Сопротивление заземляющего устройства: нормы и измерение¶

Сопротивление заземляющего устройства — это электрическая величина, характеризующая способность заземлителя (совокупности заземлителей и заземляющих проводников) растекать ток в земле. Численно она равна отношению напряжения на заземляющем устройстве относительно точки нулевого потенциала земли к току, стекающему с него в грунт. Нормированное значение этой величины является ключевым параметром безопасности электроустановок, поскольку определяет напряжение прикосновения и шага при аварийных режимах работы сети.

¶Физическая сущность и составляющие

Сопротивление заземляющего устройства не является омическим сопротивлением металлических проводников (оно пренебрежимо мало), а определяется в основном переходным сопротивлением «металл—грунт» и удельным электрическим сопротивлением земли. Ток растекается в грунте объёмно, и сопротивление зависит от площади контакта электрода с землёй, формы и глубины залегания заземлителей, а также от влажности, температуры и химического состава почвы.

В состав полного сопротивления входят:

• сопротивление растеканию тока непосредственно в грунте;
• переходное сопротивление между поверхностью электрода и грунтом;
• сопротивление заземляющих проводников (обычно не учитывается из-за малости).

¶Нормирование значений

Требования к величине сопротивления устанавливаются правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и ГОСТ 12.1.030-81. Нормативы зависят от напряжения сети, режима нейтрали и типа электроустановки.

¶Установки напряжением до 1 кВ

В сетях с глухозаземлённой нейтралью (системы TN) сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В (фазном 220 В). Для повторных заземлителей нулевого защитного проводника на воздушных линиях допускается значение 30 Ом при том же напряжении (при условии, что общее сопротивление всех повторных заземлителей не превышает 10 Ом).

В сетях с изолированной нейтралью (системы IT) сопротивление заземляющего устройства, к которому подключены открытые проводящие части оборудования, должно быть не более 4 Ом при номинальной мощности источника питания до 100 кВ·А и не более 10 Ом при мощности свыше 100 кВ·А.

¶Установки напряжением выше 1 кВ

Для электроустановок с эффективно заземлённой нейтралью (110 кВ и выше) нормируется не фиксированное значение сопротивления, а допустимое напряжение на заземляющем устройстве — обычно не более 10 кВ, при этом сопротивление рассчитывается по формуле R = U/I, где I — расчётный ток замыкания на землю.

В сетях с изолированной нейтралью (6–35 кВ) сопротивление заземляющего устройства в любое время года должно быть не более 10 Ом при расчётном токе замыкания на землю до 100 А и не более 0,5 Ом при токе свыше 500 А (для промежуточных значений применяется интерполяция).

¶Молниезащита

Для заземлителей молниезащиты отдельно стоящих молниеотводов нормируется импульсное сопротивление — как правило, не более 10 Ом (для грунтов с удельным сопротивлением до 500 Ом·м). Для опор воздушных линий электропередачи допускаются значения от 10 до 30 Ом в зависимости от удельного сопротивления грунта.

¶Методы измерения

Измерение сопротивления заземляющего устройства проводится при вводе в эксплуатацию и периодически в процессе эксплуатации (не реже одного раза в 6 лет для электроустановок до 1 кВ). Основные методы:

¶Метод амперметра-вольтметра

Классический метод, при котором через заземлитель пропускается измерительный ток от постороннего источника, а падение напряжения измеряется с помощью вспомогательного потенциального электрода. Требует применения двух вспомогательных заземлителей (токового и потенциального), вынесенных на расстояние 20–40 м от испытуемого объекта.

¶Метод трёх приборов (компенсационный)

Используется для измерения сопротивления одиночных заземлителей. Основан на сравнении падений напряжения на испытуемом и вспомогательных электродах с помощью потенциометра. Применяется реже из-за трудоёмкости.

¶Измерители сопротивления заземления (омметры)

Современные приборы (например, М416, Ф4103, MRU-200) реализуют компенсационный метод с питанием от встроенного генератора или батарей. Приборы с токовыми клещами позволяют измерять сопротивление контура заземления без отсоединения заземляющих проводников, что особенно удобно в многоконтурных системах.

¶Особенности измерения в многослойном грунте

Удельное сопротивление грунта непостоянно по глубине и сезонам. В зимний период верхние слои промерзают, а летом пересыхают, что увеличивает сопротивление. Поэтому измерения проводятся в периоды наибольшего высыхания или промерзания грунта, либо в результаты вводятся сезонные поправочные коэффициенты. Для сложных грунтов применяется вертикальное электрическое зондирование с расчётом эквивалентного удельного сопротивления.

¶Критерии оценки результатов

Полученное при измерении значение сравнивается с нормативным. При несоответствии норме принимаются меры по снижению сопротивления: заглубление электродов, увеличение их количества, применение химических добавок (коксовая мелочь, соли), устройство контура с горизонтальными лучами. Для сложных грунтов допустимо применение глубинных заземлителей, достигающих водоносных слоёв.

¶Источники

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание, разделы 1.7 и 1.8.
• ГОСТ 12.1.030-81 «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление».
• ГОСТ Р 50571.21-2011 (МЭК 60364-5-548:1998) «Электроустановки низковольтные. Заземляющие устройства».
• Долин П. А. «Основы техники безопасности в электроустановках», 2007.