LABORATORIUM

1.       Wstęp

Jakość uziemienia to jeden z zasadniczych czynników decydujących o bezpieczeństwie użytkownika instalacji elektrycznych. Od prawidłowości jego wykonania zależy zarówno skuteczność ochrony odgromowej, ochrona przed porażeniem prądem, ale również skuteczność odprowadzania ładunków elektrycznych w miejscach zagrożonych wybuchem. Kontrola instalacji uziemiającej polega na przeprowadzeniu pomiaru rezystancji uziemienia. Nie zawsze możliwe jest zastosowanie najpowszechniej znanej metody technicznej. Uziemienia rozległe, wielokrotne, połączone z siecią stanowią poważny problem dla pomiarowców chcących dokonać pomiarów bez ingerencji w układ, a co za tym nierzadko idzie, konieczności wyłączenia zasilania obiektu. Nie zawsze też możliwe jest zastosowanie metody technicznej choćby ze względu na brak możliwości zbudowania układu pomiarowego, pozwalającego na przepływ prądu ziemia – badane uziemienie (obiekty na obszarach zurbanizowanych). Stąd też nierzadko wynika konieczność stosowania innym metod, pozwalających skontrolować dane uziemienie.

Celem pomiarów jest na ogół wyznaczenie największej spodziewanej wartości rezystancji uziemienia dla sprawdzenia, czy spełnia ona wymagania aktów prawnych dotyczących ochrony przeciwporażeniowej, ochrony odgromowej i przeciwprzepięciowej oraz czy zapewnia warunki poprawnej pracy urządzeń.

2.       Rodzaje uziemień

Uziemienie – celowo wykonane elektryczne połączenie części urządzenia lub instalacji elektrycznej z przedmiotem metalowym znajdującym się w ziemi, zwanym uziomem. W zależności od zadania wyróżnia się uziemienie: robocze, ochronne i odgromowe

Uziomy stanowiące zasadniczą część instalacji uziemiającej mogą być naturalne lub sztuczne, bądź stanowić układ mieszany. Uziomami naturalnymi są przedmioty metalowe znajdujące się w ziemi, z przeznaczeniem innym niż dla celów uziemienia, są to np. metalowe rury wodociągowe, elementy metalowe w fundamentach, zbrojenia betonu. Jako uziomy sztuczne wykorzystywane są kształtowniki, pręty, druty, płyty lub taśmy, zabezpieczone antykorozyjnie, umieszczone w gruncie poziomo lub pionowo.
Przewód uziemiający to przewód łączący część metalową podlegającą ochronie z uziomem lub przewodem uziomowym. Przewód uziomowy jest to umieszczony w gruncie nieizolowany przewów, łączący uziom lub zespół uziomów z przewodem uziemiającym lub zaciskiem uziomowym.

Parametrem określającym cechy uziemienia jest rezystancja uziemienia. Rozróżnia się rezystancję statyczną, odpowiadającą przewodzeniu prądów przemiennych o częstotliwości 50 Hz, oraz rezystancję udarową, odpowiadającą przepływowi prądów piorunowych o charakterze udarowym.
 

3.       Zasady wykonywania pomiarów rezystancji uziemień

a)      Metodą techniczną, zwana metodą amperomierza i woltomierza

b)      Metodą kompensacyjną, zwaną także metodą zerową

c)      Metodę mostkową

Dla poprawnego wykonania pomiaru obwody powinny mieć określone parametry, a sondy pomiarowe powinny być odpowiednio oddalone od badanego uziomu.

Elementom obwodu prądowego stawia się wymagania:

- źródło prądu powinno wymuszać prąd o wartości lub przebiegu pozwalającym wyeliminować wpływy prądów zakłócających

- amperomierz powinien umożliwiać pomiar prądu o wartości i kształcie wymuszanym przez źródło

- elektroda prądowa powinna być oddalona od badanego uziomu tak, aby między nią a badanym uziomem występowała tzw. strefa potencjału zerowego

- przewody łączące elementy obwodów pomiarowych powinny być izolowane od ziemi

- przewody i elektroda prądowa powinny mieć ograniczoną rezystancję

- przewody obwodu prądowego powinny być usytuowane względem przewodów obwodu napięciowego tak, aby prąd nie indukował w obwodzie napięciowym napięcia zakłócającego.

Z kolei elementom obwodu napięciowego stawia się następujące wymagania:

- elektroda napięciowa powinna być pogrążona w grunt w miejscu, w którym potencjał ma wartość zero

- stosunek rezystancji wewnętrznej woltomierza do rezystancji uziemienia elektrody napięciowej powinien być na tyle duży, aby błąd pomiaru był w granicach dopuszczalnych

- woltomierz powinien mieć zakres pomiarowy pozwalający mierzyć występujące w czasie pomiarów napięcie

- przewody obwodu napięciowego powinny być izolowane

Do wykonania pomiarów wykorzystuje się mierniki specjalnie przeznaczone do tego celu. Dawniej w tym celu służył miernik typu IMU, napędzany korbką, generował prąd o częstotliwości 60 Hz. Obecnie na wyposażeniu pracowni znajduje się miernik marki SONEL MRU – 200. Miernik jest zgodny z normami określającymi pomiary. Jako jedyny posiada wszystkie znane metody pomiaru rezystancji uziemień, włącznie z pomiarami udarowymi. Cechuje się dokładnością 0.1 Ω. Ważną cecha jest możliwość „odcięcia się” miernika od tła i zakłóceń, poprzez funkcję pomiaru zakłóceń i odseparowana się od nich.

Aby pomiar okazał się prawidłowy, należy odpowiednio umieścić elektrody (sondy), co pokazuje tabela poniżej

Natomiast otrzymany wynik trzeba zinterpretować wg panujących warunków w czasie pomiarów, mnożąc uzyskaną rezystancję przez współczynnik kp

4.       Pomiar rezystywności gruntu

Pomiar został dokonany miernikiem SONEL MRU – 200 o numerze seryjnym 700430.
Sekwencja pomiaru:

- rozpięcie uziomu

- dokonanie pomiaru metodą 3P, znalezienie miejsca zerowego poprzez metodę 6 metrów w przód i 6 metrów w tył od środka

- dokonanie pomiaru metodą 4P

- dokonanie pomiaru metodą 3P + cęgi

- dokonanie pomiaru metodą 4P rezystancji udarowej

- spięcie uziomu

- dokonanie pomiaru metodą 3P, 4P, 3P + cęgi i 4P rezystancji udarowej

Umiejscowienie badanego uziomu na budynku nr 2 Politechniki Opolskiej

Schemat rozłożenia sond obok budynku

5.       Wyniki pomiarów dla rozpiętego uziomu

Pomiar 3P: R0=0,192 Ω ; R+6=0,196 Ω ; R-6=0,179Ω

Pomiar 4P: R0=0,147Ω

Pomiar 3P+cęgi: R0=0,196 Ω

Pomiar 4P r.udarowa: R0=9,5Ω

6.       Wyniki pomiarów dla spiętego uziomu

Pomiar 3P: R0=0,184 Ω

Pomiar 4P: R0=0,139 Ω

Pomiar 3P+cęgi: R0=0,285 Ω

Pomiar 4P r.udarowa: R0=8,8 Ω

7.       Opracowanie wyników

Miernik SONEL MRU-200 cechuje się błędem ±2% w rozdzielczości 0,001 dla pomiarów rezystancji uziomu i ±2,5% w rozdzielczości 0,1 dla pomiaru rezystancji udarowej.

3P rozpięty: R0=0,196 ±0,004 Ω

Ponieważ pomiar odbywał się w warunkach wilgotnej ziemi, przyjmujemy współczynnik kp=3

R...