Проверка заземления перед вводом электроустановки в эксплуатацию

Оглавление

1. Введение. Значение проверки заземления при вводе электроустановки в эксплуатацию
2. Нормативные требования и допустимые значения сопротивления заземляющих устройств
3. Состав приёмо-сдаточных испытаний заземляющих устройств
4. Подготовка к измерениям и выбор метода измерения
5. Методика проведения измерений сопротивления заземления и удельного сопротивления грунта
6. Особенности измерений с применением клещей
7. Оценка результатов измерений и оформление протоколов
8. Типичные ошибки при проверке заземления и рекомендации по их устранению
9. Заключение

1. Введение. Значение проверки заземления при вводе электроустановки в эксплуатацию

Проверка заземления относится к числу обязательных приёмо-сдаточных испытаний, без которых ввод любой электроустановки в эксплуатацию не допускается. Качество выполнения заземляющего устройства напрямую влияет на электробезопасность персонала, надёжность срабатывания защитных аппаратов при однофазных замыканиях на землю и устойчивость работы электрооборудования в аварийных и переходных режимах.

Согласно требованиям Правил устройства электроустановок и ГОСТ Р 50571.16, до подачи рабочего напряжения на вновь смонтированную или реконструированную электроустановку должны быть выполнены измерения сопротивления заземляющих устройств, проверка непрерывности защитных проводников и оценка соответствия полученных результатов проектным и нормативным значениям. Результаты этих измерений фиксируются в протоколах установленной формы и входят в комплект исполнительной документации.

Невыполнение или формальное проведение проверок приводит к тому, что электроустановка вводится в эксплуатацию с потенциально опасными дефектами. На практике нередко встречаются случаи, когда сопротивление заземляющего устройства превышает нормируемые значения в несколько раз. Причины могут быть различными: неучтённое высокое удельное сопротивление грунта, плохой контакт в местах болтовых и сварных соединений, коррозия элементов, скрытых в земле, нарушение проектных сечений проводников или недостаточная глубина заложения вертикальных электродов.

Именно поэтому приёмо-сдаточные испытания заземления выполняются аттестованными электролабораториями с применением поверенных средств измерений. Цель настоящей статьи — дать систематизированное представление о порядке проверки заземления перед вводом электроустановки в эксплуатацию: от анализа нормативных требований и состава испытаний до выбора методов измерений, правильной интерпретации результатов и типичных ошибок, допускаемых на практике.

При проведении работ по электробезопасности имеет смысл заказать измеритель сопротивления заземления ИС-20.

2. Нормативные требования и допустимые значения сопротивления заземляющих устройств

Основным документом, устанавливающим требования к заземляющим устройствам, является глава 1.7 Правил устройства электроустановок. Конкретные значения сопротивления зависят от напряжения сети, режима нейтрали источника питания и назначения заземляющего устройства.

Для электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземлённой нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генераторов или трансформаторов, в любое время года должно быть не более:

• 2 Ом при линейном напряжении 660 В;
• 4 Ом при линейном напряжении 380 В;
• 8 Ом при линейном напряжении 220 В.

Эти значения приведены в пункте 1.7.101 ПУЭ и должны обеспечиваться с учётом естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений PEN- или PE-проводника воздушной линии при количестве отходящих линий не менее двух. Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора, нормируется более мягко: 15, 30 и 60 Ом соответственно для тех же напряжений.

Для повторных заземлений PEN-проводника каждой воздушной линии общее сопротивление растеканию всех заземлителей (включая естественные) в любое время года не должно превышать 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В (п. 1.7.103 ПУЭ). При этом сопротивление растеканию каждого из повторных заземлителей не должно превышать 15, 30 и 60 Ом.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ с эффективно заземлённой нейтралью сопротивление заземляющего устройства, как правило, не должно превышать 0,5 Ом. В сетях с изолированной нейтралью значение рассчитывается по формуле \( R = 250 / I \), но не более 10 Ом, где \( I \) — расчётный ток замыкания на землю.

При удельном сопротивлении грунта более 100 Ом·м допускается увеличение нормируемых значений сопротивления пропорционально величине \( 0,01\rho \), но не более чем в 10 раз. Это положение особенно важно для объектов, расположенных на песчаных, скальных или вечномёрзлых грунтах.

Таблица 1. Допустимые значения сопротивления заземляющих устройств

Кроме ПУЭ, требования к объёму и методам приёмо-сдаточных испытаний содержатся в главе 1.8 ПУЭ (п. 1.8.39), ГОСТ Р 50571.16 «Электроустановки низковольтные. Часть 6. Испытания» и методических указаниях по контролю состояния заземляющих устройств СО 34.20.525-00. Эти документы определяют не только допустимые значения сопротивления, но и порядок проведения измерений, требования к средствам измерений и форму оформления результатов.

3. Состав приёмо-сдаточных испытаний заземляющих устройств

Согласно пункту 1.8.39 ПУЭ, при приёмке заземляющих устройств выполняются следующие проверки и измерения:

1. Проверка элементов заземляющего устройства осмотром в пределах доступности. Сечения и проводимости элементов должны соответствовать требованиям ПУЭ и проектным данным. Особое внимание уделяется состоянию сварных и болтовых соединений, отсутствию механических повреждений и коррозии.
2. Проверка цепи между заземлителями и заземляемыми элементами. Контролируются сечения, целость и прочность проводников заземления и зануления, их соединений и присоединений. Не должно быть обрывов и видимых дефектов в проводниках, соединяющих аппараты с контуром заземления.
3. Проверка состояния пробивных предохранителей в электроустановках с изолированной нейтралью.
4. Проверка цепи «фаза–нуль» в электроустановках до 1 кВ с глухим заземлением нейтрали. Проверка выполняется либо непосредственным измерением тока однофазного замыкания, либо измерением полного сопротивления петли «фаза–нуль» с последующим вычислением тока.
5. Измерение сопротивления заземляющих устройств. Полученные значения должны удовлетворять нормам соответствующих глав ПУЭ.

Дополнительно по ГОСТ Р 50571.16 проводится измерение непрерывности защитных проводников, включая главные и дополнительные проводники системы уравнивания потенциалов. Сопротивление перехода в местах соединений практически не нормируется отдельным значением, однако по опыту эксплуатации качественное присоединение обеспечивается при переходном сопротивлении не более 0,05 Ом.

Все измерения выполняются поверенными средствами измерений и оформляются протоколами установленной формы. Без положительных результатов испытаний аккредитованной электролаборатории ввод электроустановки в эксплуатацию не допускается. Протоколы входят в комплект исполнительной документации, предъявляемой приёмочной комиссии.

4. Подготовка к измерениям и выбор метода измерения

Перед началом измерений необходимо выполнить ряд подготовительных операций, от качества которых напрямую зависит достоверность полученных результатов.

В первую очередь изучается проектная и исполнительная документация: схема заземляющего устройства, данные об удельном сопротивлении грунта на площадке, расположение искусственных и естественных заземлителей, сечения проводников, места присоединений. На основании этих данных выбирается метод измерения и схема расстановки вспомогательных электродов.

Измерения сопротивления заземления, как правило, выполняются при отключённом питании электроустановки. В ряде случаев заземляющий проводник временно отсоединяется от главной заземляющей шины — это требование зависит от выбранного метода и указано в методиках выполнения измерений.

Выбор метода зависит от конструкции заземляющего устройства, доступности его элементов и условий на объекте.

Двухпроводный метод применяется преимущественно для измерения сопротивления металлосоединений и непрерывности защитных проводников. Он прост в исполнении, но не позволяет разделить сопротивление измерительных проводов и измеряемого объекта. Поэтому метод используется только для низкоомных цепей, где влияние соединительных проводов незначительно.

Трёхпроводный метод является основным для измерения сопротивления одиночных заземлителей и относительно небольших контуров. Измерительный ток подаётся через токовый вспомогательный электрод, потенциал снимается потенциальным электродом. Расстояние между электродами выбирается таким образом, чтобы зоны растекания тока не перекрывались. На практике потенциальный электрод обычно располагают на расстоянии, равном примерно 62 % расстояния до токового электрода, с последующей проверкой правильности выбора положения.

Четырёхпроводный метод обеспечивает наибольшую точность, поскольку полностью исключает влияние сопротивления соединительных проводов и переходных сопротивлений в местах подключения. Именно этот метод рекомендуется при измерениях малых сопротивлений (менее 1 Ом) и при повышенных требованиях к точности. Измерители сопротивления заземления ИС-20 и ИС-10 позволяют выполнять измерения по четырёхпроводной схеме с автоматическим учётом погрешностей и широким диапазоном измеряемых значений.

Для определения удельного сопротивления грунта применяется четырёхэлектродный метод Веннера. Удельное сопротивление рассчитывается по формуле \( \rho = 2\pi a R \), где \( a \) — расстояние между соседними электродами, \( R \) — измеренное сопротивление. Полученное значение удельного сопротивления используется как для проектирования, так и для оценки возможности увеличения нормируемых значений сопротивления заземляющего устройства.

При выборе средства измерений учитывают диапазон измеряемых сопротивлений, уровень возможных помех, необходимость работы с клещами и климатические условия. Измерители ИС-05 и ИС-06 удобны для типовых двух- и трёхпроводных измерений в диапазоне от 0,01 Ом до 9,99 кОм и хорошо зарекомендовали себя при приёмо-сдаточных испытаниях небольших объектов. Более функциональные модели ИС-10 и ИС-20 дополнительно поддерживают четырёхпроводный метод, измерение с применением клещей (в исполнениях с клещами) и автоматический расчёт удельного сопротивления грунта.

Перед началом работы проверяется исправность прибора, наличие действующей поверки, состояние соединительных проводов, зажимов и вспомогательных электродов. Электроды должны быть надёжно заглублены в грунт на достаточную глубину. При сухом, мёрзлом или каменистом грунте место установки электродов увлажняется либо выбирается другое место с лучшими условиями растекания тока. После завершения всех подготовительных операций переходят непосредственно к измерениям, подробная методика которых рассматривается во второй части статьи.

5. Методика проведения измерений сопротивления заземления и удельного сопротивления грунта

Измерение сопротивления заземляющего устройства является центральным этапом приёмо-сдаточных испытаний. От правильности выбора схемы подключения, расстановки вспомогательных электродов и соблюдения условий проведения измерений зависит достоверность полученных результатов и, как следствие, решение о возможности ввода электроустановки в эксплуатацию.

При трёхпроводном методе измерительный ток пропускается между испытуемым заземлителем и токовым вспомогательным электродом. Потенциальный электрод устанавливается между ними. Сопротивление определяется как отношение измеренного напряжения к току. Для исключения влияния зон растекания рекомендуется располагать потенциальный электрод на расстоянии, составляющем примерно 0,62 от расстояния до токового электрода. После основного измерения потенциальный электрод смещают на 5–10 % расстояния в сторону испытуемого заземлителя и в сторону токового электрода. Если результаты трёх измерений отличаются не более чем на 5 %, положение электродов считается правильным и за результат принимается среднее значение.

Четырёхпроводный метод полностью исключает влияние сопротивления соединительных проводов и переходных сопротивлений в местах подключения. Токовые и потенциальные цепи разделены. Этот метод особенно эффективен при измерении малых сопротивлений (менее 1 Ом) и при значительной длине измерительных кабелей. Измерители сопротивления заземления ИС-20 и ИС-10 поддерживают четырёхпроводную схему, автоматически учитывают допустимые сопротивления цепей подключения и обеспечивают погрешность порядка \(\pm(0{,}03 \cdot R + 3\) е.м.р.).

Для определения удельного сопротивления грунта применяется четырёхэлектродный метод Веннера. Четыре электрода располагаются на одной прямой на равных расстояниях \(a\). Ток пропускается через крайние электроды, напряжение измеряется между средними. Удельное сопротивление грунта вычисляется по формуле:

где \(a\) — расстояние между соседними электродами, м; \(R\) — измеренное сопротивление, Ом. Полученное значение \(\rho\) используется как для проектирования заземляющих устройств, так и для оценки возможности применения повышающих коэффициентов к нормируемым значениям сопротивления при высоком удельном сопротивлении грунта (более 100 Ом·м).

При проведении измерений необходимо контролировать уровень напряжения помех. Если амплитуда помехи превышает допустимое значение, указанное в технических характеристиках прибора (для большинства диапазонов ИС-20 и ИС-10 — не более 12–24 В), результаты могут оказаться недостоверными. В таких случаях рекомендуется повторить измерение в другое время суток, изменить ориентацию измерительных цепей или применить приборы с повышенной помехоустойчивостью.

Последовательность выполнения измерений обычно включает следующие шаги:

1. Отключение питания электроустановки и, при необходимости, временное отсоединение заземляющего проводника от главной заземляющей шины.
2. Установка вспомогательных электродов на выбранных расстояниях с обеспечением надёжного контакта с грунтом.
3. Подключение измерительных проводов в соответствии с выбранным методом (трёх- или четырёхпроводным).
4. Выполнение серии измерений с проверкой правильности положения потенциального электрода.
5. Измерение удельного сопротивления грунта методом Веннера (при необходимости).
6. Фиксация температуры воздуха, состояния грунта и уровня помех.

Для типовых объектов с сопротивлением заземления от единиц до десятков ом удобны измерители ИС-05 и ИС-06, работающие по двух- и трёхпроводной схеме. При повышенных требованиях к точности и необходимости измерения малых сопротивлений или удельного сопротивления грунта предпочтительны модели ИС-10 и ИС-20.

6. Особенности измерений с применением клещей

В многоэлементных системах заземления, где отсоединение отдельных заземлителей затруднено или невозможно без нарушения работы объекта, применяются методы измерения с использованием измерительных клещей. Эти методы реализованы в исполнениях приборов ИС-20/1 и ИС-10/1 и соответствуют рекомендациям ГОСТ Р 50571.16.

Метод с одними клещами позволяет определить сопротивление единичного заземлителя без его отсоединения от общей системы. Токовые клещи индуцируют ток в замкнутом контуре, образованном испытуемым заземлителем и остальной частью системы, а измерение падения напряжения (или тока) позволяет рассчитать сопротивление. Метод особенно полезен при контроле состояния отдельных вертикальных электродов или присоединений оборудования.

Метод с двумя клещами не требует установки вспомогательных электродов. Одна пара клещей наводит ток в контуре, вторая измеряет ток, протекающий именно по испытуемому заземлителю. Сопротивление рассчитывается автоматически. Метод удобен в условиях плотной городской застройки, на подстанциях с большим количеством параллельных путей растекания тока и в случаях, когда установка штырей затруднена из-за покрытия территории асфальтом или бетоном.

При работе с клещами необходимо соблюдать ряд условий:

• магнитопровод клещей должен быть полностью замкнут, без загрязнений и повреждений на стыках;
• клещи должны правильно ориентироваться относительно направления тока;
• следует учитывать влияние близко расположенных силовых кабелей и источников электромагнитных помех;
• результаты, полученные методом клещей, рекомендуется сопоставлять с данными классических трёх- или четырёхпроводных измерений, особенно при приёмо-сдаточных испытаниях.

Точность метода с клещами зависит от соотношения сопротивлений параллельных путей растекания. При очень низком сопротивлении остальной части системы заземления погрешность может возрастать. Поэтому для ответственных объектов метод клещей используют как дополнительный, а основное заключение делают на основании измерений с вспомогательными электродами.

7. Оценка результатов измерений и оформление протоколов

После выполнения измерений полученные значения сравниваются с нормативными требованиями ПУЭ и проектными данными. Сопротивление заземляющего устройства должно быть не выше значений, указанных в пунктах 1.7.101 и 1.7.103 ПУЭ (или рассчитанных по формулам для сетей выше 1 кВ), с учётом возможного повышающего коэффициента при высоком удельном сопротивлении грунта.

Если измеренное сопротивление превышает норму, необходимо установить причину. Наиболее частые причины завышения сопротивления:

• недостаточное количество или глубина заложения вертикальных электродов;
• плохое качество сварных или болтовых соединений;
• высокое удельное сопротивление грунта, не учтённое на стадии проектирования;
• коррозия элементов заземляющего устройства;
• обрыв или значительное увеличение переходного сопротивления в местах присоединения.

В таких случаях принимаются меры по снижению сопротивления: увеличение числа вертикальных электродов, углубление существующих, применение специальных химических составов для снижения удельного сопротивления грунта в зоне заземлителя, ремонт или замена повреждённых соединений.

Результаты всех измерений заносятся в протокол установленной формы. В протоколе обязательно указываются:

• наименование объекта, адрес, дата и время проведения испытаний;
• тип, заводской номер и сведения о поверке средства измерений;
• схема измерений и фактическое расположение вспомогательных электродов (с указанием расстояний);
• измеренные значения сопротивления заземляющего устройства и удельного сопротивления грунта;
• температура окружающего воздуха и состояние грунта;
• уровень напряжения помех (при наличии);
• заключение о соответствии полученных результатов нормативным требованиям.

Протокол подписывается ответственными лицами электролаборатории. Без положительного заключения, оформленного в установленном порядке, ввод электроустановки в эксплуатацию не допускается. Протоколы входят в комплект исполнительной документации, предъявляемой приёмочной комиссии и контролирующим органам.

8. Типичные ошибки при проверке заземления и рекомендации по их устранению

На практике при проведении приёмо-сдаточных испытаний заземления часто допускаются ошибки, которые приводят к недостоверным результатам или к вводу в эксплуатацию электроустановки с дефектным заземляющим устройством. Наиболее распространённые из них приведены ниже.

Дополнительные рекомендации, позволяющие повысить достоверность результатов:

• при измерении сопротивлений менее 1 Ом предпочтительно использовать четырёхпроводный метод;
• данные об удельном сопротивлении грунта, полученные методом Веннера, следует обязательно учитывать при оценке возможности применения повышающих коэффициентов;
• перед измерениями тщательно проверять состояние видимых соединений заземляющего устройства;
• применять средства измерений, соответствующие условиям объекта (диапазон, помехоустойчивость, возможность работы с клещами);
• при использовании метода клещей сопоставлять результаты с классическими измерениями.

Соблюдение перечисленных рекомендаций значительно снижает риск ввода в эксплуатацию электроустановки с дефектным заземляющим устройством и повышает качество приёмо-сдаточных испытаний.

9. Заключение

Проверка заземления перед вводом электроустановки в эксплуатацию является обязательной процедурой, обеспечивающей электробезопасность персонала и соответствие объекта нормативным требованиям. Правильный выбор метода измерений, использование поверенных средств измерений, тщательная подготовка рабочего места и корректная оценка результатов позволяют выявить и устранить дефекты на стадии приёмки, а не в процессе эксплуатации.

Качественно выполненное заземляющее устройство и достоверные результаты приёмо-сдаточных испытаний составляют основу безопасной и надёжной работы электроустановки на протяжении всего срока службы. Соблюдение требований ПУЭ, ГОСТ Р 50571.16 и методических указаний по контролю состояния заземляющих устройств, а также применение современных измерительных приборов позволяют выполнить эту задачу с необходимой точностью и воспроизводимостью.

Для проведения измерений сопротивления заземления, удельного сопротивления грунта и контроля металлосоединений рекомендуется использовать современные измерители, поддерживающие двух-, трёх- и четырёхпроводные методы, а также работу с клещами. Такие приборы обеспечивают требуемую точность и удобство при пусконаладочных и приёмо-сдаточных работах. Купить подходящий измеритель сопротивления заземления можно с учётом необходимого диапазона измерений, условий эксплуатации и комплектации; актуальная цена зависит от выбранной модели и набора дополнительных функций.

Материал подготовил технический директор НПП «КИПОФФ» Березин Александр Сергеевич