Pomiar rezystancji uziemienia

Pomiar rezystancji uziemienia (na podstawie materiałów firmy SONEL)

1. Wstęp

2. Rodzaje uziemień

3. Czynniki wpływające na jakość uziomu

4. Dokładność pomiaru a zakres pomiarowy

5. Metody pomiarowe rezystanji uziemień

1. Wstęp

Pomiary rezystancji uziemienia w istotny sposób różnią się od pozostałych pomiarów wykonywanych w celu oceny ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym. Wymagają one gruntownej wiedzy o budowie instalacji uziemiającej, zjawiskach zachodzących podczas wykonywania pomiarów oraz umiejętności radzenia sobie w niesprzyjających warunkach terenowych. Podejmując się badań układów uziemiających należy dysponować odpowiednią wiedzą oraz sprzętem pomiarowym, który będzie potrafił w maksymalny sposób pomóc w wykonaniu tych, skądinąd, nieprostych badań.

W 2008 r. zostały wprowadzone normy PN-EN 62305-1 Ochrona odgromowa. Część 1: Zasady ogólne oraz PN-EN 62305-2 Ochrona odgromowa. Część 2: Zarządzanie ryzykiem. W normach tych zawarto opis uszkodzeń i strat powodowanych przez piorun, klasyfikację poziomów ochrony odgromowej oraz parametry pioruna. Zdefiniowane zostało również pojęcie impedancji uziemienia. W 2009 roku wprowadzono kolejne dalsze arkusze tej normy – PN-EN 62305-3 Ochrona odgromowa.

Część 3: Uszkodzenia fizyczne obiektów i zagrożenie życia oraz PN-EN 62305-4 Ochrona odgromowa.

Część 4: Urządzenia elektryczne i elektroniczne w obiektach.

W normach tych zawarto wymagania i sposoby praktycznych realizacji, które dotyczą projektowanych

systemów ochrony odgromowej, metody konserwacji i weryfikacji poprawności montażu.

2. Rodzaje uziemień

Uziemieniem nazywa się celowo wykonane połączenie części urządzenia lub instalacji elektrycznej

z przedmiotem metalowym znajdującym się w ziemi, zwanym uziomem. W zależności od zadania speł-

nianego przez uziemienie, rozróżnia się uziemienia ochronne, robocze oraz odgromowe (funkcjonalne).

W zależności od elementów wykorzystywanych do budowy uziomów dzieli się je na naturalne

i sztuczne. Jako uziomy naturalne mogą być wykorzystywane: metalowe rury wodociągowe, elementy

metalowe osadzone w fundamentach, zbrojenia betonu znajdującego się w ziemi oraz inne elementy metalowe mające dobrą styczność z ziemią. Jako uziomy sztuczne mogą być wykorzystywane kształtowniki, pręty, druty, linki, płyty lub taśmy stalowe, pokryte przewodzącymi powłokami ochronnymi (antykorozyjnymi) pogrążone w gruncie poziomo (uziomy poziome) lub pionowo (uziomy pionowe).

Uziomy mogą być realizowane w postaci pojedynczych elementów poziomych lub pionowych (uziomy skupione) lub w postaci układu złożonego, składającego się z układu uziomów o zróżnicowanej konfiguracji (uziomy otokowe, kratowe, promieniowe). Uziomy w postaci układu złożonego są wykonywane w celu zapewnienia małej rezystancji uziemienia.
Przy wykonywaniu uziomów należy zwrócić uwagę na potencjały elektrochemiczne poszczególnych elementów systemu. Gdy system będzie się składał z połączenia uziomu fundamentowego naturalnego (stal w betonie) z uziomem sztucznym, znajdującym się na zewnątrz fundamentu, wykonanym ze stali ocynkowanej, to różnica potencjałów elektrochemicznych między tymi elementami będzie wynosiła około 1V. W wyniku tej różnicy będzie przepływał prąd powodujący korozję stali w gruncie. Uziomy o takiej konstrukcji nie mogą być stosowane a powinny być one wykonane ze stali pomiedziowanej, z miedzi lub

ze stali nierdzewnej.

3. Czynniki wpływające na jakość uziomu

Rezystancja uziemienia w zasadzie zależy od rezystywności gruntu. Oczywiste więc jest, że wykonanie dobrego uziemienia na terenach o dużej rezystywności (np. grunty piaszczyste, tereny leśne) jest trudne i wymaga zdecydowanie większych nakładów niż na terenach podmokłych o niskiej rezystywności gruntu. Pomiary rezystywności gruntu, w fazie projektowania uziemienia, są niezbędne dla optymalnego doboru elementów układu uziemiającego i głębokości ich pogrążenia w taki sposób, aby uzyskać zakładaną rezystancję uziemienia. Pozwala to na znaczne skrócenie czasu realizacji inwestycji oraz jej optymalizację pod kątem kosztów. W większości przypadków głębokość pogrążenia elementów uziomu wpływa na zmniejszenie jego rezystancji. Jednocześnie im głębiej pogrążony jest uziom tym większa jest stabilność rezystancji uziemienia w czasie jego eksploatacji ze względu na ograniczony wpływ czynników zewnętrznych (zmiany pór roku, deszcze).

Prawidłowo wykonane uziemienie powinno zapewnić:

• niską zakładaną wartość jego rezystancji (impedancji),

• jak najmniejszą zmienność rezystancji (impedancji) w czasie,

• maksymalną odporność elementów uziomu na korozję.
Czynniki wpływające na dokładność pomiarów

W czasie wykonywania pomiarów rezystancji uziemień dokonywany jest pomiar prądu płynącego przez mierzone uziemienie oraz spadek napięcia na tym uziemieniu. Z prawa Ohma obliczana jest wartość rezystancji uziemienia. Rezystancję uziomu mierzy się prądem przemiennym, ze względu na elektrolityczny charakter przewodności gruntu.

Wpływ prądów błądzących

Dokładność pomiaru rezystancji uziemień jest uzależniona od wielu czynników. Głównymi czynnikami powodującymi błędy pomiarów są prądy błądzące (o częstotliwości sieciowej oraz jej harmoniczne). W czasie pomiarów uziemień roboczych wskazane jest zastosowanie częstotliwości prądu pomiarowego możliwie bliskiej częstotliwości sieciowej ale różnej od częstotliwości 50 Hz i jej harmonicznych. Spełnienie tego warunku jest bardzo trudne w praktyce i powoduje to bardzo wysokie wymagania konstrukcyjne miernika. Jedynie najlepsi producenci potrafią spełnić ten warunek i oczywiście jest on spełniony we wszystkich miernikach Sonel S.A. Układy pomiarowe w tych przyrządach doskonale radzą sobie z prądami zakłócającymi w gruncie, o częstotliwości sieciowej jak i częstotliwościach harmonicznych. Mierniki MRU-200-GPS i MRU-200 posiadają funkcję analizy napięć zakłócających oraz automatyczny dobór właściwej częstotliwości pomiarowej dla zmierzonych prądów zakłócających. Prąd pomiarowy generowany w miernikach Sonel S.A. ma wartość powyżej 200mA (MRU-200, MRU-200-GPS, MRU-120), co w powiązaniu z rozbudowanym układem filtrującym zakłócenia daje najwyższą odporność na napięcia

zakłócające o amplitudzie do 24V AC (czyli 68V_p-p).

Wpływ elektrod pomocniczych

Rezystancja elektrod pomocniczych wpływa na błąd dodatkowy pomiaru. Im jest ona większa, tym większy jest wpływ na wynik pomiaru. Osoba wykonująca pomiary, znając wartość rezystancji elektrod pomocniczych, może interweniować w przypadku, kiedy wspomniana rezystancja jest zbyt wysoka i próbować ją zmniejszyć przez wbicie dłuższych elektrod, zwilżenie gruntu bądź wbicie ich w innym miejscu. Można też wykorzystać uziemienia już istniejące, jeśli takie występują np. metalowe słupy latarni itp. Fakt, iż przyrządy oferowane przez Sonel S.A. wskazują wartość rezystancji sond pomocniczych, wyliczają automatycznie ich wpływ na błąd dodatkowy oraz pozwalają na przeprowadzenie pomiarów nawet przy znacznych ich rezystancjach, stanowi o ich unikalności pośród wszystkich mierników do badania rezystancji uziemienia.

Wpływ nawilgocenia gruntu

Bardzo duży wpływ na wynik pomiaru rezystancji uziemienia ma stopień nawilgocenia gruntu. Pomiary wykonane po deszczu wskażą znacznie niższą wartość rezystancji uziemienia. Jeśli nie ma możliwości wykonania pomiarów w okresie w warunkach normalnego nawilgocenia, należy zastosować współczynniki korekcyjne. W zależności od aktualnego nawilgocenia gruntu oraz sposobu wykonania uziomu, wyniki pomiaru należy pomnożyć przez podany w tabeli 1 współczynnik Kp = 1,1 do 3. Współczynniki podane w tabeli umożliwiają korygowanie sezonowych zmian rezystancji uziemień.

Można przyjąć zasadę, że:

• dla pomiarów wykonywanych w okresie 2 do 3 dni po opadach,

• dla pomiarów wykonywanych od września do października (największe rezystancje uziomów w ciągu roku), nie trzeba stosować współczynników korekcyjnych.

4. Dokładność pomiarów a zakres pomiarowy miernika
Przyrządy, w zależności od mierzonych instalacji uziemiających, ich charakteru i właściwości, powinny być tak dobrane aby umożliwiały wykonanie pomiarów zgodnie z odpowiednimi częściami normy PN-EN 61557:

• PN-EN 61557- część 4 „Rezystancja przewodów uziemiających i wyrównawczych”

• PN-EN 61557- część 5 „Rezystancja uziemień”

Wymaga się aby pomiary nie były obarczone błędem całkowitym większym niż 30%. Najczęściej popełnianym błędem przez użytkowników jest posługiwanie się przyrządem poza jego zakresem pomiarowym. Prowadzi to do niedopuszczalnego uwzględniania wyników spoza zakresu do dokonywania oceny przydatności danego obiektu do eksploatacji. Zakres pomiarowy miernika podaje przedział pomiarowy, w którym błąd pomiarowy jest mniejszy od dopuszczalnego.

Bardzo często użytkownicy przyrządów nie zwracają uwagi na zakres pomiarowy, najczęściej patrząc na zakresy wyświetlane i rozdzielczość miernika. Często nie potrafią obliczyć błędu pomiaru na podstawie danych podanych przez producenta. Może się zdarzyć, że wykonane pomiary będą miały błąd większy od dopuszczalnego. Zakres pomiarowy miernika determinuje możliwości jego zastosowania. Obecnie producenci przyrządów pomiarowych mają obowiązek umieszczania na miernikach zakresów pomiarowych, przy uwzględnieniu dopuszczalnych wartości błędów podanych w normie PN-EN 61557. Dzięki nim można szybko dokonać porównania mierników i ocenić ich przydatność do różnych zastosowań.

Przykładowo dla pomiaru ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych miernikiem MRU-200 wartość wyświetlana jest z rozdzielczością 0,001 Ω z dokładnością dla zakresu 0,000…3,999 Ω ± (2%+4 cyfry), co daje zakres pomiarowy wg PN-EN 61557-4: 0,045 Ω…19,9 kΩ. Dla pomiaru rezystancji uziemień metodą 3- i 4-przewodową zakres pomiarowy wg PN-EN 61557-5: 0,100 Ω…19,9 kΩ. Oznacza to, że wyniki pomiarów mieszczące się w tych zakresach mają dokładność lepszą niż 30% i mogą być umieszczone w protokole. Możliwości pomiarowe mierników Sonel S.A. należą do najlepszych na świecie.

5. Metody pomiarowe stosowane w miernikach rezystancji uziemień

Pomiary rezystancji uziemień są wykonywane:

• metodą techniczną,

• metodą techniczną z wykorzystaniem cęgów dla pomiaru uziemień wielokrotnych,

• metodą dwucęgową dla pomiarów bez elektrod pomocniczych,

• metodą udarową.

W zależności od charakteru mierzonego uziemienia wykonuje się pomiary rezystancji uziemienia lub

pomiaru impedancji uziemienia wg normy PN-EN 62305. Pomiary rezystancji uziemienia dokonywane

są prądem pomiarowym o częstotliwości bliskiej częstotliwości sieciowej (np. dla uziemień roboczych).

Pomiary impedancji uziemienia dokonywane są prądem o kształcie odpowiadającym kształtowi pioruna

(dla uziemień odgromowych).

Sonel S.A. oferuje specjalizowane mierniki do pomiaru uziemień (seria MRU) oraz mierniki wielofunkcyjne (seria MPI) pozwalające na wykonywanie pomiarów różnymi metodami.

Wśród oferty Sonel S.A. do pomiarów uziemień wyróżniają się mierniki MRU-200-GPS, MRU-200

i MRU-120, które pozwalają na wykonywanie pomiarów większością znanych metod:

• metodą 2-przewodową (2p) -pomiar ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych,

• metodą 3-przewodową (3p) – pomiar rezystancji uziemień metodą techniczną,

• metodą 4-przewodową (4p) – pozwalającą na eliminację wpływu na wynik pomiaru rezystancji przewodu łączącego miernik z uziemieniem,

• metodą 3p z cęgami – pozwalającą na pomiar rezystancji uziemień wielokrotnych bez rozłączania

złącza kontrolnego,

• metodą dwucęgową – pozwalającą na pomiar rezystancji uziemień bez elektrod pomocniczych.

Mierniki posiadają funkcję pomiaru rezystywności gruntu. Dodatkowo mierniki MRU-200-GPS

i MRU-200 pozwalają również na pomiary metodą udarową – impedancji uziemienia wg wymagań normy

PN-EN 62305 dla pomiarów uziemień odgromowych oraz pomiary prądów upływowych (uszkodzeniowych) z wykorzystaniem cęgów.

Mierniki MRU-200 i MRU-120 pozwalają na wykonywanie pomiarów w sieciach o częstotliwości

nominalnej 50 Hz lub 60 Hz. Dodatkowo MRU-200 pozwala na pomiary dla częstotliwości 16 2/3 Hz

i 400 Hz. Wybór częstotliwości sygnału pomiarowego (125 Hz lub 150 Hz) może być dokonywany ręcznie

przez osobę wykonującą pomiary (dla mierników MRU-200 i MRU-120) lub automatycznie przez miernik

na podstawie analizy napięć zakłócających (dla MRU-200). Miernik MRU-200 ma najlepsze parametry

metrologiczne (zakres pomiarowy od 0,100 Ω, rozdzielczość pomiaru od 0,001 Ω).
Miernik MRU-200-GPS posiada wszystkie funkcje pomiarowe miernika MRU-200 oraz dodatkowo

z wykorzystaniem wbudowanego odbiornika GPS rejestruje dokładną pozycję mierzonego uziomu.
Miernik MRU-30 pozwala na wykonanie pomiarów poniższymi metodami:

• metodą 2p,

• metodą 3p,

• metodą 4p,

• metodą 3p z cęgami,

• metodą dwucęgową,

Dodatkowo możliwe są pomiary rezystywności gruntu. Miernik umożliwia pomiary w sieci o częstotliwości 50 Hz i 60Hz.

Fot. Miernik MRU-30

Miernik MRU-20 i MRU-21 umożliwia pomiary rezystancji uziemień:

• metodą 2p,

• metodą 3p przy rezystancji elektrod pomocniczych do 50 kΩ.

Dodatkowo możliwy jest pomiar ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych prądem 200 mA

z możliwością autozerowania rezystancji przewodów pomiarowych.

Wszystkie mierniki podczas pomiaru rezystancji uziemienia mierzą również rezystancje elektrod pomocniczych oraz analizują ich wpływ na wartość dodatkowego błędu. Mierzone jest również napięcie

zakłócające. Mierniki pozwalają na pomiar rezystancji uziemienia dla napięć zakłócających do 24 V.

Mierniki wielofunkcyjne MPI-530, MPI-530-IT pozwalają na wykonanie pomiarów rezystancji uziemienia następującymi metodami:

• metoda 3-przewodową (3p) – pomiar rezystancji metodą techniczną,
• metodą 4-przewodową (4p) – pozwalającą na eliminację wpływu na wynik pomiaru rezystancji przewodu łączącego miernik z uziemieniem,

• metodą 3p cęgami – pozwalającą na pomiar rezystancji uziemień wielokrotnych bez rozłączania

złącza kontrolnego,

• metodą dwucęgową – pozwalającą na pomiar rezystancji uziemień bez stosowania elektrod

pomocniczych.

Fot. Miernik Sonel MPI-530

Dodatkowo mierniki MPI-530 i MPI-530-IT pozwalają na pomiar rezystywności gruntu metodą Wennera. Mierniki MPI-525 i MPI-520 pozwalają na wykonywanie pomiarów rezystancji uziemienia najczęściej stosowaną metodą 3p.

Metoda 2p – pomiar ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych

Norma PN-EN 62305 wymaga sprawdzenia połączeń przewodów odprowadzających z uziomami. Sprawdzenia te są szczególnie ważne gdy nie są widoczne przewody uziemiające. Takie sprawdzenia wykonywane są zgodnie z normą PN-EN 61557- część 4 „Rezystancja przewodów uziemiających i przewodów wyrównawczych”. Zgodnie z tą normą minimalny prąd pomiarowy wynosi nie mniej niż 200 mA, a napięcie na rozwartych zaciskach ma być w zakresie 4…24 V. Warunki te są spełnione przy pomiarach wykonywanych miernikami MRU-200-GPS, MRU-200, MRU-120, MRU-30, MRU-20 i MRU-21 oraz miernikami serii MPI. Sposób pomiaru ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych przedstawiony jest na Rys.2. Miernik pozwala na zastosowanie przewodów o różnej długości. Aby ich rezystancja nie wpływała na wynik pomiaru można dokonać ich autokalibracji. W czasie autokalibracji mierzona jest rezystancja przewodów pomiarowych, w efekcie czego nie sumuje się ona z rezystancją mierzoną i wynik nie jest obarczony dodatkowym błędem.

Metoda 2p – pomiar rezystancji uziemień
Metoda 2p może być również stosowana do pomiaru rezystancji uziemień. W sytuacji, gdy znany jest

układ uziomów oraz dostępne jest uziemienie o znanej wartości rezystancji, wynik pomiaru będzie sumą

rezystancji uziemień: mierzonego uziemienia i tego o znanej wartości.

Metoda 3p (spadku potencjału)
Do pomiarów rezystancji uziemień najczęściej wykorzystywana jest metoda techniczna nazywana

często metodą spadku potencjału. Podczas pomiaru mierzy się spadek napięcia na uziemieniu i przepływający przez nie prąd, z prawa Ohma wyliczana jest rezystancja. Dla uziomu punktowego napięcie szybko maleje wraz ze wzrostem odległości.

Na Rys. 4 przedstawiono zasadę pomiaru rezystancji uziemień metodą techniczną. Mierzona jest rezystancja uziemienia RE. Aby dokonać pomiaru należy umieścić dwie dodatkowe elektrody pomocnicze:

• elektrodę H (tzw. elektroda prądowa) w celu umożliwienia wymuszenia przepływu prądu w obwodzie:

– uziom mierzony RE→ miernik→ elektroda prądowa H→ ziemia → uziom mierzony,

• elektrodę S (tzw. elektroda napięciowa) do pomiaru spadku napięcia na rezystancji mierzonego uziemienia w wyniku przepływającego prądu.

Elektrody umieszcza się w jednej linii. Elektrodę napięciową umieszcza się w połowie odległości między elektrodami. W tej metodzie ważnym jest rozmieszczenie elektrod pomocniczych tak, by występowało miejsce potencjału zerowego – wówczas będzie poprawnie mierzony spadek napięcia na uziemieniu. Im większy rozstaw między mierzonym uziemieniem a elektrodą prądową H, tym szerszy jest obszar występowania potencjału zerowego. Aby sprawdzić, czy miejsce wbicia elektrody napięciowej zostało wybrane poprawnie, należy wykonać dodatkowe dwa pomiary. Jeżeli po przestawieniu elektrody napię-

ciowej w kierunku mierzonego uziemienia i w kierunku elektrody prądowej (najczęściej o kilka metrów) różnica między wynikami będzie nieznaczna, należy uznać, że właściwie wybrano miejsca rozstawienia elektrod. Średnia arytmetyczna trzech wyników jest zmierzoną wartością rezystancji uziemienia.

Gdy po przestawieniu elektrod wyniki będą się znacznie różniły od siebie, należy przesunąć miejsce

elektrod (najczęściej w kierunku elektrody prądowej H) lub zwiększyć odległość między elektrodami.

Jeśli to również nie pomoże, należy rozmieścić elektrody w innym kierunku. Powodem problemów z pomiarami uziemień mogą być np. rury wodociągowe w ziemi (przepływ prądu przez metaliczne połączenia). W praktyce najczęściej wykorzystuje się całą długość przewodów pomiarowych (w przypadku miernika MRU-200 będzie to 50m dla elektrody prądowej i 25m dla elektrody napięciowej). Sposób pomiaru rezystancji uziemienia metodą 3p przedstawia Rys.5. Dla pomiaru uziomów rozległych wymagane są znaczne długości przewodów pomiarowych. W takich przypadkach stosowane jest łączenie przewodów pomiarowych na szpulach (szpule są przystosowane do łączenia). W przypadku pomiarów uziemień wielokrotnych należy rozłączyć złącze kontrolne. W przeciwnym wypadku pomiar będzie rezystancją wypadkową całego systemu.
UWAGA–Przed rozłączeniem złącza kontrolnego należy sprawdzić za pomocą miernika cęgowego czy przez to złącze nie płynie prąd. W takim przypadku rozłączenie złącza stanowi zagrożenie zarówno dla osoby wykonującej pomiary jak też dla innych użytkowników instalacji!

Zalecane odległości między elektrodami pomocniczymi przy pomiarach rezystancji uziemienia zawiera Tabela 5.

Bardzo pomocne jest dołączanie do protokołu z pomiaru uziemień szkicu rozstawienia elektrod pomocniczych. Pozwala to na wykonywanie kolejnych pomiarów w tych samych warunkach. Szczególnie

jest to istotne w przypadku uziomów rozległych.

Metoda czteroprzewodowa (4p)
Metoda czteroprzewodowa (4p) stosowana jest do pomiaru uziemień, gdy wymagana jest wysoka

dokładność pomiarów. W metodzie 3p wyświetlana wartość jest sumą mierzonej rezystancji uziemienia

oraz przewodu pomiarowego, między zaciskiem E miernika i mierzonym uziomem. W metodzie 4p zastosowanie kolejnego, czwartego przewodu, podłączonego między zaciskiem ES miernika a mierzonym

uziomem, eliminuje wpływ rezystancji przewodu pomiarowego. Podobnie jak w metodzie 3p, konieczne

jest rozłączenie złącza kontrolnego (w przeciwnym wypadku zmierzona zostanie rezystancja uziemienia

całego systemu uziemień). Sposób wykonywania pomiarów rezystancji uziemienia metodą czteroprzewodową (4p) przedstawia Rys. 6.
Metoda 3p z wykorzystaniem cęgów
Często w praktyce pomiarowej konieczne jest wykonanie pomiaru rezystancji uziemień wielokrotnych, gdy nie ma możliwości rozłączenia złącza kontrolnego. Taką sytuację można spotkać przy pomiarach obiektów zagrożonych pożarem lub wybuchem. Jedyną możliwością wykonania pomiaru jest zastosowanie metody 3p z cęgami. Metoda ta jest chętnie stosowana, gdyż znacznie przyspiesza wykonywanie pomiarów (brak konieczności rozłączania złącza kontrolnego). Dodatkowo nie rozłączając złącza kontrolnego, nie stwarza się dodatkowego zagrożenia dla osoby wykonującej pomiary i innych użytkowników instalacji. W tej metodzie stosuje się dwie elektrody pomocnicze, identycznie jak w metodzie 3p. Ponieważ złącze kontrolne nie jest rozwarte, prąd pomiarowy z zacisku E miernika płynie zarówno przez mierzone

uziemienie jak i przez pozostałe uziemienia. Aby określić prąd płynący przez mierzone uziemienie, wykorzystywane są cęgi pomiarowe. Przed pomiarem rezystancji uziemienia cęgi mierzą prąd płynący przez uziom. Na podstawie zmierzonego spadku napięcia na mierzonym uziomie i wartości zmierzonego prądu, wyliczana jest wartość rezystancji uziemienia. Podczas wykonywania pomiaru należy zwrócić uwagę na miejsce podłączenia cęgów. Powinny one być założone poniżej podłączenia przewodu E. W czasie pomiaru tylko część generowanego prądu przepływa przez mierzony uziom. Pozostała część prądu pomiarowego płynie przez resztę układu uziomów. Aby zapewnić najwyższą dokładność pomiaru, stosowane cęgi muszą być najwyższej klasy. Osiągnięty zakres pomiarowy dla miernika MRU-200 to 0,120 Ω…1,99 kΩ. Sposób wykonania pomiarów metodą 3p z wykorzystaniem cęgów przedstawiono na Rys.7

Metoda 3p z adapterem ERP-1
ERP-1 jest to adapter, który wraz z cęgami elastycznymi (cewką Rogowskiego) znajduje zastosowanie m.in. w pomiarach rezystancji uziemień słupów energetycznych wysokiego i niskiego napięcia. Do współpracy z przystawką ERP-1 przystosowane zostały trzy modele mierników rezystancji uziemienia- MRU-200, MRU-200-GPS oraz MRU-120. Wykorzystanie przystawki ERP-1 konieczne jest przy pomiarach rezystancji uziemień bez rozpinania złącz kontrolnych w miejscach, gdzie budowa uziemienia uniemożliwia zastosowanie cęgów z rdzeniem stałym (C-3) lub spowoduje powstanie dodatkowych, niepożądanych

błędów. Na rysunku 8 przedstawiono pomiar słupa niskiego napięcia z zastosowaniem cęgów C-3. W tym przypadku wynik pomiaru będzie większy od rzeczywistej rezystancji badanego stanowiska. Powodem tego jest przepływ części prądu pomiarowego poprzez sam słup, który zbudowany jest ze zbrojonego betonu, bedącego [umiarkowanym] przewodnikiem. Podczas pomiaru cęgi zmierzą prąd płynący tylko przez bednarkę, jednak miernik będzie „widział” spadek napięcia dla sumy wszystkich prądów. Rozwiązaniem tego problemu jest zmierzenie całkowitego prądu płynącego przez układ poprzez objęcia całego słupa cęgami elastycznymi, jak to przedstawiono na rysunku 9. Obecnie do budowy napowietrznych stacji transformatorowych wykorzystuje się najczęściej podwójne słupy wirowane. Dokładny pomiar rezystancji uziemienia takiej stacji bez jej wyłączenia jest w praktyce niemożliwy. Jednak również w tym przypadku z pomocą przychodzi przystawka ERP-1, która w połączeniu z cęgami elastycznymi pozwala na wykonanie tego pomiaru, jak przedstawiono to na rys. 10. Największa innowacją, którą wprowadza przystawka ERP-1 jest diagnostyka uziemień słupów kratowych metodą techniczną bez rozpinania złącz kontrolnych (wyłączania linii przesyłowej), nieosiągalna do tej pory metodą jednocęgową. Pomiar taki wykonujemy wybierając w mierniku procedurę z zastosowaniem ERP-1, następnie określamy ilość nóg słupa i wykonujemy kolejno pomiary dla każdej nogi słupa. Należy pamiętać, aby wraz z przekładaniem cęgów na kolejne nogi nie przepinać złącza wymuszającego przepływ prądu „E”. W tak wykonanej procedurze pomiarowej w wyniku otrzymamy rezystancję uziemiania całego stanowiska (całego słupa). Należy podkreślić, że dla takiej metody jest sprawdzany kierunek prądu dla poszczególnych pomiarów

(nóg), dlatego przepinając cęgi należy zachować właściwy kierunek (ułatwia to strzałka umieszczona na złączu cęgów). Ta cecha sprawia, że miernik potraf rozpoznać uszkodzenie polegające na oberwaniu (lub całkowitym przekorodowaniu) bednarki przyłączonej do otoku mierzonego słupa. Jest to cecha unikalna,

niewystępująca w żadnym innym mierniku dostępnym na rynku.
–

Fot. Pomiar uziemienia cęgami elastycznymi FS-2 i przystawką ERP-1

Metoda dwucęgowa
Od długiego czasu pomiary rezystancji uziemień w terenach zurbanizowanych sprawiały ogromne

problemy. Aby wykonać pomiar rezystancji uziemień należy wygenerować prąd a potem na podstawie spadku napięcia obliczyć wartość rezystancji. W centrum miasta, gdzie zabudowa jest bardzo zwarta, często nie ma żadnej możliwości wbicia elektrod pomocniczych. W takich warunkach można zastosować metodę dwucęgową. Zasadę pomiaru metodą dwucęgową przedstawiono na Rys.12. Celem pomiaru jest zmierzenie rezystancji uziemienia RE1. Do tego uziemienia są dołączone inne uziemienia o rezystancjach RE2, RE3…RE6. W tej metodzie wykorzystuje się cęgi nadawcze (N-1) oraz cęgi odbiorcze (C-3). Cęgi nadawcze służą do wygenerowania napięcia w obwodzie. Prąd płynący w obwodzie jest uzależniony od wartości rezystancji obwodu – im mniejsza wartość rezystancji, tym większy będzie prąd. Cęgi odbiorcze mierzą płynący w obwodzie prąd.

Na tej podstawie wyliczana jest wartość rezystancji uziemienia. Aby pomiar metodą dwucęgową był możliwy, musi być zamknięty obwód dla przepływu prądu. Z tego wynika, że nie jest możliwy pomiar pojedynczego uziemienia- rozwartego

obwodu. Żeby dokonać pomiaru, należy pojedynczy uziom podłączyć

do innego.

System uziomów z Rys. 12 zastąpiono schematem zastępczym, przedstawionym na Rys. 13

Na schemacie zastępczym jest widoczna wyświetlona wartość rezystancji uziemienia RE.

Jak wynika z poniższego wzoru, wyświetlana wartość składa się z mierzonego uziemienia RE1 oraz wypadkowej równoległego połączenia pozostałych uziemień. Z tego wynika, że otrzymana wartość rezystancji uziemienia będzie zawyżona (dodatni błąd pomiaru). Jest to błąd metody. Ponieważ rezystancja wypadkowa dla równoległego połączenia pozostałych uziomów (czyli błąd pomiaru) będzie tym mniejsza, im więcej będzie tych dodatkowych uziomów, dlatego zaleca się wykonywanie pomiarów tą metodą w systemach o wielu uziemieniach.
Przykład

Mierząc rezystancję uziomu jak na Rys. 12 o wartości RE1=10 Ω, wraz z uziomami RE2 = RE3 = RE4 = RE5 = RE6 = 10 Ω, wyświetlona wartość przez miernik będzie wynosiła RE=10 Ω + 2 Ω = 12 Ω. Z tego wynika, że pomiar jest obarczony dodatnim błędem metody o wartości 2 Ω.

Ponieważ uziemienia robocze pracują przy częstotliwości sieciowej 50 Hz, wskazane jest wykonanie pomiarów sygnałem o częstotliwości możliwie bliskiej 50 Hz. Tak to jest realizowane w miernikach Sonel S.A. (MRU-200-GPS, MRU-200, MRU-120, MPI-530) – dla częstotliwości sieciowej 50 Hz pomiar

wykonywany jest prądem o częstotliwości 125 Hz. Wiąże się to z rozbudowanym układem elektronicznym miernika, ale pomiary te najlepiej odpowiadają wynikom dla częstotliwości 50 Hz. Dodatkowo ważna jest średnica wewnętrzna cęgów, by można było wykonywać pomiary rezystancji uziemień np. na bednarce. Dla cęgów N-1 i C-3 średnica wewnętrzna wynosi 52 mm (2 cale). Sposób wykonywania pomiarów metodą dwucęgową przedstawiono na Rys. 10. Przy pomiarach metodą dwucęgową nie jest istotne, czy cęgi nadawcze znajdują się na górze czy na dole. Ważna jest natomiast odległość między cęgami, aby nie było wpływu cęgów nadawczych na cęgi odbiorcze. Zalecana odległość to minimum 30 cm. Metoda dwucęgowa znajduje zastosowanie przy pomiarze ciągłości uziemienia otokowego.

W takim przypadku rezystancję uziemienia otoku można wykonać np. metodą 3-przewodową, przy

zachowaniu zasad dotyczących rozmieszczenia elektrod pomocniczych (Tabela 5). Następnie należy

sprawdzić ciągłość połączeń przewodów odprowadzających do otoku. Do tego sprawdzenia doskonale nadaje się metoda dwucęgowa. Na każdy przewód odprowadzający zakłada się cęgi nadawcze i odbiorcze. W przypadku ciągłości połączenia zmierzona rezystancja będzie bardzo mała.