Lekcja 5. Pomiary rezystancji uziemienia i rezystywności gruntu

Wstęp

W poprzedniej lekcji omówiono pomiary małych rezystancji, czyli pomiary wartości, które mogą mieć duże znaczenie dla bezpieczeństwa i niezawodności połączeń elektrycznych. W tej lekcji przechodzimy do pomiarów związanych z układami uziemiającymi oraz oceną ich właściwości elektrycznych.

Rezystancja uziemienia i rezystywność gruntu są wielkościami, które pozwalają ocenić, czy układ uziemiający może skutecznie spełniać swoją funkcję. Pomiary te mają znaczenie zarówno w instalacjach niskiego napięcia, jak i w obiektach elektroenergetycznych, takich jak słupy, stacje, rozdzielnie, instalacje odgromowe czy konstrukcje wsporcze urządzeń.

W tej lekcji wykorzystano przykład stanowiska pomiarowego, na którym wykonywane są pomiary rezystywności gruntu, pomiary rezystancji uziemienia modelu słupa WN oraz pomiary rezystancji uziemienia konstrukcji paneli fotowoltaicznych. Materiał stanowi przygotowanie teoretyczne do wykonania ćwiczeń pomiarowych oraz opracowania wyników w tabelach i protokole.

Rysunek 1. Zakres pomiarów rezystancji uziemienia i rezystywności gruntu

Cele lekcji

Osoba ucząca się:

• wyjaśnia, po co wykonuje się pomiary rezystancji uziemienia,
• rozróżnia podstawowe rodzaje uziemień ze względu na funkcję i sposób wykonania,
• wyjaśnia pojęcie rezystywności gruntu,
• wskazuje czynniki wpływające na wynik pomiaru rezystywności gruntu,
• opisuje zasadę pomiaru rezystywności gruntu metodą Wennera,
• opisuje zasadę pomiaru rezystancji uziemienia metodą techniczną 3P i 4P,
• wyjaśnia znaczenie strefy potencjału zerowego,
• uwzględnia wpływ warunków sezonowych na wynik pomiaru rezystancji uziemienia,
• zapisuje wyniki pomiarów w tabelach,
• formułuje prosty wniosek techniczny na podstawie wyników pomiarów.

1. Uziemienia w instalacjach elektrycznych

Uziemienie jest jednym z ważnych elementów instalacji elektrycznej wpływających na bezpieczeństwo użytkowania obiektu. W najprostszym ujęciu polega ono na połączeniu wybranych części instalacji lub urządzeń z ziemią za pomocą odpowiednich przewodów i elementów metalowych umieszczonych w gruncie.

Zadaniem uziemienia jest umożliwienie odpływu prądów do ziemi oraz ograniczenie niebezpiecznych różnic potencjałów. Dzięki temu uziemienie wspomaga działanie ochrony przeciwporażeniowej, ogranicza skutki uszkodzeń instalacji, przepięć oraz wyładowań atmosferycznych.

Uziemienia wykonuje się między innymi po to, aby:

• zapewnić warunki do prawidłowego działania ochrony przeciwporażeniowej,
• umożliwić odpływ prądów uszkodzeniowych do ziemi,
• ograniczyć niebezpieczne różnice potencjałów,
• wyrównać potencjały części przewodzących w budynku,
• zapewnić poprawną pracę instalacji odgromowej,
• poprawić bezpieczeństwo urządzeń elektrycznych i użytkowników instalacji.

Rola uziemienia nie ogranicza się więc wyłącznie do „wbicia przewodu w ziemię”. Uziemienie jest układem technicznym, który musi być wykonany w sposób trwały, przewodzący i odporny na warunki środowiskowe. Ważne są zarówno elementy znajdujące się w ziemi, jak i połączenia prowadzone do rozdzielnicy, instalacji odgromowej, przewodów ochronnych oraz połączeń wyrównawczych.

Grunt jako część układu uziemiającego
Skuteczność uziemienia zależy nie tylko od rodzaju zastosowanego uziomu, ale również od właściwości gruntu. Grunt ma zwykle znacznie większą rezystywność niż metale, dlatego nie przewodzi prądu tak dobrze jak przewód miedziany lub stalowy.

Na przewodzenie prądu w gruncie wpływają przede wszystkim:

• rodzaj gruntu,
• jego wilgotność,
• temperatura,
• zawartość soli mineralnych,
• stopień zagęszczenia,
• głębokość ułożenia lub pogrążenia uziomu.

Woda znajdująca się w gruncie ma duże znaczenie dla przewodzenia prądu. Przesuszony grunt przewodzi znacznie gorzej niż grunt wilgotny. Również grunt zamarznięty może powodować wzrost rezystancji uziemienia. Z tego powodu wynik pomiaru rezystancji uziemienia może zmieniać się w zależności od pory roku i warunków pogodowych.

Nie oznacza to jednak, że uziomy można wykonywać w dowolnych miejscach, na przykład w ciekach wodnych lub studniach. Takie rozwiązania są niewłaściwe i niebezpieczne. Mogą powodować zagrożenie porażeniowe oraz przyspieszoną korozję elementów metalowych.

Uziom jako element uziemienia
Element umieszczony w ziemi, którego zadaniem jest zapewnienie połączenia elektrycznego z gruntem, nazywa się uziomem. Uziom może być wykonany na różne sposoby, w zależności od rodzaju obiektu, warunków gruntowych i wymagań instalacji.

Uziemienia można podzielić według funkcji, jaką pełnią, oraz według sposobu wykonania.

Ze względu na funkcję wyróżnia się między innymi:

• uziomy ochronne,
• uziomy robocze,
• uziomy odgromowe.

Uziom ochronny służy do realizacji ochrony przeciwporażeniowej. Jego zadaniem jest ograniczenie niebezpiecznych różnic potencjałów i umożliwienie działania środków ochronnych.

Uziom roboczy jest związany z prawidłową pracą instalacji lub urządzeń elektrycznych. Może być elementem układu zasilania albo układu sterowania.

Uziom odgromowy jest częścią ochrony przed wyładowaniami atmosferycznymi. Jego zadaniem jest odprowadzenie prądu piorunowego do ziemi.

Ze względu na sposób wykonania można wyróżnić między innymi:

• uziomy fundamentowe,
• uziomy otokowe,
• uziomy pionowe,
• uziomy poziome,
• uziomy naturalne,
• uziomy sztuczne.

Uziom fundamentowy wykorzystuje element przewodzący umieszczony w fundamencie obiektu. Jest to bardzo korzystne rozwiązanie, ponieważ duża powierzchnia styku z gruntem sprzyja rozpraszaniu prądu. Aby taki uziom działał prawidłowo, konieczne jest zapewnienie ciągłości elektrycznej połączeń oraz odpowiednie wyprowadzenie punktów przyłączeniowych do dalszej instalacji.

Uziom otokowy wykonuje się zwykle jako bednarkę albo przewód ułożony wokół budynku w ziemi. Taki uziom należy do grupy uziomów poziomych.

Uziom pionowy wykonuje się najczęściej za pomocą prętów lub szpilek pogrążanych w gruncie. Pręty mogą być łączone ze sobą, jeżeli konieczne jest uzyskanie mniejszej rezystancji uziemienia.

Uziom poziomy wykonuje się zwykle z bednarki albo przewodu układanego w ziemi. Może być stosowany samodzielnie albo jako część bardziej rozbudowanego układu uziemiającego.

Uziom naturalny wykorzystuje istniejące elementy przewodzące obiektu, jeżeli mogą one spełniać wymagania techniczne dotyczące uziemienia. Uziom sztuczny jest natomiast wykonany specjalnie w celu zapewnienia połączenia z ziemią.

Jeżeli uziom fundamentowy nie został wykonany albo jego rezystancja jest zbyt duża, można stosować uziomy sztuczne, na przykład uziom otokowy albo pionowy.

Rysunek 2. Rodzaje uziemień

Znaczenie połączeń i ciągłości elektrycznej
Samo umieszczenie metalowego elementu w gruncie nie wystarcza, aby uziemienie działało poprawnie. Bardzo ważna jest ciągłość elektryczna wszystkich połączeń. Połączenia powinny być trwałe, przewodzące i zabezpieczone przed korozją.

Dotyczy to szczególnie:

• połączeń bednarki lub przewodów stalowych,
• zacisków łączących elementy uziomu,
• przewodów wyprowadzonych do rozdzielnicy,
• połączeń z instalacją odgromową,
• połączeń z przewodami ochronnymi,
• połączeń wyrównawczych.

Nieprawidłowe, skorodowane albo luźne połączenia mogą zwiększać rezystancję uziemienia i pogarszać skuteczność ochrony. Dlatego w praktyce oprócz samej wartości rezystancji uziemienia istotny jest również stan techniczny połączeń.

Uziemienie a połączenia wyrównawcze
Z uziemieniem ściśle związane są połączenia wyrównawcze. Ich zadaniem jest połączenie różnych części przewodzących tak, aby miały zbliżony potencjał. Dzięki temu zmniejsza się ryzyko wystąpienia niebezpiecznych napięć między elementami, których można jednocześnie dotknąć.

Do połączeń wyrównawczych mogą być przyłączane między innymi:

• przewód ochronny PE,
• metalowe rurociągi wody,
• metalowe elementy instalacji centralnego ogrzewania,
• metalowe elementy konstrukcyjne budynku,
• elementy instalacji odgromowej,
• główna szyna wyrównawcza.

Połączenia wyrównawcze nie zastępują uziemienia, ale współpracują z nim w systemie ochrony przeciwporażeniowej. Ich zadaniem jest ograniczenie różnic potencjałów i poprawa warunków bezpieczeństwa w budynku.

Dlaczego mierzy się rezystancję uziemienia?
Pomiar rezystancji uziemienia wykonuje się po to, aby sprawdzić, czy układ uziemiający ma odpowiednie właściwości elektryczne. Zbyt duża rezystancja uziemienia może oznaczać, że prąd uszkodzeniowy lub piorunowy nie będzie miał zapewnionej właściwej drogi odpływu do ziemi.

Wynik pomiaru pozwala ocenić:

• czy uziom został wykonany poprawnie,
• czy połączenia uziemiające mają odpowiednią ciągłość,
• czy warunki gruntowe umożliwiają skuteczne odprowadzenie prądu,
• czy układ uziemiający spełnia przyjęte wymagania,
• czy konieczna jest poprawa albo rozbudowa uziomu.

Należy pamiętać, że sama wartość rezystancji uziemienia nie zawsze wystarcza do pełnej oceny bezpieczeństwa. Wynik należy interpretować w odniesieniu do funkcji uziemienia, rodzaju instalacji, dokumentacji technicznej oraz przyjętych wymagań dla danego obiektu.

2. Rezystywność gruntu

Rezystywność gruntu oznacza właściwość gruntu określającą, jak duży opór stawia on przepływowi prądu elektrycznego. Oznacza się ją symbolem:

Jednostką rezystywności gruntu jest:

czyli omometr.

Im mniejsza rezystywność gruntu, tym lepiej grunt przewodzi prąd elektryczny. Im większa rezystywność, tym trudniej uzyskać niską rezystancję uziemienia. Dlatego pomiar rezystywności gruntu jest ważny przy ocenie warunków pracy istniejącego uziemienia oraz przy planowaniu rozbudowy lub wykonania nowego układu uziemiającego.

Na rezystywność gruntu wpływają między innymi:

• zawartość wilgoci,
• temperatura,
• typ gruntu,
• skład chemiczny i pH gleby,
• zawartość soli,
• zagęszczenie gruntu,
• pora roku i warunki pogodowe.

W praktyce ten sam uziom może mieć różną rezystancję w różnych porach roku. Po długotrwałych opadach wynik może być niższy, a w okresie suszy albo zamarznięcia gruntu — wyższy.

Rysunek 3. Czynniki wpływające na rezystywność gruntu

3. Pomiar rezystywności gruntu metodą Wennera

Jedną z metod pomiaru rezystywności gruntu jest metoda Wennera. W metodzie tej stosuje się cztery sondy pomiarowe rozmieszczone w jednej linii, w równych odstępach.

Typowy układ sond można przedstawić następująco:

• C1 — sonda prądowa,
• P1 — sonda napięciowa,
• P2 — sonda napięciowa,
• C2 — sonda prądowa.

Sondy prądowe służą do wymuszenia przepływu prądu przez grunt, a sondy napięciowe do pomiaru spadku napięcia. Na tej podstawie miernik wyznacza rezystancję, a następnie można określić rezystywność gruntu.

Rysunek 4. Metoda Wennera — pomiar rezystywności gruntu

W uproszczeniu, jeżeli sondy są rozmieszczone w jednej linii, w równych odstępach, a głębokość ich wbicia jest mała w stosunku do odległości między sondami, rezystywność gruntu można wyznaczyć z zależności:

gdzie:

ρ - rezystywność gruntu [Ω·m],

a - odległość między sąsiednimi sondami [m],

R - rezystancja odczytana z miernika [Ω].

Zmieniając odległość między sondami, można uzyskać informację o rezystywności gruntu na różnych głębokościach. Im większy odstęp między sondami, tym większa objętość gruntu wpływa na wynik pomiaru. W praktyce nie należy jednak interpretować tego zbyt dosłownie jako jednej, dokładnej głębokości pomiaru. Wynik jest wartością uśrednioną dla określonego układu sond i warunków gruntowych.

Podczas ćwiczenia terenowego pomiary wykonuje się zwykle w kilku miejscach oraz dla kilku odległości między sondami. Wyniki zapisuje się w tabeli pomiarów, a następnie porównuje się wartości rezystywności gruntu dla różnych punktów i ustawień sond.

Przykładowa tabela pomiaru rezystywności gruntu

Przykładowo, dla pierwszego pomiaru:

Wynik oznacza, że w miejscu pomiaru grunt ma rezystywność około 232,5 Ω·m dla przyjętego ustawienia sond.

4. Rezystancja uziemienia

Rezystancja uziemienia określa, jaki opór stawia układ uziemiający przepływowi prądu do ziemi. Im mniejsza rezystancja uziemienia, tym łatwiej prąd może odpłynąć do ziemi.

Pomiar rezystancji uziemienia wykonuje się po to, aby ocenić, czy układ uziemiający może spełniać swoją funkcję. Dotyczy to między innymi uziemień ochronnych, roboczych i odgromowych. Wynik pomiaru jest istotny dla oceny bezpieczeństwa użytkowania instalacji, poprawności działania urządzeń ochronnych oraz stanu technicznego połączeń uziemiających.

Podstawowa zależność wynika z prawa Ohma:

gdzie:

R_E - rezystancja uziemienia [Ω],

U - napięcie zmierzone podczas pomiaru [V],

I - prąd pomiarowy [A].

W praktyce miernik rezystancji uziemienia sam wymusza prąd pomiarowy, mierzy napięcie i oblicza wynik. Zadaniem osoby wykonującej pomiar jest prawidłowe podłączenie przewodów, rozmieszczenie sond, dobór metody, sprawdzenie warunków pomiaru oraz zapisanie i zinterpretowanie wyniku.

Do pomiarów rezystancji uziemienia stosuje się między innymi:

• metodę techniczną 3‑przewodową, oznaczaną jako 3P,
• metodę techniczną 4‑przewodową, oznaczaną jako 4P,
• metodę cęgową,
• metodę udarową.

W tej lekcji szczegółowo omówiono metodę techniczną 3P i 4P, ponieważ są one podstawowymi metodami stosowanymi do pomiaru rezystancji pojedynczych uziemień z wykorzystaniem sond pomocniczych.

Metoda cęgowa jest wygodna w niektórych układach wielouziomowych, ale nie zawsze może być zastosowana. Wymaga odpowiednich warunków pomiarowych, między innymi istnienia zamkniętej drogi przepływu prądu pomiarowego przez układ uziemień.

5. Pomiar rezystancji uziemienia metodą techniczną 3P i 4P

Metoda techniczna pomiaru rezystancji uziemienia jest nazywana również metodą spadku potencjału. Polega ona na wymuszeniu przepływu prądu pomiarowego przez badany uziom i grunt oraz na pomiarze napięcia potrzebnego do wyznaczenia rezystancji.

W pomiarze wykorzystuje się badany uziom oraz sondy pomocnicze wbijane w grunt. Jedna z sond służy do wymuszenia prądu pomiarowego, a druga do pomiaru napięcia.

Przed wykonaniem pomiaru należy sprawdzić, czy badany uziom powinien być odłączony od pozostałych połączeń uziemiających. W praktyce zależy to od celu pomiaru, rodzaju instalacji oraz przyjętej metodyki. Pomiar uziomu połączonego z innymi elementami układu może dawać wynik dotyczący całego układu uziemiającego, a nie pojedynczego uziomu.

Metoda techniczna 3P
Metoda 3P jest metodą trójprzewodową. Do pomiaru wykorzystuje się:

• badany uziom, oznaczany zwykle jako E,
• sondę napięciową, oznaczaną zwykle jako S albo P,
• sondę prądową, oznaczaną zwykle jako H albo C.

W metodzie 3P miernik wymusza prąd pomiarowy między badanym uziomem E a sondą prądową H/C. Jednocześnie mierzy napięcie między badanym uziomem E a sondą napięciową S/P. Na tej podstawie wyznacza rezystancję uziemienia.

Rysunek 5. Schemat pomiaru rezystancji uziemienia metodą techniczną 3P

Tekst alternatywny: Schemat przedstawia miernik rezystancji uziemienia połączony z badanym uziomem E oraz dwiema sondami pomocniczymi: sondą napięciową S i sondą prądową H.

Metoda 3P jest często stosowana do pomiaru pojedynczych uziemień. Jej zaletą jest prosty układ połączeń. Ograniczeniem jest to, że rezystancja przewodu łączącego miernik z badanym uziomem oraz jakość połączenia zacisku z uziomem mogą wpływać na wynik. Ma to szczególne znaczenie przy pomiarze małych wartości rezystancji.

Metoda techniczna 4P
Metoda 4P jest metodą czteroprzewodową. W porównaniu z metodą 3P stosuje się dodatkowy przewód pomiarowy podłączony do badanego uziomu.

W układzie 4P występują zaciski:

• E — zacisk toru prądowego badanego uziomu,
• ES — dodatkowy zacisk napięciowy badanego uziomu,
• S/P — zacisk sondy napięciowej,
• H/C — zacisk sondy prądowej.

W metodzie 4P tor prądowy i tor napięciowy przy badanym uziomie są rozdzielone. Dzięki temu rezystancja przewodu łączącego miernik z badanym uziomem oraz rezystancja styku zacisku mają mniejszy wpływ na wynik pomiaru.

Rysunek 6. Schemat pomiaru rezystancji uziemienia metodą techniczną 4P

Tekst alternatywny: Schemat przedstawia miernik rezystancji uziemienia z czterema przewodami pomiarowymi podłączonymi do badanego uziomu, sondy napięciowej i sondy prądowej.

Metoda 4P jest szczególnie przydatna wtedy, gdy spodziewana rezystancja uziemienia jest mała. W takich przypadkach nawet niewielka rezystancja przewodu pomiarowego lub połączenia zaciskowego może zauważalnie wpłynąć na wynik pomiaru metodą 3P.

Porównanie metody 3P i 4P

Rozmieszczenie sond pomiarowych
W metodzie technicznej bardzo ważne jest prawidłowe rozmieszczenie sond pomocniczych. Sonda prądowa H/C powinna być ustawiona w odpowiedniej odległości od badanego uziomu, a sonda napięciowa S/P powinna znajdować się między badanym uziomem a sondą prądową.

W prostych układach pomiarowych przyjmuje się oznaczenia:

p — odległość między badanym uziomem a sondą napięciową,
d — odległość między badanym uziomem a sondą prądową.

Często spotyka się ustawienie sondy napięciowej w odległości około 0,62·d od badanego uziomu. Nie należy jednak traktować tej wartości jako uniwersalnej dla każdego przypadku. Wymagane odległości zależą między innymi od rodzaju i wymiarów uziomu, warunków gruntowych, obecności innych uziemień oraz metalowych elementów znajdujących się w ziemi.

Odległości podawane w instrukcjach mierników, na przykład p = 20 m i d = 40 m albo p = 25 m i d = 50 m, należy traktować jako wartości pomocnicze lub minimalne dla typowych warunków. W trudniejszych warunkach terenowych konieczne może być zwiększenie odległości sond.

Strefa potencjału zerowego
Podczas pomiaru rezystancji uziemienia bardzo ważne jest prawidłowe ustawienie sondy napięciowej. Powinna ona znaleźć się w takim miejscu, w którym potencjał gruntu zmienia się bardzo nieznacznie. Obszar ten nazywa się strefą potencjału zerowego albo strefą ziemi odniesienia.

Jeżeli sonda napięciowa znajduje się zbyt blisko badanego uziomu, wynik może być zaniżony lub zawyżony. Jeżeli znajduje się zbyt blisko sondy prądowej, wynik również może być niewiarygodny. Dlatego w praktyce nie wystarczy jednorazowo rozstawić sond zgodnie ze schematem. Trzeba sprawdzić, czy zmiana położenia sondy napięciowej nie powoduje dużej zmiany wyniku.

Rysunek 7. Strefa potencjału zerowego

Tekst alternatywny: Wykres przedstawia zmianę potencjału w gruncie oraz położenie badanego uziomu, sondy napięciowej i sondy prądowej.

W praktyce sprawdzenie strefy ziemi odniesienia polega na wykonaniu kilku pomiarów przy przesunięciu sondy napięciowej. Jeżeli wyniki są zbliżone, można przyjąć, że sonda napięciowa znajduje się w odpowiedniej strefie. Jeżeli wyniki wyraźnie się różnią, należy zmienić rozmieszczenie sond i powtórzyć pomiar.

Podczas pomiaru należy zwrócić uwagę na:

• poprawne podłączenie przewodów do zacisków miernika,
• dobry kontakt przewodów z badanym uziomem i sondami pomocniczymi,
• odpowiednią głębokość wbicia sond w grunt,
• zachowanie możliwie liniowego ustawienia badanego uziomu, sondy napięciowej i sondy prądowej,
• odpowiednią odległość sond pomocniczych od badanego uziomu,
• unikanie prowadzenia sond w pobliżu zakopanych przewodów, rur, zbrojenia lub innych metalowych elementów,
• wpływ wilgotności, temperatury i rodzaju gruntu na wynik pomiaru,
• rezystancję elektrod pomocniczych wskazywaną przez miernik,
• stabilność wskazań podczas pomiaru,
• bezpieczeństwo pracy, zwłaszcza przy pomiarach wykonywanych w pobliżu czynnych urządzeń elektroenergetycznych.

Jeżeli warunki terenowe na to pozwalają, wiarygodność wyniku można dodatkowo sprawdzić przez zmianę położenia sondy napięciowej lub zmianę kierunku ustawienia sond pomocniczych. Nie jest to jednak zawsze możliwe, dlatego należy traktować to jako zalecenie praktyczne, a nie obowiązkowy element każdego pomiaru.

6. Współczynnik sezonowych zmian rezystywności gruntu

Wynik pomiaru rezystancji uziemienia zależy od warunków gruntowych. Szczególne znaczenie mają wilgotność gruntu, temperatura, rodzaj gruntu oraz pora roku, w której wykonywany jest pomiar.

Ten sam uziom może dawać różne wyniki pomiaru w zależności od tego, czy grunt jest wilgotny, suchy, zamarznięty albo silnie przesuszony. Z tego powodu do oceny wyniku pomiaru stosuje się współczynnik sezonowy, który pozwala uwzględnić możliwe pogorszenie warunków przewodzenia prądu w gruncie.

Współczynnik sezonowy oznacza się zwykle symbolem:

Wartość skorygowaną rezystancji uziemienia można zapisać jako:

gdzie:

R_k - rezystancja skorygowana [Ω],

R_zm - rezystancja zmierzona [Ω],

k_p - współczynnik sezonowy [-].

Wartość współczynnika sezonowego należy przyjmować zgodnie z przyjętą metodyką pomiarową, dokumentacją techniczną, instrukcją pomiarową albo tabelą stosowaną w danej pracowni. Poniższa tabela ma charakter dydaktyczny i pokazuje, jak warunki gruntowe mogą wpływać na dobór współczynnika korekcyjnego. 

Tabela 1. Przykładowe wartości współczynnika sezonowego k_p stosowane pomocniczo przy interpretacji wyników pomiaru rezystancji uziemienia

Im większa wartość współczynnika sezonowego, tym większą wartość rezystancji należy przyjąć do oceny. Oznacza to, że wynik pomiaru wykonany w korzystnych warunkach, na przykład przy wilgotnym gruncie, może wymagać skorygowania, aby uwzględnić możliwe pogorszenie warunków w innej porze roku.

8. Przykład protokołu pomiarowego rezystancji uziemienia

Po wykonaniu pomiarów wyniki należy zapisać w protokole. Protokół powinien zawierać nie tylko wartości zmierzone, ale również informacje o obiekcie, zastosowanej metodzie, użytych przyrządach, warunkach pogodowych, rodzaju gruntu, stanie wilgotności gruntu, rodzaju uziomu oraz wniosek końcowy.

Poniżej przedstawiono przykładowy uproszczony protokół pomiaru rezystancji uziemienia uziomów roboczych. Dane mają charakter dydaktyczny i pokazują sposób dokumentowania oraz interpretowania wyników.

Wyniki pomiarów można zapisać w tabeli:

gdzie:

R_zm - rezystancja uziemienia zmierzona przez miernik [Ω],

k_p - współczynnik sezonowy [-],

R_k - rezystancja uziemienia po uwzględnieniu współczynnika sezonowego [Ω],

R_dop - przyjęta wartość dopuszczalna rezystancji uziemienia [Ω].

Wartość skorygowaną oblicza się z zależności:

Dla uziomu U1 zmierzonego metodą 3P:

Ponieważ:

warunek dla uziomu U1 jest spełniony.

Dla uziomu U1 zmierzonego kontrolnie metodą 4P:

Ponieważ:

warunek dla uziomu U1 potwierdzony metodą 4P jest również spełniony.

Dla uziomu U2:

Ponieważ:

warunek dla uziomu U2 nie jest spełniony.

Interpretacja wyników protokołu

W przedstawionym przykładzie uziom U1 spełnia przyjęte wymaganie zarówno dla pomiaru wykonanego metodą 3P, jak i dla pomiaru kontrolnego wykonanego metodą 4P. Wartości skorygowane wynoszą odpowiednio:

oraz:

Różnica między wynikiem metody 3P i 4P jest niewielka. Wynik metody 4P jest nieco mniejszy, co może wynikać z ograniczenia wpływu rezystancji przewodu pomiarowego i połączenia z badanym uziomem.

Uziom U2 po uwzględnieniu współczynnika sezonowego nie spełnia przyjętego wymagania, ponieważ wartość:

jest większa od wartości dopuszczalnej:

Oznacza to, że dla uziomu U2 należy zweryfikować stan połączeń, warunki wykonania pomiaru oraz stan techniczny układu uziemiającego. W razie potrzeby należy rozważyć poprawę połączeń, oczyszczenie zacisków, sprawdzenie ciągłości przewodów uziemiających albo rozbudowę uziomu.

Wynik badania rezystancji uziomów

Na podstawie przykładowych wyników można zapisać:

Wynik badania rezystancji uziomów: częściowo pozytywny.

Uziom U1 spełnia przyjęte wymaganie rezystancji dopuszczalnej i nadaje się do eksploatacji. Uziom U2 nie spełnia przyjętego wymagania po uwzględnieniu współczynnika sezonowego i wymaga dodatkowej weryfikacji.

Uwagi pokontrolne

W przykładzie można zapisać następujące uwagi pokontrolne:

Ciągłość połączeń przewodów uziemiających oceniono jako zachowaną. Dla uziomu U2 zaleca się sprawdzenie stanu zacisków, połączeń przewodów uziemiających oraz ponowne wykonanie pomiaru po usunięciu ewentualnych nieprawidłowości. W przypadku utrzymania się zbyt dużej wartości rezystancji należy rozważyć poprawę lub rozbudowę układu uziemiającego.

Wnioski końcowe

Przykładowy wniosek końcowy z protokołu może mieć postać:

Badany uziom U1 spełnia przyjęte wymagania i nadaje się do eksploatacji. Badany uziom U2 nie spełnia przyjętego wymagania R_k ≤ R_dop, gdzie R_dop = 10 Ωomega. Po uwzględnieniu współczynnika sezonowego rezystancja uziemienia U2 wynosi R_k = 10,92 Ωomega. Uziom U2 wymaga sprawdzenia połączeń, warunków pomiaru lub poprawy układu uziemiającego.

Należy pamiętać, że przedstawione wartości mają charakter dydaktyczny. W rzeczywistym protokole wartość dopuszczalna rezystancji uziemienia powinna wynikać z dokumentacji technicznej, rodzaju uziemienia, funkcji badanego układu, przyjętej metodyki pomiarowej oraz wymagań właściwych dla danego obiektu.

Podsumowanie lekcji

W tej lekcji omówiono podstawowe zagadnienia związane z pomiarem rezystancji uziemienia oraz rezystywności gruntu.

Wyjaśniono, że uziemienie jest układem technicznym umożliwiającym połączenie wybranych części instalacji lub urządzeń z ziemią. Jego zadaniem jest między innymi odprowadzenie prądów do ziemi, ograniczenie niebezpiecznych różnic potencjałów oraz wspomaganie działania ochrony przeciwporażeniowej i odgromowej.

Omówiono podstawowe rodzaje uziomów ze względu na funkcję i sposób wykonania. Wskazano między innymi uziomy ochronne, robocze, odgromowe, fundamentowe, otokowe, pionowe, poziome, naturalne i sztuczne.

Przedstawiono znaczenie gruntu jako części układu uziemiającego. Pokazano, że rezystywność gruntu zależy między innymi od wilgotności, temperatury, rodzaju gruntu, zawartości soli mineralnych oraz warunków sezonowych.

Opisano zasadę pomiaru rezystywności gruntu metodą Wennera. W metodzie tej stosuje się cztery sondy pomiarowe rozmieszczone w jednej linii, w równych odstępach. Dla typowych warunków pomiarowych rezystywność gruntu można oszacować ze wzoru:

gdzie ρ oznacza rezystywność gruntu, symbol a oznacza odległość między sąsiednimi sondami, a R oznacza rezystancję odczytaną z miernika.

Omówiono również pomiar rezystancji uziemienia metodą techniczną 3P i 4P. Metoda 3P wykorzystuje badany uziom oraz dwie sondy pomocnicze: sondę napięciową i sondę prądową. Metoda 4P dodatkowo rozdziela tor prądowy i napięciowy przy badanym uziomie, dzięki czemu ogranicza wpływ rezystancji przewodów pomiarowych i styków na wynik.

Zwrócono uwagę, że przed wykonaniem pomiaru należy sprawdzić, czy badany uziom powinien być odłączony od pozostałych połączeń uziemiających. Pomiar uziomu połączonego z innymi elementami układu może dotyczyć całego układu uziemiającego, a nie pojedynczego uziomu.

Wskazano znaczenie prawidłowego rozmieszczenia sond pomocniczych oraz strefy potencjału zerowego. Podkreślono, że sonda napięciowa powinna znajdować się w miejscu, w którym potencjał gruntu zmienia się nieznacznie. W praktyce wiarygodność wyniku można sprawdzać przez zmianę położenia sondy napięciowej i porównanie kolejnych wyników.

Wyjaśniono także, że wynik pomiaru rezystancji uziemienia może zależeć od pory roku i warunków gruntowych. Dlatego w określonych przypadkach stosuje się współczynnik sezonowy k_p, a do oceny przyjmuje się rezystancję skorygowaną:

Podkreślono, że ocena wyniku nie powinna polegać na zapisaniu samej wartości rezystancji. Wynik należy porównać z wartością dopuszczalną wynikającą z dokumentacji technicznej, projektu, instrukcji urządzenia albo przyjętej metodyki pomiarowej. Ogólny warunek oceny można zapisać jako:

Na przykładzie protokołu pokazano sposób zapisu danych pomiarowych, obliczenia rezystancji skorygowanej oraz formułowania wniosku technicznego. Wskazano również, że wartość 10 Ω zastosowana w przykładzie ma charakter dydaktyczny i nie powinna być traktowana jako uniwersalne wymaganie dla każdego uziemienia.