Как найти сопротивление участка земли

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Под термином заземление подразумевается электрическое подключение какой-либо цепи или оборудования к
земле. Заземление используется для установки и поддержания потенциала подключенной цепи или
оборудования максимально близким к потенциалу земли. Цепь заземления образована проводником, зажимом,
с помощью которого проводник подключен к электроду, электродом и грунтом вокруг электрода.

Заземление широко используется с целью электрической защиты. Например, в осветительной аппаратуре
заземление используется для замыкания на землю тока пробоя, чтобы защитить персонал и компоненты
оборудования от воздействия высокого напряжения.
Низкое сопротивление цепи заземления обеспечивает стекание тока пробоя на землю и быстрое срабатывание
защитных реле. В результате постороннее напряжение как можно быстрее устраняется, чтобы не подвергать
его воздействию персонал и оборудование.
Чтобы наилучшим образом фиксировать опорный потенциал аппаратуры в целях ее защиты от статического
электричества и ограничить напряжения на корпусе оборудования для защиты персонала, идеальное
сопротивление цепи заземления должно быть равно нулю. Из дальнейшего описания станет ясно, что на
практике этого добиться невозможно.
Достаточно низкие, но не предельные, значения сопротивления заданы в последних стандартах безопасности
NEC®, OSHA и др.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО ЭЛЕКТРОДА

На рис.1 показан заземляющий штырь. Его сопротивление определяется следующими компонентами:
(А) сопротивление металла штыря и сопротивление контакта проводника со штырем;
(Б) сопротивление контакта штыря с грунтом;
(В) сопротивление поверхности земли протекающему току, иначе говоря, сопротивление земли, которое часто
является самым важным из перечисленных слагаемых.

Подробнее:
(А) Обычно заземляющий штырь делается из хорошо проводящего металла (полностью медный штырь или с
медным покрытием) и клеммой соответствующего качества, поэтому сопротивлением штыря и его контакта с
проводником можно пренебречь.
(Б) Национальное бюро стандартизации показало, что сопротивлением контакта электрода с грунтом можно
пренебречь, если электрод плотно вбит и на его поверхности нет краски, масла и подобных веществ.
(В) Остался последний компонент – сопротивление поверхности грунта. Можно представить, что электрод
окружен концентрическими слоями грунта одинаковой толщины. Ближний к электроду слой имеет наименьшую
поверхность, но наибольшее сопротивление. По мере удаления от электрода поверхность слоя увеличивается,
а его сопротивление уменьшается. В конечном счете, вклад сопротивления удаленных слоев в сопротивление
поверхности грунта становится незначительным. Область, за пределами которой сопротивлением слоев земли
можно пренебречь, называется областью эффективного сопротивления. Ее размер зависит от глубины
погружения электрода в грунт.
Теоретически сопротивление земли можно определить общей формулой: R = L / A (Сопротивление =
Удельное сопротивление х Длина / Площадь )
Эта формула объясняет, почему уменьшается сопротивление концентрических слоев по мере их удаления от
электрода:
R = Удельное сопротивление грунта х Толщина слоя / Площадь
При вычислении сопротивления земли удельное сопротивление грунта считают неизменным, хотя это редко
встречается в практике. Формулы сопротивления земли для систем электродов очень сложны и при этом
зачастую позволяют вычислять сопротивление лишь приблизительно. Наиболее часто используется формула
сопротивления заземления для случая одного электрода, полученная профессором Дуайтом (H. R. Dwight) из
Массачусетского технологического института:
R = /2 L x ((In4L)-1)/r
R = , где R – сопротивление заземления штыря в омах, L – глубина заземления электрода, r – радиус
электрода, — среднее удельное сопротивление грунта в Ом·см.

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРОВ ЭЛЕКТРОДА И ГЛУБИНЫ ЕГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Влияние размера: увеличение диаметра штыря уменьшает сопротивление заземления незначительно.
Удвоение диаметра снижает сопротивление меньше, чем на 10% (см. рис.2).
Влияние глубины заземления штыря: сопротивление заземления уменьшается с увеличением глубины.
Теоретически при удвоении глубины сопротивление уменьшается на 40 %. Стандарт NEC (1987, 250-83-3)
предписывает заземлять штырь минимум на 8 футов (2,4 м) для обеспечения хорошего контакта с землей (см.
рис.3). В большинстве случаев штырь, заземленный на 10 футов (3 м), удовлетворяет требованиям NEC.
Минимальный диаметр стального штыря равен 5/8 дюйма (1,59 см), а медного или покрытого медью стального
штыря — равен 1/2 дюйма (1,27 см) (NEC 1987, 250-83-2).
На практике минимальный диаметр 3 м штыря заземления равен:

• 1/2 дюйма (1,27 см) для обычного грунта,
• 5/8 дюйма (1,59см) для сырого грунта,
• 3/4 дюйма (1,91 см) для твердого грунта или для штыря длиннее 10 футов.

ВЛИЯНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА НА СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА

Приведенная выше формула Дуайта показывает, что сопротивление заземления зависит не только от глубины
и площади поверхности электрода, но и от удельного сопротивления грунта. Оно является главным фактором,
который определяет сопротивление заземления и глубину заземления штыря, какая потребуется для
обеспечения малого сопротивления. Удельное сопротивление грунта сильно изменяется в зависимости от
района земного шара и времени года. Оно в значительной степени зависит от содержания в почве
электропроводящих минералов и электролитов в виде воды с растворенными в ней и солями. Сухая почва, не
содержащая растворимых солей, имеет высокое сопротивление (см. таблицу№ 1).

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА

Два типа почвы в сухом виде могут стать фактически изоляторами с удельным сопротивлением более 109 Ом ·
см. Как можно видеть в таблице № 2, сопротивление образца почвы изменяется весьма быстро при
увеличении содержания влаги в ней приблизительно до 20%.

Содержание влаги, %	Удельное сопротивление, Ом·см Земля	Удельное сопротивление, Ом·см Песчаный суглинок
0	меньше 109	меньше 109
2,5	250000	150000
5	165000	43000
10	53000	18500
15	19000	10500
20	12000	6300
30	6400	4200

Удельное сопротивление почвы, также, зависит от температуры. Таблица№ 3 показывает, как меняется удельное
сопротивление песчаного суглинка с содержанием влаги 12,5% при изменении температуры от +20 до -15°С.
Как можно видеть, удельное сопротивление изменяется от 7200 до 330 000 Ом-сантиметров.

Температура, °С	Температура по Фаренгейту, F	Удельное сопротивление, Ом·см
20	68	7200
10	50	9900
0	32(вода)	13800
0	32(лед)	30000
-5	23	79000
-15	14	330000

Поскольку удельное сопротивление грунта сильно зависит от температуры и содержания влаги, разумно
считать, что сопротивление устройства заземления будет зависеть от времени года. Такие изменения
показаны на рис.7. Поскольку стабильность температуры почвы и содержания в ней влаги улучшается по мере
удаления от поверхности, то система заземления будет эффективна в любое время, если штырь вбит на
значительную глубину. Отличные результаты получаются, когда штырь достигает уровня воды.

В некоторых случаях удельное сопротивление грунта настолько велико, что для получения низкого
сопротивления заземления требуется сложное устройство и значительные затраты. В этих случаях
оказывается более экономичным использовать заземленный штырь небольших размеров и снижать
сопротивление заземления, периодически повышая содержание растворимых веществ в почве вокруг
электрода. Рисунок 8 показывает существенное уменьшение сопротивления песчаного суглинка при
увеличении содержания в нем соли.

На рис. 9 показана зависимость удельного сопротивления грунта, пропитанного раствором соли, от
температуры. Конечно, если используется пропитка грунта соляным раствором, штырь заземления должен
быть защищен от химической коррозии.

Чтобы помочь инженеру приблизительно определить глубину заглубления электрода, необходимую для
получения заданного сопротивления устройства заземления, можно воспользоваться так называемой
Номограммой заземления. Она показывает, что для получения сопротивления заземления 20 Ом на грунте с
удельным сопротивлением 10000 Ом-сантиметров, потребуется дюймов заглубить на 20 футов штырь
диаметром 5/8.

Работа с Номограммой заземления

1. Выберите необходимое сопротивление по шкале R.
2. Отметьте на шкале Р точку удельного сопротивления грунта.
3. Проведите прямую линию через точки на шкале R и Р до шкалы K.
4. Отметьте точку на шкале K.
5. Выберите диаметр штыря и проведите прямую линию до шкалы D через точки на шкале DIA и на шкале
   K.
6. Пересечение этой прямой с линией шкалы D покажет величину заглубления штыря, необходимую для
   того, чтобы обеспечить выбранное вначале сопротивление заземления.

ЗНАЧЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

В разделе «Сопротивление искусственных электродов» стандарта NEC ® 250-84 (1987) написано:
«Если один электрод в виде штыря, трубы или пластины не обеспечивает сопротивление равное или меньшее,
чем 25 Ом, то необходимо применить дополнительно любое из устройств, описанных в части 250-83. Где бы ни
устанавливалась группа штырей, труб или пластин, указанный раздел требует, чтобы расстояние между ними
было не менее 1,8 м.»
Национальный кодекс по электричеству (NEC® — National Electrical Code) устанавливает, что сопротивление
заземления не должно быть больше 25 Ом. Эта директива является верхней границей и во многих случаях
требуется гораздо меньшее значение.
Возникает вопрос: «Насколько низким должно быть значение сопротивления заземления?» Трудно назвать
конкретное количество Ом. Низкое сопротивление заземления обеспечивает большую защиту персонала и
оборудования. Поэтому стоит стремиться сделать его меньше одного Ом. Однако, было бы непрактично
добиваться такого низкого значения сопротивления по всей сети распределения и передачи электроэнергии
или на малых подстанциях. В некоторых регионах можно получить без значительных усилий значение 5 Ом. В
других — трудно достигнуть и 100 Ом сопротивления заземления.
Стандарты, принятые в промышленности, устанавливают, что передающая электроэнергию подстанция
должна обеспечивать сопротивление заземления, не превышающее одного Ом. Для подстанций,
распределяющих электроэнергию, рекомендуется сопротивление заземления не выше 5 и даже 1 Ом. На
большинстве подстанций требуемое значение сопротивления может обеспечить система заземления в виде
решетки.

В сетях электроосвещения или на узлах связи часто приемлемым значением считается 5 Ом. Если в сетях
электроосвещения применяется громоотвод, то он должен подключаться к цепи заземления с сопротивлением
не больше одного Ом.
Именно такие значения сопротивления заземления, вытекающие из теории, обычно и применяются на
практике. Однако всегда существуют случаи , когда очень трудно обеспечить сопротивление заземления,
удовлетворяющее стандарту NEC ® или другим стандартам безопасности. Для этих случаев существует
несколько методов уменьшения сопротивления заземления. В их числе система из параллельно соединенных
электродов, система с глубоким заземлением составных электродов и химическая обработка грунта. Кроме
того, в других публикациях обсуждается заземление в виде закопанных пластин, проводников (электрический
противовес), в виде подключения к стальным конструкциям зданий и арматуре железобетонных конструкций.

Низкое сопротивление заземления может обеспечить подключение к трубам систем водо- и газоснабжения.
Однако, применение с недавнего времени неметаллических труб и непроводящих стыков между трубами
сделали проблематичным или вовсе невозможным обеспечить в этом случае низкое сопротивление
заземления.
Для измерения сопротивления заземления требуется специальные приборы. Большинство из них используют
принцип падения потенциала, созданного переменным током (AC – alternative current) протекающим между
вспомогательным и проверяемым электродом. Измерение проводится в омах и показывает сопротивление
между заземленным электродом и окружающей его землей. В числе приборов СА® недавно появились
измерители сопротивления заземления, применяющие клещи тока.

Примечание. National electric code ® и NEC ® являются зарегистрированными торговыми марками
Национальной противопожарной ассоциации (National Fire Protection Association).

ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

(Принцип падения потенциала, 3-точечная схема.)
Вольтметром измеряется напряжение между штырями X и Y и амперметром — ток, протекающий между
штырями X и Z (см. рис. 11).

(Заметьте, что точки X,Y и Z соответствуют точкам X,P и C прибора, работающего по 3-точечной схеме или
точкам С1,Р2 и С2 прибора, работающего по 4-точечной схеме.)
Пользуясь формулами закона Ома E = R I или R = E / I, мы можем определить сопротивление заземления
электрода R. Например, если Е = 20 В и I = 1 А, то: R = E / I = 20 / 1 = 20 Ом
При использовании тестера заземления не потребуется производить эти вычисления. Прибор сам сгенерирует
необходимый для измерения ток и прямо покажет значение сопротивления заземления.

ПОЛОЖЕНИЕ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ПРИ ИЗМЕРЕНИИ

Для точного измерения сопротивления заземления размещать вспомогательный электрод тока Z достаточно
далеко от измеряемого электрода для того, чтобы потенциал на вспомогательном электроде напряжения Y
измерялся за пределами зон эффективного сопротивления как проверяемого электрода X, так и
вспомогательного электрода тока Z. Наилучшим способом проверить, находится ли электрод за пределами зон
эффективного сопротивления остальных электродов, будет проводить измерения, меняя его местоположение.
Если вспомогательный электрод напряжения Y находится в зоне эффективного сопротивления одного из
остальных электродов (или одновременно в обеих зонах, если зоны перекрываются), то при смене его
местоположения показания прибора будут значительно меняться и в этом случае нельзя точно определить
сопротивление заземления (см. рис 12).

С другой стороны, если вспомогательный электрод напряжения Y расположен за пределами зон эффективного
сопротивления (рис. 13), то при его перемещении показания будут изменяться незначительно. Это и есть
наилучшая оценка сопротивления заземления электрода Х. Результаты измерения лучше изобразить на
графике, чтобы убедиться , что они находятся на почти горизонтальном участке кривой, как показано на рис.13.
Часто расстояние от этого участка до проверяемого электрода равно приблизительно 62% расстояния от
вспомогательного электрода тока до проверяемого электрода.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЕННОГО ЭЛЕКТРОДА (Метод 62-х процентов)

Метод 62% был принят после изучения графиков и практических проверок. Этот метод обеспечивает
наибольшую точность при условии однородности грунта.
Этот метод применяется, если проверяемое устройство заземления и два вспомогательных электрода можно
расположить в линию и когда проверяемое устройство заземления состоит из одного штыря, одной трубы ,
одной пластины и т.п., как показано на рис. 14.

На рис. 15 показано, что зоны эффективного сопротивления (группа концентрических поверхностей вокруг
штырей) проверяемого электрода Х и вспомогательного электрода тока Z перекрываются. Если переместить
электрод потенциала Y по направлению к электроду Х или Z и повторить измерение, то показания будут сильно
различаться и измеренное значение будет неприемлемо далеко от истинного сопротивления заземления.
Области эффективного сопротивления пересекаются и это приводит к тому, что измеренное значение
сопротивления возрастает по мере удаления электрода Х от проверяемого электрода Y.

Теперь рассмотрим рисунок 16, на котором электроды Х и Z удалены на расстояние достаточное, чтобы зоны
эффективного сопротивления электродов не пересекались. Если мы теперь построим график сопротивления в
зависимости от расстояния между электродами X и Y, мы увидим, что разница между сопротивлением слева и
справа от точки 62% (относительное расстояние от Y Х) приемлемо мала. Обычно эта разница измеряется в
процентах от измеренной величины: ± 2%, ± 5%, ± 10% и т.д.

УДАЛЕННОСТЬ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА

Нельзя назвать одно на все случаи значение расстояния от вспомогательного электрода тока Z до
проверяемого электрода Х, поскольку оно зависит от длины и диаметра проверяемого электрода,
однородности грунта и, особенно, от размеров эффективных областей сопротивления электродов. Однако, в
данном параграфе дано приблизительное значение этого расстояния для электрода диаметром 1 дюйм при
однородном грунте (для диаметра ? дюйма уменьшите расстояние на 10%, для диаметра 2 дюйма увеличьте
расстояние на 10%).

Глубина заземления проверяемого электрода, футов	Расстояние до электрода Y, футов	Расстояние до электрода Z, футов
6	50	72
8	55	80
10	60	88
12	71	96
18	74	115
20	86	120
30	45	140

ИЗМЕРЕНИЕ ПРОВОДИМОСТИ ПРОВОДНИКА ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Проводимость проводника заземления можно измерить, включив его между двумя входами измерительного
прибора (см. рис. 17).

ДВУХТОЧЕЧНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ (Упрощенный метод)

Этот альтернативный способ применяется , когда доступно другое очень хорошее заземление, кроме
измеряемого.
В густонаселенных районах, где трудно найти места для установки двух вспомогательных электродов, можно
применить двухточечный метод. Измерение показывает сопротивлению двух устройств заземления,
включенных последовательно. Поэтому второе заземление должно быть очень хорошим, настолько, чтобы его
сопротивлением можно было пренебречь. Необходимо, также, измерить сопротивление провода и вычесть его
из полученного измерения.
Двухточечный метод не такой точный, как 3-точечный метод (метод 62%), поскольку зависит от расстояния
между измеряемым электродом и вспомогательным заземлением (неиспользуемое заземление или
водопроводная труба). Этот метод нельзя использовать как стандартный. Скорее, — это выход из положения в
густонаселенных районах.
См. рис. 18.

ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА (4-точечный метод)

Почему так важно измерять сопротивление грунта?
Измерение сопротивления грунта преследует тройную цель. Во-первых, эти данные используются для
геофизического изучения залегающих пород с целью определения зон и глубины залегания руд и для изучения
других геофизических феноменов. Во-вторых, сопротивление грунта оказывает непосредственное влияние на
степень коррозии подземных трубопроводов. Уменьшение сопротивления грунта приводит к усилению
процесса коррозии и, следовательно, заставляет проводить специальную защитную обработку труб. В-третьих,
сопротивление грунта непосредственно влияет на конструкцию устройств заземления. И именно поэтому здесь
обсуждается вопрос о сопротивлении грунта. При разработке систем заземления большого размера, разумно
определить области наименьшего сопротивления грунта, чтобы сконструировать наиболее экономичную
установку.
Измерять сопротивление можно двумя методами: двухточечным или 3-точечным. Двухточечный метод
заключается просто в измерении сопротивления между двумя точками. В большинстве случаев наиболее
точным является 4-точечный метод, который применен в тестере заземления модели 4500.
Как следует из названия, 4-точечный метод (см рис. 19 и 20 ниже) на измеряемом участке требуется
установить в линию четыре равноудаленных электрода. Между крайними электродами протекает ток известной
величины, созданный генератором тока. Между внутренними электродами измеряется падение напряжения.
Модель 4500 показывает непосредственно значение сопротивления в омах:
= 4 AR/ (1+2A/(A2+4B2) -2A/(4A2+4B2))
А – расстояние между электродами в см; В – глубина заземления электродов в см. Если А > 20 В, то формула
такова: = 2 AR (если А — в см) = 191,5 AR (если А – в футах)
= Сопротивление грунта (в Ом·см) Это значение есть среднее удельное сопротивление грунта на глубине
равной расстоянию А между электродами.

ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА ПРИБОРОМ TERCA 2

Имеется обширный участок земли, на котором надо определить место с наилучшим удельным
сопротивлением. Немного интуиции не помешает. Поскольку наша цель найти место с наименьшим
сопротивлением, сухой песчаной почве мы предпочтем влажный суглинок. Также следует оценить глубину
залегания слоя с наименьшим удельным сопротивлением.
Пример:
После обследования зона поиска сократилась приблизительно до 75 квадратных футов (22,5 м?). Допустим,
необходимо определить сопротивление на глубине 15 футов (450 см). Расстояние между крайними штырями
заземления равно глубине, на которой необходимо измерить среднее удельное сопротивление (15 футов или
450 см). Чтобы применить более простую формулу Венера (r = 2? AR), необходимо заземлять электрод на
глубину равную 1/20 расстояния между электродами или на 8 7/8 футов (22,5 см).
Устанавливайте электроды по сетке, как показано на рис. 19, и подключайте тестер заземления модели 4500
по схеме на рис. 20. Выполните следующие действия:

• Снимите перемычку, замыкающую выводы Х и Х V (C1 и P1) прибора;
• Подключите прибор ко всем четырем штырям (см. рис.20).

Например, пусть измерено сопротивление R = 15, (удельное сопротивление) = 2 RA А (расстояние между
электродами) = 450 см.
Тогда : = 6,28 х 15 х 450 = 42 390 Ом·см.

ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ

Первой причиной для измерения напряжения прикосновения является необходимость оценить безопасность
персонала и защиту оборудования от высокого напряжения. Однако, в некоторых случаях степень
электрической безопасности можно оценивать с различных точек зрения.
Периодические измерения сопротивления устройства заземления в виде электрода или решетки электродов
рекомендуются в следующих случаях:

1. Когда устройство заземления в виде электрода или решетки относительно мало и его удобно
   отключать.
2. Когда есть подозрение, что идет коррозия электрода, вызванная низким сопротивлением грунта и
   гальваническими процессами.
3. Когда пробой на землю поблизости от проверяемого устройства заземления маловероятен.
   Измерение напряжения прикосновения является альтернативным способом определения безопасности. Он
   рекомендуется в следующих случаях:
4. Когда невозможно физически или по экономическим соображениям отключать заземление для того,
   чтобы произвести измерение.
5. Когда можно ожидать пробоев на землю рядом с проверяемым заземлением или рядом с
   оборудованием, которое подключено к проверяемому заземлению.
6. Когда «след» оборудования сравним с размером заземления, которое подлежит проверке.
   ( «След» – контур той части оборудования, которая соприкасается с землей.)

Ни измерение сопротивления заземления методом падения потенциала, ни измерение напряжения
прикосновения не говорят о способности проводника заземления выдержать большие токи утечки с проводника
фазы на проводник заземления. Требуется другой тест с использованием большого тока для того, чтобы это
проверить.
Для измерения напряжения прикосновения применяется 4-точеный тестер заземления. В процессе измерения
прибор генерирует в земле небольшое напряжение, имитирующее напряжение неисправности неподалеку от
проверяемой точки на земле. Прибор показывает значение в вольтах на ампер тока, протекающего при этом в цепи заземления. Отображенное на экране значение затем умножается на максимальную величину тока,
ожидаемого в земле, чтобы вычислить напряжение прикосновения данной установки для худшего случая.
Например, если при проверке системы с максимальным ожидаемым током неисправности 5000 А, прибор
показал значение 0,100, то напряжение прикосновения будет равно 500 В.
Измерение напряжения прикосновения похоже на метод падения потенциала тем, что так же требует установки
вспомогательных электродов в землю или на ее поверхность. Но расстояние между вспомогательными
электродами будет другое — см. рис. 21.

Рассмотрим следующий пример. Пусть изоляция изображенного на рисунке подземного кабеля была пробита
недалеко от изображенной подстанции. В земле появятся токи, вызванные аварией, которые потекут к
устройству заземления подстанции, создавая разность потенциалов. Это напряжение может быть опасным для
здоровья, и даже жизни, персонала, который находится на данном участке земли.
Чтобы приблизительно измерить напряжение прикосновения для данной ситуации, выполните следующие
действия. Включите кабели между ограждением подстанции и точками С1 и Р1 4-точечного тестера
заземления. Установите электрод в земле в точке,. где можно ожидать пробой кабеля и подключите электрод к
выводу С2 прибора. Установите в землю еще один электрод на линии между первым электродом и точкой
подключения к ограждению на расстоянии одного метра (или вытянутой руки) от места подключения к
ограждению и подключите этот электрод к точке Р2 прибора. Включите прибор, выберите диапазон 10 мА и
снимите измерение. Умножьте его на максимально возможный в случае аварии ток.
Устанавливая электрод, подключенный к выводу Р2 прибора, в различные места вокруг ограждения,
примыкающие к неисправной линии, можно получить карту изменения потенциала.

ИЗМЕРЕНИЕ ПРИБОРОМ С.А 6415 C ПРИМЕНЕНИЕМ ТОКОВЫХ КЛЕЩЕЙ

Это новый уникальный метод измерения сопротивления заземления. Он позволяет проводить измерение без
отключения цепи заземления. Кроме того, преимущество метода в том, что он позволяет измерять общее
сопротивление устройства заземления, включая сопротивление соединений в цепи заземления.

Обычно, проводник заземления электросети общего назначения можно представить схемой, показанной на
рис. 22 или эквивалентной схемой, показанной на рис. 23. Если в какой-нибудь ветви с сопротивлением RX с
помощью трансформатора создать напряжение E, через цепь потечет ток I .
Описанные величины связаны соотношением E / I = RX. При известном неизменном напряжении Е
сопротивление RX можно получить, измерив ток I.
Обратимся снова к рис. 22 и 23. Ток создается специальным трансформатором, подключенным к через
усилитель мощности к источнику напряжения с постоянной амплитудой и частотой 1,6 кГц. Этот ток
регистрируется в образующемся контуре. Измеряемый сигнал регистрируется синхронным детектором,
усиливается избирательным усилителем, преобразуется аналогово-цифровым преобразователем и
отображается на ЖК-дисплее.
Избирательный усилитель применяется для очищения полезного сигнала от сигналов с частотой сети и от
высокочастотных шумов. Напряжение регистрируется катушками, охватывающими проводник в возбуждаемом
контуре, затем усиливается и очищается, когда сравнивается в компараторе с опорным сигналом. Если клещи
тока неправильно закрыты, на дисплее появляется сообщение «open jaws» («клещи открыты»).

ПРИМЕРЫ ИЗМЕРЕНИЙ НА МЕСТНОСТИ

ИЗМЕРЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА, СМОНТИРОВАННОГО НА СТОЛБЕ ЛИНИИ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Снимите защитную крышку с провода заземления и обеспечьте достаточно свободного места для захвата
проводника клещами тока. Клещи должны свободно охватывать проводник заземления. Клещами можно
захватить и непосредственно штырь заземления.
Примечание: клещи должны находиться на электрическом пути от нейтрали системы или проводника
заземления к штырю или штырям (в зависимости от исполнения)
Выберите измерение тока «А». Захватите клещами проводник заземления и измерьте ток в проводнике.
Максимальное значение равно 30 А. Если значение тока превышает 30 А, измерение сопротивления
заземления невозможно. Прекратите измерение. Снимите прибор С.А 6415 с данной точки и продолжите
измерение в других точках.
Если измеренный в цепи заземления ток не превышает допустимого, выберите режим «?» прибора и
прочитайте результат измерения в омах. Измеренное значение соответствует не только сопротивлению
системы заземления, но и включает сопротивление контакта нейтрали со штырем и всех соединений между
нейтралью и штырем.
Заметьте, что на рисунке 24 заземление обеспечивается торцом столба и заземленным штырем. Необходимо
подключить клещи выше точки соединения проводников от торца столба и от штыря, чтобы измерить общее
сопротивление заземления обоих заземлителей. Для последующих обращений к результату запишите дату, ток, сопротивление заземления в омах и номер столба.

Примечание: большое значение сопротивления может быть вызвано:

А) плохим заземлением штыря;
Б) отключенным проводником заземления;
В) большим сопротивлением контактов или мест сращивания проводника; осмотрите клещи, соединение на
конце штыря, нет ли заглублённых трещин на стыках.

ИЗМЕРЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ КОРОБКЕ ИЛИ НА СЧЕТЧИКЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Следуйте в основном описанной выше методике. Заметьте на рис. 25, что заземление может быть исполнено в
виде группы штырей или, как показано на рис. 26, в качестве заземления может быть использована выходящая
из земли водопроводная труба. Можно использовать одновременно оба вида заземления. В этом случае
следует выбирать точку измерения на нейтрали так, чтобы измерить общее сопротивление заземления
системы.
ИЗМЕРЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НА ТРАНСФОРМАТОРЕ, УСТАНОВЛЕННОМ НА ПЛОЩАДКЕ

• Замечание. Никогда не открывайте ограждение трансформатора. Это — имущество коммунальной службы. Данное измерение может выполнять только специалист.
• Соблюдайте все необходимые меры безопасности.
• Присутствует о пасное напряжение.

Определите и посчитайте все штыри заземления (обычно имеется единственный штырь). Если штыри
заземления находятся внутри ограждения, обратитесь к рис. 27, а если за пределами ограждения – к рис.28.
Если имеется единственный штырь заземления и он находится внутри ограждения, то для измерения следует
подключиться к проводнику сразу после контакта проводника со штырем. Часто, от зажима на штыре
возвращается к нейтрали или внутрь ограждения несколько проводников.

Во многих случаях, наилучшее измерение можно получить при помощи клещей 3710 или 3730, подключенных
непосредственно к заземленному штырю. При этом измеряется исключительно сопротивление устройства
заземления. Подключайте клещи только в той точке, где имеется единственный путь для тока, текущего в
нейтраль.
Обычно, если вы получили очень низкое значение сопротивления, то это означает, что вы подключились к
петле и вам следует переместить точку измерения ближе к штырю. На рис. 28 штырь заземления вне
заграждения. Чтобы получить правильный результат, выберите точку подключения клещей, как показано на
рисунке. Если внутри ограждения имеется несколько штырей в разных углах, надо определить, как они
подключены, чтобы правильно выбрать точку измерения.

ПЕРЕДАЮЩИЕ СТОЙКИ
Соблюдайте все необходимые меры безопасности. Присутствует опасное напряжение.
Найдите проводник заземления около фундамента стойки. Заметьте, что существует много конфигураций.
Будьте осторожны при определении проводников заземления. На рис. 29 показана одна стойка на бетонном
фундаменте с внешним проводником заземления. Точка подключения клещей должна находиться выше места
электрического соединения частей системы заземления, которая может быть выполнена в виде группы
штырей, пластин, витков или элементов фундамента.

Источник информации: http://www.diagnost.ru/

Поделиться ссылкой:

Закон Ома для участка цепи

Основным законом электротехники, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи, является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и сопротивлением. Необходимо отчетливо понимать его сущность и уметь правильно пользоваться им при решении практических задач. Часто в электротехнике допускаются ошибки из-за неумения правильно применить закон Ома.

Закон Ома для участка цепи гласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление цепи, то ток во столько же раз уменьшится. Подобно этому водяной поток в трубе тем больше, чем сильнее давление и чем меньше сопротивление, которое оказывает труба движению воды.

В популярной форме этот закон можно сформулировать следующим образом: чем выше напряжение при одном и том же сопротивлении, тем выше сила тока и в то же время чем выше сопротивление при одном и том же напряжении, тем ниже сила тока.

Чтобы выразить закон Ома математически наиболее просто, считают, что сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В проходит ток 1 А, равно 1 Ом.

Ток в амперах можно всегда определить, если разделить напряжение в вольтах на сопротивление в омах. Поэтому закон Ома для участка цепи записывается следующей формулой:

Любой участок или элемент электрической цепи можно охарактеризовать при помощи трёх характеристик: тока, напряжения и сопротивления.

Как использовать треугольник Ома: закрываем искомую величину — два других символа дадут формулу для её вычисления. Кстати, законом Ома называется только одна формула из треугольника – та, которая отражает зависимость тока от напряжения и сопротивления. Две другие формулы, хотя и являются её следствием, физического смысла не имеют.

Расчеты, выполняемые с помощью закона Ома для участка цепи, будут правильны в том случае, когда напряжение выражено в вольтах, сопротивление в омах и ток в амперах. Если используются кратные единицы измерений этих величин (например, миллиампер, милливольт, мегаом и т. д.), то их следует перевести соответственно в амперы, вольты и омы. Чтобы подчеркнуть это, иногда формулу закона Ома для участка цепи пишут так:

Можно также рассчитывать ток в миллиамперах и микроамперах, при этом напряжение должно быть выражено в вольтах, а сопротивление — в килоомах и мегаомах соответственно.

Другие статьи про электричество в простом и доступном изложении:

Закон Ома справедлив для любого участка цепи. Если требуется определить ток в данном участке цепи, то необходимо напряжение, действующее на этом участке (рис. 1), разделить на сопротивление именно этого участка.

Рис 1. Применение закона Ома для участка цепи

Приведем пример расчета тока по закону Ома . Пусть требуется определить ток в лампе, имеющей сопротивление 2,5 Ом, если напряжение, приложенное к лампе, составляет 5 В. Разделив 5 В на 2,5 Ом, получим значение тока, равное 2 А. Во втором примере определим ток, который будет протекать под действием напряжения 500 В в цепи, сопротивление которой равно 0,5 МОм. Для этого выразим сопротивление в омах. Разделив 500 В на 500 000 Ом, найдем значение тока в цепи, которое равно 0,001 А или 1 мА.

Часто, зная ток и сопротивление, определяют с помощью закона Ома напряжение. Запишем формулу для определения напряжения

Из этой формулы видно, что напряжение на концах данного участка цепи прямо пропорционально току и сопротивлению . Смысл этой зависимости понять нетрудно. Если не изменять сопротивление участка цепи, то увеличить ток можно только путем увеличения напряжения. Значит при постоянном сопротивлении большему току соответствует большее напряжение. Если же надо получить один и тот же ток при различных сопротивлениях, то при большем сопротивлении должно быть соответственно большее напряжение.

Напряжение на участке цепи часто называют падением напряжения . Это нередко приводит к недоразумению. Многие думают, что падение напряжения есть какое-то потерянное ненужное напряжение. В действительности же понятия напряжение и падение напряжения равнозначны. Потери и падение напряжения — в чем различие?

Падение напряжения — постепенное падение потенциала вдоль цепи, по которой течет ток, обусловленное тем, что цепь обладает активным сопротивлением. По закону Ома падение напряжения в каком-либо участке цепи U равно произведению сопротивления этого участка цепи R на силу тока в нем I , т. е. U — RI. Таким образом, чем больше сопротивление участка цепи, тем больше падение напряжения в этом участке цепи при данной силе тока.

Расчет напряжения с помощью закона Ома можно показать на следующем примере. Пусть через участок цепи с сопротивлением 10 кОм проходит ток 5 мА и требуется определить напряжение на этом участке.

Умножив I = 0,005 А на R — 10 000 Ом, получим напряжение,равное 5 0 В. Можно было бы получить тот же результат, умножив 5 мА на 10 кОм: U = 50 В

В электронных устройствах ток обычно выражается в миллиамперах, а сопротивление — в килоомах. Поэтому удобно в расчетах по закону Ома применять именно эти единицы измерений.

По закону Ома рассчитывается также сопротивление, если известно напряжение и ток. Формула для этого случая пишется следующим образом: R = U/I.

Сопротивление всегда представляет собой отношение напряжения к току. Если напряжение увеличить или уменьшить в несколько раз, то ток увеличится или уменьшится в такое же число раз. Отношение напряжения к току, равное сопротивлению, остается неизменным.

Не следует понимать формулу для определения сопротивления в том смысле, что сопротивление данного проводника зависит оттока и напряжения. Известно, что оно зависит от длины, площади сечения и материала проводника. По внешнему виду формула для определения сопротивления напоминает формулу для расчета тока, но между ними имеется принципиальная разница.

Ток в данном участке цепи действительно зависит от напряжения и сопротивления и изменяется при их изменении. А сопротивление данного участка цепи является величиной постоянной, не зависящей от изменения напряжения и тока, но равной отношению этих величин.

Когда один и тот же ток проходит в двух участках цепи, а напряжения, приложенные к ним, различны, то ясно, что участок, к которому приложено большее напряжение, имеет соответственно большее сопротивление.

А если под действием одного и того же напряжения в двух разных участках цепи проходит различный ток, то меньший ток всегда будет на том участке, который имеет большее сопротивление. Все это вытекает из основной формулировки закона Ома для участка цепи, т. е. из того, что ток тем больше, чем больше напряжение и чем меньше сопротивление.

Расчет сопротивления с помощью закона Ома для участка цепи покажем на следующем примере. Пусть требуется найти сопротивление участка, через который при напряжении 40 В проходит ток 50 мА. Выразив ток в амперах, получим I = 0,05 А. Разделим 40 на 0,05 и найдем, что сопротивление составляет 800 Ом.

Закон Ома можно наглядно представить в виде так называемой вольт-амперной характеристики . Как известно, прямая пропорциональная зависимость между двумя величинами представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Такую зависимость принято называть линейной .

На рис. 2 показан в качестве примера график закона Ома для участка цепи с сопротивлением 100 Ом. По горизонтальной оси отложено напряжение в вольтах, а по вертикальной оси — ток в амперах. Масштаб тока и напряжения может быть выбран каким угодно. Прямая линия проведена так, что для любой ее точки отношение напряжения к току равно 100 Ом. Например, если U = 50 В, то I = 0,5 А и R = 50 : 0,5 = 100 Ом.

Рис. 2 . Закон Ома (вольт-амперная характеристика)

График закона Ома для отрицательных значений тока и напряжения имеет такой же вид. Это говорит о том, что ток в цепи проходит одинаково в обоих направлениях. Чем больше сопротивление, тем меньше получается ток при данном напряжении и тем более полого идет прямая.

Приборы, у которых вольт-амперная характеристика является прямой линией, проходящей через начало координат, т. е. сопротивление остается постоянным при изменении напряжения или тока, называются линейными приборами . Применяют также термины линейные цепи, линейные сопротивления.

Существуют также приборы, у которых сопротивление изменяется при изменении напряжения или тока. Тогда зависимость между током и напряжением выражается не по закону Ома, а более сложно. Для таких приборов вольт-амперная характеристика не будет прямой линией, проходящей через начало координат, а является либо кривой, либо ломаной линией. Эти приборы называются нелинейными .

Источник

Закон Ома

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи гласит, что сила тока (I) на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению (U) на концах участка цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению (R).

Онлайн калькулятор

Найти силу тока

Напряжение: U = В
Сопротивление: R = Ом

Формула

Пример

Если напряжение на концах участка цепи U = 12 В, а его электрическое сопротивление R = 2 Ом, то:

Сила тока на этом участке I = 12 /₂= 6 А

Найти напряжение

Сила тока: I = A
Сопротивление: R = Ом

Формула

Пример

Если сила тока на участке цепи I = 6 А, а электрическое сопротивление этого участка R = 2 Ом, то:

Напряжение на этом участке U = 6⋅2 = 12 В

Найти сопротивление

Напряжение: U = В
Сила тока: I = A

Формула

Пример

Если напряжение на концах участка цепи U = 12 В, а сила тока на участке цепи I = 6 А, то:

Электрическое сопротивление на этом участке R = 12 /₆ = 2 Ом

Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи гласит, что сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи электродвижущей силе (ЭДС) и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

Онлайн калькулятор

Найти силу тока

ЭДС: ε = В
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом

Формула

Пример

Если ЭДС источника напряжения ε = 12 В, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, то:

Найти ЭДС

Сила тока: I = А
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом

Формула

Пример

Если сила тока в цепи I = 2A, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, то:

Найти внутреннее сопротивление источника напряжения

Сила тока: I = А
ЭДС: ε = В
Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = Ом

Внутреннее сопротивление источника напряжения: r =

Формула

Пример

Если сила тока в цепи I = 2A, сопротивление всех внешних элементов цепи R = 4 Ом, а ЭДС источника напряжения ε = 12 В, то:

Внутреннее сопротивление источника напряжения r = 12/2 — 4 = 2 Ом

Найти сопротивление всех внешних элементов цепи

Сила тока: I = А
ЭДС: ε = В
Внутреннее сопротивление источника напряжения: r = Ом

Сопротивление всех внешних элементов цепи: R =

Формула

Пример

Если сила тока в цепи I = 2A, внутреннее сопротивление источника напряжения r = 2 Ом, а ЭДС источника напряжения ε = 12 В, то:

Сопротивление всех внешних элементов цепи: R = 12/2 — 2 = 4 Ом

Источник

Закон Ома для участка цепи и полной цепи: формулы и определения

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
   • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
   • Формула: I=frac
   • U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
     • Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
     • Формула: U=IR
   • R— электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
     • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
     • Формула R=frac

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

Закон Ома для полной цепи

Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

Формула I=frac <varepsilon>

• varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
• I — сила тока в цепи, А;
• R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
• r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

Как запомнить формулы закона Ома

Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

.

• U — электрическое напряжение;
• I — сила тока;
• P — электрическая мощность;
• R — электрическое сопротивление

Смотри также:

Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

Источник

Как измерить удельное сопротивление земли

Электрофизические свойства земли

Электрофизические свойства земли, в которой находится заземлитель, определяются ее удельным сопротивлением. Чем удельное сопротивление меньше, тем благоприятнее условия для расположения заземлителя.

Определение. Удельным сопротивлением земли называют сопротивление между противоположными плоскостями куба земли ребрами размером 1 м и измеряется в омах.

Чтобы представить себе это сопротивление, напомним, что куб меди с ребрами 1 м имеет сопротивление 175´10-6 Ом при 20 °С.

Таким образом, например, при значении r=100 Ом´м земля имеет сопротивление в 5,7 млрд. раз больше, чем сопротивление меди в том же объеме.

Ниже приведены приближенные значения удельных сопротивлений земли, Ом´м, при средней влажности летом при 20 °С:

— песок — 400…1000 и более;

— супесок — 150…400;

— суглинок — 40…150;

— глина — 8…70;

— садовая земля — 40;

— чернозем — 10…50;

— торф — 20;

— каменистая глина (приблизительно 50%) — 100;

— мергель, известняк, крупнозернистый песок с валунами — 1000…2000;

— скала, валуны — 2000…4000;

— речная вода (на равнинах) — 10…80;

— морская вода — 0,2;

— водопроводная вода — 5…60.

Примечание. Для сооружения заземлителей необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений земли в данном месте. Они определяются на местах измерениями.

Свойства земли могут изменяться в зависимости от ее состояния — влажности, температуры и других факторов. Поэтому они могут иметь разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания грунта, а также его состояния в момент измерения.

Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами и коэффициентами, учитывающими состояние земли при измерениях, чтобы требующееся сопротивление заземляющего устройства сохранялось в любой сезон и при любой влажности земли, т. е. при неблагоприятных условиях.

В табл. 1 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли при измерениях:

— коэффициент k1 применяется, если земля влажная, измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков;

— коэффициент k2 — если земля нормальной влажности, если измерению предшествовало выпадение небольшого количества осадков;

— коэффициент k3 — если земля сухая, количество осадков ниже нормы.

Таблица 1 Коэффициенты к измеренным значениям удельного сопротивления земли, учитывающие ее состояние во время измерения

Электрод (глубина погружения в землю)	k1	k2	k3
вертикальный
3 м	1,15	1	0,92
5 м	1,1	1	0,95
Горизонтальный
10 м	1,7	1	0,75
50 м	1,6	1	0,8

Измерение удельного сопротивления земли

Измерить удельное сопротивление земли можно прибором (измерителем заземлений) типа МС-08 (или другим подобным) методом четырех электродов. Измерение следует проводить в теплое время года.

Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра. Прибор содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, вторая как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению. Шкала прибора градуирована в омах. Источником питания при измерении служит генератор постоянного тока, приводимый во вращение от руки.

Рис. 1 . Схема измерения удельного сопротивления земли прибором МС-08

Если пропускать ток через крайние электроды (рис. 1), то между средними электродами возникает разность напряжений U. Значения U в однородной земле (слое) прямо пропорциональны удельному сопротивлению r и току I и обратно пропорциональны расстоянию, а между электродами:

U = rI/2pа или р = 2paU/I = 2paR, где R — показания прибора.

Чем больше значение межэлектродного расстояния а, рис. 1, тем больший объем земли охватывается электрическим полем токовых электродов. Благодаря этому, изменяя расстояние а, можно получить значения удельного сопротивления земли в зависимости от разноса электродов. При однородной земле вычисленное значение r не будет изменяться при изменении расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности). В результате измерений, используя зависимость r от расстояния между электродами, можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине.

Измерение следует производить в стороне от трубопроводов и других конструкций и частей, которые могут исказить результаты.

Измерение сопротивления петли «фаза-нуль»

Сопротивления петли «фаза-нуль»

В соответствии с ПТЭЭП для контроля чувствительности защит к однофазным замыканиям на землю в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходимо выполнять измерения сопротивления петли «фаза-нуль».

Для измерения сопротивления петли «фаза-нуль» существует ряд приборов, области применения которых приведены в табл. 2.

Таблица 2 Приборы для измерения электрических параметров заземляющих устройств, в том числе измерения сопротивления петли фаза-нуль

тип прибора или метод	измеряемый параметр	примечание
М-417	Сопротивление петли с последующим вычислением тока однофазного замыкания	Область применения — контроль
ЭКО-200	Ток однофазного замыкания на землю	Область применения — контроль
ЭКЗ-01	Ток однофазного замыкания на землю	Область применения — контроль
Амперметр +вольтметр	Напряжение и ток	Высокая точность (область применения — измерения)

Проверка производится для наиболее удаленных и наиболее мощных электроприемников, но не менее 10% их общего количества. Проверку можно производить по формуле:

Z_пет = Z_п + Z_т/3.

где Z_п — полное сопротивление проводов петли «фаза-нуль»; Z_т — полное сопротивление питающего трансформатора.

Для алюминиевых и медных проводов Z_пет = 0,6 Ом/км.

По Z_пет определяется ток однофазного короткого замыкания на землю:

I_к = U_ф/Z_пет.

Если расчет показывает, что кратность тока однофазного замыкания на землю на 30% превышает допустимые кратности срабатывания защитных аппаратов, указанные в Правилах устройства электроустановок, то можно ограничиться расчетом. В противном случае следует провести прямые измерения тока короткого замыкания специальными приборами, например, ЭКО-200, ЭКЗ-01 или по методу амперметра-вольтметра на пониженном напряжении.

Метод амперметра-вольтметра при измерении сопротивления петли фаза-нуль

Испытуемое электрооборудование отключают от сети. Измерение производят на переменном токе от понижающего трансформатора. Для измерения делается искусственное замыкание одного фазного провода на корпус электроприемника. Схема испытания приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема измерения сопротивления петли фаза-нуль по методу амперметра-вольтметра

После подачи напряжения измеряются ток I и напряжение U, измерительный ток должен быть не менее 10–20 А. Сопротивление измеренной петли Z_п= U / I . Полученное значение Z_п должно быть арифметически сложено с расчетным значением полного сопротивления одной фазы питающего трансформатора R_т/3.

Способы контроля состояния контактных соединений

Контроль состояния контактных соединений с помощью измерительной штанги с милливольтметром

Нагрев контактов определяют в период максимальных нагрузок. Поскольку металлы контактов имеют значительную теплоемкость и теплопроводность, поэтому дефект контакта определить трудно.

Примечание. В эксплуатации более точная оценка состояния контактов возможна не по нагреву, а на основании измерения величины падения напряжения на участке цепи, содержащей контактное соединение, при протекании по контакту рабочего тока или путем измерения величины переходного сопротивления контакта при помощи милливольтметра и амперметра (или микроомметра).

Измерение выполняют под рабочим напряжением измерительной штангой с укрепленным на ней милливольтметром. Метод измерения основан на сравнении падения напряжения на участке, имеющем контактное соединение (рис. 3, а), с падением напряжения на участке целого провода (рис. 3, а) при неизменной величине тока нагрузки.

Рис. 3. Положение головки штанги при измерении падения напряжения: а — на контакте провода; б — на участке провода

Рис. 4. Схема измерения сопротивления контактного соединения по методу милливольтметра и амперметра

Контроль состояния контактных соединений методом амперметра-вольтметра

Во время ремонта выключателей, разъединителей и отделителей измеряют сопротивление постоянному току контактной системы этих аппаратов. При этом измеряют сопротивление всей токоведущей цепи каждой фазы выключателя или разъединителя (вывод-вывод).

Широкое распространение в практике измерения сопротивления контактной системы получил метод амперметра и вольтметра или микроомметра (рис. 4). Однако более точные результаты дает измерение двойным мостом.

Измерение сопротивления изоляции электрооборудования с помощью мегаомметра

Руководящие документы

Сопротивление изоляции постоянному току является основным показателем состояния изоляции, и его измерение является неотъемлемой частью испытаний всех видов электрооборудования и электрических цепей.

Нормы проверок и испытаний изоляции электрооборудования, определяются ГОСТ, ПУЭ и другими директивными материалами.

Измерение сопротивления изоляции с помощью мегаомметра

Сопротивление изоляции практически во всех случаях измеряется

мегаомметром. Этот прибор включает в себя:

— источник напряжения (генератор постоянного тока) чаще всего с ручным приводом;

— магнитоэлектрический логометр;

— добавочные сопротивления.

Внимание. Перед началом измерений необходимо убедиться, что на испытываемом объекте нет напряжения, тщательно очистить изоляцию от пыли и грязи и заземлить объект для снятия с него возможных остаточных зарядов.

Измерения следует производить при устойчивом положении стрелки прибора. Для этого нужно быстро, но равномерно вращать ручку генератора. Сопротивление изоляции определяется показанием стрелки прибора мегаомметра. После окончания измерений испытываемый объект необходимо разрядить. Для присоединения мегаомметра к испытываемому аппарату или линии следует применять раздельные провода с большим сопротивлением изоляции (обычно не меньше 100 МОм).

Перед пользованием мегаомметр следует подвергнуть контрольной проверке, которая заключается в проверке показания по шкале при разомкнутых и короткозамкнутых проводах. В первом случае стрелка должна находиться у отметки шкалы «бесконечность», во втором — у нуля.

Для того чтобы на показания мегаомметра не оказывали влияния токи утечки по поверхности изоляции, особенно при проведении измерений в сырую погоду, мегаомметр подключают к измеряемому объекту с использованием зажима Э (экран) мегаомметра.

Примечание. Значение сопротивления изоляции в большой степени зависит от температуры. Сопротивление изоляции следует измерять при температуре изоляции не ниже +5 °С, кроме случаев, оговоренных специальными инструкциями. При более низких температурах результаты измерения из-за нестабильного состояния влаги не отражают истинной характеристики изоляции.

Выбор типа мегаомметра производится в зависимости:

— от номинального сопротивления объекта (силовые кабели 1–1000, коммутационная аппаратура 1000–5000, силовые трансформаторы 10–20000, электрические машины 0,1–1000, фарфоровые изоляторы 100–10000 МОм);

— параметров объекта:

— номинального напряжения.

Как правило, для измерения сопротивления изоляции оборудования номинальным напряжением до 1000 В (цепи вторичной коммутации, двигатели и т. д.) используют мегаомметры на номинальное напряжение 100, 250, 500 и 1000 В, а в электрических установках с номинальным напряжением более 1000 В применяют мегаомметры на 1000 и 2500 В.

Порядок проведения измерений при испытании изоляции мегаомметром

1. Измерить сопротивление изоляции соединительных проводов, значение которого должно быть не меньше верхнего предела измерения мегаомметра.

2. Установить предел измерения:

— если значение сопротивления изоляции неизвестно, то во избежание «зашкаливания» указателя измерителя необходимо начинать с наибольшего предела измерения;

— при выборе предела измерения следует руководствоваться тем, что точность будет наибольшей при отсчете показаний в рабочей части шкалы.

3. Убедиться в отсутствии напряжения на проверяемом объекте.

4. Отключить или закоротить все детали с пониженной изоляцией или пониженным испытательным напряжением, конденсаторы и полупроводниковые приборы.

5. На время подключения прибора заземлить испытуемую цепь.

6. Нажав кнопку «высокое напряжение» в приборах, питающихся от сети, или вращая ручку генератора индукторного мегаомметра со скоростью примерно 120 об/мин, через 60 с после начала измерения зафиксировать значение сопротивления по шкале прибора.

7. При измерении сопротивления изоляции объектов с большой емкостью отсчет показаний производить после полного успокоения стрелки.

8. После окончания измерения, особенно для оборудования с большой емкостью (например, кабели большой протяженности), прежде чем отсоединять концы прибора, необходимо снять накопленный заряд путем наложения заземления.

Присоединение токоотводящего электрода

Когда результат измерения сопротивления изоляции может быть искажен поверхностными токами утечки, например, за счет увлажненности поверхности изолирующих частей установки, на изоляцию объекта накладывают токоотводящий электрод, присоединяемый к зажиму мегаомметра Э.

Присоединение токоотводящего электрода Э определяется из условия создания наибольшей разности потенциалов между землей и местом присоединения экрана.

В случае измерения изоляции кабеля, изолированного от земли, зажим Э присоединяется к броне кабеля при измерении сопротивления:

— изоляции между обмотками электрических машин зажим Э присоединяется к корпусу;

— обмоток трансформатора зажим Э присоединяется под юбкой выходного изолятора.

Примечание. Измерение сопротивления изоляции силовых и осветительных проводок производится при включенных выключателях, снятых плавких

вставках, отключенных электроприемниках, приборах, аппаратах, вывернутых лампах.

Категорически запрещается измерять изоляцию на линии, если она хотя бы на небольшом участке проходит вблизи другой линии, находящейся под напряжением, а также во время грозы на воздушных линиях передачи.

Измерение сопротивления контура защитного заземления

Защитное заземление

Определение. Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания фазного провода на корпус.

Задача защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшейся под напряжением.

Принцип действия заземления — снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения.

Заземляющие устройства после монтажных работ и периодически не реже один раз в год испытываются по программе Правил устройства электроустановок. По программе испытания производится измерение сопротивления заземляющего устройства.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов или выводов источников однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4, 8 Ом, соответственно:

— при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока;

— 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Измерители сопротивления заземления

Измерения сопротивления контура заземляющего устройства производятся измерителем заземления М416, ЦС4107 или Ф4103-М1.

Измерители заземления М416 предназначены для измерения сопротивления заземляющих устройств, активных сопротивлений и могут быть использованы для определения удельного сопротивления грунта.

Диапазон измерения прибора от 0,1 до 1000 Ом и имеет четыре диапазона измерения: 0,1–10, 0,5–50, 2,0–200, 100–1000 Ом. Источником питания служат три соединенные последовательно сухие гальванические элемента напряжением по 1,5 В.

Измеритель сопротивления заземления Ф4103-М1 предназначен для измерения сопротивления заземляющих устройств, удельного сопротивления грунтов и активных сопротивлений как при наличии помех, так и без них с диапазоном измерений от 0–0,3 Ом до 0–15 кОм (10 диапазонов).

Класс точности измерительного прибора Ф4103 — 2,5 и 4 (в зависимости от диапазона измерения). Питание — элемент (R20, RL20), 9 шт.

Перед проведением измерений измерителем Ф4103 необходимо, по возможности, уменьшить количество факторов, вызывающих дополнительную погрешность, например:

— устанавливать измеритель практически горизонтально, вдали от мощных электрических полей;

— использовать источники питания 12±0,25 В;

— индуктивную составляющую учитывать только для контуров, сопротивление которых меньше 0,5 Ом;

— определять наличие помех и так далее.

Помехи переменного тока выявляются по качаниям стрелки при вращении ручки ПДСТ в режиме «ИЗМ1». Помехи импульсного (скачкообразного) характера и высокочастотные радиопомехи выявляются по постоянным непериодическим колебаниям стрелки.

Порядок проведения измерения сопротивления контура защитного заземления

1. Установить элементы питания в измеритель заземления.

2. Установить переключатель в положение «Контроль 5 Ω», нажать кнопку и вращением ручки «реохорд» добиться установки стрелки индикатора в нулевую отметку шкалы.

3. Подключить соединительные провода к прибору, как показано на рис. 5, если измерения производятся прибором М416 или рис. 6, если измерения производятся прибором Ф4103-М1.

4. Углубить дополнительные вспомогательные электроды (заземлитель и зонд) по схеме рис. 5 и рис. 6 на глубину 0,5 м и подключить к ним соединительные провода.

5. Переключатель установить в положение «Х1».

6. Нажать кнопку и вращая ручку «реохорда» приблизить стрелку индикатора к нулю.

7. Результат измерения умножить на множитель.

Рис. 5. Подключение прибора М416 для измерения сопротивления контура заземления

Рис. 6. Подключение прибора Ф4103-М1 для измерения сопротивления контура заземления: а — схема подключения; б — контур заземления

Как провести проверку соединения заземлителей с заземляемыми элементами

Первоначально при проверке соединения заземлителей с заземляемыми элементами простукиванием и осмотром выявляют видимые дефекты и обрывы. Для окончательного заключения об исправности заземляющих проводников, надежности болтовых и сварочных соединений измеряют сопротивление участков цепи между заземлителем и заземленными элементами.

Данные, полученные в период наладки, могут быть использованы как исходные для сравнения при последующих эксплуатационных проверках.

В сетях простой конфигурации измеряется непосредственно сопротивление между заземлителем и каждым заземляемым элементом.

В сложных, разветвленных сетях измеряют:

— сначала — сопротивление между заземлителем и отдельными участками магистрали заземления (например, внутри цеха);

— затем — сопротивление между этими участками и заземляемыми элементами.

Внимание. Перед измерением необходимо убедиться в отсутствии напряжения на корпусах проверяемого оборудования!

Для присоединения провода к металлическим корпусам удобно пользоваться специальным щупом из трехгранного напильника с изолирующей ручкой и контактным зажимом. В этом случае работу выполняют два человека:

— один касается щупом корпуса;

— другой производит измерения прибором, жестко подсоединенным к магистральной шине проводом со струбциной.

При большой длине соединительных проводов следует учитывать их сопротивление.

Измерения можно производить омметрами любого типа, а также измерителями заземления типов М-416, ЦС4107 или Ф4103 и др.

Скрытые дефекты проводки могут быть выявлены при измерениях методом амперметра-вольтметра, поскольку протекание токов 10–30 А вызывает:

— нагрев или искрение в плохих контактных соединениях;

— выгорание случайных перемычек.

В качестве источника тока может быть применен трансформатор с выходным напряжением 12–42 В.