В энергетике применяют различные виды измерителей сопротивлений: микроомметры, миллиомметры, омметры, мегаомметры, измерители импедансов и др. В данной статье рассматриваются: измеритель сопротивления петли «фаза-нуль» ИФН-200 и измеритель сопротивления заземления ИС-10.
Измеритель сопротивления петли «фаза-нуль» – это прибор для измерения сопротивления электрической сети непосредственно под напряжением.
Прибор ИФН-200 выполняет следующие функции:
-
измерение полного, активного и реактивного сопротивления цепи фаза-нуль, без отключения источника питания с номинальным напряжением 220 В;
-
измерение напряжения переменного тока;
-
измерение сопротивления постоянному току (режим омметра);
-
измерение сопротивления металлосвязи током до 250 мА для сопротивлений < 20 Ом;
-
вычисление ожидаемого тока короткого замыкания в точке подключения прибора.
Петля «фаза-нуль» – это участок сети от вторичной обмотки силового трансформатора до электроприемника. Такой участок сети может быть представлен в виде схемы замещения, состоящей из источника переменного напряжения Uc и сопротивлений Rc и Xc, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Схема замещения сети с подключенным прибором ИФН-200
Вначале прибор ИФН-200 при разомкнутом ключе S (см. рис. 1) измеряет амплитудное значение и фазу напряжения Uc. Затем ключ S замыкается на 25 мс, подключая к сети нагрузку Rн =10 Ом. При этом измеряется амплитудное значение и фаза тока нагрузки Iн. В результате получается система из двух уравнений:
где j – разность фаз между напряжением Uc и током Iн.
Решив систему, можно получить выражения для Rc и Xc. Эти выражения и использует программное обеспечение прибора.
По значениям Rc и Xc можно судить о качестве электропроводки, а также о правильности выбора автоматических выключателей.
Качество электропроводки в электрической сети под сомнением, когда Rc > 0,5 Ом; Xc >1 Ом. Основная причина такой ситуации - увеличение сопротивления контактов в распределительных щитках, разветвительных коробках и розетках. Правильность выбора автоматического выключателя можно проверить по условию
Iэм.р < Iкз,
где Iэм.р – ток срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя; Iкз – расчетный ток короткого замыкания.
Прибор ИС-10 предназначен для измерения сопротивления элементов заземления, металлосоединений и непрерывности защитных проводников по четырехпроводному методу. Имеется функция автоматического вычисления удельного сопротивления грунта. С помощью токовых клещей прибор измеряет переменный ток в заземлителях без разрыва измеряемой цепи, что позволяет сделать качественную оценку их состояния.
Кнопка «РЕЖИМ» используется для переключения прибора в режимы двух-, трех- и четырехпроводного методов измерения, измерения с автоматическим расчетом удельного сопротивления грунта и работы с клещами для измерения тока или определения процентного распределения токов. При входе в режим «МЕНЮ» эта кнопка выполняет функцию движения по меню вверх.
Кнопка «МЕНЮ» предназначена для перехода прибора в режим установки параметров. После входа в «МЕНЮ» кнопка выполняет функцию движения по меню вниз. Диапазон измерения сопротивления контура заземления: от 1 мОм до 10 кОм.
Функциональная схема измерения сопротивления заземления по четырехпроводному методу приведена на рис. 2.
Рис. 2. Схема измерения сопротивления заземления по четырехпроводному методу
Прибор имеет токовые выходы Т1 и Т2, а также потенциальные входы П1 и П2. Через выходы Т1 и Т2 он формирует измерительный стабилизированный импульсный ток переменной полярности (меандр) с частотой 128 Гц. Амплитудное значение силы тока не более 260 мА, максимальное амплитудное значение выходного напряжения без нагрузки не более 42 В. Падение напряжения в измеряемой цепи при стабилизированном токе пропорционально ее сопротивлению.
Это напряжение измеряется через входы П1 и П2, фильтруется и поступает на входной усилитель, а затем на АЦП. Двоичные коды, сформированные АЦП, передаются в микроконтроллер, где осуществляется расчет требуемых величин и их отображение на дисплее. Подключение к заземлителям осуществляется с помощью специальных щупов и зажимов, а соединение с землей – с помощью погружных металлических штырей длиной 1 м.
Порядок определения сопротивления заземления по четырехпроводному методу следующий:
1. Определить максимальную диагональ D заземляющего устройства (ЗУ).
2. Соединить ЗУ при помощи измерительных кабелей с гнездами Т1 и П1.
3. Потенциальный штырь П2 установить в грунт на расстоянии 1, 5D но не менее 20 м от измеряемого заземляющего устройства.
4. Токовый штырь Т2 установить в грунт на расстоянии более 3 D, но не менее 40 м от заземляющего устройства. Подключить соединительный кабель к разъему Т2 прибора. Произвести серию измерений сопротивления заземления при последовательной установке потенциального штыря П2 в грунт на расстоянии 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90 % от расстояния до токового штыря Т2 четырехпроводным методом.
5. Построить график зависимости сопротивления от расстояния между заземляющим устройством и потенциальным штырем П2. Если кривая монотонно возрастает и имеет в средней части достаточно горизонтальный участок (при расстояниях 40 и 60 % разница значений сопротивления меньше 10 %), то за истинное принимается значение сопротивления при расстоянии 50 %. В противном случае все расстояния до штырей необходимо увеличить в 1,5–2 раза или изменить направление установки штырей для уменьшения влияния надземных или подземных коммуникаций.
Схема для определения удельного сопротивления грунта с помощью прибора ИС-10 показана на рис. 3.
Рис. 3. Схема для определения удельного сопротивления грунта
Значение удельного сопротивления грунта рассчитывается по методике измерения Вернера. Эта методика предполагает равные расстояния между электродами d, которые следует принимать не менее чем в 5 раз больше глубины погружения штырей.
Измерительные штыри устанавливают в грунт по прямой линии, через равные расстояния d и соединяют с измерительными гнездами Т1, П1, П2 и Т2, выбрав режим четырехпроводного метода измерения.
Затем необходимо нажать кнопку «Rx», считать показания значения сопротивления RE.
Удельное сопротивление грунта рассчитывается по формуле:
