Uziemienia złożone wielokrotne. Pomiary bez rozpinania złącz kontrolnych.

Wykonywanie badań rezystancji uziemienia jest procesem bardzo pracochłonnym. W zależności od budowy uziemienia, warunków terenowych i wielu czynników obiektywnych, badania wymagają dużego zaangażowania od pomiarowców. I chodzi tu na równi o zaangażowanie fizyczne i intelektualne. Badanie uziemienia trzeba przeprowadzić starannie, nie pomijając żadnego elementu procedury, gdyż chodzenie na skróty będzie skutkować błędami tak dużymi, że całość nie będzie miała najmniejszego znaczenia metrologicznego.

Zrozumiałe jest zatem, że każde ułatwienie, które może być zastosowane w takim przypadku, jest szczególnie pożądane. Uziemienia, niezależnie od ich charakteru, jeśli są układem złożonym z wielu zwodów, żeby zmierzyć ich rezystancję selektywnie, trzeba przed pomiarami porozpinać. Zastosowanie cęgów eliminuje tę konieczność, skracając czas pomiaru wielokrotnie. O tym, czy pomiar z wykorzystaniem cęgów można wykonać, decydują dwa czynniki: układ elektryczny uziemienia i jego fizyczna budowa. Aby rozwinąć temat, zacznijmy jednak od przypomnienia zasady pomiaru uziemienia metodą techniczną.

Rys. 1. Pomiar rezystancji uziemienia metodą techniczną

W celu zmierzenia rezystancji uziemienia „E”, musimy spowodować przepływ przez nie prądu pomiarowego. W tym celu w pewnej odległości od badanego uziemienia trzeba pogrążyć w gruncie sondę dodatkową „H”. Tym sposobem powstał obwód prądowy naszego układu. Wymuszony przez źródło w mierniku prąd przemienny, płynąc w obwodzie „H”, przez grunt i badane uziemienie „E” powoduje powstanie potencjałów wokół uziemienia i sondy „H”. Jako że badane uziemienie charakteryzuje się pewną rezystancją, wystąpi na niej spadek napięcia. Żeby określić wartość tej rezystancji, wystarczy już tylko zbudować obwód napięciowy i zbadać wartość spadku napięcia. Do tego celu wykorzystujemy drugą sondę pomocniczą „S”, którą pogrążamy pomiędzy badanym uziemieniem a sondą prądową. Na rys. nr 1 zaprezentowano zasadę pomiaru. Wygląda to prosto. Musimy jednak pamiętać o kilku niezbędnych zasadach. Sonda prądowa musi być oddalona od badanego uziemienia na tyle daleko, żeby potencjał otaczający badane uziemienie nie nachodził na potencjał sondy prądowej „H”. Sonda napięciowa „S” musi (!!!) znajdować się w obszarze potencjału zerowego. Tu pojawia się pierwszy element związany ze starannością i pracochłonnością tych pomiarów. Otóż jeden pomiar nie gwarantuje nam możliwości oceny, czy badanie zostało wykonane poprawnie. W celu weryfikacji trzeba wykonać jeszcze co najmniej dwa pomiary, przestawiając sondę napięciową o kilka metrów w kierunku badanego uziemienia i następnie w kierunku sondy prądowej. Tylko jeśli trzy wyniki pomiaru rezystancji będą takie same (znacznie zbliżone), możemy uznać badanie za poprawne.

Metoda techniczna jest stosowana powszechnie, chociaż nie zawsze pamięta się o zasadach jej stosowania. W przypadku uziemień pojedynczych nie ma żadnego problemu z zastosowaniem takiej metody w praktyce. Jako przykład uziomu pojedynczego może posłużyć słup linii SN.

Rys. 2. Słup linii średniego napięcia

Jest to typowe uziemienie pojedyncze, ponieważ uziemienia słupów linii w żaden sposób nie są ze sobą połączone. Stosowanie tu innej metody niż opisana powyżej matoda techniczna może jedynie wprowadzić błędy. Dla takiego przypadku nie wolno stosować cęgów pomiarowych. Wyjaśnijmy zatem, w czym może nam pomóc i gdzie może być stosowana metoda techniczna z wykorzystaniem cęgów.

Jeśli musimy zbadać układ uziemień, ale w taki sposób, aby określić idywidualnie, dla każdego zwodu, wartość jego rezystancji, musimy odpiąć badany element uziemienia od pozostałej części układu. Możemy też przy użyciu cęgów pomiarowych, bez rozpinania złącz, zbadać, jaki prąd płynie przez ten element uziemienia i sprawdzić spadek napięcia na nim. Jest więc to dokładnie metoda techniczna, którą przedstawia rys. nr 1 z tą tylko różnicą, że mierzymy prąd płynący przez zwód przy użyciu cęgów pomiarowych.

Rys. 3. Pomiar uziemienia metodą techniczną z wykorzystaniem cęgów

Na rys. nr 3 mamy przedstawioną instalację odgromową na budynku. Mamy cztery zwody połączone ze sobą na dachu. Prąd, który wymuszamy, płynie oczywiście w całym obwodzie, ale cęgi mogą zmierzyć jego wartość w mierzonym elemencie systemu uziemiającego. Niewątpliwie jest to metoda bardzo wygodna, nie wszędzie może być jednak zastosowana. Wynika to z konstrukcji samych cęgów pomiarowych. Mają one określoną grubość i rozwarcie. Nie wszędzie jesteśmy w stanie je umieścić. Jest to kłopotliwe w nowo modernizowanych (ocieplanych) budynkach, gdzie wykonawcy po przykryciu styropianem instalacji uziemiającej, montują na złączach bardzo małe okienka rewizyjne, do których ciężko jest włożyć dłoń, a cóż dopiero spore cęgi. Drugie ograniczenie to układ elektryczny uziemienia.

Rys. 4. Uziemienie słupa linii niskiego napięcia

Na rys. nr 4 przedstawiona jest linia niskiego napięcia. Uziemienia poszczególnych słupów są ze sobą połączone przewodem PEN. Wydawać by się mogło, że postępując jak w przypadku z rys. 3, możemy założyć cęgi na złącze kontrolne i wykonać pomiar. Otóż nie. Bednarka uziemiająca słup przyłączona jest do jego zbrojenia. Sam beton nasiąknięty jest wilgocią, która rozpuszcza różne sole i stanowi elektrolit przewodzący prąd. Kiedy wymusimy przepływ prądu pomiarowego w obwodzie, rozpłynie się on po całej linii. Cęgi powinny zmierzyć wartość prądu płynącego przez uziemienie słupa, co dokładnie czynią. Jednak jest jeszcze prąd, który płynie przez zbrojenie słupa i może niewielki, ale jednak, przez sam beton, z którego słup jest wykonany. W efekcie miernik zmierzy wartość spadku napięcia dla sumy tych prądów płynących przez zbrojenie, beton i mierzone uziemienie, ale będzie liczył rezystancje tylko dla prądu zmierzonego cęgami. Mamy więc sytuację, w której spadek napięcia wywołany jest większym prądem niż ten zmierzony, zatem otrzymana wartość rezystancji uziemienia będzie znacznie zawyżona!!! Pod kątem ochrony przed porażeniem nie stanowi to może problemu, ale może powodować niepotrzebne decyzje o modernizacji uziemienia i koszty z tym związane. Można oczywiście rozkręcić uziemienie. Niestety, przepisy BHP zabraniają tego dla linii czynnych, a wyłączenie jest kłopotliwe i kosztowne. Jeszcze większe problemy są związane z liniami wysokiego napięcia. Słupy kratowe to jeden wielki element przewodzący. Nie sposób zastosować tam taki rodzaj cęgów. Dodatkowo, zwody słupów kratowych połączone są pod ziemią otokiem i prąd płynie w metalicznej pętli, uniemożliwiając logiczne rozpatrywanie takiego przypadku na podstawie pomiaru prądu tylko w bednarce uziemiającej. Dochodzimy w tym miejscu, może nie do rewolucyjnej, ale z pewnością przełomowej metody pomiaru z użyciem cęgów. Firma Sonel opracowała i wdrożyła do powszechnego zastosowania cęgi elastyczne, które mają znacznie mniejszą grubość i długość nawet 5 m, co sprawia, że ich średnica jest nie do osiągnięcia przez cęgi do tej pory stosowane. Ponieważ cęgi te pracują inaczej niż stosowane do tej pory, wymusiło to zmiany konstrukcyjne pomiarowych obwodów wejściowych. Aby nie zmuszać klientów do zakupu nowych mierników, jeśli chcą skorzystać z tej nowatorskiej metody, zastosowano moduł pośredni między miernikiem a cęgami w postaci przystawki Sonel ERP-1.

Rys. 5. Cęgi elastyczne (cewka Rogowskiego) i przystawka Sonel ERP-1

Do pomiarów można wykorzystywać znane klientom Sonel'a cęgi elastyczne typu F, dedykowane FS (bardziej czułe) i cęgi na zamówienie, FSX (superczułe dla wyjątkowo trudnych warunków pomiarowych). W standardzie oferowany jest zestaw Sonel ERP-1 z cęgami FS o długości 4 m. Przystawka posiada możliwość dopasowania zastosowanych cęgów przez wybór klawiszem, co jest sygnalizowane diodą led. Kolejnym przyciskiem wskazujemy, ile zwojów cewki jest wykonanych na badanym uziemieniu (od 1 do 4).

Przykładem zastosowania niech będzie sytuacja z rys. nr 6 ze znanym problemem z rys. nr 4.

Rys 6. Prawidłowy pomiar uziemienia słupa NN bez rozłączania złącza kontrolnego z Sonel ERP-1

Jak widać na rysunku, objęcie cęgami całego słupa, wraz z uziemieniem, sprawia, że mierzymy cały prąd płynący w obwodzie do ziemi. Wynik pomiaru będzie zatem prawidłowy. Problem, który tu występował, przestał być istotny. Oczywiście był on związany bezpośrednio z właściwościami elektrycznymi tego obwodu. Obecnie stosuje się coraz częściej słupy wirowane i do tego łączone po dwa, np. dla stacji 20/04. Wcześniej byłby to wielki kłopot, aby wykonać pomiar rezystancji uziemienia takiej konstrukcji. Teraz, z przystawką Sonel ERP-1 i cęgami elastycznymi Sonel, nie stanowi to żadnej trudności.

Rys. 7. Pomiar dla słupów wirowanych

Cęgi pozwalają na jednoczesne objęcie obu słupów. Nie musimy martwić się również, jeśli oba uziemienia są połączone pod ziemią, gdyż i tak cęgi mierzą całkowitą wartość prądu płynącego przez uziemienia.

Sprawą o wiele bardziej skomplikowaną jest pomiar słupów kratowych. Rozwiązanie zaproponowane przez Sonel może stać się przełomowym w tej materii, ponieważ umożliwia wykonanie badań metodą techniczną bez potrzeby wyłączenia linii wysokiego napięcia. Przy pomiarach wykonywanych miernikiem Sonel MRU-200 i Sonel ERP-1 możliwa jest diagnostyka uziemienia słupów kratowych nieosiągalna do tej pory metodą jednocęgową (przy czynnej linii zasilającej).

Zasada pomiaru w dalszym ciągu dotyczy metody technicznej. Jest tylko nieco inna procedura.

Rys. 8. Pomiar uziemienia słupa kratowego

Wykonując taki pomiar, obejmujemy cęgami całą jedną nogę słupa. W celu uzyskania większej dokładności, można wykonać więcej niż jeden zwój. W mierniku wybieramy procedurę pomiaru z Sonel ERP-1. Następnie wskazujemy, ile nóg ma mierzony słup (1, 2, 3 lub 4). Po podłączeniu układu pomiarowego rozpoczynamy badanie. Procedura polega na wykonaniu kolejno pomiarów dla każdej nogi słupa. Należy pamiętać, aby wraz z przekładaniem cęgów na kolejne punkty przepinać również złącze wymuszające przepływ prądu „E”. Po zakończonej serii pomiarów miernik na wyświetlaczu zaprezentuje rezystancję uziemienia całego słupa. Automatyczna procedura wyliczania rezystancji uziemienia słupa kratowego jest dostępna na razie tylko dla miernika Sonel MRU-200. Trzeba podkreślić, że miernik sprawdza kierunek prądu dla poszczególnych pomiarów, dlatego cęgi przy każdym pomiarze trzeba zakładać w tym samym kierunku. Ta cecha sprawia, że miernik potrafi rozpoznać uszkodzenie polegające na oberwaniu (lub całkowitym przekorodowaniu) bednarki przyłączonej do otoku takiego słupa. Jest to cecha unikalna, niewystępująca w żadnym innym mierniku do uziemień dostępnym na rynku.

Autor: 
Roman Domański