Практические советы по выбору метода измерения для разных объектов

Оглавление

1. Введение в выбор метода измерения сопротивления заземления
2. Основные методы измерения сопротивления заземляющих устройств
3. Сравнительный анализ методов измерения
4. Выбор метода для заземляющих устройств зданий и сооружений
5. Измерения на опорах линий электропередачи
6. Подстанции и распределительные устройства
7. Промышленные объекты с разветвлённой системой заземления
8. Объекты с естественными заземлителями и сложные случаи
9. Типичные ошибки при выборе метода и способы их предотвращения
10. Практические рекомендации по выбору оптимального метода

1. Введение в выбор метода измерения сопротивления заземления

Правильный выбор метода измерения сопротивления заземляющего устройства напрямую влияет на достоверность полученных результатов и, как следствие, на безопасность эксплуатации электроустановки. Ошибка в выборе методики может привести к завышению или занижению реального значения сопротивления, что в одном случае создаёт ложное ощущение безопасности, а в другом — неоправданные затраты на доработку контура.

На практике специалист сталкивается с большим разнообразием объектов: от простого контура частного дома до сложных многоэлементных систем подстанций и промышленных предприятий. Условия измерений также сильно различаются — наличие или отсутствие возможности отсоединения заземляющего проводника, ограниченное пространство для размещения вспомогательных электродов, высокий уровень помех, промёрзший или переувлажнённый грунт.

Нормативные документы (ПУЭ гл. 1.7, ГОСТ Р 50571.16, ПТЭЭП) устанавливают предельные значения сопротивления, но не диктуют жёстко, каким именно методом эти значения должны быть получены. Выбор остаётся за специалистом, который обязан учитывать особенности объекта, требуемую точность и технические возможности имеющегося оборудования. Современные измерители сопротивления заземления, такие как ИС-05, ИС-06, ИС-10 и ИС-20, позволяют реализовать практически все основные методики, однако понимание принципов каждой из них остаётся обязательным.

В первой части материала мы подробно разберём классические и современные методы измерения, проведём их сравнение по ключевым параметрам и рассмотрим особенности выбора методики для зданий и опор линий электропередачи. Во второй части будут рассмотрены более сложные объекты и даны итоговые практические рекомендации.

При необходимости компактного и автономного прибора советуем купить цифровой измеритель ИС-20.

2. Основные методы измерения сопротивления заземляющих устройств

Все применяемые сегодня методы основаны на одном физическом принципе — создании измерительного тока, протекающего через испытуемый заземлитель, и измерении падения напряжения на нём. Различия заключаются в способе организации токовой и потенциальной цепей, количестве используемых электродов и необходимости отсоединения заземляющего устройства от общей системы.

Двухпроводный (двухэлектродный) метод является самым простым. Измерительный ток пропускается через испытуемый заземлитель и один вспомогательный электрод, а напряжение измеряется между теми же точками. Сопротивление рассчитывается по формуле:

Главный недостаток метода — сильное влияние сопротивления соединительных проводов и переходных сопротивлений контактов. На практике двухпроводный метод применяется крайне редко и только для ориентировочных оценок, когда измеряемое сопротивление заведомо велико (десятки ом и выше). Приборы ИС-05 и ИС-06 позволяют выполнять такие измерения, однако специалисты обычно сразу переходят к более точным схемам.

Трёхпроводный (трёхэлектродный) метод является основным и наиболее распространённым. Токовый электрод (Т) и потенциальный электрод (П) размещаются на определённом расстоянии от испытуемого заземлителя. Клеммы прибора, отвечающие за ток и потенциал на стороне заземлителя, соединяются вместе и подключаются одним проводом. Измерительный ток протекает между испытуемым заземлителем и токовым электродом, а напряжение измеряется между заземлителем и потенциальным электродом. Сопротивление снова определяется отношением напряжения к току.

Преимущество трёхпроводного метода — относительная простота и достаточная для большинства задач точность. Недостаток — влияние сопротивления соединительного провода, идущего к заземлителю. Поэтому при измерениях сопротивлений менее 5 Ом рекомендуется переходить к четырёхпроводной схеме.

Четырёхпроводный метод полностью исключает влияние сопротивления измерительных проводов. К испытуемому заземлителю подводятся два отдельных провода: один от токовой клеммы, второй от потенциальной. Измерительный ток и напряжение измеряются независимо. Этот метод обеспечивает наивысшую точность среди классических схем и обязателен при контроле контуров с малым сопротивлением (подстанции, крупные промышленные объекты).

Методы с применением токовых клещей позволяют измерять сопротивление без отсоединения заземлителя от общей системы и без установки вспомогательных электродов (или с минимальным их использованием). Существует два основных варианта:

• метод одного клеща (селективное измерение) — классическая трёх- или четырёхпроводная схема дополняется токовыми клещами, охватывающими исследуемый заземляющий проводник. Прибор измеряет ток, реально протекающий через данный заземлитель, и вычисляет его индивидуальное сопротивление;
• метод двух клещей — измерительный ток наводится одним клещом, а вторым измеряется ток, прошедший через заземлитель. Вспомогательные электроды не требуются. Метод удобен в условиях плотной городской застройки и на объектах, где невозможно забить штыри.

Приборы ИС-10 и ИС-20 в соответствующих исполнениях поддерживают оба клещевых режима, что существенно расширяет возможности специалиста на сложных объектах.

3. Сравнительный анализ методов измерения

Для удобства выбора ниже приведена сравнительная характеристика основных методов по ключевым практическим критериям.

Из таблицы видно, что универсального «лучшего» метода не существует. Четырёхпроводный метод даёт максимальную точность, но требует отсоединения заземлителя и свободного пространства для электродов. Клещевые методы выигрывают в скорости и удобстве, особенно когда отсоединение невозможно, однако имеют большую погрешность и определённые ограничения по конфигурации системы заземления.

При выборе метода специалист должен ответить на несколько вопросов:

• Можно ли отсоединить испытуемый заземлитель от общей системы?
• Каково ожидаемое значение сопротивления (меньше или больше 5 Ом)?
• Есть ли свободное пространство для размещения вспомогательных электродов на расстоянии, в 5–10 раз превышающем наибольший размер заземляющего устройства?
• Насколько критична точность измерения в данном конкретном случае?
• Каков уровень индустриальных помех на объекте?

Ответы на эти вопросы практически однозначно определяют оптимальную методику.

4. Выбор метода для заземляющих устройств зданий и сооружений

Заземляющие устройства зданий и сооружений — наиболее массовый тип объектов. Здесь встречаются как простые контуры частных домов, так и сложные системы многоэтажных зданий с использованием фундаментов в качестве естественных заземлителей.

Для одиночного контура частного дома или небольшого административного здания, когда имеется возможность отсоединить заземляющий проводник, оптимальным является трёхпроводный метод. Расстояние до токового электрода обычно выбирают 20–40 м, потенциальный электрод размещают примерно на 62 % этого расстояния. При ожидаемом сопротивлении менее 5 Ом целесообразно сразу применять четырёхпроводную схему. Приборы ИС-05 и ИС-06 полностью достаточны для таких задач и обеспечивают необходимую точность.

Если здание подключено к системе повторных заземлений нулевого провода (типичная ситуация в сетях TN-C-S), отсоединение заземлителя часто затруднено или невозможно без отключения потребителей. В таких случаях наиболее рациональным становится метод с одним клещом. Измеритель ИС-10 или ИС-20 в комплекте с токовыми клещами позволяет определить сопротивление конкретного заземлителя без разрыва цепи. При этом сохраняется классическая схема размещения вспомогательных электродов, что обеспечивает приемлемую точность.

Особый случай — использование железобетонных фундаментов в качестве естественных заземлителей. Здесь сопротивление обычно невелико, а конфигурация заземляющего устройства сложная. Рекомендуется комбинированный подход: сначала выполнить измерение общего сопротивления контура четырёхпроводным методом (при возможности отсоединения), затем с помощью клещей проверить целостность и сопротивление отдельных элементов (металлосоединений, выпусков из фундамента).

Важный практический момент — влияние сезонных изменений удельного сопротивления грунта. Измерения, выполненные в период максимальной проводимости (влажная осень), могут дать заниженные результаты. Нормативные документы требуют, чтобы сопротивление соответствовало норме в любое время года. Поэтому при выборе метода и интерпретации результатов необходимо учитывать текущее состояние грунта и, при необходимости, вводить поправочные коэффициенты.

5. Измерения на опорах линий электропередачи

Опоры воздушных линий электропередачи представляют собой особый класс объектов. Заземляющее устройство опоры, как правило, имеет небольшие геометрические размеры, но при этом часто соединено с грозозащитным тросом, который связывает заземлители соседних опор в единую систему.

Классический подход требует отсоединения грозозащитного троса от испытуемой опоры. После этого измерение выполняется трёх- или четырёхпроводным методом. Расстояния до вспомогательных электродов выбираются исходя из наибольшего размера заземлителя опоры (обычно достаточно 30–50 м). Приборы ИС-06, ИС-10 и ИС-20 успешно применяются для таких измерений.

На практике отсоединение троса часто бывает затруднительным или нежелательным (особенно на действующих линиях). В этих случаях применяются методы, не требующие разрыва цепи. Наиболее распространённый — измерение с помощью токовых клещей. Клещи охватывают стойку опоры или заземляющий спуск, и прибор определяет сопротивление заземлителя с учётом влияния соседних опор через трос. Точность такого измерения ниже, чем при классическом методе с отсоединением, однако для периодического контроля состояния заземления опор метод вполне приемлем.

Существуют также импульсные методы и специализированные методики, разработанные для измерений без отсоединения троса. Они требуют более сложного оборудования и специальной подготовки персонала. В большинстве эксплуатационных ситуаций достаточно комбинации классического метода (при возможности отсоединения) и клещевого метода (для экспресс-контроля).

Особое внимание следует уделять расположению вспомогательных электродов. На трассе линии свободное пространство часто ограничено. В таких случаях применяют двухлучевую схему размещения электродов или используют естественные заземлители (трубопроводы, металлические ограждения) в качестве вспомогательных, предварительно оценив их влияние на результат.

Выбор между трёх- и четырёхпроводным методом на опорах определяется ожидаемым значением сопротивления. Для опор ВЛ 110 кВ и выше нормируемые значения обычно невелики, поэтому предпочтение отдаётся четырёхпроводной схеме. Для опор распределительных сетей 6–10 кВ часто достаточно трёхпроводного метода.

6. Подстанции и распределительные устройства

Заземляющие устройства подстанций и распределительных устройств относятся к наиболее ответственным объектам. Нормируемые значения сопротивления здесь часто составляют 0,5 Ом и менее, а сама система заземления представляет собой сложную сетку из горизонтальных и вертикальных электродов, металлоконструкций оборудования и естественных заземлителей.

При измерении сопротивления ЗУ подстанции классическим методом (трёх- или четырёхпроводным) необходимо соблюдать особые требования к расположению вспомогательных электродов. Расстояние до токового электрода должно составлять не менее пяти наибольших размеров заземляющего устройства (для крупных подстанций это может быть 100–200 м и более). Потенциальный электрод размещают последовательно в нескольких точках (обычно на 20, 40, 50, 60 и 80 % расстояния до токового электрода) и строят кривую зависимости измеренного сопротивления от положения потенциального электрода. Истинное значение определяют по участку, где кривая выходит на горизонтальный участок.

Четырёхпроводный метод является предпочтительным практически во всех случаях, поскольку измеряемые сопротивления малы и влияние соединительных проводов становится критичным. Приборы ИС-10 и ИС-20 в четырёхпроводном режиме обеспечивают необходимую точность для таких измерений.

На действующих подстанциях полное отсоединение заземляющего устройства от оборудования часто невозможно. В этих условиях применяют комбинированный подход:

• общее сопротивление контура измеряют классическим методом при максимально возможном отсоединении;
• отдельные элементы (заземлители трансформаторов, разрядников, порталов) контролируют методом с одним клещом без разрыва цепи;
• целостность металлосоединений и continuity защитных проводников проверяют двухпроводным методом на малом токе.

Метод двух клещей на подстанциях применяют ограниченно — только для экспресс-оценки отдельных заземляющих спусков, когда конфигурация системы позволяет корректно интерпретировать результат. Высокий уровень помех и сложная топология заземляющей сетки могут существенно искажать показания.

Важный практический нюанс — наличие в ЗУ подстанции естественных заземлителей (трубопроводов, кабельных оболочек, фундаментов). Они снижают общее сопротивление, но одновременно усложняют интерпретацию результатов. При анализе измерений необходимо учитывать вклад естественных заземлителей и понимать, что измеренное значение отражает работу всей системы, а не только искусственного контура.

7. Промышленные объекты с разветвлённой системой заземления

На промышленных предприятиях заземляющая система, как правило, представляет собой разветвлённую сеть, объединяющую множество отдельных заземлителей, металлоконструкций зданий, трубопроводов и оборудования. Измерение «общего» сопротивления такого контура классическим методом даёт усреднённую картину, но не позволяет оценить состояние отдельных элементов.

Оптимальная стратегия на таких объектах строится по принципу «от общего к частному»:

• сначала выполняют измерение сопротивления всей системы четырёхпроводным методом (при возможности частичного отсоединения);
• затем методом с одним клещом проверяют сопротивление ключевых заземлителей и заземляющих спусков без их отключения;
• металлосоединения и continuity защитных проводников контролируют двухпроводным методом.

Приборы ИС-20 с поддержкой клещевых измерений особенно удобны для таких работ, поскольку позволяют быстро переключаться между режимами и сохранять результаты в памяти для последующего анализа.

Особую сложность представляют объекты с системой уравнивания потенциалов, где множество параллельных путей тока затрудняет выделение сопротивления конкретного заземлителя. В этих случаях клещевой метод с одним клещом остаётся практически единственным способом получить информацию о состоянии отдельного элемента без разборки соединений.

При выборе мест установки вспомогательных электродов на промышленной площадке часто возникают ограничения (асфальт, бетон, подземные коммуникации). В таких ситуациях применяют удлинённые измерительные кабели и ищут участки грунта за пределами ограждения предприятия. Если это невозможно, используют метод двух клещей для экспресс-контроля, понимая, что его точность ниже.

Сезонный фактор на промышленных объектах проявляется сильнее, чем на небольших контурах, из-за значительной площади заземляющего устройства. Измерения, выполненные в период промерзания грунта или сильной засухи, дают более консервативные (худшие) результаты и лучше отражают реальное состояние системы в критических условиях.

8. Объекты с естественными заземлителями и сложные случаи

Естественные заземлители (железобетонные фундаменты, металлические трубопроводы, оболочки кабелей, обсадные трубы скважин) широко используются в современных системах заземления. Их сопротивление обычно невелико, однако нестабильно во времени и сильно зависит от состояния контактов и коррозии.

При измерении сопротивления системы, включающей естественные заземлители, классический трёх- или четырёхпроводный метод даёт значение, характеризующее работу всей совокупности. Чтобы оценить вклад искусственного контура, иногда приходится временно отсоединять естественные заземлители (если это допустимо по условиям эксплуатации).

Сложные случаи, когда классические методы затруднены или невозможны:

• плотная городская застройка, где невозможно разместить вспомогательные электроды на требуемом расстоянии;
• наличие асфальтовых и бетонных покрытий на всей территории объекта;
• высокий уровень индустриальных помех, искажающих измерительный сигнал;
• невозможность отсоединения заземляющего проводника без остановки технологического процесса;
• измерения на объектах с очень малым сопротивлением (менее 0,1 Ом), где даже четырёхпроводный метод требует особо тщательной подготовки контактов.

В перечисленных ситуациях на первый план выходят клещевые методы. Метод двух клещей позволяет выполнить измерение вообще без вспомогательных электродов и без отсоединения. Метод с одним клещом сохраняет более высокую точность за счёт использования токового и потенциального электродов, но при этом не требует разрыва цепи заземлителя.

Приборы ИС-10 и ИС-20 в исполнениях с клещами специально предназначены для работы в таких условиях. Они позволяют подавлять помехи и получать достоверные результаты даже при высоком уровне наводок.

Отдельного упоминания заслуживает измерение удельного сопротивления грунта. Хотя эта величина не является напрямую сопротивлением заземлителя, она необходима для проектирования и оценки сезонных изменений. Четырёхэлектродный метод Веннера (или Шлюмберже) реализуется на тех же приборах ИС-10 и ИС-20 и выполняется по схеме с четырьмя электродами, расположенными на одной линии.

9. Типичные ошибки при выборе метода и способы их предотвращения

На практике специалисты регулярно допускают ряд характерных ошибок, которые приводят к недостоверным результатам.

Ошибка 1. Применение трёхпроводного метода при измерении сопротивлений менее 5 Ом. Сопротивление соединительного провода вносит заметную погрешность. Решение — всегда переходить на четырёхпроводную схему при малых значениях.

Ошибка 2. Недостаточное расстояние до токового электрода. Если токовый электрод расположен слишком близко, зоны растекания тока перекрываются и результат оказывается завышенным. Решение — соблюдать правило «не менее пяти наибольших размеров ЗУ» и при возможности строить кривую зависимости сопротивления от положения потенциального электрода.

Ошибка 3. Измерение без отсоединения заземлителя классическим методом на многоэлементной системе. Прибор измеряет сопротивление параллельного соединения всех заземлителей, а не испытуемого. Решение — использовать клещевой метод с одним клещом.

Ошибка 4. Игнорирование влияния помех. На объектах с работающим оборудованием измерительный сигнал может сильно искажаться. Решение — применять приборы с хорошим подавлением помех (ИС-10, ИС-20) и при необходимости выполнять измерения в периоды минимальной нагрузки.

Ошибка 5. Проведение измерений только в благоприятный сезон. Результаты, полученные во влажный период, могут не соответствовать норме в сухой или морозный период. Решение — выполнять контрольные измерения в период наибольшего удельного сопротивления грунта или вводить обоснованные поправочные коэффициенты.

Ошибка 6. Неправильная интерпретация результатов клещевых измерений. Метод двух клещей имеет ограничения по конфигурации системы и может давать завышенные значения. Решение — понимать область применимости метода и при возможности дублировать измерения классическим способом.

Предотвращение этих ошибок требует не только знания теории, но и практического опыта, а также понимания ограничений каждого конкретного метода и прибора.

10. Практические рекомендации по выбору оптимального метода

Сведём изложенный материал в систему практических правил, которыми можно руководствоваться при выборе методики на любом объекте.

Дополнительные практические советы:

• Всегда начинайте с оценки возможности отсоединения заземлителя и наличия свободного пространства. Эти два фактора определяют 80 % выбора.
• При сомнениях в результате дублируйте измерение другим методом. Совпадение результатов существенно повышает доверие к данным.
• Фиксируйте условия измерений (температура, влажность грунта, наличие помех, схема расположения электродов). Это необходимо для корректной интерпретации и сравнения с последующими измерениями.
• Используйте приборы, поддерживающие все основные режимы (двух-, трёх-, четырёхпроводный и клещевые). Наличие в арсенале ИС-05 или ИС-06 для простых задач и ИС-10 или ИС-20 для сложных объектов позволяет гибко выбирать методику под конкретные условия.
• Помните, что самый точный метод — не всегда самый подходящий. Иногда быстрый клещевой контроль важнее, чем высокоточное, но трудоёмкое классическое измерение.

Правильный выбор метода измерения сопротивления заземления — это не формальное следование одному алгоритму, а осознанное решение, основанное на понимании физики процесса, особенностей объекта и возможностей имеющегося оборудования. Именно такой подход обеспечивает достоверные результаты и реальную безопасность электроустановок.

Если вам требуется выполнить измерения сопротивления заземляющих устройств или подобрать подходящий измерительный прибор под конкретные задачи, вы можете купить необходимые средства измерений с актуальными ценами и комплектацией. Специалисты помогут определить оптимальную модель под ваши объекты и условия работы.

Материал подготовил технический директор НПП «КИПОФФ» Березин Александр Сергеевич