Elektrická bezpečnostní měření 04 - Měření odporu uzemnění

Současné předpisy vyžadují měření elektrického systému během kontroly po montáži a po každé změně nebo rozšíření systému, a pravidelně během provozu. Rozsah kontroly nebo periodických kontrol je specifikován v normě HD 60364-6. Požadavky stanovené pro měřicí přístroje jsou uvedeny na jednotlivých listech normy EN 61557. V závislosti na požadavcích, elektrická bezpečnostní měření zahrnují: měření zdánlivého odporu smyčky nakrátko, izolačního odporu, spojitosti ochranných přípojů a vyrovnávání potenciálu, odporu uzemnění, parametrů proudových chráničů.

Měření odporu uzemnění

Měření odporu uzemnění slouží ke kontrole elektrických systémů a splňuje požadavky na ochranu před úrazem elektrickým proudem. Vedle ochrany před bleskem má uzemnění další funkce, související s bezpečností (např. vybíjení elektrických nábojů v zařízeních ohrožených výbuchem).

Uzemnění je možno měřit pomocí vícefunkčních měřičů, vybavených vhodnou funkcí, jakož i pomocí specializovaných měřičů řady MRU. K měření odporu uzemnění se nejčastěji používá technická metoda – měřič vypočítává hodnotu odporu změřením napětí na vývodech po vynucení měřicího proudu. K měření systémů s jediným uzemněním se používá třípólová metoda poklesu potenciálu. Tato metoda je založena na vynuceném průtoku proudu v obvodu: měřič – zkoumané uzemnění – proudová elektroda – měřič. Vzdálenosti mezi elektrodami by měly být případně velké; je třeba, aby proudová elektroda byla umístěna ve vzdálenosti, která se rovná nejméně 10násobku fyzické délky měřeného uzemnění; v praxi je přijatelná vzdálenost ca 40 m mezi zkoumaným uzemněním a proudovou elektrodou.

Napěťová elektroda je spojena se zemí mezi měřeným uzemněním a proudovou elektrodou v oblasti tzv. nulového potenciálu. V praxi se doporučuje provést tři měření, s napěťovou elektrodou posunutou o 6 metrů směrem ke zkoumanému uzemnění a směrem od něho. Jsou-li výsledky stejné, místo pro upevnění napěťové elektrody bylo zvoleno správně. Měření se provádí pomocí proudu, jehož kmitočet umožňuje vyloučení poruch a šumu síťového kmitočtu (50 Hz nebo 60 Hz) a jeho harmonických. Před zahájením měření, moderní měřiče uzemnění řady MRU kontrolují a signalizují velikosti rušivých napětí. Tyto měřiče kromě toho vypočítávají dodatečnou chybu, související s příliš vysokým odporem měřicí sond.

Moderní přístroje dokáží měřit metodou čtyř vývodů, což dovoluje vyloučit vliv vývodu, propojujícího přístroj a zkoumané uzemnění.

Nesnáze spojené s nutností odpojení jednotlivých zemnicích systémů v průběhu několika měření systému uzemnění je možno překonat použitím technické metody s přídavnou svorkou (MRU-105, MRU-120, MRU-200). Proudové a napěťové elektrody se umístí stejně jako u metody tří pólů, avšak proud se měří svorkou, připevněnou ke zkoumanému uzemnění. Měřič vypočítává odpor na základě proudu, protékajícího zkoumaným uzemněním. Tuto měřicí metodu však nelze použít ve vícenásobných systémech uzemnění, kde jsou jednotlivé zemnicí systémy vzájemně propojeny pod zemí.

Metoda dvou svorek (MRU-120, MRU-200) dovoluje měřit odpor několika zemnicích systémů, aniž by bylo nutno umístit do země pomocné sondy. Při tomto měření proud generovaný vysílacími svorkami protéká do obvodu: zkoumané uzemnění + paralelní systém zbývajícího uzemnění, a je měřen přijímací svorkou; na základě tohoto měření se vypočítává odpor obvodu. Protože paralelní zapojení několika odporů tvoří čistý odpor daleko nižší hodnoty, je výsledek ve srovnání se zkoumaným odporem nadsazen. Rozdíl je menší, protože počet zemnicích systémů v měřeném objektu stoupá.

Metoda dvou svorek se používá při měření vícenásobných zemnicích systémů, jež nejsou propojeny pod zemí. Jsou-li zemnicí systémy propojeny pod zemí, tato metoda umožňuje měření spojitosti obvodu pouze v zemnicím systému, určeném k ochraně před úrazem elektrickým proudem; chování nízkofrekvenčních proudů je důležité (50, 60 Hz). Účelem uzemnění bleskojistkové ochrany je přenést bleskový impuls do země. Impulsní povaha takového výboje znamená, že se indukční složka zkoumaného uzemnění stane důležitou; pouze ta část systému uzemnění, která je nejblíže bodu zásahu bleskem, je účinně využita k přenosu proudu blesku.

Z toho důvodu nízký statický odpor, zaručující dobrou základní ochranu, nemusí poskytovat dostatečné parametry ochrany před bleskem; to platí zvláště v případě rozsáhlých zemnících systémů, jež mají impedanci několikrát vyšší, než je jejich nízký statický odpor. Měření pomocí impulsní metody (MRU-200) podle normy EN 62305 dovoluje diagnostikovat dynamické parametry bleskové ochrany zemnicích systémů. Díky impulsové povaze měření není odpojení v případě několikanásobného zemnícího systému nebo objektů pod napětím nutné, protože měřicí proudový impuls pracuje pouze v omezené vzdálenosti, stejně jako úder blesku. Měření probíhá v souladu s definicí normy EN 62305. Tato metoda umožňuje stanovit konvenční hodnotu, popisovanou jako rázová impedance (Z_E), což je poměr hodnoty špičkového napětí a hodnoty špičkového proudu.

Impedance specifikovaná normou je konvenční hodnota, protože napěťová a proudová špička se zpravidla nevyskytují současně. Impedance se bere jako ukazatel účinnosti uzemnění v podmínkách přísnější nebo speciální ochrany.

Parametry měřicího impulsu (simulujícího tvar bleskového výboje) jsou definovány dvěma čísly: dobou čela impulsu T1 a dobou týlu impulsu T2. Měřič MRU-200 umožňuje výběr jednoho ze tří tvarů impulsu: 10/350 µs, 8/20 µs, nebo 4/10 µs.

Podle normy EN 62305 je impuls tvaru 10/350 µs typický pro první úder proudu blesku. Stejný impuls je normou EN62305-1 stanoven jako kalibrační impuls.

Při měření vícenásobného uzemnění pomocí impulsní metody, kdy jsou jednotlivá uzemnění spojena jak nad zemí, tak pod zemí, působí měřicí impuls jen v těsné vzdálenosti od daného uzemnění, takže je možno provádět měření uzemnění bez nutnosti odpojení zkušebních přípojů a odpojení ekvipotenciálního propojení, tzn. bez nutnosti odpojení napájecího zdroje od objektu.

Impulsní metodu lze rovněž použít k měření uzemnění vysokonapěťových stožárů; dovoluje stanovit impedanci uzemnění celého stožáru včetně systému kovových kruhů, jakož i odpor nohou stožáru. Navíc ji je možno použít bez vypnutí zkoumaného vysokonapěťového vedení a dílčí demontáže uzemnění.

Znalost měrného odporu uzemnění (MRU-105, MRU-120, MRU-200) má význam ve fázi návrhu uzemnění. Známe-li průřez půdou, je možno zvolit typ uzemnění – např. pro nízké hodnoty měrného odporu, vyskytující se v určité hloubce, vybereme jednoduchou, svislou uzemňovací elektrodu zapuštěnou do hloubky, zatímco v případě půdy s nízkým měrným odporem v mělčí hloubce a skálou ve větší hloubce zvolíme sadu zemnících systémů, složenou z několika kratších, svislých zemnících elektrod, spojených kovovým kruhem.

Měření měrného odporu uzemnění se provádí pomocí čtyř tyčí, umístěných v jedné lince ve stejné vzdálenosti (Wennerova metoda). Měrný odpor uzemnění se měří v hloubce, rovnající se 0,7násobku vzdálenosti mezi tyčemi.