Jak wykonywać pomiary uziomów?

1. Metoda techniczną (trójpunktowa): Jest to najczęściej stosowana metoda, polegająca na wykorzystaniu trzech elektrod: badanej (uziemienia), pomocniczej prądowej i pomocniczej napięciowej. Miernik uziemienia wysyła prąd między elektrodą badaną a prądową, a następnie mierzy spadek napięcia między elektrodą badaną a napięciową. Na podstawie tych pomiarów obliczana jest rezystancja uziemienia. 

• Zalety: Uniwersalność, stosunkowo prosta w wykonaniu. 
• Wady: Wymaga wbicia dodatkowych elektrod w grunt, co może być problematyczne w niektórych lokalizacjach (np. beton, asfalt). 

1. Metoda dwucęgową (bez rozpinania uziomu): Ta metoda wykorzystuje specjalny miernik z dwiema cęgami. Jedne cęgi indukują prąd w badanym uziemieniu, a drugie mierzą ten prąd oraz napięcie indukowane. Metoda ta nie wymaga rozłączania uziomu od instalacji. 

• Zalety: Szybka i wygodna, nie wymaga rozłączania uziomu. Szczególnie przydatna w systemach wielouziomowych. 
• Wady: Może być mniej dokładna w przypadku pojedynczych uziomów o niskiej rezystancji. Wymaga specjalistycznego miernika. 

1. Metoda udarowa (impulsowa): Stosowana głównie do oceny skuteczności ochrony odgromowej. Polega na wygenerowaniu impulsu prądowego i pomiarze jego parametrów (np. czas narastania, amplituda). 

• Zalety: Pozwala ocenić zachowanie uziemienia przy przepięciach. 
• Wady: Wymaga specjalistycznego sprzętu i wiedzy. 

Zasada działania: 

1. Generowanie impulsu: Specjalny miernik generuje impuls prądowy o ściśle określonym kształcie i parametrach (amplituda, czas narastania czoła i czas do półszczytu). Najczęściej stosowane są impulsy o kształtach znormalizowanych, odpowiadających typowym udarom piorunowym (np. 10/350 µs, 8/20 µs, 4/10 µs). 
2.  Wymuszenie przepływu prądu: Impuls prądowy jest wprowadzany do badanego uziemienia. 
3.  Pomiar napięcia: Mierzy się spadek napięcia na uziemieniu, wywołany przepływem impulsu prądowego. 
4.  Obliczenie impedancji udarowej: Impedancja udarowa (Z u ​ ) jest obliczana jako stosunek wartości szczytowej napięcia (U max ​ ) do wartości szczytowej prądu (I max ​ ): Z u ​ = I max ​ U max ​ ​ Wartość impedancji udarowej może różnić się od rezystancji statycznej uziemienia ze względu na zjawiska indukcyjne i pojemnościowe, które mają większe znaczenie przy szybkozmiennych prądach udarowych. 

Sprzęt: 

Do wykonania pomiarów metodą udarową wykorzystuje się specjalistyczne udarowe mierniki uziemień. Przykładami takich urządzeń są mierniki firm Sonel (np. MRU-200) i Atmor (np. WG-307, WG-507). Mierniki te charakteryzują się możliwością generowania impulsów o odpowiednich parametrach i rejestrowania przebiegów prądu i napięcia. 

Wykonanie pomiaru (uproszczony schemat): 

1. Podłączenie miernika: Miernik udarowy podłącza się do badanego uziemienia. W zależności od miernika i konkretnej sytuacji, może być konieczne podłączenie dodatkowych sond pomocniczych (podobnie jak w metodzie technicznej), ale często pomiar wykonuje się bez rozpinania uziomu od instalacji odgromowej. 
2. Wybór parametrów impulsu: Ustawia się odpowiednie parametry generowanego impulsu (kształt, amplitudę). 
3. Wykonanie pomiaru: Miernik generuje impuls i rejestruje przebiegi prądu i napięcia. 
4. Odczyt wyniku: Miernik wyświetla wartość impedancji udarowej. 

Normy i interpretacja wyników: 
Norma PN-EN 62305 Ochrona odgromowa definiuje pojęcie impedancji udarowej i jej znaczenie dla oceny skuteczności uziemienia systemów ochrony odgromowej. Wartości dopuszczalne impedancji udarowej zależą od klasy LPS (Lightning Protection System) i warunków gruntowych. 

 

Zalety metody udarowej: 

• Ocena zachowania przy udarach: Lepsze odwzorowanie warunków panujących podczas wyładowania atmosferycznego. 
• Diagnostyka systemów odgromowych: Pozwala ocenić, jak uziemienie będzie reagować na impulsy piorunowe. 
• Możliwość pomiaru bez rozpinania: W wielu przypadkach nie wymaga rozłączania uziomu od instalacji odgromowej, co jest wygodne i oszczędza czas. 

Wady metody udarowej: 

• Wymaga specjalistycznego sprzętu: Udarowe mierniki uziemień są zazwyczaj droższe od mierników do pomiarów metodami statycznymi. 
• Wymaga wiedzy i doświadczenia: Prawidłowa interpretacja wyników wymaga wiedzy z zakresu ochrony odgromowej i charakterystyki impulsów. 

Podsumowując, metoda udarowa jest cennym narzędziem do oceny uziemień systemów ochrony odgromowej, pozwalającym na weryfikację ich skuteczności w warunkach zbliżonych do rzeczywistych wyładowań atmosferycznych. Pomiary te powinny być wykonywane przez wykwalifikowanych specjalistów z użyciem odpowiedniego, skalibrowanego sprzętu.

Zasada działania: 

Metoda techniczna polega na wykorzystaniu trzech elektrod: 

1. Elektroda badana (E): To mierzony uziom. 
2. Elektroda pomocnicza prądowa (H): Wbijana w grunt w pewnej odległości od elektrody badanej. Przez nią do gruntu wprowadzany jest prąd pomiarowy. 
3. Elektroda pomocnicza napięciowa (S): Wbijana w grunt pomiędzy elektrodą badaną a prądową. Mierzy się za jej pomocą potencjał gruntu w pobliżu elektrody badanej podczas przepływu prądu. 

Przebieg pomiaru: 

Rozmieszczenie elektrod: 

• Wbij elektrodę badaną (E). 
• Wbij elektrodę pomocniczą prądową (H) w linii prostej z elektrodą badaną, w odległości 'd'. Odległość ta powinna być wystarczająco duża, aby strefy potencjałów wokół elektrod E i H nie nakładały się na siebie (zazwyczaj zaleca się co najmniej 10-krotność największego wymiaru badanego uziemienia, np. dla pojedynczego pręta o długości 1 m, odległość d ≥ 10 m, często stosuje się 20-40 m). 
• Wbij elektrodę pomocniczą napięciową (S) również w linii prostej między elektrodą badaną (E) a prądową (H), w odległości 'x' od elektrody badanej. Najczęściej stosuje się odległość x = 0.618d (około 62% odległości między E i H). Ten punkt teoretycznie znajduje się w obszarze, gdzie wpływ stref potencjałów elektrod E i H jest minimalny.

1. Podłączenie miernika: 

• Podłącz jeden przewód miernika do elektrody badanej (E). 
• Podłącz drugi przewód miernika do elektrody pomocniczej prądowej (H) (zacisk prądowy miernika). 
• Podłącz trzeci przewód miernika do elektrody pomocniczej napięciowej (S) (zacisk napięciowy miernika). 

1. Wykonanie pomiaru: 

• Miernik uziemienia generuje prąd przemienny (o niskiej częstotliwości, aby zminimalizować wpływ indukcyjności i pojemności) między elektrodą badaną (E) a pomocniczą prądową (H). 
• Miernik mierzy spadek napięcia (U) między elektrodą badaną (E) a pomocniczą napięciową (S). 
• Miernik mierzy również prąd (I) płynący w obwodzie E-H. 

1. Obliczenie rezystancji: 

• Rezystancja uziemienia (R) obliczana jest na podstawie prawa Ohma: R= I U ​ 

Dokładność pomiaru: 

Aby uzyskać jak najdokładniejszy wynik, zaleca się wykonanie kilku pomiarów, zmieniając położenie elektrody napięciowej (S) o kilka metrów w obie strony wokół punktu 0.618d. Jeśli wyniki tych pomiarów są zbliżone, można uznać, że pomiar został wykonany prawidłowo i zmierzona wartość jest reprezentatywna dla rezystancji badanego uziemienia. Znaczne różnice w wynikach mogą wskazywać na nieprawidłowe rozmieszczenie elektrod lub niejednorodność gruntu. 

Ważne uwagi: 

• Odległości między elektrodami: Prawidłowy dobór odległości między elektrodami jest kluczowy dla dokładności pomiaru. Zbyt małe odległości mogą prowadzić do wzajemnego nakładania się stref potencjałów i błędnych wyników. 
• Wybór miejsca wbicia elektrod pomocniczych: Należy unikać miejsc, w których mogą znajdować się podziemne instalacje (kable, rury). Grunt powinien być jednorodny w obszarze pomiarowym. Wilgotność gruntu: 
• Wilgotność gruntu ma znaczący wpływ na rezystancję uziemienia. Pomiary powinny być wykonywane w warunkach typowych dla danego terenu lub w warunkach referencyjnych, jeśli są określone. 
• Zakłócenia: Należy unikać wykonywania pomiarów w pobliżu silnych źródeł zakłóceń elektromagnetycznych. 
• Sprawdzenie miernika: Przed rozpoczęciem pomiarów należy sprawdzić sprawność i kalibrację miernika uziemienia. 

Zalety metody technicznej: 

• Uniwersalność: Może być stosowana do pomiaru różnych typów uziemień (pojedynczych, złożonych, naturalnych). 
• Dokładność: Przy prawidłowym wykonaniu zapewnia wysoką dokładność pomiaru. 
• Podstawowa metoda odniesienia: Często traktowana jako metoda odniesienia dla innych metod pomiarowych. 

Wady metody technicznej: 

• Wymaga wbicia elektrod pomocniczych: Może być problematyczne na terenach o utwardzonej powierzchni (beton, asfalt) lub tam, gdzie wbicie elektrod jest utrudnione. 
• Czasochłonność: Rozmieszczenie elektrod i wykonanie kilku pomiarów może zająć więcej czasu niż w przypadku innych metod. 
• Wymaga odpowiedniego terenu: Potrzebna jest odpowiednia przestrzeń do rozmieszczenia elektrod w wymaganych odległościach. 

Podsumowując, metoda techniczna jest solidną i dokładną metodą pomiaru rezystancji uziemień, stanowiącą podstawę wielu badań i ocen w dziedzinie elektroenergetyki i ochrony odgromowej. Wymaga jednak starannego przygotowania i przestrzegania zasad rozmieszczenia elektrod, aby uzyskać wiarygodne wyniki.

Rezystywność gruntu nie jest wartością stałą i zależy od wielu czynników, takich jak: 

• Rodzaj gruntu: Różne typy gleb (np. glina, piasek, żwir) mają odmienną strukturę i skład mineralny, co wpływa na ich przewodność elektryczną. 
• Wilgotność: Woda zawarta w gruncie znacząco zwiększa jego przewodność. Im bardziej wilgotny grunt, tym niższa jego rezystywność. 
• Temperatura: Temperatura również wpływa na ruch jonów w gruncie, a tym samym na jego rezystywność. Zazwyczaj wraz ze wzrostem temperatury rezystywność maleje. 
• Zasolenie: Obecność soli mineralnych w gruncie zwiększa koncentrację jonów, co prowadzi do obniżenia rezystywności. 
• Zagęszczenie gruntu: Bardziej zagęszczony grunt zazwyczaj charakteryzuje się niższą rezystywnością ze względu na lepszy kontakt między cząstkami. 

Znaczenie pomiaru rezystywności gruntu: 

Pomiar rezystywności gruntu jest kluczowy w wielu dziedzinach, w szczególności przy projektowaniu i wykonywaniu systemów uziemiających dla instalacji elektrycznych i odgromowych. Znajomość rezystywności gruntu pozwala na: 

• Określenie optymalnych wymiarów i konfiguracji uziomów: Aby osiągnąć wymaganą rezystancję uziemienia, konieczne jest dostosowanie wielkości i kształtu uziomów do rezystywności otaczającego gruntu. W gruntach o wysokiej rezystywności może być konieczne zastosowanie dłuższych lub bardziej rozbudowanych systemów uziemiających. 
• Projektowanie ochrony katodowej: W systemach ochrony przed korozją rurociągów i innych konstrukcji podziemnych, znajomość rezystywności gruntu jest niezbędna do prawidłowego doboru parametrów układu ochrony katodowej. 
• Badania geofizyczne: Pomiar rezystywności gruntu jest wykorzystywany w geofizyce do badania struktury podłoża, lokalizacji złóż, wykrywania zanieczyszczeń i innych zastosowań. 

Jak wykonuje się pomiary rezystywności gruntu? 

Istnieje kilka metod pomiaru rezystywności gruntu, ale najpopularniejszą i powszechnie stosowaną jest metoda Wennera (czteroelektrodowa). 

Metoda Wennera: 

1. Wbicie w grunt czterech elektrod (sond) w równych odległościach (a) wzdłuż linii prostej. Rozmieszczenie elektrod: Cztery elektrody (oznaczone jako P1, C1, C2, P2) wbija się w grunt w równej odległości 'a' od siebie, w linii prostej. Odległość 'a' dobiera się w zależności od głębokości, na jakiej chcemy zbadać rezystywność gruntu (większa odległość 'a' pozwala na badanie głębszych warstw). 
2. Podłączenie miernika: 

• Do zewnętrznych elektrod (C1 i C2) podłącza się źródło prądu stałego lub przemiennego o niskiej częstotliwości. 
• Do wewnętrznych elektrod (P1 i P2) podłącza się woltomierz o wysokiej impedancji wejściowej, który mierzy spadek napięcia między tymi elektrodami. 

1. Wykonanie pomiaru: Przez elektrody C1 i C2 przepuszczany jest prąd (I), a woltomierz mierzy powstały spadek napięcia (U) między elektrodami P1 i P2. 
2. Obliczenie rezystywności: Rezystywność gruntu (ρ) na głębokości w przybliżeniu równej odległości między elektrodami ('a') oblicza się ze wzoru: ρ=2⋅π⋅a⋅ I U ​ =2⋅π⋅a⋅R 

gdzie: 

• ρ - rezystywność gruntu [Ωm] 
• π - stała matematyczna (ok. 3.14159) 
• a - odległość między sąsiednimi elektrodami [m] 
• U - zmierzony spadek napięcia [V] 
• I - przepływający prąd [A] 
• R= I U ​ - zmierzona rezystancja [Ω] 

Istnieje jeszcze metod Metoda Schlumbergera. 

 

Podsumowanie: 

Rezystywność gruntu jest kluczowym parametrem wpływającym na projektowanie systemów uziemiających i innych instalacji elektrycznych w gruncie. Metoda Wennera jest najczęściej stosowaną i stosunkowo prostą metodą pomiaru rezystywności, pozwalającą na uzyskanie wiarygodnych wyników niezbędnych do prawidłowego projektowania i zapewnienia bezpieczeństwa instalacji.