Как точно измерить сопротивление заземления в ограниченном пространстве

Измерение сопротивления заземления – едва ли не самая обязательная процедура по обслуживанию любой электротехнической установки. Для измерений как правило используется традиционный метод вольтметра и амперметра: контролируемый заземлитель нагружают током известной величины и измеряют напряжение на нем. Проблему создают подчас большие размеры измеряемого устройства, потому что подключив к нему один вывод вольтметра, другой конец надо связать с землей в точке с нулевым потенциалом. Это далеко не всегда просто сделать. На рис. 1 распределение потенциала в окрестности заземляющей сетки 100 х 100 м с шагом квадратных ячеек по 10 м. Даже на расстоянии 300 м потенциал на поверхности земли все еще составляет около 10% от потенциала заземлителя. Такой же будет ошибка измерения сопротивления заземления (заниженное значение), если подключить сюда второй проводник вольтметра.

Рис. 1
Распределение напряжения в окрестности заземляющей сетки 100 х 100 м

Вторым источником ошибки служит вспомогательный токовый электрод. Он нужен для того, чтобы замкнуть цепь источника тока, нагружающий заземлитель. При близком расположении его электрическое поле искажает распределение напряжения в окрестности измеряемого заземлителя. В итоге методическими руководствами рекомендуется следующее расположение вспомогательных токового (ТЭ) и потенциального (ПЭ) электродов (рис. 2). Типичные размеры заземляющих устройств промышленных предприятий оцениваются в сотни метров. Вспомогательные электроды по типовой методике приходится удалять на расстояние метров в 500, а то и в километр. Трудно найти такое расстояние в районе городской или промышленной застройки, тем более, что все это пространство должно быть свободно от металлических подземных коммуникациий. Очень часто на них просто не обращают внимания – не видно и ладно. Несчастье в том, что подземные коммуникации занижают измеренное значение сопротивления заземления и это очень опасно. К ошибке того же рода приводит и вынужденное сокращение расстояния, на которое удалены вспомогательные электроды.

Рис. 2
Типовая схема измерения сопротивления заземления

Методика ”экономных” измерений

Вспомните ”Кавказскую пленницу”. Главный злодей говорит там такие слова: ”Кто нам мешает, тот нам и поможет”. Попробуем руководствоваться таким же принципом и отследим изменение потенциала вдоль прямой, соединяющей токовый электрод и точку ввода тока в измеряемый заземлитель (рис. 3). На этой прямой обязательно найдется точка с нулевым потенциалом, поскольку направление тока меняется (если, например, он входит в заземлитель, то выходит из вспомогательного токового электрода).

Рис. 3
Распределение потенциала на прямой между заземлителем и токовым электродом

Похоже не обязательно тащить потенциальный электрод в поднебесные дали. Достаточно найти точку нулевого потенциала между измеряемым заземлителем и токовым электродом. Туда, на ту же прямую, надо поставить потенциальный электрод.

Очевидная и очень существенная экономия требуемого свободного пространства!

В 2015 г увидела свет книга «Вопросы практической молниезащиты». Ее глава 6 целиком посвящена анализу погрешностей измерения при расположении всех электродов на одной прямой. Вряд ли стоит повторять уже написанное с подробным математическим анализом погрешностей измерения. Но наиболее важные в практическим отношении выводы выполненного анализа отметить необходимо.

Нужно начать с упоминания методики измерений, которая рекомендована в паспортных данных к иностранным измерительным приборам. Для того, чтобы компенсировать влияние вспомогательного токового электрода на потенциал измеряемого заземляющего устройства, там рекомендуется устанавливать вспомогательный потенциальный электрод не в точку нулевого потенциала, а в точку r_pot = 0,62r_tok (рис. 4).

Рис. 4
Схема измерений с расположением электродов на одной прямой

Тем самым якобы устраняется погрешность, обусловленная влиянием на потенциал измеряемого заземлителя обратного по полярности электрического поля токового электрода. Указанное значение получено в предположении, что и токовый, и измеряемый заземлитель одинаковы по размерам и представляют собой полусферы. На практике такого, как правило, не наблюдается. Серия компьютерных расчетов для заземляющих устройств самой различной геометрии и размеров показала, что предпочтительнее устанавливать токовый электрод строго по середине прямой, связывающей контролируемый заземлитель с токовым электродом. Это позволяет ограничить погрешность измерения на уровне 10% даже в том случае, когда расстояние между электродами rtok не превышает габаритного размера заземляющего устройства.

Рис. 5
К оценке погрешности измерения сопротивления заземления

Результаты компьютерного расчета на рис. 5 демонстрируют сказанное на примере заземляющего устройства в виде горизонтальной сетки 200 х 200 м. Это вполне типичное заземляющее устройство для больших производственных территорий.

Итак, размещение электродов на одной прямой действительно облегчает организацию измерений сопротивления заземления на застроенных территориях. Однако, полного благоденствия добиться не удается. Остается в силе требование об отсутствии подземных коммуникаций на занятой площади. Установить это не так-то легко, если нет необходимой документации на скрытые работы. В безвыходной ситуации можно порекомендовать следующее.

Рис. 6
К контролю наличия подземных коммуникаций

Не спешите с установкой потенциального электрода в точку r_pot = 0,5r_tok. Сначала проведите серию измерений с шагом ∆r ≈ 0,1r_tok по всей длине от измеряемого заземлителя до токового электрода и убедитесь. что измеренные значения укладываются на какую-то вполне гладкую кривую, похожую на рис. 6 (без всплесков и резких провалов). Если это так, можно особенно не волноваться и, установив потенциальный электрод в нужную точку, выполнить основное измерение сопротивления заземления.

Что же все-таки измерено и с какой целью

Вебинар "Программное обеспечение для расчёта надёжности молниезащиты любого объекта за 30 минут." Страница 3 Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 1 Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 2 Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 3