Newsletter

podaj email i wybierz interesujące Cię tematy

szkolenie

Miernik rezystancji uziemień MRU-200

Artykuł - Rynek Elektryczny 02/2009

Do końca 2008 roku firma SONEL S.A. wprowadzi do oferty nowy przyrząd do pomiaru rezystancji uziemień oraz rezystywności gruntu. Jest to unikalny miernik MRU-200 umożliwiający wykonywanie pomiarów wieloma różnymi metodami, dzięki czemu użytkownik będzie mógł wykonać jednym miernikiem pomiary różnych typów uziemień w różnych warunkach.

 


Fot. 1. Miernik MRU-200.

 

Ergonomia użytkowania

Przyrząd będzie produkowany w nowej obudowie, nie-zwykle funkcjonalnej i ergonomicznej. Oprócz połączenia elementów plastikowych oraz gumowych (elastomer), obudowa charakteryzuje się przesuwaną wokół miernika pokrywą, która może znajdować się w czterech położeniach pracy:

  • pokrywa na górze przyrządu – przyrząd nieuży-wany i zabezpieczony przed uszkodzeniami mechanicznymi,
  • pokrywa zatrzaśnięta pod miernikiem,
  • pokrywa pod kątem 45 stopni – miernik może stać na płaskiej powierzchni (Fot. 1),
  • pokrywa pod miernikiem, pod kątem 90 stopni – w tym położeniu pokrywa pełni rolę podpórki dla miernika, gdy jest on noszony na szyi przy pomocy paska. Dzięki temu użytkownik może obsługiwać miernik jedną ręką (Fot. 2.).

Obudowa jest uszczelniona, aby chronić elektronikę przyrządu przed wpływem warunków środowiskowych. Miernik jest przystosowany do pracy w trudnych warunkach pomiarowych.

 


Fot. 2. Miernik w pozycji roboczej.

 

MRU-200 wyposażony jest w duży, czytelny wyświetlacz graficzny, który może zostać podświetlony. Na wyświetlaczu prezentowane są szczegółowe dane pomiarowe. Dzięki temu użytkownik ma możliwość dokładnej oceny pomiaru.

Pomiary rezystancji uziemień oraz rezystywności gruntu można wpisać do pamięci o pojemności 1000 pomiarów. Zgromadzone dane można przesłać do komputera przy pomocy standardowego przewodu USB lub za pośrednictwem interfejsu bezprzewodowego, w który wyposażony jest MRU-200.

Przyrząd zasilany jest z wysokowydajnych akumulatorów, które umożliwiają wykonanie do kilkuset pomiarów w zależności od wybranej metody pomiarowej. Istnieje również możliwość zasilania miernika ze standardowych baterii alkalicznych typu LR14 (rozmiar C). Dzięki temu w sytuacjach awaryjnych, użytkownik nie traci możliwości wykonywania pomiarów. Dodatkową zaletą jest możliwość ładowania akumulatorów miernika z gniazdka zapalniczki samochodowej o napięciu 12V.

Przy tych wszystkich możliwościach, MRU-200 wraz z pakietem akumulatorów waży zaledwie 2 kg, co wydatnie przekłada się na komfort użytkowania.

 

Metody pomiarowe

Jak wspomniano we wstępie, MRU-200 posiada moż-liwość pomiarów rezystancji uziemień różnymi metodami:

  • dwuprzewodową,
  • trzyprzewodową bez dodatkach cęgów oraz z cęgami,
  • czteroprzewodową,
  • dwucęgową bez pomocniczych sond wbijanych w grunt,
  • udarową.

Dodatkowo można wykonać pomiary rezystywności gruntu oraz mierzyć prądy upływowe lub uszkodzeniowe instalacji uziemiających.

Przed wykonaniem pomiaru, miernik sprawdza, czy w badanym obiekcie nie występuje zbyt wysokie napięcie zakłócające. Możliwy jest pomiar przy napięciu zakłócającym AC+DC do 24V. Powyżej tej wartości pomiary są blokowane.

Aby wyeliminować zakłócenia o częstotliwościach sieciowych, częstotliwość napięcia oraz prądu pomiarowego wynosi 125Hz dla sieci 16 2/3Hz, 50Hz oraz 400Hz. Dla sieci 60Hz częstotliwość prądu pomiarowego wynosi 150Hz. Użytkownik może sam określić typ sieci w menu (szybsze pomiary), albo ustawić tryb automatycznego dostrajania się miernika do warunków panujących w badanym obiekcie (pomiary wolniejsze).

Należy zaznaczyć, że MRU-200 generuje napięcie i prąd pomiarowy sinusoidalny, zalecany przez normy. Inne mierniki najczęściej wykonują pomiary prądem przemiennym o kształcie prostokątnym.

 

Dwuprzewodowy pomiar rezystancji

Przyrząd posiada możliwość pomiaru rezystancji do 20kΩ z maks. rozdzielczością 0,01Ω (Rys.1). Aby wyeliminować wpływ rezystancji przewodów pomiarowych na wynik pomiaru, przyrząd potrafi zapamiętać ich rezystancję oraz odjąć ją od wyniku pomiaru (funkcja Auto-Zero).

 


Rys. 1. Pomiar rezystancji metodą dwuprzewodową.

 

Trzy- i czteroprzewodowy pomiar rezystancji uziemień

Zastosowany pomiar rezystancji uziemienia oparty jest na metodzie technicznej z wykorzystaniem dwóch elektrod pomocniczych wbijanych w grunt: prądowej i napięciowej. W czasie pomiaru uziemienia mierzone są również rezystancje elektrod pomocniczych, a ich wartości są podawane wraz z ostatecznym wynikiem rezystancji uziemienia. Zakres pomiarowy wynosi do 20kΩ, maks. rozdzielczość 0,01Ω. Miernik automatycznie wybiera jeden z pięciu podzakresów pomiarowych.

W przypadku pomiarów uziemień o małych wartościach rezystancji (poniżej 1Ω), można wykonać pomiar rezystancji z wykorzystaniem dodatkowego czwartego przewodu (linia przerywana na Rys.2). Powoduje to wyeliminowanie rezystancji przewodów pomiarowych.

 


Rys. 2. Pomiar rezystancji uziemienia metodą trój- i czteroprzewodową.

 

Pomiar rezystancji uziemień wielokrotnych z użyciem dodatkowych cęgów

Miernik MRU-200 posiada bardzo pożyteczną funkcję, pozwalającą na szybkie i proste wykonanie pomiarów uziemień wielokrotnych bez rozpinania złącza kontrolnego mierzonego uziomu. Na Rys. 3 pokazano schemat połączenia. Należy zaznaczyć, że pomiar ten nadal jest zgodny z zalecaną przez normę metodą techniczną spadku napięcia. Cęgi prądowe służą do pomiaru tylko tej części prądu, która płynie przez badany uziom. Dzięki temu nie ma potrzeby rozłączania złącza kontrolnego.

 


Rys. 3. Pomiar rezystancji uziemienia z dodatkowymi cęgami prądowymi.

 

Warunkiem poprawności pomiaru jest to, aby uziomy nie były połączone metalicznie poniżej punktu przypięcia cęgów (np. otok wokół budynku), gdyż prąd będzie zamykał się w obwodzie metalicznym a nie poprzez grunt. Taka sytuacja może spowodować to, że przez uziom z założonymi cęgami będzie płynął bardzo mały prąd, powodujący dodatkowe błędy pomiarowe.

 

Pomiar z wykorzystaniem dwóch par cęgów

Metody techniczne opisane powyżej są miarodajne i zalecane przez normy PN-IEC 61557 oraz PN-IEC 61364. Ich wadą jest praco- i czasochłonność. Również w pewnych warunkach metody z dodatkowymi sondami wbijanymi w grunt są bardzo trudne do zastosowania (np. w mieście, gdzie ciężko znaleźć grunt do wbicia sond).

Dlatego wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klien-tów, MRU-200 umożliwia wykonanie pomiarów bez wbi-jania sond, z wykorzystaniem podwójnych cęgów (Rys. 4).

Metoda opiera się na generowaniu prądu pomiarowego przez cęgi nadawcze oraz na pomiarze spadku napięcia w obwodzie przez cęgi pomiarowe. Z prawa Ohma miernik oblicza rezystancję zamkniętej pętli (badanego uziemienia oraz pozostałych elementów pętli).

 


Rys. 4. Pomiar rezystancji uziemienia podwójnymi cęgami.

 

Na Rys. 5 pokazano schemat pomiaru uziemienia słupa. Dla takiego połączenia (cztery słupy) wartość rezystancji badanego uziemienia będzie wynosiła:

 

 


Rys. 5.
Pomiar rezystancji uziemienia słupa.

 

Wyniki zawsze obarczone są błędem dodatnim, a wielkość tego błędu zależy od liczby równolegle połączonych uziomów. Gdyby liczba pozostałych słupów wynosiła 10 zamiast 3, mierzona rezystancja miałaby wartość:

 

 

Metoda ta jest skuteczna tylko w przypadku uziemień wielokrotnych, które nie mają metalicznych połączeń pod ziemią. Pomiary pojedynczych uziemień również dadzą złe wyniki, ponieważ nie będzie zamkniętego obwodu dla przepływu prądu.

Pomiar rezystancji dynamicznej

  • metodą udarową

Metoda udarowa pomiaru rezystancji uziemień opiera się na pomiarze wartości szczytowej prądu o szybkim czasie narostu, oraz maksymalnego spadku napięcia występującego w badanym uziemieniu.
Ideą takiego pomiaru jest zbadanie właściwości uziemienia, pod kątem skuteczności odprowadzania prądów udarowych, powstających na skutek uderzenia pioruna w obiekt chroniony badaną instalacją odgromową. Zdolność mierzonego punktu do odprowadzania prądów piorunowych do ziemi, należy badać z uwzględnieniem wpływu innych elementów połączonych z tym punktem. Dlatego pomiar rezystancji dynamicznej należy wykonać, nie odłączając badanego punktu od systemu uziemienia.

Wymagania dotyczące dopuszczalnych wartości rezystancji dynamicznych dla obiektów o ochronie obostrzonej oraz specjalnej podaje norma PN-E-05003 w arkuszu 3 i 4. Natomiast w normie PN-EN 62305-1 wyjaśnione są oznaczenia opisujące kształt impulsu udarowego. Stosunek czasów T1 do T2 określa kształt impulsu prądowego np. 10μs/350μs. W MRU-200 do wyboru są dwa kształty impulsów: 4μs/10μs oraz 10μs/350μs.

 


Rys. 6. Kształt impulsu prądu.

 

Wykonując pomiary metodą udarową, należy pamiętać o odpowiednim wbiciu dodatkowych sond. W przeciwieństwie do pozostałych metod pomiarowych, sondy powinny być wbite pod kątem większym od 60o. W ten sposób zmniejsza się ryzyko oddziaływania obu przewodów na siebie podczas generowania impulsów udarowych. Dodatkowo, aby zapewnić maksymalną ochronę przed interferencjami, standardowo miernik wyposażony jest w 50m przewód ekranowany podłączany do sondy prądowej.

 


Rys. 7. Pomiar rezystancji dynamicznej metodą udarową.

 

Wyników pomiarów tej metody nie należy rozpatrywać pod kątem oceny uziemień roboczych i ochronnych.

 

Pomiar rezystywności gruntu

Pomiary rezystywności gruntu są wykorzystywane do przygotowania projektów systemów uziemień, w ochronie katodowej czy też w geologii. Funkcja pomiarowa jest metrologicznie identyczna jak czterobiegunowy pomiar rezystancji uziemienia, zawiera jednak dodatkową procedu-rę wpisywania odległości pomiędzy elektrodami przed pomiarem. Miernik podaje wynik według metody pomia-rowej Wennera, która zakłada równe odległości „d” pomiędzy elektrodami. Wynikiem pomiaru jest wartość rezy-stywności wyświetlana automatycznie według wzoru ρ=2ΠdRE.

 


Rys. 8. Pomiar rezystywności gruntu.

 

Pomiar prądu upływu

Miernik umożliwia pomiar prądów upływu w instalacji uziemienia. Dzięki temu użytkownik może sprawdzić, czy przed odłączeniem badanego uziomu od systemu uziemienia, nie rozłączy odwodu, w którym płynie prąd.

Inne zastosowanie, to pomiar prądu upływu słupów niskiego napięcia. Dzięki możliwości podpięcia elastycznego przekładnika prądowego o dużej średnicy (cewka Rogow-skiego), możliwe jest objęcie całego słupa wraz z uziemieniem. W ten sposób można zmierzyć, czy nie występuje upływ prądu spowodowany różnymi czynnikami, np. zabrudzonymi lub uszkodzonymi izolatorami, warystorami lub iskiernikami.

 

Wyposażenie

Miernik dostarczany jest wraz z akcesoriami w poręcz-nym futerale. W standardzie znajdują się:

  • cztery sondy pomiarowe do wbijania w grunt (30cm),
  • komplet przewodów pomiarowych (50m przewód ekranowany na szpuli, dwa 25m przewody na szpuli, dwa przewody krótkie),
  • dwa krokodylki, imadełko,
  • akumulator, zasilacz sieciowy, przewód do gniazdka zapalniczki samochodowej, szelki do noszenia miernika.

Dodatkowo można dokupić cęgi nadawcze oraz pomiarowe, dłuższe sondy, odbiornik radiowy do przesyłania danych do komputera oraz oprogramowanie do tworzenia dokumentacji pomiarowej.
Przyrząd posiada w zestawie certyfikat kalibracji oraz objęty jest trzyletnią gwarancją producenta.

 

mgr inż. Marcin Szkudniewski
SONEL S.A.
58-100 Świdnica
ul. Wokulskiego 11

Autor: 
mgr inż. Marcin Szkudniewski