Измерение сопротивления грунта

Каждая силовая кабельная линия и включённые в неё периферийные устройства должны быть заземлены для обеспечения безопасной эксплуатации инженерной сети. Измерение сопротивления грунта регламентируется действующими нормативами. Обследование позволяет определить глубину заложения заземлителей, расстояние между тоководами, а также выполнить обязательные требования безопасности, соблюдение которых необходимо для нормальной эксплуатации электрооборудования.

Определение удельного электрического сопротивления грунта в полевых условиях

Удельное сопротивление грунта в полевых условиях осуществляется путём сборки временной схемы и устройства лабораторных заземлителей, которые воспринимают на себя нагрузку при подаче напряжения на электрооборудование. В качестве энергопотребляющих приборов выступают метрологические установки.

Процедура регламентирована ПУЭ, выполняется силами аккредитованной электролаборатории, а по её результатам составляется технический отчёт установленной формы.

Средства контроля и вспомогательные устройства

При проведении измерения сопротивления грунта используется специализированное оборудование, а также дополнительные устройства, необходимые для сборки временной цепи:

• Метрологические приборы, предназначенные для работы в полевых условиях с высоковольтными кабельными линиями. Наибольшей популярностью среди аккредитованных электролабораторий пользуется российское оборудование марки АС-72.
• Токопроводящие электроды, изготовленные из стали или нержавейки, предназначенные для забивки в грунт при сборке временного заземлителя. Средний диаметр стального стержня составляет 20 мм, а длина колеблется в пределах от 250 до 400 мм.
• Силовые кабели, клеммные соединения и другие элементы, которые поставляются в едином комплекте и предназначены для устройства временной схемы при проведении испытаний.

Всё оборудование, использующееся при выполнении измерений сопротивления грунта, должно пройти поверку в органах сертификации, с выдачей соответствующего сертификата, который необходимо пролонгировать, согласно требованиям ПУЭ.

Проведение измерений

Согласно современным методикам, при проведении испытаний в полевых условиях, исключается забор грунтового основания для его проверки в лаборатории. Все измерения производятся на месте, согласно следующей методике:

• В месте прокладки кабеля, монтируется временная токопроводящая цепь, состоящая из 4 электродов.
• При забивке стальных стержней в грунт, следует соблюдать идентичное расстояние между ними.
• Расстояние между электродами следует подбирать не менее глубины заложения электротехнического сооружения в земле.
• Электроды забиваются в грунтовое основание, подлежащее испытанию строго в едином створе.
• Отдельно от электродов устанавливается метрологическое оборудование.
• Прибор оснащён 4 вводами – 2 токовыми и 2 – для снятия замеров.
• К каждому из вводов последовательна подключаются кабельные выводы от электродов.
• Испытание проводятся в несколько итераций, временной промежуток между которыми составляет от 2 до 3 часов.
• Измерения следует осуществлять в тёплое время года, что исключает риск промерзания грунтов на глубине залегания кабельной трассы.

При проведении измерений сопротивления грунта, следует соблюдать линейную зависимость между глубиной погружения и расстоянием между соседними стержнями. Заземлитель должен входить в грунт на глубину не более 5%, чем длина отрезка между соседними электродами.

Обработка результатов измерения

По завершении полевых испытаний, проводится камеральная обработка полученных результатов. Для вычисления итогового показателя, используется следующая аналитическая зависимость:

R = 2pR_rl,

R – искомая величина, показатель удельного (кажущегося) сопротивления грунтового основания в зоне прокладке кабельной трассы.

p – математическая величина, равная 3,14.

l – расстояние между соседними токопроводящими стальными стержнями, из которых собрана временная цепь.

При вычислении показателей для каждой итерации, значения заносятся в соответствующую графу протокола, после чего значения сравниваются между собой и с нормативными величинами.

Оформление результатов измерения

По результатам проведённой экспертизы, ответственное лицо оформляет протокол установленной формы, в котором указываются все расчётные параметры, позволяющие сделать вывод о пригодности электрооборудования к последующей эксплуатации.

Форма протокола определения удельного электрического сопротивления грунта в трассовых условиях

В протокол заносятся следующие рабочие и расчётные показатели сопротивления грунтового основания, а также вспомогательные сведения:

• Локация испытуемого объекта.
• Информация о метрологическом оборудовании – марка, модель, идентификационный номер, дата последних поверочных мероприятий.
• Дата проведения испытаний.
• Геологические и физико-механические характеристики грунтового основания.
• Климатические условия в день проведения экспертных мероприятий, с указанием температуры и влажности.
• Маркировка электродов во временной схеме.
• Расстояние между токопроводящими стержнями.
• Показания прибора после проведения измерений.
• Полученное по формуле удельное сопротивление грунта.
• Сведение о составе комиссии, с личной подписью каждого аттестованного участника.

Каждый протокол заверяется оригинальной печатью электролаборатории, имеющей сертификат СРО и статус юрлица.

Определение удельного электрического сопротивления грунта в лабораторных условиях

Данная методика измерения сопротивления грунта проводится в условиях лаборатории, после забора образцов с объекта. Методика отличается повышенной точностью и позволяет получить более полные сведения об электротехнических характеристиках грунта.

Отбор проб

При отборе проб грунтового основания, представители электролаборатории руководствуются определёнными правилами:

• Забор частиц основания осуществляется с глубины прокладки подземного электрооборудования или кабельных линий.
• Расстояние от оси шурфа до места отбора не должно превышать 500 – 700 мм.
• Отбор производится через каждые 50 – 150 м, по длине линейного объекта.
• Каждый образец должен быть не менее 1 л в объёме, с массой не менее 1,5 кг.
• Все образцы должны быть замаркированы, согласно координатам их забора.

В случае, если инженерная сеть проложена в потенциально подтопляемом участке, и сезонный уровень грунтовых вод располагается выше глубины залегания кабельной линии, лаборант отбирает жидкую взвесь в объёме не менее 2 – 3 литров.

Средства контроля и вспомогательные устройства:

При проведении измерений сопротивления грунта, используется следующее метрологическое оборудование и дополнительные детали временной электрической цепи:

• Генератор напряжения с возможностью выставления минимальной частоты.
• Миллиамперметр с ценой деления от 1 до 1,5 мА и диапазонами измерений 100 – 500 мА.
• Прибор для измерения рабочего напряжения – вольтметр, показания сопротивления на вводе которого составляет от 1МОм и более.
• Лабораторные токопроводящие детали с шириной 44 мм и высотой 40 мм. Представляют собой листовые материалы из высококачественной стали с приваренным к ним кронштейном для крепления провода. Электроды крепятся с наружной стороны временной схемы.
• Электроды внутреннего контура, представляющие собой токопроводящую жилу из меди с диаметром сечения сердечника не менее 1 мм, но не более 5 мм. Рекомендуемая длина проволоки составляет 45 – 50 мм.
• Мелкий абразив для зачистки концов проводника перед проведением испытаний.
• Чистая вода без химических примесей, выполняющая роль электролита.
• Лабораторный ацетон.

Все вспомогательные материалы должны соответствовать требованиям ГОСТ, предназначаются для промышленного использования.

Подготовка к измерению

Перед началом испытаний, лаборант проводит следующие подготовительные работы по сборке временной цепи:

• Каждый их отобранных образцов увлажняется до достижения максимальной концентрации водной среды в структуре грунта.
• Если испытанию подлежат глины, суглинки или супеси, они доводятся до мягкопластичной консистенции.
• Смачивание осуществляется очищенной водой, не содержащей растворённых солей и других химических примесей, которые могут повлиять на показатель сопротивления грунта.
• Каждый электрод обрабатывается абразивом, до чистого металла с характерным блеском.
• После механической зачистки каждая контактная поверхность токопроводящей детали обезжиривается с помощью ацетона, после чего подлежит очистке и промывке дистиллированной водой.
• Внешние пластинчатые электроды собираются в лабораторную схему в форме короба.
• Увлажнённый грунт помещается между электродами и трамбуется под механическим воздействием.
• Внутренние электроды втыкаются в образец грунта до самого низа.
• Расстояние между внутренними тоководами должно составлять 45 – 55 мм, каждый из них также должен отстоять от пластин внешнего контура на 20 – 30 мм.

Когда схема собрана, лаборант проверяет корректность подключения генератора тока, а также все расстояния между электродами. По завершении подготовительных работ, ответственное лицо начинает испытания, согласно требованиям ПУЭ, с соблюдением техники безопасности.

Проведение измерений

Для проведения измерения сопротивления грунтового основания в лаборатории собирается стенд из 4 пластинчатых электродов.

Частота генератора постоянного или переменного тока не должна превышать 1000 Гц.

Все 4 внешних электрода должны иметь одинаковую толщину и площадь, выполнены из идентичного материала.

Суть испытаний сводится к определению разницы напряжений между внутренними электродами при подаче электротока от генератора. При снятии замеров, внутренние электроды устанавливаются на одинаковом расстоянии друг от друга.

Обработка результатов измерения

По аналогии с предыдущей методикой, после получения фактических показателей по результатам лабораторных измерений, начинается камеральная обработка результатов. Фактическое сопротивление грунтового основания выводится из следующей зависимости:

R_r = U₀ / I₀

R_r – искомая величина – удельное сопротивление грунта.

U₀ – разница напряжений между соседними внутренними токопроводящими деталями.

I₀ – расчётная сила тока внутри первичного контура, образованного пластинчатыми электродами.

Из формулы видно, что сопротивление выводится из классического закона Ома для переменного тока.

В свою очередь, удельное сопротивление грунта определяется с использованием следующей формулы:

 R_уд = (R_r * F_эл) / L,

R_уд – искомая величина.

F_эл – контактная площадь боковой поверхности внутреннего электрода, погруженного в образец.

L – расстояние между внутренними вертикальными токопроводящими элементами.

В зависимости от марки прибора, включенного во временную цепь, алгоритм определения сопротивления грунта может меняться, согласно инструкции по эксплуатации метрологического оборудования

Оформление результатов измерений

По результатам измерений оформляется протокол, содержание которого аналогично описанному выше варианту.

Форма протокола определения удельного электрического сопротивления грунта в лабораторных условиях

Пустые формы протоколов имеются в наличии у каждой официально зарегистрированной лаборатории. На бланке указываются сведения об объекте, метрологических приборах, а также результаты проведённых измерений.

В конце протокола ответственное лицо делает вывод о пригодности грунта основания для последующей эксплуатации токопроводящей жилы под напряжением без проведения дополнительных защитных мероприятий.

Удостоверяя документацию подписями и печатью, представители электролаборатории принимают на себя ответственность за последующую безопасную эксплуатацию инженерной сети.