POMIAR UZIOMÓW BEZ ROZŁĄCZANIA
Metoda pomiaru cęgami
Metoda spadku potencjału i jej modyfikacje są jedynymi metodami pomiaru
uziemień, które spełniają normę IEEE81. Metoda spadku potencjału jest niezawodna, bardzo dokładna
i może być używana do badań systemów uziemień o dowolnych rozmiarach . Dodatkowo,
operator ma pełna kontrolę przygotowania pomiaru oraz może zweryfikować
prawidłowość wyników poprzez pomiary przy innej odległości sond. Niestety,
metoda spadku potencjału pociąga za sobą kilka niedogodności:
- Jest niezwykle czasochłonna i wymaga dużo
pracy
- Indywidualne elektrody uziomów muszą być
odłączone od systemu, aby móc je zmierzyć
Metoda pomiaru cęgami, chociaż nie spełnia normy IEEE81,
zapewnia operatorowi zdolność wykonania efektywnych pomiarów, jeżeli warunki
pomiaru są właściwe. Metodologia pomiaru cęgowym miernikiem uziemień jest oparta na prawie Ohma (R=V/I).
Napięcie o znanej wartości jest dokładane do całego obwodu i następnie mierzony jest wywołany przepływ
prądu. Cęgowy miernik uziemień przykłada sygnał oraz mierzy wywołany tym
sygnałem prąd bez
galwanicznego podłączenia. Cęgi zawierają cewkę nadawczą, która wywołuje
przepływ prądu oraz cewkę odbiorczą,
która dokonuje pomiaru prądu.
Rysunek 1. Cęgi do pomiaru uziomów
Aby metoda pomiaru cęgami mogła funkcjonować,
musi istnieć kompletny system, ponieważ operator cęgowego miernika uziemień nie
dysponuje sondami pomocniczymi i
dlatego, nie może przygotować wymaganego obwodu pomiarowego. Operator musi być
pewien, że uziom zawiera pętlę powrotną. Przyrząd mierzy całkowitą rezystancję
pętli, którą obejmuje sygnał.
Rysunek 2. Zasada pomiaru uziemienia metodą
cęgów
Wszystkie elementy pętli są mierzone w układzie szeregowym.
Metoda zakłada, że tylko rezystancja aktualnie badanej elektrody uziomu ma znaczący
udział. Rysunek 2 ilustruje zasadę pomiaru. Przyrząd obejmuje elektrodę RX.
Cały prąd pomiarowy płynie poprzez RX, ale później dzieli się pomiędzy
pozostałe rezystancje w celu powrotu. Należy zauważyć, że zakłada się, że RX
jest dużo większa niż wypadkowa pozostałych rezystancji połączonych równolegle. W wielokrotnych systemach uziemień,
obwód może być rozpatrywany, jako pętla składająca się z indywidualnej elektrody
uziomu, natomiast droga powrotna zamyka się poprzez wszystkie pozostałe elektrody
oraz masę gruntu.
Pojedyncza elektroda będzie miała wyższą rezystancję, niż reszta uziomów
połączonych równolegle.
Rysunek 3. Zastosowanie przy uziemieniu słupów
Rysunek 3 pokazuje praktyczny przykład, gdzie
metoda pomiaru cęgami jest wysoce efektywna. Zastosowaniem są połączone ze sobą
równolegle uziomy, występujące przy słupach oświetlenia ulicznego. Przewód
zerowy zapewnia powrót. Rezystancja pętli może być obliczona z równania:
Rloop = R6 + (1/(1/R1
+ 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 + 1/R5))
Dla sześciu podobnych elektrod z rezystancją 10Ω,
zmierzona rezystancja pętli, przy pomiarze każdej z elektrod wynosiłaby:
Rloop = 10 + 2 = 12
Dla sześćdziesięciu podobnych elektrod z
rezystancją 10Ω, zmierzona rezystancja pętli, przy pomiarze każdej z elektrod
wynosiłaby:
Rloop = 10 + 0,17 = 10,17
Jeżeli jedna z elektrod ma rezystancję 100Ω i
reszta ma rezystancję 10Ω, zmierzona rezystancja pętli, przy pomiarze na
elektrodzie o dużej rezystancji wynosiłaby:
Rloop = 100 + 2 = 102
Rezystancja pętli przy pomiarze każdej z pięciu
pozostałych elektrod wynosiłaby:
Rloop = 10 + 2,4 = 12,4
Im więcej jest powrotów, tym mniejszy jest udział
odbiegającego elementu na wynik i stąd, większa jest dokładność. Nawet "zły"
element (o wysokiej rezystancji) pomiędzy wieloma małymi rezystancjami
powrotnymi nie jest wystarczający do załamania pomiaru. Ale, jeżeli powrotów jest
niewiele lub wszystkie elementy są o wysokiej rezystancji, wtedy błąd będzie
znaczny.
Jest kilka głównych zalet metody cęgowej, ale
również występuje znaczna ilość wad. Jest bardzo ważne, aby operator rozumiał ograniczenia metody
pomiarowej, aby niewłaściwie nie stosował przyrządu i nie otrzymywał
fałszywych lub błędnych wyników. Cęgowy miernik uziemień jest ważnym narzędziem w torbie
elektryka, ale nie może być jedynym stosowanym przyrządem.
Główną zaletą metody cęgowej jest to, że jest
szybka i prosta, ponieważ nie muszą być wbijane sondy oraz elektroda uziomu nie
musi być odłączona od systemu. Wynik w metodzie cęgowej zawiera również rezystancję
przewodów uziemiających i wszystkie rezystancje połączeń systemu. Przyrząd może mierzyć
prąd upływności płynący w systemie, informacja ta nie jest dostępna w metodzie
ze spadkiem potencjału. Metoda ze spadkiem potencjału mierzy tylko elektrodę
uziomu, ale nie mierzy połączeń systemu (przewody miernika muszą być przepięte w celu
wykonania pomiaru rezystancji przewodów połączeniowych). W metodzie cęgowej, "przerwa" lub
wysoka rezystancja przewodów łączących uziemienia będzie zawarta w wyniku
ponieważ przyrząd cęgowy wykorzystuje przewody uziemień, jako elementy obwodu powrotnego.
Metoda cęgowa jest efektywna tylko w sytuacjach
wielokrotnych uziemień połączonych równolegle. Nie może być używana w
odseparowanych uziomach, ponieważ nie istnieje wtedy ścieżka powrotu, czyniąc
metodę nie do wykorzystania przy sprawdzaniu lub odbiorach elektrod uziomów
podczas budowy. Poza tym, nie może być używana, jeżeli istnieje alternatywna
niska rezystancja powrotu, ale nie poprzez grunt, jak ma to miejsce przy
masztach sieci komórkowych lub w podstacjach.
Operator musi również być świadomy subtelności
metody pomiarowej w celu zapewnienia dokładnych wyników. Jeżeli inna
część systemu uziemienia jest w "obszarze rezystancji" badanej elektrody uziomu,
wtedy wynik będzie niższy niż prawdziwa rezystancja elektrody uziomu, co może
prowadzić do fałszywego poczucia bezpieczeństwa. Pomiar jest wykonywany przy
dużej częstotliwości w celu umożliwienia zastosowania małych transformatorów w
konstrukcji cęgów,
co umożliwia ich praktyczne zastosowanie. Z drugiej strony, takie podejście
jest mniej reprezentatywne dla przebić przy częstotliwości sieciowej, niż
tradycyjna częstotliwość badania uziemień wynosząca 128Hz.
Dobrej jakości droga powrotna jest wymagana dla
uzyskania dokładnych wyników. Słaba droga powrotna może dawać wyniki o za wysokiej
wartości. Podłączenie musi być na właściwej części pętli dla badanej elektrody,
ponieważ złe podłączenie może dawać błędne wyniki. Operator musi posiadać całkowite
zrozumienie systemu, aby wiedzieć co dokładnie jest mierzone. Metoda ta jest
czuła na szum od sąsiadującej aparatury elektrycznej i jest mniej efektywna dla
bardzo "małych" systemów uziemień (elementy odbiegające rezystancją - przy pomiarze stają się
porównywalnie duże).
Ostatnią wadą cęgowych mierników uziemień jest
to, że nie ma możliwości weryfukacji wyników w tej metodzie. Przy pomiarach
metodą spadku potencjału, operator może sprawdzić wyniki poprzez zwiększanie
odległości między sondami. W metodzie cęgowej, wyniki muszą być zaakceptowane
"na wiarę".
Jak wcześniej zauważono, przyrząd cęgowy do
pomiaru uziemień nie powinien być jedynym stosowanym przyrządem pomiarowym. Jest
on, jednakże ważną częścią zestawu narzędzi, łącznie z przyrządem
wykorzystującym metodę spadku potencjału. Przyrząd cęgowy może być używany do
szybkiej identyfikacji problemów. Przyrząd wykorzystujący metodę spadku
potencjału może być następnie używany do potwierdzenia tych problematycznych
wyników. Takie podejście pozwala operatorowi oszczędzać czas, zwiększając
jednocześnie dokładność.
Rysunek 4. Maszt telefonii komórkowej - przykład
niewłaściwego zastosowania
Rysunek 4 jest ilustracją, gdzie metoda cęgowa
jest często niewłaściwie stosowana. Przykład ten pomoże udowodnić dlaczego
wiedza o systemie uziemienia jest krytyczna, aby móc wykonać prawidłowy pomiar.
Ilustracja pokazuje problemy z próbowaniem użycia cęgowego miernika uziemień dla
masztów telefonii komórkowej. Maszty telefonii komórkowej są uziemiane przy
podstawie, gdzie każda kotwa odciągu jest uziemiona i wszystkie z nich są
połączone ze sobą pierścieniem uziemiającym. Jeżeli operator założy cęgi dookoła
głowicy jednej z kotew uziemiających odciągi, wtedy prąd pomiarowy będzie po
prostu płynął obwodem w pierścieniu uziemiającym, a nie poprzez grunt. Należy
zauważyć, że prąd pomiarowy krąży w przewodniku, który łączy poszczególne kotwy
(elektrody uziomów), które obejmują pierścień. W tym przypadku, cęgowy miernik
uziemień nie będzie mierzył jakości systemu uziemienia. Wynik pomiaru będzie w
tym przypadku wynikiem rezystancji pętli tworzonej przez przewody.
Pomiar uziemienia metodą cęgową można wykonać następującymi przyrządami:
T2000, T2100, PM2301