Эксплуатация заземляющих устройств электроустановок - Испытание и контроль состояния

3. МЕТОД ИСПЫТАНИЙ И КОТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

3.1 Проверка конструктивного выполнения заземляющих устройств.

Проверка соответствия проекту конструктивного исполнения заземляющего устройства проводиться визуально или методом электромагнитной диагностики.
Визуально проверка соответствия проекту конструктивного выполнения ЗУ проводиться после монтажа до присоединения природных заземлителей и заземлительных элементов и до засыпания грунта.
Проверку следует выполнять визуальным осмотром элементов заземляющего устройства. Сечения и проводимости элементов ЗУ должны отвечать проектным данным и требованиям ПУЭ.
Проверку соответствия конструктивного исполнения ЗУ выполняют методом электромагнитной диагностики, используя измерительный комплекс серии КДЗ-1У на работающей подстанции без раскрытия грунта:

1. определяют реальное расположение искусственных и природных заземлителей заземляющего устройства;
2. определяют наличие или отсутствие соединений в местах пересечения продольных и поперечных горизонтальных заземлителей ЗУ;
3. определяют глубину залегания горизонтальных заземлителей ЗУ;
4. определяют наличие связей оборудования с заземляющего устройства и путей растекания токов с оборудования во время ударов молнии и КЗ;
5. находят обрывы (при наличии) заземляющих спусков оборудования в земле.

3.2 Проверка соединения заземлителей с заземляющими элементами, соединений природных заземлителей с заземляющими устройствами.

Заземляющие элементы, которые соединяют оборудование с ЗУ (заземлителями), не должны иметь обрывов и неудовлетворительных соединений (контактов). Надёжность контактов проверяется ударом молотка.
Значение сопротивления (наличие цепи) таких заземляющих элементов не нормируется и обычно устанавливает 0,05-0,1 Ом. Наличие цепи проверяют измерением сопротивления измерителем сопротивления заземления типа Ф 4103-М1 или устройствами других типов аналогичного назначения (МС-08, М-416 и т.п.) или методом амперметра-вольтметра.
Один провод от прибора присоединяется при помощи самоочищающейся струбцины непосредственно к заземлению, а другой – при помощи самоочищающейся струбцины с изолированной ручкой к корпусу оборудования, которое испытывается.

3.3 Измерение сопротивления заземляющих устройств электроустановок.

Во время измерений сопротивления заземляющих устройств (особенно методом амперметра-вольтметра) исходя из условий безопасности необходимо использовать как можно меньшее измерительное напряжение. Необходимо также принять меры, которые исключали бы появление людей и животных в районе проведения работ и установленных вспомогательных электродов (заземлителей).
Сопротивление ЗУ измеряется при присоединённых природных заземлителях. Для правильной оценки качества выполнения (состояния) заземлителей измерение нужно выполнять в период наименьшей проводимости земли – зимой или летом. Иначе измеренное значение сопротивление ЗУ нужно будет корректировать на сезонный повышающий коэффициент, который указывается в проектной документации.
Измеренное значение сопротивления ЗУ (заземлителя) не должно превышать нормированного значения (таблица 1) в любое время года и должна отвечать требованиям ГКД 34.20.302-2002.

Таблица 1

Примечание: Сопротивление ЗУ подстанций, а также ВЛ напряжением до 1 кВ в местах с высоким удельным сопротивлением земли может иметь наибольшее значение в соответствии с требованиями ПУЭ.
*) Значение в скобках относится к ЗУ и одновременно используется для электроустановок напряжением до 1 кВ;
I- наибольший номинальный ток мощнейшего компенсирующего устройства в электроустановке.

Перед проведением измерения сопротивления ЗУ необходимо изучить проектную документацию и акты на выполнение скрытых работ.
В объём измерения сопротивления ЗУ после монтажа, переоборудования и капитального ремонта должна входить также и проверка целости заземляющих проводников, проложенных скрыто, которые находились в зоне работ или сами были объектом проведения этих работ, потому что в процессе выполнения перестройки, капитального ремонта и монтажа может быть нарушена целость ЗУ и соединений его элементов, могут оказаться отсоединёнными (присоединёнными) природные заземлители или присоединены дополнительные элементы заземлителей.
Периодические измерения сопротивления ЗУ необходимо проводить в электроустановках выше 1 кВ в соответствии с требованиями ГКД 34.20.302-2002 и ГКД 34.20.507-2003.
При невозможности проведения измерения сопротивления ЗУ необходимо выполнить его расчёт и указать про это в документации к ЗУ.
Сопротивление ЗУ измеряется при помощи приборов типа МС-08, М-416, Ф 4103-М1 (или других, которые имеют разрешение на применение) методом амперметра-вольтметра по методике, указанной в эксплуатационной документации на данные приборы, или при помощи измерительного комплекса серии КДЗ-1У.
Для измерения сопротивления ЗУ (заземлителей) соответствующими приборами создаётся цепь тока через ЗУ, которое испытывается. Для этого на расстоянии от 30 до 120 м располагаются (забиваются) токовый вспомогательный электрод и потенциальный вспомогательный электрод для измерения падения напряжения в сопротивлении ЗУ, который испытывается (во время прохождения через него тока).
Как вспомогательные электроды используются стальные стержни или трубы диаметром до 50 мм. Стержни в месте присоединения проводников нужно очистить от ржавчины. Стержни забиваются или вкручиваются в землю на глубину от 0,8 до 1,0 м.
Точность измерения сопротивления ЗУ зависит от взаимного расположения испытываемого ЗУ зависит от взаимного расположения испытываемого ЗУ и вспомогательных электродов и расстояний между ними. Расстояние от ЗУ до токового вспомогательного электрода и потенциального вспомогательного электрода зависит от размера ЗУ и характерных особенностей территории коло электроустановки.
Вспомогательные электроды необходимо располагать около объекта на территории, свободной от линий электропередачи и подземных металлических коммуникаций: потенциальный вспомогательный электрод – не ближе 50 м, а токовые вспомогательные электроды – не ближе 100 м от металлических коммуникаций, связанных с ЗУ объекта (трубопроводов, кабелей с металлическими оболочками и т.п.).
Для измерения сопротивления сложных ЗУ достаточными есть расстояния между токовым и потенциальным вспомогательными электродами и от обоих вспомогательных электродов до испытываемого ЗУ, которые равняются 3D (D – наибольшая диагональ ЗУ или длина луча, или длина вертикального электрода ЗУ).
Можно выполнить несколько измерений сопротивления при разных направлениях лучей (направлениях размещения вспомогательных электродов), как указано на рисунке 3, при разных расстояниях D и А, указанных в таблице 2, и за фактический принятый вариант с наибольшим значением сопротивления.

а - Двухлучевая схема

б - Однолучевая схема
 

П – потенциальный вспомогательный электрод; Т – токовый вспомогательный электрод; Rх – сопротивление заземляющего устройства; D – наибольшая диагональ; А – расстояние между токовым и потенциальным вспомогательными электродами.

Таблица 2
Рекомендованные значения расстояний D и А.

Для измерения значительного сопротивления ЗУ прибор типа МС-08 (М-416) включают по трёх-проводной схеме с замкнутыми между собой клеммами I1 (1) и Е1 (2) (рисунок 4). В этом случае сопротивление проводника, который соединяет прибор с испытанным ЗУ (заземлителем), есть частью измеряемого сопротивления, по этому провод должен иметь сечение не меньше 4-6 мм².
Для измерения малого сопротивления ЗУ приборы следует включать по четырёх- проводной схеме с разомкнутыми между собою клеммами I1 (1) и Е1 (2).

Рисунок 4 выводы прибора МС-08 М-416 для присоединения проводов.

Во время измерений сопротивления не допускается превышение сопротивлений токового вспомогательного электрода гранично-допустимых значений 1000; 500; 250 Ом на границах измерений приборов соответственно 1000; 100; 10 Ом. Для измерения фактического сопротивления токового вспомогательного электрода достаточно поменять местами провода, присоединённые к зажимам I1 (1) и I2 (4) прибора типа МС-08 (М-416). Сопротивление может быть снижено увлажнением грунта водой, раствором соли или кислоты в местах размещения вспомогательных электродов.
В случае размещения ЗУ на территории подстанции с большим количеством ВЛ или при других обстоятельствах, которые не дают возможности размещать токовый и потенциальный вспомогательные электроды вблизи территории объекта в зоне, свободной от подземных металлических коммуникаций, которые имеют электрическую связь с ЗУ, сопротивление ЗУ допускается определить при помощи расчёта.
Для проведения расчёта сопротивления ЗУ необходимо знать:

1. реальное расположение искусственных и природных заземлителей ЗУ (Общий примерный вид плана расположения оборудования приведен в приложении 2);
2. характеристики грунта, в котором расположен объект, определить по методу вертикального электрического зондирования.

3.4 Измерение напряжения прикосновения на территории электроустановки.

Напряжение прикосновения – это напряжение между двумя точками при одновременном прикосновении к ним человека. Значение напряжения прикосновения будет прямо пропорционально значению тока КЗ, который протекает в момент прикосновения.
Напряжение прикосновения в электроустановках, в которых ЗУ выполнено по нормам на напряжение прикосновения (в цепях с большими токами КЗ), измеряется при присоединённых природных заземлителях. Напряжение прикосновения необходимо измерять в контрольных точках, для которых эти значения определено при помощи расчёта во время проектирования. С целью накопления информации в базе данных для диагностики состояния ЗУ рекомендуется проводить измерение напряжения прикосновения также на рабочих местах (в этих местах в момент прикосновения персонала к оборудованию и конструкциям могут произойти КЗ) и на других потенциально небезопасных местах.
Для измерения напряжения прикосновения используются приборы типа ПИНП или ЭКО-200 или другие приборы, которые имеют разрешение на применение, или измерительный комплекс серии КДЗ-1У.
Во время измерений напряжения прикосновения имитируется протекание тока замыкания через заземление оборудования и токовый вспомогательный электрод, а напряжение прикосновения измеряется между местом размещения ног человека (пластина – потенциальный вспомогательный электрод П) и точкой его возможного касания к оборудованию (рисунок 5), которое имеет повреждение, нарушение изоляции и т.п.

Место КЗ
 

Рисунок 5 Схема измерительных цепей во время определения напряжения прикосновения на рабочем месте.

А, V – амперметр и вольтметр; П – потенциальный вспомогательный електрод; Т – токовый вспомогательный електрод; Rл – резистор, который имитирует сопротивление тела человека; ЗО – заземлённое оборудование; ЗУ – заземляющее устройство; D – наибольшая диагональ заземляющего устройства.

Измеренное напряжение корректируется с учётом сопротивления тела человека (Rл 1 кОм для установок выше 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью, в приборах ЭКО-200 и ПИНП такой резистор встроен) и сопротивление основы (место под пластиной, которое имитирует стопы ног человека).
Сопротивление основы рекомендуется определить для каждой точки измерения. Сопротивление основы измеряется мегомметром. Пластина (потенциальный вспомогательный электрод), который имитирует стопы ног человека, имеет размер 25 см Х 25 см, нагружается и размещается приблизительно на расстоянии 1 м от оборудования (рисунок 6).Основу под пластиной нужно выровнять и увлажнить.
Напряжение прикосновения вычисляется по формуле:

Uприк.=(Uизм.*IКЗ расч.)/Uизм.

где Uприк. – напряжение прикосновения при расчётном токе КЗ, В;
Uизм. – измеренное напряжение прикосновения при токе в измеряемой цепи,
который равняется Iизм., В;
IКЗ расч. – расчётный для ЗУ ток КЗ, А.

Рисунок 7 Схема измерения сопротивления основы.

Ω – мегомметр на 1000 В; П – потенциальный вспомогательный электрод (пластина); ЗО – заземлённое оборудование; ЗУ – заземляющее устройство.

На точность измерений могут значительно влиять посторонние токи в земле (блуждающие токи, а также обусловленные рабочим режимом электроустановки токи, которые стекают с заземлителя в землю). Поэтому во время измерений необходимо выяснить наличие посторонних токов в земле, принять, по возможности, мероприятия к их уменьшению (например, выключить электросварку) или обеспечить напряжение на заземлителе от измерительного тока, хотя бы, в 10 раз большую, нежели напряжение, обусловленное посторонними токами.
Напряжение помех следует определить по показаниям вольтметра V при включённом источнике питания измеряемой цепи.
Проводники токовых и потенциальных цепей, выводы I1 (1) и Е1 (2) (рисунок 4) приборов к заземлённому оборудованию необходимо подключать отдельными струбцинами. Проводник токовой цепи присоединяется к месту возможного касания.
Потенциальная цепь от вывода Е2 (3) прибора присоединяется к пластине П. Вывод I2 (4) прибора присоединяется проводником к токовому электроду и имитирует токовую цепь, которое возникает во время замыкания на землю.
Во время измерений на подстанциях 110 кВ выводы Е1 и Е2 измерительного прибора должны быть зашунтированы резистором RЛ 1 кОм (кроме типов ЭКО-200 и ПИНП).
Напряжение прикосновения можно измерять и не на рабочем месте (рисунок 8). При этом проводник токовой цепи присоединяется к заземляющему проводнику ближайшего оборудования, по которому может протекать ток КЗ.

Место КЗ

Не менее 1,5 D

Рисунок 8 Схема измерительных цепей во время определения напряжения прикосновения на нерабочем месте.

А, V – амперметр и вольтметр; П – потенциальный вспомогательный электрод; Т – токовый вспомогательный электрод; Rч – резистор, который имитирует сопротивление тела человека; ЗО – заземлённое оборудование; ЗУ – заземляющее устройство; D – наибольшая диагональ ЗУ.

Во время проведения измерений необходимо знать распределение токов КЗ на подстанции. Если большая часть тока КЗ возвращается к нейтрали трансформатора подстанции, которая проверяется, то токовым вспомогательным электродом может служить нейтраль трансформатора. В противном случае токовый вспомогательный электрод необходимо выносить за границы подстанции не меньше нежели на 1,5 – 2 D (D – наибольшая диагональ подстанции). Сопротивление токового вспомогательного электрода, как правило, не должно превышать сопротивление испытываемого заземлителя больше чем в 20 раз. Токовый вспомогательный электрод не должен размещаться вблизи подземных металлических коммуникаций (трубопроводов, кабелей с металлической оболочкой и бронёй) или железобетонных основ и фундаментов, которые имеют металлическую связь с испытуемым заземлителем или проходят вблизи него.
Если подстанция располагается на территории промышленного предприятия, на застроенной территории , то для уменьшения наведения напряжения рабочим током токовый электрод токовый электрод переносится не меньше чем на 200 м от подстанции и приблизительно на 100 м – от питающих ВЛ.
Напряжение прикосновения, измеренная в контрольных точках (в том числе и на рабочих местах и в других потенциально небезопасных местах, контролируемых дополнительно) не должна превышать гранично-допустимые напряжения прикосновения (таблица 3) в соответствии с ГКД 34.20.302-2002 при аварийных режимах электроустановок напряжением выше чем 1 кВ линий с заземлённой нейтралью.

Таблица 3

Для электроустановок напряжением до 1 кВ с заземлённой или изолированной нейтралью и выше чем 1 кВ с изолированной нейтралью гранично-допустимые напряжения прикосновения не должны превышать напряжения согласно с ГОСТ 12.1.038-82.

3.5 Проверка напряжения на заземляющих устройствах при стекании с них тока замыкания на землю.

Расчётное напряжение для ЗУ электроустановок выше чем 1 кВ проверяется в линии с эффективно заземлённой нейтралью.
За обмеренным значением сопротивления ЗУ напряжение на ЗУ при стекании с них тока замыкания на землю рассчитывается по формуле

Uзу=КсRзуIз,

где Iз – ток однофазного замыкания на землю, А;
Кс – сезонный коэффициент сопротивления;
Rзу – сопротивление ЗУ, Ом.
Напряжение на заземляющем устройстве при стекании с него тока замыкания на землю:

1. не ограничивается для ЗУ, с которых исключено вынос потенциала за границы строений и внешних ограждений электроустановок;
2. должна быть не больше чем 10 кВ, если принять меры относительно защиты изоляции кабелей связи и телемеханики, которые отходят, и заходят, которые исключают вынос потенциала за границы электроустановок;
3. должна быть не больше чем 5 кВ во всех остальных случаях.

3.6 Проверка коррозионного состояния элементов заземляющих устройств.

На ОРУ электростанций и подстанций коррозионное состояние заземляющего устройства проверяется выборочно с раскрытием грунта в местах, где заземлители наибольше подвержены коррозии, а также вблизи нейтралей силовых трансформаторов, автотрансформаторов, реакторов, короткозамыкателей, разрядников, ограничителей перенапряжений.
В ЗРУ осмотр элементов заземлителей с раскрытием грунта проводиться по решению технического руководителя электростанции или предприятия электросетей.
Количественная оценка степени коррозионного износа проводиться по участкам контролируемого элемента ЗУ измерениям характерных размеров (диаметр, толщина, ширина, глубина и площадь отдельных щербинок), которые зависят от вида коррозии. Эти размеры измеряются штангенциркулем.
Для выявления тенденции к коррозированию и прогнозирования срока службы заземлителей рекомендуется измерить электромеханический окислительно-восстановительный потенциал, удельное сопротивление земли и определить наличие блуждающих токов в земле существующими методами.
Элемент заземляющего устройства необходимо заменить, если разрушено больше нежели 50% его сечения.
Заземляющие проводники должны быть защищены от коррозии в соответствии с ГКД 34.20.507-2003 и ПУЭ. Открыто проложенные заземляющие проводники должны иметь защитную (отличительную) покраску чёрного цвета. На заземляющих спусках на границе земля-воздух в экологически неблагоприятных районах необходимо устанавливать термоусадочную трубку (не меньше чем 150 мм под землёй). В других районах как защитная мера на границе земля-воздух допускается применять и другие способы защиты (защитные оболочки, покраску на длину 70 см).