Pomiar rezystancji uziemienia: przegląd metod praktycznych pomiarów

Uziemienie jest wykorzystywane w realizacji różnych projektów systemów elektrycznych. Samo pojęcie “uziemienie” schematycznie rozpatrywane jest jako podłączenie fragmentu obwodu elektrycznego do potencjału ziemi.

Pętla uziemienia zawiera przewodnik i elektrodę wbitą głęboko w grunt. Tradycyjnym działaniem w praktyce elektrotechnicznej jest pomiar rezystancji uziemienia zarówno sieci dopiero uruchamianych, jak i już eksploatowanych. Opiszemy, jak i w jaki sposób wykonuje się tę ważną czynność.

W jakim celu przeprowadza się pomiary?

Znakomite rozwiązanie wymienionych poniżej zadań osiąga się poprzez idealną zerową rezystancję w obwodzie uziemienia:

1. Zapobieganie pojawianiu się napięcia na obudowie maszyn technologicznych.
2. Uzyskanie efektywnego potencjału odniesienia dla aparatury elektrycznej.
3. Całkowite wyeliminowanie prądów statycznych.

Jednak doświadczenie elektrotechniczne pokazuje, że uzyskanie idealnego zera jest niemożliwe.

Procedura wykonania niezbędnych pomiarów za pomocą przyrządu do określania rezystancji szyny uziemiającej. Takie procedury są przeprowadzane zgodnie z harmonogramem zatwierdzonym przez kierownictwo organizacji obsługującej.

W każdym razie uziemiony elektrod wykazuje pewną rezystancję.

Konkretną wartość rezystancji określają:

• rezystancja elektrodu w punkcie styku z szyną przewodzącą;
• obszar styku między elektrodą uziemiającą a gruntem;
• struktura gruntu, dająca różną rezystancję.

Praktyka pomiarów rezystancji pętli uziemienia wskazuje, że pierwsze dwa czynniki można zaniedbać, pod warunkiem spełnienia rozsądnych warunków:

1. Elektrod uziemiający wykonany jest z metalu o wysokiej przewodności elektrycznej.
2. Trzon elektrodu jest dokładnie oczyszczony i szczelnie osadzony w gruncie.

Pozostaje trzeci czynnik – oporność powierzchni gruntu. Jest on uznawany za główny element obliczeniowy do pomiarów rezystancji pętli uziemienia.

Oblicza się za pomocą wzoru:

R = pL / A,

gdzie: p – oporność właściwa gruntu, L – umowna głębokość, A – powierzchnia robocza.

Aby zapewnić bezpieczeństwo właścicielom domów/mieszkań, wszystkie rodzaje energochłonnych urządzeń domowych muszą być wyposażone w uziemienie:

Podczas testowania rezystancji każda z linii uziemiających jest sprawdzana osobno. Rezystancja między elementem uziemiającym a każdą nieprzewodzącą prądu częścią sprzętu elektrycznego, która może znaleźć się pod napięciem, powinna być mniejsza niż 0,1 Ω.

Przegląd metod pomiarowych

Istnieje kilka wariantów pomiaru rezystancji obwodu uziemiającego, z których każdy pozwala dość dokładnie określić szukaną wartość.

3-punktowa metoda wyznaczania

Na przykład często stosuje się metodę schematu 3-punktowego, opartą na efekcie spadku potencjału.

Schemat graficzny tak zwanego systemu 3-punktowego, który jest dość często stosowany, gdy wymagane jest zmierzenie wartości rezystancji pętli uziemienia.

Pomiary wykonuje się w trzech głównych krokach:

1. Pomiar napięcia na elektrodzie E1 i sondzie E2.
2. Pomiar natężenia prądu na elektrodzie E1 i sondzie E3.
3. Obliczenie rezystancji elektrody uziemiającej (wzorem R = E / I).

Dla tej metodyki dokładność pomiarów logicznie zależy od miejsca instalacji sondy E3. Zaleca się umieszczenie jej w gruncie w odległości – optymalnie poza tak zwanym obszarem ESE (efektywnego oporu elektrod) E1 i E2.

Pomiary według technologii «62%»

Jeśli struktura gruntu pod umieszczenie elektrody uziemiającej charakteryzuje się jednorodną zawartością, metoda «62%» do określania rezystancji pętli uziemienia obiecuje dobrą skuteczność.

Schemat dla technologii pomiarów o interesującej nazwie «62%». Jednak nazwa pochodzi od optymalnej wielkości odstępu między elektrodami, przy której uzyskuje się akceptowalny wynik.

Metoda jest stosowana do schematów z pojedynczą elektrodą uziemiającą. Dokładność wskazań wynika z możliwości umieszczenia sond roboczych na prostoliniowym odcinku względem elektrody uziemiającej.

Punkty instalacji sond kontrolnych

Uproszczona metoda dwupunktowa

Zastosowanie tej metody pomiarowej wymaga posiadania jeszcze jednego dobrego uziemienia oprócz tego, które będzie badane. Metoda jest aktualna dla terenów gęsto zaludnionych, gdzie często nie ma możliwości szerokiego operowania pomocniczymi elektrodami roboczymi.

Uproszczona metoda pomiarów wykonywana jest według schematu dwupunktowego. Przy takiej technologii wymagane jest mniej manipulacji sprzętem i obliczeniami, ale dokładność obliczeń nie jest wysoka.

Metoda pomiaru dwupunktowego różni się tym, że jednocześnie pokazuje wynik dla dwóch urządzeń uziemiających połączonych szeregowo. Tłumaczy to wymagania dotyczące wysokiej jakości wykonania drugiego uziemienia, aby nie uwzględniać jego rezystancji.

Do wykonania obliczeń mierzy się również rezystancję szyny uziemiającej. Otrzymany wynik odejmuje się od wyników ogólnych pomiarów.

Dokładność tej metody pozostawia wiele do życzenia w porównaniu z dwiema powyższymi. Istotną rolę odgrywa tutaj odległość między elektrodą uziemiającą, której rezystancja jest mierzona, a drugim uziemieniem. Standardowo taka metoda nie jest stosowana. Jest to swego rodzaju alternatywa, gdy nie można użyć innych metod pomiaru.

Dokładne pomiary czteropunktowe

Dla większości wariantów pomiaru rezystancji optymalną metodą, oprócz 2- i 3-punktowych, jest technologia 4-punktowa. W taką technologię pomiarów wyposażone są przyrządy, podobne do testera serii 4500. Zgodnie z nazwą metody, na stanowisku roboczym w jednej linii i w równych odległościach umieszcza się cztery elektrody robocze.

Według takiego schematu – czteropunktowego, wykonuje się najdokładniejsze pomiary. Używana jest nowoczesna aparatura i istnieje możliwość wykonywania prac bez odłączania obwodu uziemiającego.

Generator prądu przyrządu podłącza się do skrajnych elektrod, w wyniku czego między nimi płynie prąd o znanej wartości. Do innych zacisków przyrządu podłączone są dwie wewnętrzne elektrody robocze.

Na tych zaciskach występuje wartość spadku napięcia. Końcowy wynik pomiarów – rezystancja uziemienia (w omach), którą przyrząd wyświetla na ekranie.

Przyrządy z serii 4500 są często używane do pomiaru napięcia dotykowego. Urządzenie za pomocą specjalnego modułu generuje w ziemi napięcie o niewielkiej wartości – symulacja uszkodzenia kabla.

Jednocześnie na skali przyrządu wskazywany jest prąd płynący w obwodzie uziemienia. Odczyt na ekranie jest podstawą i mnożony przez przewidywaną wartość prądu w ziemi. W ten sposób oblicza się napięcie dotykowe.

Wykonywanie czynności kontroli stanu aparatury elektrotechnicznej i linii uziemienia. Do pracy używa się miernika typu 4500

Na przykład maksymalna wartość spodziewanego prądu w miejscu uszkodzenia wynosi 4000A. Na ekranie przyrządu odnotowuje się wartość 0,100. Wtedy wartość napięcia dotykowego będzie równa 400V (4000*0,100).

Pomiar przyrządem C.A6415 (6410, 6412, 6415)

Unikalność tej metody – możliwość przeprowadzania pomiarów bez odłączania obwodu uziemienia. Należy również podkreślić zaletę, że pomiar całkowitej rezystancji urządzenia uziemiającego jest dopuszczalny metodą włączania do obwodu uziemienia składowej rezystancyjnej wszystkich połączeń.

Zasada działania jest mniej więcej następująca:

1. Specjalny transformator wytwarza prąd w obwodzie.
2. Prąd płynie w utworzonej pętli.
3. Za pomocą synchronicznego detektora rejestrowany jest mierzony sygnał.
4. Otrzymany sygnał jest przetwarzany przez ADC.
5. Wynik wyświetlany jest na wyświetlaczu LCD.

Urządzenie wyposażone jest w moduł (wzmacniacz selektywny), dzięki któremu użyteczny sygnał jest skutecznie oczyszczany z różnego rodzaju zakłóceń – szumów niskiej i wysokiej częstotliwości. Szczęki cęgów w ich złączonym stanie tworzą wzbudzany obwód obejmujący przewód uziemiający.

Instrukcja pomiaru przyrządem C.A6415

Kolejność czynności podczas pracy z przyrządem serii S.A6415 jest jasno opisana w instrukcji dołączonej do tego unikalnego urządzenia.

Unikalny przyrząd pomiarowy – cęgi, dzięki któremu stosunkowo prosto i łatwo można zmierzyć rezystancję pętli uziemienia w różnych warunkach

Na przykład istnieje potrzeba przeprowadzenia pomiarów rezystancji uziemienia jakiegoś modułu elektrycznego (transformatora, licznika elektrycznego itp.).

Kolejność czynności:

1. Uzyskać dostęp do szyny uziemienia, zdejmując osłonę ochronną.
2. Chwycić cęgami przewód (szynę lub bezpośrednio elektrodę) uziemienia.
3. Wybrać tryb pomiaru «A» (pomiar prądu).

Maksymalna wartość prądu przyrządu wynosi 30A, dlatego w przypadku przekroczenia tej wartości nie można wykonać pomiaru. Należy zdjąć przyrząd i powtórzyć próbę pomiaru w innym punkcie.

Proces wykonywania pomiarów za pomocą przyrządów pomiarowych typu S.A6415 i 3770. Wyniki pomiarów są rejestrowane w tabeli i porównywane podczas następnego przeglądu technicznego.

Gdy zmierzona na skali wartość prądu mieści się w dopuszczalnym zakresie, można kontynuować pracę przełączając przyrząd na pomiar rezystancji «?».

Wynik wyświetlony na ekranie pokaże całkowitą wartość rezystancji, obejmującą:

• elektrodę i szynę uziemienia;
• styk neutralny z elektrodą uziemienia;
• styk połączeń na linii między przewodem neutralnym a elektrodą uziemiającą.

Pracując z cęgami, należy pamiętać: zawyżone wskazania przyrządu dotyczące rezystancji uziemienia są zwykle spowodowane słabym kontaktem elektrody uziemiającej z gruntem.

Przyczyną wysokiej rezystancji może być również zerwana szyna przewodząca prąd. Wysokie wartości rezystancji w punktach połączeń (splatań) przewodów również mogą wpływać na wskazania przyrządu.

Ogólne zalecenia dotyczące pomiaru oporności właściwej gruntu

Zanim przystąpi się do budowy obwodu uziemienia, na przykład dla kotła gazowego, należy uzyskać dokładne informacje o tym, w jakim rodzaju gruntu będzie umieszczona elektroda uziemiająca. Często do określenia wartości “p” gruntu sugeruje się korzystanie z istniejących tabel.

Jednak ta opcja z tabelami dostarcza jedynie dane orientacyjne. Dlatego nie należy na nich polegać. Rzeczywiste wartości rezystancji gruntu mogą różnić się wielokrotnie.

Wariant #1: grunt jednowarstwowy

Jeśli grunt ma jednorodny skład, jego rezystywność mierzy się metodą „elektrody próbnej”.

Struktura jednorodnego gruntu. W takich warunkach zmierzenie i obliczenie rezystancji jest znacznie prostsze niż wykonanie tej samej pracy na gruntach wielowarstwowych.

Metoda zakłada wykonanie określonej procedury w dwóch etapach:

1. Biorą prętową sondę kontrolną o długości nieco większej niż głębokość projektowanego ułożenia.
2. Zanurzają sondę w ziemię ściśle pionowo na głębokość projektowanego ułożenia.
3. Pozostały nad powierzchnią ziemi koniec jest używany do pomiaru rezystancji rozprzestrzeniania (Rr).
4. Rezystywność gruntu określa się wzorem p = Rr * Ψ.

Wskazane jest wykonanie procedury kilkukrotnie w różnych punktach placu budowy. Alternatywne pomiary pomagają osiągnąć dokładne wyniki pomiarów rezystancji gruntu.

Wariant #2: grunt wielowarstwowy

W takiej sytuacji pomiar rezystywności gruntu wykonuje się metodą sondowania stopniowego. Oznacza to, że sonda kontrolna jest zanurzana do głębokości roboczej stopniami, a w położeniu każdego stopnia wykonuje się pomiary oporu właściwego. Obliczenia średniej rezystywności gruntu wykonuje się za pomocą wzorów dla każdego pojedynczego pomiaru.

Grunt wielowarstwowy. W takich warunkach konieczne jest obliczenie rezystancji każdej pojedynczej warstwy. Obliczenia dla gruntów wielowarstwowych wymagają więcej pracy.

Następnie, biorąc pod uwagę cechy klimatyczne terenu, znajduje się wartości dla sezonowych zmian. Tą metodą (dość skomplikowaną) otrzymuje się obliczeniowe wartości USG górnych warstw. Leżące poniżej warstwy są uważane za niepodlegające sezonowym zmianom, dlatego obliczenia dla nich ograniczają się do nieco uproszczonego pomiaru i wyliczenia.

Wymagania dotyczące wykonania prac

Prace tego rodzaju są oczywiście wykonywane przez wykwalifikowany personel reprezentujący wyspecjalizowane organizacje. Na przykład za eksploatację tablic rozdzielczych w budynkach mieszkalnych odpowiadają zazwyczaj służby komunalne. Dokonywanie jakichkolwiek pomiarów w tych punktach jest dozwolone wyłącznie po zwróceniu się do tych służb.

Obwody elektryczne należą do niebezpiecznych systemów. Pomimo tego, że instalacje w sektorze domowym są zaprojektowane na napięcie poniżej 1000V, napięcie to jest śmiertelne dla człowieka. Należy przestrzegać wszystkich niezbędnych środków bezpieczeństwa podczas obchodzenia się z urządzeniami elektrycznymi. Laikowi często takie środki są po prostu nieznane.

Ze specyfiką wykonania uziemienia dla wanny w mieszkaniu miejskim zapozna następujący artykuł, zawierający zasady i instrukcje dotyczące wykonania pracy.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Wykonanie pomiarów w praktyce za pomocą przyrządu:

Wykonanie prac związanych ze sprawdzaniem rezystancji uziemienia jest obowiązkowe, niezależnie od złożoności schematu elektrycznego i kategorii obiektu, w którym instaluje się lub jest zainstalowane i eksploatowane urządzenia elektryczne. Wiele wyspecjalizowanych organizacji jest gotowych świadczyć takie usługi.

Proszę zostawiać komentarze w bloku znajdującym się poniżej. Niewykluczone, że zna Pan/Pani prosty i skuteczny sposób pomiaru rezystancji pętli uziemienia, nieprzedstawiony w artykule. Proszę zadawać pytania, dzielić się przydatnymi informacjami i zdjęciami na ten temat.