Google+

Nie ma wątpliwości co do tego, że uziemienie ma istotny wpływ na ochronę obwodów i urządzeń elektrycznych. Stanowi ono ważny element ochrony przeciwporażeniowej. Stąd też konieczne są pomiary rezystancji uziemienia na potrzeby odbiorów, przeglądów i diagnostyki instalacji elektrycznych – zarówno w budownictwie mieszkaniowym, jak i w obiektach przemysłowych.

Mierniki rezystancji uziemienia

Dzięki miernikom można badać uziemienie przy wykorzystaniu metody technicznej, łącznie z oceną ciągłości połączeń wyrównawczych i ochronnych. Zalety takich przyrządów to: prosta obsługa, wysoki poziom odporności na zakłócenia oraz dokładność pomiaru. Przyrządy pozwalają mierzyć rezystancję uziemień przy użyciu elektrod pomocniczych metodą 3p, rezystancję sond pomocniczych do 50 kΩ, rezystancję 2p oraz ciągłość połączeń wyrównawczych i ochronnych prądem 200 mA. Ponadto istnieje możliwość pomiaru rezystancji elektrod pomocniczych i napięcia zakłócającego. Pomiar można wykonać w obecności napięć zakłócających sieci.
Z kolei bardziej zaawansowane przyrządy wykorzystują wszystkie znane metody pomiaru rezystancji uziemień. Stąd też badania przeprowadza się metodą techniczną (3p, 4p), również z użyciem dodatkowych cęgów (uziemienia wielokrotne), a także metodą dwucęgową oraz udarową (pomiar impedancji uziemienia).

Uziemienie

Uziemienie to nie tylko elementy ochrony przeciwporażeniowej. Chroni ono bowiem instalację i odbiorniki elektryczne przed skutkami zakłóceń i wyładowań atmosferycznych, zapewniając poprawną pracę urządzeń elektrycznych podczas pracy w normalnych warunkach.
Założeniem uziemienia jest połączenie naelektryzowanego ciała z ziemią. W efekcie ładunki są oddawane i przyjmowane, po czym ulegają zobojętnieniu. Ważne jest przy tym połączenie określonego punktu obwodu elektrycznego z ziemią w celu zapewnienia bezpiecznej i prawidłowej pracy instalacji i urządzeń elektrycznych.
Uziemienie bazuje na uziomie lub uziomach, które tworzą układ. Nie mniej ważne są również przewody uziomowe i łączące, a także zacisk uziomowy probierczy i przewód uziemiający główny – tzw. szyna uziemiająca.
Mówi się o kilku rodzajach uziemień. Chodzi tutaj przede wszystkim o uziemienie ochronne w postaci metalowych części ochronnych poprzez połączenie metalowych części przewodzących urządzeń elektrycznych z uziomem o rezystancji uziemienia skoordynowanej i charakterystyką zabezpieczenia zwarciowego, w celu zapewnienia ochrony przeciwporażeniowej. Uziemienia ochronne stanowią środek ochrony przeciwporażeniowej w układzie sieci TT i IT.
Warto również mieć na uwadze uziemienia robocze będące uziemieniami określonego punktu obwodu elektrycznego na potrzeby poprawnej pracy urządzeń elektrycznych w warunkach zwykłych i podczas zakłóceń. Uziemienia robocze zapewniają ochronę sieci niskiego napięcia przed skutkami przeniesienia się na nią wyższego napięcia. Uziemienia takie są ważnym elementem instalacji i urządzeń elektrycznych połączonych bezpośrednio z siecią rozdzielczą oraz urządzeń zasilanych przez transformator lub przetwornicę z układu o napięciu wyższym niż 1 kV.
Nie mniej ważne są uziemienia odgromowe odpowiedzialne za odprowadzanie do ziemi udarowych prądów wyładowań atmosferycznych. Zastosowanie znajdują również uziemienia o charakterze pomocniczym. Zapewniają one ochronę przeciwporażeniową i bardzo często są stosowane w układach zabezpieczających i pomiarowych.

Fot. 1. Pomiar metodą cęgowąFot. 1. Pomiar metodą cęgową; Fot.: FLUKE Fot. 2. Odczyt wyników pomiarów na smartfonieFot. 2. Odczyt wyników pomiarów na smartfonie; Fot.: FLUKE

Uziom

Uziom to najważniejszy element uziemienia. Stanowi on elektrodę umieszczoną w gruncie, która powinna mieć możliwie najmniejszą rezystancję. Jej wartość powinna wynikać z obowiązujących przepisów. Zaleca się aby pomiary sprawności układu uziemienia były przeprowadzane nie rzadziej niż co trzy lata.
Pamiętać należy tutaj, że od poprawności pracy uziemienia w dużej mierze zależy również bezpieczeństwo obsługi urządzeń elektrycznych i elektronicznych.

Testery uziemienia

Testery przeznaczone do pomiaru rezystancji izolacji stanowią najprostsze przyrządy pozwalające na ocenę rezystancji uziemienia. Bardzo często są one używane do kontrolowania uziemień cystern kolejowych, autocystern, samolotów czy statków podczas tankowania. Oferowane na rynku testery uziemień bardzo często mają obudowę w wykonaniu przeciwwybuchowym. Ważny jest przy tym wysoki stopień ochrony. Napięcie zasilania wynosi 24 V AC, 115 V AC, 230 V AC i 24 V DC. Obwody sterowania są podłączone do beznapięciowych styków przełącznych. Ważny jest przy tym oscylator pełniący rolę pojemnościowego detektora poziomu impedancji z wykrywaniem wartości progowej oporności pętli uziemienia. Jest możliwe ustawienie wartości granicznych dla pracy urządzenia.

Mierniki rezystancji

Kolejną grupę stanowią już mierniki rezystancji uziemienia, które wykonują pomiar wykorzystując metodę techniczną. Oprócz tego można przeprowadzić pomiar ciągłości połączeń wyrównawczych i ochronnych. Należy podkreślić, że pomiar rezystancji uziemienia jest przeprowadzany poprzez elektrody pomocnicze metodą 3p. Z kolei sondy pomocnicze umożliwiają pomiary do 50 kΩ, a pomiar rezystancji jest przeprowadzany metodą 2p. Pomiar ciągłości połączeń wyrównawczych i ochronnych bardzo często jest wykonywany za pomocą prądu o wartości 200 mA. Ważna jest możliwość wykonania pomiaru rezystancji elektrod pomocniczych i napięcia zakłócającego oraz przy obecności napięć zakłócających sieci. Napięcie pomiarowe to 25 V i 50 V.

Fot. 3. Pomiar instalacji odgromowejFot. 3. Pomiar instalacji odgromowej

Przyrządy zaawansowane

W bardziej zaawansowanych przyrządach pomiar uziemień wykonuje się przy użyciu metody technicznej (3p, 4p). Pomiar może być przeprowadzony prądem o częstotliwości 125 Hz, co zapewnia odporność na zakłócenia, które pochodzą od sieci elektroenergetycznej. Jest możliwy pomiar rezystywności gruntu i niskich reaktancji.
Niektóre przyrządy bazują na metodzie dwucęgowej oraz na możliwości pomiaru bez konieczności stosowania sond pomocniczych wbijanych do gruntu. Nie brakuje również przyrządów pozwalających na pomiar uziemień o wartości rezystancji od 0,30 Ω, pod kątem wymagań normy PN-EN 61557.

Kombajny pomiarowe

Tak zwane kombajny pomiarowe to zaawansowane przyrządy wielofunkcyjne pozwalające na kompleksowe pomiary instalacji elektrycznych. Pomimo niewielkich rozmiarów urządzenia tego typu pozwalają na pomiar wielu wielkości elektrycznych takich jak parametry wyłączników RCD, impedancja pętli zwarciowej, rezystancja uziemienia, rezystancja izolacji, a także ciągłość połączeń wyrównawczych i ochronnych. Ważna jest przy tym możliwość precyzyjnego pomiaru impedancji pętli zwarcia bez konieczności blokowania wyłącznika (pomiar prądem 15 mA, rozdzielczość 0,01).
Przydatną funkcjonalnością jest rejestrowanie napięć przemiennych, pomiar mocy oraz sprawdzanie kolejności faz. Samoczynnie dobierany jest zakres pomiarowy oraz rozładowywana jest pojemność w obwodzie mierzonym. Warto mieć na uwadze pamięć wyników pomiarów, przy czym dostęp do wszystkich zarejestrowanych pomiarów zyskuje się w dowolnym momencie. Dzięki funkcji Live Circuit użytkownik ma informację o tym, że w obwodzie jest obecne napięcie. Użytkownik wie również o nieprawidłowych połączeniach.
Bardziej zaawansowane mierniki wielofunkcyjne są w stanie realizować funkcje analizatora jakości zasilania. Chodzi tutaj przede wszystkim o pomiar i rejestrowanie prądów, napięć, mocy biernej, czynnej i pozornej oraz harmonicznych prądów i napięć, łącznie z rejestrowaniem anomalii napięciowych. Przyrząd może pracować jako tradycyjne urządzenie pomiarowe łącznie z funkcjami oscyloskopu lub analizatora harmonicznych. Mierzony jest wskaźnik THD napięć i prądów dla wszystkich faz, a dodatkowe przystawki pozwalają mierzyć temperaturę, wilgotność i natężenie oświetlenia.
Uziomy mogą być naturalne i sztuczne. Uziomy naturalne to przede wszystkim rury wodociągowe, zbrojenia, metalowe płaszcze kabli i ołowiane powłoki. Z kolei uziomy sztuczne to najczęściej elementy pionowe (rury, pręty), poziome (taśmy stalowe) oraz płytowe (blacha).
Uziom to metalowa elektroda umieszczona w wilgotnej warstwie gruntu. Ma ona za zadanie zapewnienie połączenia przedmiotów uziemianych i gruntu o możliwie małej rezystancji. Uziomy to najczęściej elementy metalowe – płyty nieizolowane, rury, pręty itp. Należy mieć na uwadze uziomy proste i pojedyncze. Z kolei układy uziomowe lub uziomy wielokrotne to uziomy składające się z połączonych ze sobą w ziemi lub nad ziemią dwóch lub większej ilości uziomów prostych. Elementy proste w układzie uziomowym są do siebie równoległe, prostopadłe lub tworzą kąty ostre (zwykle nie mniejsze niż 60º).

Fot. 4. Pomiar metodą cęgowąFot. 4. Pomiar metodą cęgową; Fot.: SONEL

Podsumowanie

Nowoczesne mierniki rezystancji uziemień wykorzystują wszystkie dostępne metody pomiaru. Badania przeprowadza się metodą techniczną również przy zastosowaniu dodatkowych cęgów, przy czym pomiar może być wykonany zarówno metodą dwucęgową jak i udarową. Jak wiadomo, metoda dwucęgowa umożliwia wykonanie pomiarów rezystancji uziemień bez konieczności stosowania sond pomocniczych, które są wbijane do gruntu. Z kolei metoda udarowa bardzo często jest wykorzystywana podczas pomiarów uziemień odgromowych oraz pomiarów uziemień rozległych i wielokrotnych połączonych pod ziemią. Nie ma przy tym potrzeby ingerowania w obwód. Przyrządy pozwalają na wykonanie pomiarów pod kątem spełniania wymagań normy PN-EN 62305.

Damian Żabicki