую жаркую погоду — наихудшие.

Летние замеры при высушенном грунте наиболее качественно отражают реальное состояние контура.

Некоторые электрики рекомендуют для снижения значения сопротивления проливать почву около электродов растворами солей. Следует понимать, что это мера временная и неэффективная. С уходом влаги состояние проводимости вновь ухудшится, а ионы растворенной соли будут разрушать металл, расположенный в почве.

В заключение

Всем внимательным читателям и опытным электрикам предлагается посмотреть на прилагаемую ниже картинку, демонстрирующую простой, на первый взгляд, способ реализации измерения сопротивления заземляющего устройства, который не нашел широкого практического применения в лабораториях.

Объясните в комментариях какие электротехнические процессы происходят при таком способе и как они влияют на точность измерения. Проверьте свои знания, удачи!

“Методичка” по измерению сопротивления заземляющего устройства

Измерение сопротивления заземления дает базовую информацию о его работоспособности. А так как основным средством защиты электроустановок, как правило, является именно заземляющее устройство (ЗУ), без оценки его основной характеристики не обойтись как при сдаче в эксплуатацию, так и при периодических и контрольных испытаниях в процессе эксплуатации.

Основные понятия позволяют говорить на одном языке. Вы понимаете и Вас понимают.

Согласно ПУЭ-7, сопротивлением заземляющего устройства называется отношение напряжения на ЗУ к току, стекающему с заземлителя в землю. При этом обратим внимание, что заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. То есть при измерении необходимо определить сопротивление всей цепи, составляющей заземлитель (распространен термин «контур заземления», обозначающий эту цепь, хотя в ПУЭ-7 он официально не закреплен).

Применительно к ЗУ различают испытания, связанные с вводом в эксплуатацию и эксплуатационные испытания. В первом случае измерение сопротивления производятся, чтобы определить, можно ли вводить ЗУ в эксплуатацию (наряду с другими видами испытаний, если они предусмотрены нормативными документами). Во втором случае оценивается работоспособность уже введенного в строй заземления в данный момент времени. Необходимость в эксплуатационных испытаниях возникает как по причине старения ЗУ, так и по причине сезонного изменения параметров заземления, связанного, например, с колебанием влажности грунтов.

Несмотря на то, что измеряется сопротивление, применение обычных омметров для проверки ЗУ практически бесполезно. Для этого вида измерений выпускаются специальные приборы. Они именуются измерителями сопротивления заземления или просто измерителями заземления.

Измерения могут проводиться на постоянном токе, переменном токе промышленной частоты (для нашей страны это частота 50 Гц), а также переменном токе высокой частоты (частота порядка сотен Гц и выше). Поскольку основой электроэнергетики все еще является переменный ток, измерения параметров заземления на постоянном токе, за исключением каких-то совсем узкоспециализированных случаев, не проводятся. При измерениях на частоте 50 Гц возникает проблема помех от блуждающих токов на той же частоте, вызванных работой электроустановок или даже ЛЭП поблизости. Эта проблема решалась возможностью вручную варьировать рабочую частоту (например, такое решение было применено в советском приборе МС-08). Измерения с использованием токов высокой частоты весьма актуальны в связи с широким распространением разного рода нелинейных нагрузок, что приводит к обилию гармоник в цепи заземления.

В современных приборах используется измерение сопротивления с использованием импульсов тока с формой «меандр», частота которых лежит в пределах от 100 до 300 Гц (например, в пользующемся большой популярностью приборе ЖГ-4300 используется частота 128 Гц). Тем самым удается отстроиться от помех с частотой 50 Гц и имитировать реальные условия, когда ток имеет множество гармоник. Дополнительная защита от действия помех достигается за счет цифровой обработки сигналов, в частности, применения быстрого преобразования Фурье.

Амплитуда напряжения на клеммах измерителей сопротивления ЗУ, как правило, не должна превышать 42 В. Благодаря этому обеспечивается безопасность процедуры измерения для персонала.

Чем измерять

Настоящей «рабочей лошадкой» для измерения сопротивления ЗУ долгие годы являлся прибор МС-08. Его выпуск был начат еще в 1957 г., при этом прибор используется кое-где до сих пор. Мало того, в интернет-магазинах можно найти новые экземпляры, продаются они по цене даже выше современных цифровых измерителей китайского производства. Кстати, упоминания о снятии с производства МС-08 найти нигде не удалось, возможно, эта легенда выпускается до сих пор?

Важным преимуществом МС-08 является то, что ему не нужны элементы питания. При измерении необходимо крутить ручку динамо-машины, вырабатывающей переменный ток. Меняя частоту вращения ручки, можно варьировать частоту, на которой производятся измерения, чтобы отстроиться от помех. С ручкой механически связана не только динамо-машина, но еще и коммутатор, выполняющий функцию выпрямителя. Коммутатор меняет полярность подключения измерительного прибора синфазно с генерируемым динамо-машиной током. Благодаря этому достаточно эффективно подавляются помехи. У прибора предусмотрено три диапазона измерений: до 10 Ом, до 100 Ом и до 1000 Ом.

В 1972 г. в СССР был налажен выпуск более совершенных измерительных приборов М416, где уже ручку крутить не нужно было. Подавление помех осуществлялось благодаря применению метода синхронного детектирования. Возможно было измерения сопротивления в пределах от 0,1 до 1000 Ом, было предусмотрено 4 диапазона измерений. В настоящее время «классический» аналоговый М416 не выпускается, тем не менее, под данным индексом на рынок сейчас поставляется цифровой измеритель сопротивления ЗУ, который, впрочем, ничего общего с «тезкой» не имеет.

Из аналоговых измерителей сопротивления ЗУ советского образца до сих пор выпускается и широко используется прибор Ф4103-М1. Он может питаться как от гальванических элементов, так и от внешнего источника. Измерения осуществляются на частоте около 300 Гц (не регулируется). Прибор способен измерять сопротивления от 0 до 15000 Ом, предусмотрено 10 диапазонов.

Современные приборы, как правило, имеют цифровую индикацию, но до сих пор есть специалисты, для которых стрелочные индикаторы являются более комфортными. Они по достоинству оценят недорогой прибор SEW 1805R со стрелочным индикатором. К преимуществам устройства, измеряющего сопротивления от 0,1 до 2000 Ом (3 диапазона), можно отнести малую силу тока, используемую при измерениях (2 мА против 80 — 200 мА у других приборов), что в ряде случаев позволяет не отключать измеряемые цепи. Другая особенность — высокая рабочая частота, составляющая 820 Гц. Недостаток прибора — он поддерживает только 2-проводную и 3-проводную схемы измерений (об этом более подробно пойдет речь далее).

Для проведения измерений в сложных условиях оптимально подойдет прибор ИС-20. В числе его преимуществ — эргономичный дизайн, степень защиты IP54, многовариантность способов питания. Диапазон измеряемых сопротивлений — от 1 микроОма до 9,99 кОм. Данные измерений могут быть переданы на компьютер беспроводным способом через Bluetooth. Рабочая частота — 128 Гц, в режиме двухпроводных измерений — 512 Гц. Важно, что прибор производится в России, что критично для ряда применений.

Современной «рабочей лошадкой» измерений сопротивления ЗУ является прибор Железный Гарри ЖГ-4300. Он очень легкий (0,9 кг с элементами питания), имеет удобный эргономичный дизайн. Можно измерять сопротивления от 0,05 Ом до 20 кОм, предусмотрено 5 диапазонов.

К топовым моделям измерителей можно отнести прибор MRU-200. Он способен измерять сопротивление защитного заземления в пределах от 0 до 19,99 кОм. Степень защиты IP54, предусмотрен встроенный NiMH аккумулятор емкостью 4,2 Ач — все это является значительными преимуществами при работе «в поле». Помимо измерения сопротивления защитного заземления, прибор также умеет определять сопротивление заземления системы молниезащиты импульсным методом, от 0 до 199 Ом. Этот измеритель сопротивления ЗУ производится на территории Евросоюза, а именно, в Польше.

Следует отметить, что перечисленные приборы, помимо основной функции, могут иметь и дополнительные, например, измерение удельного сопротивления грунта или измерение сопротивления тока утечки.

Как измерять

Наиболее распространенными являются классические методы измерения сопротивления ЗУ, основанные на применении вольтметра и амперметра с последующим вычислением сопротивления по закону Ома. Более подробно об этих методах можно прочесть здесь.

К преимуществам классических методов можно отнести возможность их использования практически для любых систем электроснабжения. Недостатки — необходимость отключения заземления от электроустановки на время измерений, влияние блуждающих токов на точность измерений.

Классические методы делятся на двух- , трех- и четырехпроводные. Из-за низкой точности двухпроводный метод практически не используется. Трехпроводный метод отличается простотой реализации, но по точности он уступает четырехпроводному.

В том случае, если измеряемое сопротивление ЗУ должно быть заведомо ниже 5 Ом, рекомендуется использовать только четырехпроводный метод.

На измерительном приборе есть потенциальные клеммы П1 и П2 и токовые клеммы Т1 и Т2. При четырехпроводном методе от П1 и Т1 к заземлению идут разные провода, которые соединяются уже непосредственно на клеммах заземления. При измерении трехпроводным методом клеммы П1 и Т1 соединяются перемычкой и от них к заземлению идет один провод. Если же прибор изначально предназначен только для измерений трехпроводным методом, то для подключения к заземлению одним проводом предусмотрена, соответственно, одна клемма.

Клеммы П2 и Т2 соединяются, соответственно, с так называемыми потенциальным штырем и токовым штырем. Измерительные штыри рекомендуется заглублять в грунт не менее, чем на 0,5 м. Обычно токовый и потенциальный штыри выстраивают в единую линию с ЗУ.

Для того, чтобы правильно определить расстояние между штырями, нужно определить максимальный размер диагонали заземлителя D. Потенциальный штырь устанавливается на расстоянии 1,5 D, но не менее 20 м от заземлителя. Токовый штырь устанавливается на расстоянии не более 3D, но не менее 40 м от заземлителя.

Но одного измерения для получения точного результата обычно недостаточно. Причина — неравномерность структуры почвы. Поэтому потенциальный штырь несколько раз устанавливают на расстоянии от 20 до 80% от исходного расстояния между потенциальным и токовым штырем. При этом каждый раз измеряется сопротивление. Чем больше точек, тем лучше, для высокой точности достаточно шага в 10%. Полученные результаты наносятся на график. Если график имеет форму плавно возрастающей кривой, то за окончательный результат берется сопротивление на участке, где разница между соседними точками не превышает 5%. Если график демонстрирует значительную крутизну либо более сложную форму, то измерения нужно повторить, изменив направление линии, на которой выставлены штыри. Возможно, придется также увеличить исходные расстояния в 1,5 — 2 раза.

Безэлектродный метод

Установить токовый и потенциальный штыри не всегда есть возможность. Например, в условиях вечной мерзлоты или когда для штырей на объекте просто нет места. В то же время, измерение заземления ЛЭП в районах вечной мерзлоты осуществляется, как правило, именно в период наибольшего промерзания грунта. Также не всегда есть возможность отключить ЗУ от электроустановки на время измерений. Тогда в ход идет безэлектродный метод измерения согласно ГОСТ Р 50571.16-2007, основанный на применении токовых клещей. Подробно он описан здесь.

На ЗУ подается от измерительного генератора переменный ток заданного напряжения с частотой, отличной от частоты сети. Сила тока в проводе заземления измеряется специальными токовыми клещами, которые чувствительны только к частоте, на которой работает измерительный генератор. Поскольку значение напряжения на ЗУ точно известно, измерив силу тока, можно вычислить, согласно закону Ома, сопротивление ЗУ.

Следует отметить, что, при всем удобстве, безэлектродный метод по точности измерений уступает правильно организованным измерениям по классическому методу. В частности, для подачи переменного тока для измерения в цепь используется прибор, аналогичный по принципу действия токовым клещам. Чтобы обеспечить нужный уровень индукции, применяется рабочая частота около 3 кГц, что также дает погрешность.

Можно считать, что безэлектродный метод дает оценку значению сопротивления ЗУ сверху. То есть реальное значение сопротивления не превысит показания прибора. С точки зрения безопасности это нормально — чем меньше реальное значение сопротивления, тем лучше.

Недостатком безэлектродного метода является то, что он может напрямую применяться только в системах ТТ и системах TN с ячеистым заземлением. Для обычных систем TN потребуется кратковременная установка перемычки между нейтралью и заземлением. Питание во всем здании, где установлено заземление, придется на время измерений отключить и преимуществ относительно классического метода уже не будет.

В качестве примеров оборудования для измерения безэлектродным способом, можно привести FLUKE-1630-2 и Greenlee CMGRT-100A. Стоимость таких систем в 5 — 10 раз выше, чем у приборов для измерения сопротивления классическим способом.

Требования к приборам, документации и персоналу лаборатории

Поскольку от исправности заземления зависит состояние здоровья, а то и жизни людей, рассматриваемые в статье приборы должны быть сертифицированы для использования на территории РФ и пройти поверку. Срок поверки измерителя сопротивления ЗУ обычно составляет 1 год, в отдельных случаях — до 2 лет. Общие требования к квалификации сотрудников, работающих с измерителем сопротивления ЗУ, как правило, приведены в технической документации к прибору.

Если измерения осуществляются в рамках текущего обслуживания электроустановки, документация по ним оформляется согласно гл. 1.8 ПТЭЭП.

Для того, чтобы лаборатория, где используется прибор, могла работать в рамках Единой системы соответствия, ее организационная структура и квалификация сотрудников должны соответствовать требованиям СДАЭ-04-2010. Лаборатория должна пройти аттестацию по правилам, приведенным в СДАЭ-01-2010 и ПОТЭЭ иметь Свидетельство о регистрации электролаборатории.

В том случае, если измерения осуществляются аккредитованной лабораторией, оформление протокола измерений осуществляется согласно ГОСТ Р 58973-2020. Этот ГОСТ дает общие правила оформления документации. Конкретный образец бланка протокола измерения сопротивления ЗУ получил название ЭЛ-8а (скачать бланк). Данный бланк соответствует требованиям ГОСТ Р 58973-2020, тем не менее, он не был введен каким-либо федеральным нормативным актом. Просто в свое время был создан типовой комплект бланков протоколов испытаний в формате *.doc. Это удобно, тем не менее, законодательно требование использовать именно такую форму нигде не закреплено.

К протоколу измерений желательно приложить копию свидетельства об аттестации лаборатории, а также копию свидетельства о поверке измерительного прибора. Эти документы сразу дадут понимание компетентности и профессионализма работников и компании производивших измерения.

Сколько должно быть Ом и как часто нужно измерять?

Некоторые нормы на сопротивление заземления приведены в таблице:

Вид заземления	Сопротивление, Ом, не более	Нормативный документ	Возможность увеличения в исключительных случаях
Электроустановки до 1 кВ с изолированной нейтралью	4	п. 1.7.65 ПУЭ-7	10 Ом при мощности генераторов и трансформаторов не более 100 кВА
Общее сопротивление растеканию заземлителей трехфазной ВЛ 380 В	10	п. 1.7.64 ПУЭ-7	0,01ρ раз при удельном сопротивлении земли ρ свыше 100 Ом*м, но не более 10-кратного
Повторное сопротивление растеканию заземлителей трехфазной ВЛ 380 В	30	п. 1.7.64 ПУЭ-7	0,01ρ раз при удельном сопротивлении земли ρ свыше 100 Ом*м, но не более 10-кратного
Заземление нейтрали генератора или трансформатора в трехфазной сети 380 В	4	п. 1.7.101 ПУЭ-7	0,01ρ раз при удельном сопротивлении земли ρ свыше 100 Ом*м, но не более 10-кратного

ПТЭЭП рекомендует осуществлять полную проверку ЗУ со вскрытием грунта 1 раз в 12 лет. Устройства заземления опор воздушных линий менее 1000 В следует проверять чаще — 1 раз в 6 лет. Кроме этого, устройства заземления следует проверять после ремонта опор.

Нормы РД 153-34.0-20.525-00 требуют полной проверки ЗУ на объектах электроэнергетики с периодичностью 1 раз в 12 лет. Тем не менее, после возникновения короткого замыкания или аварийных ситуаций на объекте, должно быть произведено обследование ЗУ в зоне аварии и на прилегающих к ней участках ЗУ. Кроме этого, что особенно актуально в свете проводимых мероприятий по цифровизации электроэнергетики, рекомендовано проверять ЗУ после каждой реконструкции, особенно если устанавливаются электронные и микропроцессорные устройства. Вот почему по мере внедрения современных технологий в электроэнергетике приборы для измерения сопротивления ЗУ будут все более востребованы.

Получить бесплатный расчет заземления или задать вопрос эксперту ZANDZ можно используя кнопки ниже.