Pomiar rezystancji uziemienia ma na celu określenie największej spodziewanej wartości uziemienia celem sprawdzenia czy zostały spełnione warunki ochrony przeciwporażeniowej, przeciwprzepięciowej i odgromowej w kontekście obowiązujących wymagań technicznych.

Testery i mierniki rezystancji uziemienia, Fot. FlukeFot. Fluke

Sięgając do nieco podręcznikowej wiedzy warto przypomnieć, że uziemienie to przewód łączący naelektryzowane ciało z ziemią. Tym sposobem odpowiednia ilość ładunków jest oddawana i przyjmowana, a następnie ulega zobojętnieniu. Istotną rolę odgrywają połączenia określonego punktu obwodu elektrycznego z ziemią dla uzyskania bezpiecznej i prawidłowej pracy urządzeń i instalacji elektrycznych. Na typowe uziemienie składa się kilka elementów, czyli uziom lub uziomy, tworzące układ uziomowy, a także przewody uziomowe i łączące, zacisk uziomowy probierczy i przewód uziemiający główny, czyli tzw. szyna uziemiająca. Nie bez znaczenia pozostają również przewody uziemiające.

W praktyce wyróżnia się kilka rodzajów uziemień. Przede wszystkim należy podkreślić znaczenie uziemienia ochronnego. Są to bowiem połączenia 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.

Fot. 1. Proste mierniki, dzięki którym jest możliwy pomiar uziemień są w stanie przeprowadzić badanie metodą techniczną. Jest również możliwe wykonanie pomiaru ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych, Fot. FlukeFot. 1. Proste mierniki, dzięki którym jest możliwy pomiar uziemień są w stanie przeprowadzić badanie metodą techniczną. Jest również możliwe wykonanie pomiaru ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych
Fot. Fluke

Nie bez znaczenia pozostają również uziemienia robocze. Są to uziemienia określonego punktu obwodu elektrycznego dla zapewnienia prawidłowej pracy urządzeń elektrycznych zarówno w warunkach zwykłych jak i zakłóceniowych. Uziemienia robocze mają za zadanie zapewnienie ochrony sieci niskiego napięcia przed skutkami przeniesienia się na nią wyższego napięcia. Stąd też uziemienia tego typu najczęściej znajdują zastosowanie w instalacjach i urządzeniach elektrycznych, które są połączone bezpośrednio z siecią rozdzielczą. Zastosowanie obejmuje urządzenia zasilane przez transformator lub przetwornicę z układu o napięciu wyższym niż 1 kV.

Rodzajem uziemień są również uziemienia odgromowe służące do odprowadzenia do ziemi udarowych prądów wyładowań atmosferycznych. Kluczową rolę odgrywają przy tym uziemienia pomocnicze stosowane w celach ochrony przeciwporażeniowej oraz w układach pomiarowych i zabezpieczających.

Fot. 2. Nieco bardziej zaawansowane modele pozwalają na pomiar uziemień metodą techniczną (3p, 4p). Fot. SonelFot. 2. Nieco bardziej zaawansowane modele pozwalają na pomiar uziemień metodą techniczną (3p, 4p).
Fot. Sonel

Uziom jest metalową elektrodą, którą umieszcza się w wilgotnej warstwie gruntu, zapewniającej połączenie przedmiotów uziemianych i gruntu o możliwie małej rezystancji. W praktyce uziomy bardzo często przybierają formę elementów metalowych takich jak pręty, rury czy też płyty nieizolowane. Montuje się je w ziemi i używa na potrzeby uziemienia. Elektroinstalatorzy odróżniają uziomy proste od pojedynczych. Z kolei uziomy, które składają się z połączonych ze sobą w ziemi lub nad ziemią dwóch lub większej ilości uziomów prostych tworzą układy uziomowe lub uziomy wielokrotne. Elementy proste w układzie uziomowym są do siebie równoległe, prostopadłe lub tworzą kąty ostre (zwykle nie mniejsze niż 60º).

Ważny podział uziomów dzieli je na sztuczne i naturalne. Uziomy o charakterze sztucznym mogą przybrać postać elementów pionowych (rur, prętów), poziomych (taśmy stalowej) oraz płytowych (blacha). Kluczową rolę odgrywają również uziomy naturalne, czyli zbrojenia, rury wodociągowe czy też ołowiane powłoki i metalowe płaszcze kabli.

Testery uziemienia

Za najprostsze przyrządy do pomiaru rezystancji uziemienia uznaje się testery. Niektóre modele zaprojektowano z myślą o kontrolowaniu uziemień autocystern, cystern kolejowych, statków i samolotów podczas załadunku oraz tankowania. Warto podkreślić, że podczas ładowania paliw lub innych cieczy nie przewodzących do lub z pojazdów przeznaczonych do przewożenia paliw, odpowiednie uziemienie odgrywa istotną rolę. To właśnie dzięki niemu zyskuje się odprowadzenie ładunków elektrostatycznych, a co za tym idzie, zapobieganie ewentualnemu generowaniu iskier, stanowiących podstawową przyczynę wybuchu. Podstawę w zakresie testerów uziemienia stanowią modele przeznaczone do uziemienia autocystern i cystern kolejowych. Specjalne testery nabyć można z myślą o kontrolowaniu uziemienia wyłącznie w cysternach kolejowych lub autocysternach. Odpowiednie urządzenia przeznaczone są do oscylatorów zewnętrznych.

Fot. 3. W niektórych modelach pomiar jest przeprowadzany prądem o częstotliwości 125 Hz, dzięki czemu zyskuje się wysoki poziom odporności na zakłócenia pochodzące od sieci elektroenergetycznej. Fot SonelFot. 3. W niektórych modelach pomiar jest przeprowadzany prądem o częstotliwości 125 Hz, dzięki czemu zyskuje się wysoki poziom odporności na zakłócenia pochodzące od sieci elektroenergetycznej.
Fot. Sonel

Istotną cechą testerów jest zastosowanie obudowy przeciwwybuchowej oraz możliwość zasilania napięciem o różnych parametrach (24 V AC, 115 V AC, 230 V AC i 24 V DC). W niektórych modelach przewidziano obudowę o wysokim stopniu ochrony wynoszącym IP 65. Dzięki beznapięciowym stykom przełącznym jest możliwe podłączenie obwodów iskrobezpiecznych, przeznaczonych do systemów sterowania. Oscylator działa jako pojemnościowy detektor poziomu impedancji i wykrywa wartość progową oporności pętli uziemienia. Wartości graniczne mogą być ustawianie również podczas pracy urządzenia.

Fot. 4. Przydatne rozwiązanie stanowi pomiar metodą dwucęgową, a w niektórych sytuacjach pomiar bez konieczności stosowania sond pomocniczych, wbijanych do gruntu. Fot. FlukeFot. 4. Przydatne rozwiązanie stanowi pomiar metodą dwucęgową, a w niektórych sytuacjach pomiar bez konieczności stosowania sond pomocniczych, wbijanych do gruntu.
Fot. Fluke

Proste…

Proste mierniki, dzięki którym jest możliwy pomiar uziemień są w stanie przeprowadzić badanie metodą techniczną. Jest również możliwe wykonanie pomiaru ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych. Pomiar rezystancji uziemień jest przeprowadzany przy użyciu elektrod pomocniczych metodą 3p. Przy pomocy sond pomocniczych pomiar można przeprowadzić do maksymalnie 50 kΩ. Pomiar rezystancji jest przeprowadzany metodą 2p. W niektórych modelach przewidziano pomiar ciągłości połączeń wyrównawczych i ochronnych prądem 200 mA z funkcją autozerowania. Dodatkowo można przeprowadzić pomiar rezystancji elektrod pomocniczych i napięcia zakłócającego. Jest również możliwe wykonanie pomiaru w obecności napięć zakłócających sieci. Napięcie pomiarowe wybiera się pomiędzy 25 V a 50 V.

Fot. 5. Na rynku nabyć można przyrządy przeznaczone do pomiarów uziemień w energetyce, w których zakres pomiarowy, zgodnie z normą PN-EN 61557, wynosi od 0,30 Ω. Fot. FlukeFot. 5. Na rynku nabyć można przyrządy przeznaczone do pomiarów uziemień w energetyce, w których zakres pomiarowy, zgodnie z normą PN-EN 61557, wynosi od 0,30 Ω.
Fot. Fluke
Fot. 6. Dużym uznaniem cieszą się mierniki zaawansowane. W niektórych urządzeniach tego typu przewidziano wszystkie znane metody pomiaru rezystancji uziemień. Fot. SonelFot. 6. Dużym uznaniem cieszą się mierniki zaawansowane. W niektórych urządzeniach tego typu przewidziano wszystkie znane metody pomiaru rezystancji uziemień.
Fot. Sonel

…i zaawansowane

Nieco bardziej zaawansowane modele pozwalają na pomiar uziemień metodą techniczną (3p, 4p). W niektórych modelach pomiar jest przeprowadzany prądem o częstotliwości 125 Hz dzięki czemu zyskuje się wysoki poziom odporności na zakłócenia pochodzące od sieci elektroenergetycznej. Niejednokrotnie przewiduje się możliwość pomiaru rezystywności gruntu i niskich rezystancji. Przydatne rozwiązanie stanowi pomiar metodą dwucęgową, a w niektórych sytuacjach pomiar bez konieczności stosowania sond pomocniczych wbijanych do gruntu. Na rynku nabyć można przyrządy przeznaczone do pomiarów uziemień w energetyce, w których zakres pomiarowy, zgodnie z normą PN-EN 61557, wynosi od 0,30 Ω.

Dużym uznaniem cieszą się mierniki zaawansowane. W niektórych urządzeniach tego typu przewidziano wszystkie znane metody pomiaru rezystancji uziemień. Stąd też badania mogą być przeprowadzane metodą techniczną również z użyciem dodatkowych cęgów (uziemienia wielokrotne). Istnieje możliwość wykonania pomiaru metodą dwucęgową oraz udarową. Dzięki metodzie dwucęgowej zyskuje się możliwość wykonania pomiarów rezystancji uziemień bez konieczności stosowania sond pomocniczych wbijanych do gruntu. Metodę udarową stosuje się przy diagnozowaniu uziemień odgromowych oraz przy pomiarach uziemień rozległych, wielokrotnych, które są połączone pod ziemią, bez konieczności ingerowania w obwód. Podkreśla się możliwość zastosowania przy pomiarze metody udarowej. Należy zwrócić uwagę, że pozwala ona na wykonanie pomiarów zgodnie z normą PN-EN 62305 – konieczność pomiaru impedancji uziemienia.

Fot. 7. Dużą popularnością wśród elektryków cieszą się wielofunkcyjne mierniki instalacji elektrycznych. Pomimo tego, że cechują się one niewielkimi rozmiarami pozwalają na pomiar podstawowych parametrów.Fot. 7. Dużą popularnością wśród elektryków cieszą się wielofunkcyjne mierniki instalacji elektrycznych. Pomimo tego, że cechują się one niewielkimi rozmiarami pozwalają na pomiar podstawowych parametrów.

Przyrządy kompleksowe

Dużą popularnością wśród elektryków cieszą się wielofunkcyjne mierniki instalacji elektrycznych. Pomimo tego, że cechują się one niewielkimi rozmiarami pozwalają na pomiar podstawowych parametrów instalacji elektrycznych. O funkcjonalności przyrządów tego typu decyduje możliwość przeprowadzenia pomiarów wielkości elektrycznych takich jak impedancja pętli zwarciowej, parametry wyłączników RCD, rezystancja izolacji, rezystancja uziemienia, ciągłość połączeń ochronnych i wyrównawczych.

Niektóre modele pozwalają na precyzyjny pomiar impedancji pętli zwarcia obwodów L-PE w sieciach z wyłącznikami RCD bez konieczności blokowania wyłącznika (pomiar prądem 15 mA, rozdzielczość 0,01). Na rynku nabyć można również modele, dzięki którym użytkownik zyskuje możliwość rejestrowania napięć przemiennych, a także pomiaru mocy oraz sprawdzenia kolejności faz. W sposób automatyczny zmieniany jest zakres pomiarowy a w obwodzie mierzonym rozładowana jest pojemność. Z pewnością przydatna okaże się pamięć wyników pomiarów, pozwalająca na przechowywanie nawet do 1000 wartości. Warto podkreślić, że wszystkie zarejestrowane pomiary można przeglądać. Niektóre modele wyposażone są w funkcję Live Circuit, która pozwala na informowanie o obecności napięcia w obwodzie. Ewentualne nieprawidłowe połączenia są sygnalizowane.

Interesujące rozwiązania stanowią mierniki wielofunkcyjne, które realizują również funkcje analizatora jakości zasilania. Z pewnością przydatne okażą się bowiem funkcje związane z pomiarem oraz rejestrowaniem napięć, prądów, mocy czynnej, biernej i pozornej oraz harmonicznych napięć i prądów, a także anomalii napięciowych. Urządzenia tego typu pracować mogą jako tradycyjny miernik oraz realizować funkcje tradycyjnego oscyloskopu lub analizatora harmonicznych. Przydatny może okazać się również pomiar wskaźnika THD napięć i prądów dla wszystkich faz. Dzięki dodatkowym przystawkom istnieje możliwość pomiaru temperatury i wilgotności, a także natężenia oświetlenia.

Fot. 8. Niektóre modele przyrządów pozwalają na precyzyjny pomiar impedancji pętli zwarcia obwodów L-PE w sieciach z wyłącznikami RCD bez konieczności blokowania wyłącznika (pomiar prądem 15 mA, rozdzielczość 0,01). Fot. FlukeFot. 8. Niektóre modele przyrządów pozwalają na precyzyjny pomiar impedancji pętli zwarcia obwodów L-PE w sieciach z wyłącznikami RCD bez konieczności blokowania wyłącznika (pomiar prądem 15 mA, rozdzielczość 0,01).
Fot. Fluke

Podsumowanie

Najprostsze mierniki pozwalają na pomiar uziemień metodą techniczną oraz na ocenę ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych. Jako zalety przyrządów tego typu wymienia się przede wszystkim prostą obsługę, wysoką odporność na zakłócenia oraz dokładność pomiaru. Typowy miernik pozwala na pomiar rezystancji uziemień z wykorzystaniem elektrod pomocniczych metodą 3p, rezystancji sond pomocniczych do 50 kΩ, rezystancji 2p oraz ciągłości połączeń wyrównawczych i ochronnych prądem 200 mA. Dodatkowo niektóre modele są w stanie mierzyć rezystancję elektrod pomocniczych i napięcie zakłócające. Nie bez znaczenia pozostaje również pomiar w obecności napięć zakłócających sieci.

W bardziej zaawansowanych przyrządach przewiduje się wszystkie znane metody pomiaru rezystancji uziemień. Badania mogą być wykonywane metodą techniczną (3p, 4p), również z użyciem dodatkowych cęgów (uziemienia wielokrotne), a także metodą dwucęgową oraz udarową (pomiar impedancji uziemienia).

 
Robert Olkiewicz Area Sales Manager Fluke Polska

International Electrical Testing Association zaleca testowanie elektrody uziemiającej co trzy lata. Jakie są najważniejsze metody testowania?

Uziemienie pełni kluczową rolę w zabezpieczeniu obwodów elektrycznych – stanowi element ochrony przeciwporażeniowej, chroni przed skutkami zakłóceń oraz wyładowań atmosferycznych, a także zapewnia poprawną pracę urządzeń elektrycznych w warunkach normalnych.

Najważniejszą częścią układu jest uziom – elektroda umieszczona w gruncie o możliwie jak najmniejszej rezystancji. Aby połączenie z uziemieniem było prawidłowe, w międzynarodowych oraz lokalnych normach elektrycznych i technicznych często podawana jest minimalna impedancja elektrody uziemiającej. IETA zaleca by dokonywać pomiarów co trzy lata by zachować sprawność układu.

Prawidłowo wykonane pomiary parametrów uziemień zapewniają bezpieczeństwo obsługi oraz poprawną pracę urządzeń elektrycznych i elektronicznych we wszystkich obiektach wyposażonych w uziemienia robocze i ochronne, oraz tych, które narażone są na oddziaływanie wyładowań atmosferycznych. Celem pomiarów jest sprawdzenie, czy uziom spełnia wymagania aktów prawnych dotyczących: ochrony odgromowej, przeciwporażeniowej i przeciwprzepięciowej.

Metody pomiarów uziomów to:
1. Trzy- i czterobiegunowy pomiar rezystywności gruntu,
2. Dwubiegunowy pomiar rezystancji zmiennoprądowej,
3. Dwu- i czterobiegunowy pomiar rezystancji stałoprądowej,
4. Pomiar selektywny, nie wymaga odłączenia przewodu uziemienia (pojedyncze cęgi),
5. Pomiar bezelektrodowy, szybkie sprawdzenie pętli uziemienia (podwójne cęgi).

Doskonałym rozwiązaniem do testowania uziemień są Fluke 1623 i 1625.

Damian Żabicki