Измерение удельного сопротивления земли

Измерение удельного сопротивления земли

Электрофизические свойства земли

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

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

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 р= 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.

Песок — 400 — 1000 и более

Супесок — 150 — 400

Суглинок — 40 — 150

Садовая земля — 40

Чернозем — 10 — 50

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

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

Свойства земли могут изменяться в зависимости от ее состояния — влажности, температуры и других факторов — и могут иметь поэтому разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания, а также из-за состояния в момент измерения. Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами и коэффициентами, учитывающими состояние земли при измерениях, с тем 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, приведены в табл. 1 .

Коэффициент k1 применяется, если земля влажная, измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков; k2 — если земля нормальной влажности, если измерению предшествовало выпадение небольшого количества осадков; k3 — если земля сухая, количество осадков ниже нормы.

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

Электрод k1 k2 k3
Вертикальный
длина 3 м 1,15 1 0,92
длина 5 м 1,1 1 0,95
Горизонтальный
длина 10 м 1,7 1 0,75
длина 50 м 1,6 1 0,8

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 Г постоянного тока, приводимый во вращение от руки. На общей оси с генератором укреплены прерыватель П и выпрямитель Вп.

Принципиальная схема измерителя заземлений типа МС-07 (МС-08)

Если пропускать ток через крайние электроды, то между средними возникает разность напряжений U. Значения U в однородной земле (слое) прямо пропорциональны удельному сопротивлению р и току I и обратно пропорциональны расстоянию а между электродами: U = ρ I / 2 π а или р = 2 π aU/I = 2 π aR, где R — показания прибора.

Чем больше значение а, 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 ρ не будет изменяться при. изменении расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности). В результате измерений, используя зависимость ρ от расстояния между электродами можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине.

Схема измерения удельного сопротивления земли прибором МС-08

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

Удельное сопротивление земли можно приближенно измерить методом пробного электрода. Для этого электрод (уголок, стержень) погружают в землю в приямок так, чтобы его верх находился на глубине 0,6—0,7 м от уровня земли, и измеряют прибором типа МС- 0 8 сопротивление электрода гв. А затем, пользуясь данными приближенных значений сопротивлений вертикальных электродов (таблицы 2), можно получить приближенное значение удельного сопротивления земли.

Таблица 2. Сопротивления растеканию электродов заземления

Электрод Сопротивление, Ом
Вертикальный, угловая сталь, стержень, труба ρ / l , где l — длина электрода в метрах
Полосовая сталь шириной 40 мм или круглая сталь диаметром 20 мм 2ρ / l , где l — длина полосы в метрах
Прямоугольная пластина (при небольшом соотношении размеров сторон), заложенная вертикально 0 ,25 ( ρ / ( ab -1/2 )) , где а и b — размеры сторон пластины в м.

Пример расчета удельного сопротивления грунта. В землю погружен уголок длиной 3 м. Сопротивление, измеренное прибором МС-08, оказалось равным 30 Ом. Тогда можем написать: Ризм = rв l = 30 х 3 = 90 Ом х м.

Измерения желательно производить в двух-трех местах и принимать среднее значение. Пробные электроды следует погружать забивкой или вдавливанием, чтобы создавать плотное соприкосновение с землей; ввертывание стержней для целей измерения не рекомендуется.

Читайте также:  Домик для кошки из вешалок и футболки

Применять аналогичный метод измерений с укладкой в землю полос не следует: метод трудоемок и малонадежен, так как надлежащий контакт полосы с землей после засыпки и трамбовки может быть достигнут только через некоторое время.

Для учета состояния земли во время измерений принимается один из коэффициентов k из табл. 1.

Таким образом, удельное сопротивление земли равно: р = k х Ризм

В протоколе указываются состояние земли (влажность) при измерениях и рекомендуемый сезонный коэффициент промерзания или высыхания земли.

Электрофизические свойства грунта, в котором находится заземлитель, определяются прежде всего его удельным сопротивлением. Чем меньше удельное сопротивление, тем более благоприятные условия для расположения заземлителя.

Удельное сопротивление грунта – сопротивление между противоположными плоскостями куба земли с ребром длины 1 м. Единица измерения удельного сопротивления – ом на метр (Ом·м).

Чтобы оценить величину удельного сопротивления грунта, сравним его с наиболее распространенным электротехническим материалом – медью. Так, куб меди таких же размеров имеет сопротивление 1,72·10 -8 Ом·м. При 20°С и средней влажности удельное сопротивление грунта составляет примерно ρ = 100 Ом·м, то есть земля имеет удельное сопротивление в 5,7 млрд. раз больше.

В табл. 6.3. приведены приближенные значения удельных сопротивлений различных типов почвы при средней влажности.

Таблица 6.3 – Удельное электрическое сопротивление грунтов ρгр

Тип грунта Расчетное значение, Ом·м Возможные пределы колебаний, Ом·м
Глина 8…70
Суглинок 40…150
Песок 400…1000
Супесок 150…400
Торф
Чернозем 9…53
Садовая земля 30…60
Мергель и известняк 1000…2000

При оборудовании заземляющих устройств необходимо знать не приближенные, а точные значения удельных сопротивлений грунта в данном месте. Получение такой информации возможно только непосредственными измерениями на местах.

Свойства почвы могут меняться в зависимости от ее влажности и температуры, поэтому удельное сопротивление может иметь разные значения в разные времена года из-за высыхания или промерзания. Эти факторы учитываются при измерениях удельного сопротивления земли сезонными коэффициентами. В табл. 6.4 приведены коэффициенты, учитывающие состояние земли во время измерений.

Таблица 6.4 – Сезонные коэффициенты сопротивления грунта

Заземлитель k1 k2 k3
Вертикальный длины 3 м 1,15 1,00 0,92
Вертикальный длины 5 м 1,10 1,00 0,95
Горизонтальный длины 10 м 1,70 1,00 0,75
Горизонтальный длины 50 м 1,60 1,00 0,80

Коэффициент k1 применяется, если земля влажная и измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков; k2 – земля нормальной влажности и измерения предшествовало выпадение небольшого количества осадков; k3 – земля сухая, количество осадков ниже нормы.

Измерение удельного сопротивления почвы обычно проводят в теплое время года. В данной лабораторной работе используется измеритель заземлений типа МС-08 (рис. 6.3). Прибор имеет собственный источник питания в виде генератора, приводимого во вращательное движение с помощью ручки. Если в процессе измерения стрелка прибора колеблется, это является признаком наличия посторонних токов в земле. Чтобы избежать погрешности в измерениях достаточно изменить частоту вращения ручки. Однако следует заметить, что для обеспечения надлежащей точности измерения эта частота должна находиться в пределах 90. 150 об/мин.

Измеритель заземления МС-08 имеет три шкалы: 0 – 1000 Ом, 0 – 100 Ом и 0 – 10 Ом. Удельное сопротивление грунта измеряют шкалой на 1000 Ом. Прибор работает по принципу магнитоэлектрического логометра, он содержит две рамки, одна из которых включается как амперметр, а другая – как вольтметр. Эти обмотки действуют на ось прибора в противоположных направлениях, благодаря чему отклонения стрелки прибора пропорциональны сопротивлению.

Рис. 6.3 – Измеритель заземлений МС-08

Шкала прибора градуирована в омах, источником питания при измерении служит генератор Г постоянного тока, приводимого во вращение от руки. На общей с генератором оси укреплены прерыватель П1 и выпрямитель П2 (рис. 6.4).

Рис. 6.4 – Электрическая схема измерителя заземлений МС-08: Г – генератор, Р – реостат, Л – логометр, П1 – прерыватель, П2 – выпрямитель, П3 – переключатель.

Измерение удельного сопротивления грунта следует выполнять в стороне от трубопроводов и других металлических конструкций, которые могут внести погрешность в результаты. Схема измерения показана на рис. 6.5.

Рис. 6.5 – Схема измерения удельного сопротивления грунта

Чем больше значение а, тем больший объем почвы охватывается электрическим полем электродов и более точными являются результаты измерений. Изменяя расстояние а, можно получить зависимость удельного сопротивления земли от разнесения электродов. При однородной структуре грунта значение ρ не зависит от расстояния а (изменения могут быть вследствие разной степени влажности).

Таким образом, используя зависимость ρ от расстояния между электродами, можно судить о величинах удельных сопротивлений на разной глубине. Удельное сопротивление грунта определяют по формуле

(6.4)

где R – сопротивление прибора, Ом.

Измерения удельного сопротивления желательно выполнять в нескольких местах, рассчитывая затем среднее значение. Электроды следует забивать в землю для более плотного контакта, ввертывание стержней для целей измерения не рекомендуется.

Читайте также:  Ежик из пластмассовой бутылки и шишек

Дата добавления: 2017-01-26 ; просмотров: 8389 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Главная // Наша библиотека // Испытания // Измерение параметров заземляющих устройств и удельного сопротивления грунта

Качество заземляющих устройств значительно влияет на безопасность использования электрических установок, особенно на эффективность защиты от поражения электрическим током и молниезащиты. Заземляющее устройство выполняет также другие функции, связанные с безопасностью, например, используется для отвода электрических зарядов объектов, подверженных угрозе взрыва (например, на АЗС).

Для проверки электрических установок на соответствие требованиям по защите от поражения электрическим током необходимо произвести измерение сопротивления заземляющего устройства. Это сопротивление позволяет определить значение напряжения прикосновения, которое может возникнуть при одновременном прикосновении к двум проводящим частям, находящимся под разными потенциалами, или к одной проводящей части, находящейся под напряжением, и к земле. Необходимость измерения удельного сопротивления грунта и сопротивления заземляющего устройства возникает уже на этапе проектирования и монтажа.

Система заземления должна также подвергаться периодическим поверкам во время эксплуатации, чтобы коррозия или изменения удельного сопротивления грунта не могли значительно повлиять на ее параметры. Сеть заземляющего устройства может не показывать своей неисправности до тех пор, пока не произойдет пробой и не наступит опасная ситуация. При измерении сопротивлений отдельных заземлителей применяют трехполюсный метод измерения сопротивления, который заключается в забивке в грунт двух измерительных электродов (токовый электрод H и электрод напряжения S) вблизи заземляющего устройства по однолучевой схеме.

Расстояние между электродами должно быть как минимум 20 м. Электрод напряжения (S) помещают между измерительным заземляющим устройством и токовым электродом (H), в пространстве нулевого потенциала. Приборы измеряют величину протекающего тока в созданной цепи и напряжение между исследуемым заземлителем и электродом напряжения. Результатом измерения является величина сопротивления заземляющего устройства.

Генерируемый ток имеет частоту 128 Гц (MRU-100, MRU-101), чтобы избежать влияния сторонних токов промышленной частоты 50 Гц и их высших гармоник.

Измерения сопротивлений многократных (составных) заземлителей можно провести методом, описанным выше, последовательно отключая исследуемые заземлители от общей системы заземления на время измерения. Ввиду того, что такой процесс может быть очень сложным, измерители снабжены клещами и имеют возможность проведения измерения без отсоединения исследуемого заземлителя. При этом методе токовый электрод (Н) и электрод напряжения (S) устанавливаются также как при классическом трехполюсном методе, но ток измеряется при помощи клещей, устанавливаемых на исследуемом заземлителе. Измеритель показывает величину сопротивления заземлителя, на котором установлены токовые клещи (измеритель рассчитывает сопротивление, зная величину тока, которая протекает через исследуемый заземлитель и игнорируя ток, протекающий через смежные заземлители).

Измерив значения сопротивлений отдельных элементов заземлителя RE1, RE2, RE3, .. , REN, определяют общую величину сопротивления системы по формуле:

Измерение удельного сопротивления грунта происходит при использовании четырех электродов, размещенных линейно на равных расстояниях (метод Веннера). Определение значения удельного сопротивления грунта требует измерения сопротивления и подсчета с учетом расстояния между электродами. Измеритель покажет величину удельного сопротивления грунта ρ [Ω∙ м]

Кроме перечисленных выше видов измерений, приборами MRU-10Х возможно производить измерения низкоомных сопротивлений по двухполюсной (2P) и четырехполюсной схеме (4Р) измерения (измерительный ток 225 мА (128Гц), измерительное напряжение 40В, разрешение на нижнем поддиапазоне 0,01 Ом), что позволяет проверять наличие металлосвязи различных соединений (проводников присоединения к земле и выравнивания потенциалов).

Помехоустойчивость

Измеритель может работать при наличии помех в виде напряжений до уровня 24 В (AC, DC). Уровень помех отображается на дисплее прибора.

При измерении сопротивления заземления прибор генерирует ток 225 мА частоты 128 Гц при измерительном напряжении 40В. Это позволяет избежать влияния на результаты измерений интерференции и помех от находящихся в грунте и системе заземления токов утечки частотой 50 Гц и их гармоник. Поэтому при проведении измерения сопротивления заземляющего устройства измерителями MRU нет необходимости отсоединять заземляющее устройство от главной заземляющей шины электроустановки.

Режимы измерений

В двухполюсном режиме измерений выводы S и E являются выводами для тока и напряжения.

В трехполюсном режиме прибор измеряет напряжение между зондами S и E c заданием тока между щупами H и Е. (таким образом, вывод Е — общий для тока и напряжения).

В четырехполюсном режиме прибор измеряет напряжение между зондами S и ES c заданием тока между щупами E и H.

При наличии токоизмерительных клещей, прибор учитывает ток, текущий через них (прибор рассчитывает сопротивление заземления, ток которого проходит через токовые клещи. Ток, текущий через соседние заземлители, на результат не влияет). Выбор режима осуществляется переключателем на приборе.

Сопротивления RH и RS

Сопротивление измерительных щупов RH и RS не должно превышать 50 кΩ. В противном случае на экране отображается соответствующее предупреждение (уменьшить значения сопротивлений можно, например, увеличив влажность грунта вблизи щупа).

Измерение сопротивлений в режимах 2P, 4P

При измерении сопротивлений двухполюсным методом результат измерения — суммарное сопротивление, состоящее из сопротивления резистора, подключенного к прибору, и сопротивления измерительных проводов. Влияние сопротивления проводов на результат измерения может быть исключено за счет использования четырехполюсной схемы или путем выполнения другого измерения с учетом сопротивления короткозамкнутых измерительных проводов, которое вычитается из основного измерения. Необходимо помнить, что рабочая частота прибора составляет 128 Гц.

Измерение в режиме 3P

Трехполюсная схема — основная схема измерения сопротивления устройств заземления. Необходимо соединить заземлитель с измерительным гнездом измерителя «E»; вбить токовый измерительный зонд в грунт на расстоянии, превышающем 40 м от исследуемого заземлителя, и соединить измерительным проводом с измерительным гнездом «H» измерителя; вбить потенциальный измерительный зонд в грунт на расстоянии, превышающем 20 м. от исследуемого заземлителя и соединить с измерительным гнездом «S». Исследуемый заземлитель, токовый зонд и потенциальный щуп необходимо выстроить в одну линию, образуя тем самым однолучевую схему измерения:

Применение двухлучевой схемы не гарантирует заявленную точность измерений. Прибор показывает сопротивления устройства заземления RE, а также сопротивления измерительных щупов RS и RH. Рекомендуется повторить измерения после перемещения потенциального измерительного зонда на 1 м к измеряемому заземлителю. Если результаты измерения отличаются больше чем 3 %, расстояние от токового зонда до исследуемого заземлителя должно быть увеличено значительно, а измерения следует повторить. Оптимальное положение потенциального щупа — 62 % от расстояния между токовым зондом и исследуемым заземлителем.

Особое внимание должно быть уделено качеству соединения исследуемого заземлителя с измерительными проводниками. Место контакта должно быть очищено от краски, ржавчины, и т. п.

Если сопротивление щупов измерителя слишком высоко, измеренное сопротивление заземления будет иметь дополнительную погрешность. Особенно большая погрешность наблюдается при измерении малых величин заземляющего устройства при высоких значениях сопротивлений измерительных зондов (такая ситуация возможна, когда заземлитель сделан как хороший электрод заземления, в то время как верхний уровень грунта сухой и имеет плохую проводимость). При этом отношение сопротивления измерительных щупов к сопротивлению исследуемого заземлителя очень большое, и дополнительная погрешность находится в зависимости от этого отношения. Согласно приведенной в технических параметрах формуле, дополнительная погрешность может быть рассчитана и учтена при измерениях (см диаграммы расчета дополнительной погрешности). Контакт измерительных щупов с грунтом может быть улучшен, например. увлажнением водой места, где установлен щуп в грунт или перестановкой щупа в другое место поверхности грунта. Кроме того, необходимо проверить измерительные провода на наличие повреждений изоляции, проверить контакт подключения зажима к измерительному щупу.

В большинстве случаев точность измерений достаточна. Однако, нужно осознавать наличие и величину дополнительной погрешности, возникающей в результате измерения.

Измерение в режиме 4P

В случае, если, когда необходимо выполнить измерение, без дополнительной погрешности из-за сопротивления измерительных проводов, используют четырехполюсную схему. Для измерения сопротивления заземления необходимо Соединить заземлитель с измерительными гнездами измерителя, обозначенными как «E» и «ES» ; установить токовый зонд в грунт на расстоянии больше 40 м от заземлителя и соединить с гнездом «H»; установить потенциальный зонд в грунт на расстоянии 20 м. от измеряемого заземлителя, соединенного с гнездом «S». Заземлитель и измерительные зонды (токовый и потенциальный) должны быть выстроены в одну линию.

Рекомендуется повторить измерения после перемещения потенциального измерительного зонда на 1 м к измеряемому заземлителю. Если результаты измерения отличаются больше чем 3 %, расстояние от токового зонда до исследуемого заземлителя должно быть увеличено значительно, а измерения следует повторить. Оптимальное положение потенциального щупа — 62 % от расстояния между токовым зондом и исследуемым заземлителем.

Измерение сопротивления многогократного заземлителя

При измерениях сопротивления заземлителей, состоящих из системы электродов, соединенных с мачтой линии электропередачи, необходимо контролировать заземление каждого заземлителя, поскольку эквивалентное сопротивление такой системы не будет отражать возможного плохого конкретно взятого заземлителя.

Измерения производят в режиме 3Р с использованием токовых клещей. Измерив значения сопротивлений отдельных элементов заземлителя RE1, RE2, RE3, RE4, определяют общую величину сопротивления системы по формуле:

Измерение удельного сопротивления грунта

Для измерений удельного сопротивления грунта — измерители используют сопротивления отдельных электродов системы заземлителя, для чего в геологии были разработаны специальные приборы.

В данных приборах аналогичная функция измерения задается простым выбором положения поворотного переключателя функций.

Эта функция с метрологической точки зрения идентична четырехполюсной схеме измерений сопротивления заземления, но содержит дополнительную процедуру ввода в прибор взаимного расстояния между измерительными щупами и электродами заземлителя.

Результат измерения — величина удельного сопротивления грунта определяется автоматически согласно формуле ρ = 2πd RE, которая применяется в Методике измерения Венера.

Читайте также:  Во всех вариантах определите направление силы лоренца

MRU-200 Измеритель параметров заземляющих устройств

измерение сопротивления проводников присоединения к земле и выравнивания потенциалов (металлосвязь) (2p);
измерение сопротивления заземляющих устройств по трёхполюсной схеме (3p);
измерение сопротивления заземляющих устройств по четырехполюсной схеме (4p);
измерение сопротивления многократных заземляющих устройств без разрыва цепи заземлителей (с применением токоизмерительных клещей);
измерение сопротивления заземляющих устройств методом двух клещей;
измерение сопротивления молниезащит (громоотводов) по четырехполюсной схеме импульсным методом;
измерение переменного тока (ток утечки);
измерение удельного сопротивления грунта методом Веннера с возможностью выбора расстояния между измерительными электродами; высокая помехоустойчивость;

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector