ВИМІРЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ОПОРУ ЗАЗЕМЛЕННЯ

Ø Особливості вимірювань опору заземлення

Для захисту обслуговуючого персоналу від ураження електричним струмом всі електричні устави, на які подається високу напруга, необхідно заземлювати. Заземленням називають під’єднання частини електричної установи до заземлювального пристрою, який складається із заземлювача та защемлюваних провідників. Заземлювачем називають металевий провідник або групу провідників, виготовлені у формі стержня або труби, які мають безпосередній контакт із землею. Заземлювач з’єднують із заземлювальними частинами електричних устав за допомогою заземлювальних провідників.

Опором заземлення чи заземлювального пристрою називають суму опорів заземлювача відносно землі та заземлювальних приводів. Опір заземлювача відносно землі визначають як відношення напруги, прикладеної між заземлювачем і землею, до струму, який протікає через заземлювач у землю. Опір заземлення істотно змінюється залежно від пори року та погоди (дощ чи суха погода).

Значення опору заземлення регламентується нормативно-технічною документацією на електричні устави і не повинне перевищувати певного граничного значення .

Рис.34.1. Схема для визначення розподілу падіння напруги (а) та крива розподілу (б) на лінії заземлювачами

Якщо між двома заземлювачами А і В (рис.34.1,а), розміщеними в землі на відстані 50…60м, прикласти напругу U, то через заземлювачі та землю буде протікати струм. Під’єднавши вольтметр V між заземлювачем А та допоміжним зондом К, і перемішуючи зонд К по прямій лінії між заземлювачами А і В, отримують розподіл падіння напруги на лінії між цим заземлювачами (рис. 34.1,б)

Як видно з (рис.34.1, б), поблизу заземлювачів на віддалі до 20м (ділянки АС і DB), напруга U зі збільшенням віддалі l зростає, а на середній ділянці СD – залишається сталою. Такий розподіл напруги пояснюється тим, що лінії струму біля заземлювача А розходять, а біля заземлювача В сходяться, отже, густина струму біля заземлювачів велика, а на великій віддалі від них мала. Частину поверхні землі у зоні між заземлювачами А і В, спад напруги в якій близький до нуля (ділянка СD, рис.34.1), називають зоною нульового потенціалу.

Із вказаного вище випливає, що при вимірюванні опору заземлення допоміжний заземлювач необхідно встановлювати на віддалі 20м від досліджуваного, а опори заземлювачів визначити за формулами:

де і - спади напруг на ділянках АС і ВD, виміряні вольтметром V; I – струм у вимірювальному контурі, виміряний амперметром А.

Потенціал будь-якої точки х у зоні заземлювача дорівнює напрузі між цією точкою і точкою нульового потенціалу, наприклад, точкою С:

А потенціали заземлювачів А і В, які називають повними потенціалами, відповідно дорівнюють:

Опір заземлення вимірюють такими методами:

- методом амперметра і вольтметра;

- компенсаційним методом;

- із використанням спеціальних логометричних вимірювачів опори.

У всіх випадках вимірювання здійснюють на змінному струмі, оскільки на постійному струмі в місцях контакту заземлювача з вологою землею виникає явище поляризації, яке істотно впливає на результат вимірювання.

Ø Вимірювання опору заземлення методом амперметра і вольтметра, компенсаційним методом, спеціальними логометричними вимірювачами

Схема увімкнення приладів та еквівалентна схема вимірювання опору заземлення методом амперметра і вольтметра зображена на (рис. 34.2).

У цій схемі, крім досліджуваного заземлювача , опір якого вимірюють, увімкнені два допоміжні заземлювачі: струмовий , призначений для

Рис. 34.2. Схема увімкнення приладів (а) та еквівалентна схема (б) вимірювання опору методом амперметра і вольтметра

Утворення контуру струму в колі амперметра і вольтметра та потенціальний , до якого під’єднують один із затискачів вольтметра. Потенціальний заземлювач вставляють на віддалі 20м від досліджуваного заземлювача , а струмовий - на віддалі 50…60м від .

Опір заземлювача визначають за формулою:

де та - покази вольтметра і амперметра

Вимірювачі опору заземлення, в яких реалізується компенсаційний метод вимірювання, будуть за схемою компенсатора змінного струму з постійною фазою (рис.34.3). У цій схемі, як і в схемі (рис. 34.2), крім досліджуваного заземлювача ввімкнені два допоміжні заземлювачі – струмовий та потенціальний .

Опір заземлення вимірюють компенсаційним методом за допомогою компенсації напруги , яка дорівнює , компенсуючою напругою , яку знімають з компенсаційного опору , увімкненого у вторинну обмотку вимірювального трансформатора струму ВТС. Первинна обмотка ВТС послідовно із заземлювачами і підключена до генератора змінного струму Г.

Оскільки струми та пов’язані між собою номінальним коефіцієнтом трансформації ВТС , а саме , то в момент компенсації, коли , отримаємо

де - частина компенсаційного , з якої знімають компенсаційну напругу . Отже, при сталому значенні коефіцієнта трансформації ВТС компенсаційний опір можна градуювати безпосередньо в одиницях опору заземлення .

Момент рівноваги компенсаційної схеми, коли напруга небалансу дорівнює нулеві, фіксують за нульовим показом магнітоелектричного нуль-індикатора НІ, увімкненого в компенсаційне коло через розділювальний трансформатор Тр та перетворювач змінного струму в постійний П.

Перевагами компенсаційного методу вимірювання опору заземлення є відсутність впливу коливань вихідної напруги генератора Г, оскільки із змінного струму відповідно змінюється в в компенсаційному колі, і рівновага схеми не порушується, а також відсутність впливу опору потенціального заземлювача , оскільки в момент рівноваги компенсаційної схеми струм у ньому дорівнює нулю.

Рис.34.3. Схема вимірювання опору заземлення компенсаційним методом

Схема логометричного вимірювача опору заземлення зображена на (рис. 34.4). Одна рамка логометра увімкнена в коло струму генератора постійного струму Г послідовно із досліджуваним та струмовим заземлювачами. Друга рамка логометра разом із додатковим резистором з’єднана послідовно із досліджуваним і потенціальним заземлювачами.

Оскільки до кола рамки прикладена напруга, яка дорівнює спаду напруги на вимірювальному опорі , то струм в цій рамці

де - опір рамки ;

Рис.34.4. Схема логометричного вимірювання опору заземлення

Струм в рамці , який дорівнює струму генератора, . Тоді відхилення вказівника рухомої частини приладу, яке в логометричного вимірювальному механізмі пропорційне до відношення струмів у рамках, дорівнює

Отже, при сталому значення сумарного опору рамки відхилення вказівника логометра пов’язане функціональною залежністю з , тому його шкалу можна градуювати безпосередньо в одиницях опору заземлення. Оскільки опір потенціального заземлювача може змінюватися, то для забезпечення умови перед кожним вимірюванням необхідно змінювати опір додаткового резистора .

Оскільки живлення схеми логометра здійснюється від генератора постійного струму Г, а вимірювання опору заземлення, як було зазначено вище, необхідно здійснювати на змінному струмі, в схемі передбачено два перетворювачі та постійному струму в змінний та перетворювач змінного струму в постійний.

За логометричною схемою побудований вимірювач опору заземлення типу МС-08, метрологічні характеристики якого наведені в (табл. 34.1.)