СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01R27/20 G01R27/18 

Изобретение относится к области электроэнергетики, к измерению электрического сопротивления заземлителя в электрических сетях напряжением до 1000 В, например 380/220 В, может быть использовано в службах предприятий, включая малые предприятия любых форм собственности, занимающихся эксплуатационным контролем исправности электроэнергетического оборудования.

Известны различные способы и устройства для измерения сопротивления заземлителя (монография С.И. Кострубы "Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств", М., Энергоатомиздат, 1983 г., брошюра В.С.Азарова и Ю.М.Куприяновича "Эксплуатационный контроль условий электробезопасности на подстанциях", М. , Изд-во МГОУ и др.). Основным недостатком всех известных аналогов является низкая точность измерения сопротивления заземлителя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения сопротивления заземлителя по методу амперметра и вольтметра.

Суть известного способа заключается в следующем. Предварительно от заземлителя отсоединяют нулевой защитный провод (РЕ, PEN или N) электрической сети. Затем через заземлитель и забитый в землю на достаточно большом расстоянии вспомогательный токовый электрод пропускают электрический ток от переносного источника измерительного электрического тока (генератора) через амперметр, который показывает значение измерительного тока I. Возникшее при этом электрическое напряжение U на заземлителе измеряют вольтметром, включенным между заземлителем и забитым в землю на достаточно большом расстоянии вспомогательным потенциальным электродом. Искомое сопротивление заземлителя определяют по следующей известной из закона Ома формуле:
R_З=U/I,
где U - напряжение, измеренное вольтметром, В;
I - ток, измеренный амперметром, А.

Устройство для осуществления известного способа содержит переносной источник измерительного электрического тока (генератор), амперметр, вспомогательный токовый электрод, который необходимо перед проведением измерений забить в землю на достаточно большом расстоянии от заземлителя, а после измерений извлечь его из земли, вольтметр, вспомогательный потенциальный электрод, который необходимо перед проведением измерений забить в землю на достаточно большом расстоянии от заземлителя и от вспомогательного токового электрода, а после измерений извлечь его из земли, две катушки с длинными проводами, провод одной из которых используют для соединения амперметра и переносного источника измерительного электрического тока (генератора) с токовым электродом, а провод второй для соединения вольтметра с потенциальным электродом, короткие провода для соединения заземлителя с переносным источником измерительного электрического тока (генератором), вольтметром и амперметром.

Для обеспечения приемлемой точности измерений расстояния между заземлителем и токовым электродом, заземлителем и потенциальным электродом, а также между токовым и потенциальным электродами должно быть очень большим (в идеале оно должно быть равно бесконечности), а в земле не должно быть металлических коммуникаций, искажающих картину электрического поля. В условиях большого города последнее требование удовлетворить весьма проблематично, а из-за этого точность измерения сопротивления заземлителя очень низка. (Прототип описан в монографии С.И.Кострубы "Измерение электрических параметров земли и заземляющих устройств", М., Энергоатомиздат, 1983 г.).

Недостатками прототипа являются существенные погрешности измерения, обусловленные конечными расстояниями между электродами и заземлителем. Существенные погрешности возникают также из-за наличия в земле в условиях большого города различного рода металлических трубопроводов, оболочек кабелей и других металлических коммуникаций. Кроме того, известный способ требует наличия переносного источника измерительного электрического тока (генератора), токового и потенциального электродов, которые нужно забивать в землю, а затем извлекать их из земли? и наличия двух катушек с длинными соединительными проводами, что делает способ сравнительно сложным и относительно дорогим.

Задачей изобретения является повышение точности измерения с одновременным его существенным упрощением и удешевлением.

В результате использования предлагаемого изобретения в электрических сетях напряжением до 1000 В существенно повышается точность измерения за счет принципиально иной электрической схемы измерения, что приводит к упрощению и удешевлению устройства для измерений сопротивления заземлителя, поскольку в устройстве отсутствуют переносной источник измерительного электрического тока (генератор), амперметр, токовый и потенциальный электроды, катушки с длинными проводами.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе измерения сопротивления заземляющего устройства, включающем пропускание через заземлитель измерительного электрического тока, определение значения этого тока, определение значения электрического напряжения на заземлителе и вычисление искомого сопротивления заземлителя по формуле, основанной на законе Ома, ток на заземлитель подают через калиброванный резистор с водяным охлаждением непосредственно от фазного провода электрической сети напряжением до 1000 В, значение тока через заземлитель определяют как частное от деления напряжения на калиброванном резисторе на сопротивление этого резистора, а напряжение на заземлителе определяют как разность между фазным напряжением электрической сети и напряжением на калиброванном резисторе, причем искомое сопротивление заземлителя вычисляют по следующей формуле:

где R_кp - сопротивление калиброванного резистора;
U_ф - фазное напряжение электрической сети;
U_кр - напряжение на калиброванном резисторе.

Технический результат достигается также тем, что устройство для осуществления способа, содержащее вольтметр и соединительные провода, содержит калиброванный резистор с водяным охлаждением и выключатель, с помощью которого калиброванный резистор с водяным охлаждением подключается параллельно вольтметру, причем одна клемма вольтметра присоединена к одному из фазных проводов электрической сети, а вторая к заземлителю.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом 1, на котором изображены фазные провода 1 (провода L1, L2, L3) и защитный провод 2 (провод РЕ) электрической сети, вольтметр 3, выключатель 4, калиброванный резистор 5 с водяным охлаждением и находящийся в земле 6 заземлитель 7, электрическое сопротивление которого требуется измерить.

Способ измерения сопротивления заземлителя осуществляют следующим образом. Предварительно (на время проведения измерений) от заземлителя отсоединяют защитный провод 2 электрической сети (провод РЕ). Вольтметр 3 подключают одним концом к заземлителю и вторым - к одному из трех фазных проводов 1 (например, к L1, L2 или L3) электрической сети напряжением до 1000 В (в данном случае к проводу L3). При этом выключатель 4 должен находиться в разомкнутом состоянии. Вольтметр 3 покажет значение фазного напряжения U_ф электрической сети. Затем включают выключатель 4. Тем самым параллельно вольтметру 3 подключают калиброванный резистор 5 с водяным охлаждением. При этом вольтметр 3 покажет значение напряжения U_кр на этом калиброванном резисторе 5, сопротивление которого обозначают R_кр. Искомое сопротивление R_З находящегося в земле 6 заземлителя 7 определяют по формуле:

где R_кр - сопротивление калиброванного резистора;
U_ф - фазное напряжение электрической сети;
U_кр - напряжение на калиброванном резисторе.

Необходимость в водяном охлаждении резистора 5 продиктована тем, что его мощность составляет сотни ватт и, если не применять водяное охлаждение, то он просто сгорит.

Конкретный пример осуществления способа измерения заземлителя
Отсоединяют заземлитель 7 от защитного провода 2 электрической сети (от провода РЕ). Между заземлителем 7 и одним из фазных проводов 1 электрической сети напряжением 380/220 В (в данном случае проводом L3) включают вольтметр 3 (выключатель 4 при этом находится в разомкнутом состоянии) и измеряют фазное напряжение электрической сети. Пусть оно будет равно 218 В. Затем включают выключатель 4 и тем самым параллельно вольтметру 3 подключают калиброванный резистор 5 с водяным охлаждением. Пусть его сопротивление равно точно 50 Ом, а показание вольтметра после подключения резистора (включения выключателя 4) упало со 218 В и стало равным 185 В. Искомое сопротивление заземлителя будет равно:
.

Искомое сопротивление равно 8,9 Ом.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к измерению электрического сопротивления заземлителя в электрических сетях напряжением до 1000 В, например 380/220 В, может быть использовано в службах, включая малые предприятия любых форм собственности, занимающихся эксплуатационным контролем исправности электроэнергетического оборудования. Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности измерения сопротивления заземлителя, упрощение и удешевление его осуществления, а также упрощение и удешевление устройства для проведения измерения. Вышеуказанный технический результат достигается тем, что измерительный ток на заземлитель подают через калиброванный резистор с водяным охлаждением непосредственно от фазного провода электрической сети напряжением до 1000 В, значение тока, проходящего через заземлитель, определяют по сопротивлению R_кр калиброванного резистора с водяным охлаждением и напряжению U_кр на нем как частное от деления напряжения на сопротивление, значение напряжения на заземлителе определяют по фазному напряжению U_ф электрической сети и напряжению U_кр на калиброванном резисторе как разность между фазным напряжением и напряжением на калиброванном резисторе, а искомое сопротивление R_З заземлителя определяют по следующей формуле на основании закона Ома:

Устройство для осуществления способа, содержащее вольтметр и соединительные провода, содержит калиброванный резистор с водяным охлаждением и выключатель, с помощью которого калиброванный резистор с водяным охлаждением можно подключить параллельно вольтметру, одна клемма которого присоединена к одному из фазных проводов электрической сети, а вторая - к заземлителю. 1 ил.

1. Способ измерения сопротивления заземляющего устройства, в соответствии с которым пропускают через заземлитель электрический ток, определяют значение этого тока, определяют значение электрического напряжения на заземлителе, отличающийся тем, что отсоединяют от заземлителя защитный провод электрической сети, измеряют фазное напряжение электрической сети U_ф между заземлителем и одним из фазных проводов электрической сети, подключают между заземлителем и упомянутым фазным проводом калиброванный резистор с сопротивлением R_кр, измеряют напряжение на калиброванном резисторе U_кр, вычисляют сопротивление заземлителя R₃ в соответствии с математическим выражением

2. Устройство измерения сопротивления заземляющего устройства, содержащее вольтметр, отличающееся тем, что оно содержит калиброванный резистор с водяным охлаждением и выключатель, с помощью которого калиброванный резистор с водяным охлаждением подключается параллельно вольтметру, причем одна клемма вольтметра присоединена к одному из фазных проводов электрической сети, а вторая к заземлителю при отсоединении от заземлителя защитного провода.