Măsurători ale instalațiilor de legare la pamânt

Tipuri de legare la pământ

Legarea la pământ este o conexiune făcută în mod intenţionat între o instalație sau dispozitiv electric şi un obiect metalic situat în pământ numit priză de pământ. În funcţie de sarcina de legare la pământ, putem distinge, din punct de vedere funcțional, următoarele tipuri de legare la pământ:

• de protecţie,
• operaţionale
• protecţie la trăsnet.

În funcţie de componentele utilizate în construcţia de prize de pământ – acestea sunt împărţite în prize de pământ naturale și artificiale.

Electrozi de pământ naturali pot include:

• conducte metalice de apă,
• elemente metalice înglobate în fundații,
• elemente de beton armat situate în sol şi în alte părţi metalice având un bun contact cu solul.

Electrozi de pământ artificiali pot include: secţiuni, tije, fire, cabluri, benzi sau plăci de oţel, acoperite cu un strat protector conductor (anti-coroziv), introduși în pământ – orizontal (electrozi orizontali) sau vertical (electrozi verticali).

Electrozii de legare la pământ pot fi realizați ca elemente unice orizontale sau verticale (electrozi unici), sau ca sisteme complexe compuse din prize de pământ dispuse în configuraţii diferite (inele în sol, grile, electrozi dispuși radial în pământ).

Electrozii de împământare sub forma unui sistem complex au scopul de a oferi rezistenţă scăzută de legare la pământ.

La instalarea electrozilor în pământ, utilizatorii ar trebui să acorde atenţie potenţialelor electrochimice individuale ale componentelor sistemului. Când sistemul include o combinaţie a unui electrod de împământare natural în fundaţie (oţel în beton)  și o priza de pământ artificială, situată în afara fundației, din otel galvanizat, atunci diferenţa de potenţial electrochimic între aceste elemente va fi de cca. 1V.

Ca urmare a acestei diferenţe de potențial va exista un flux de curent, ce va cauza coroziunea oţelului situat în sol. Astfel, electrozii din oțel galvanizat nu pot fi utilizați în acest caz – aceștia trebuie să fie realizați din oţel cuprat, din cupru sau oţel inoxidabil.

Factori care influențează calitatea punctului de legare la pământ
Rezistenţa instalație de legare la pământ, în general, depinde de rezistivitatea solului. Deci, este evident că o împământare bună în zone de rezistivitate crescută (de exemplu, soluri nisipoase, zone cu exces de lemn) este dificilă şi necesită resurse mai multe decât în zonele umede cu o rezistivitate redusă a solurilor.

Măsurarea rezistivităţii solului, efectuată în faza de proiectare, este esenţială pentru selectarea optimă a elementelor sistemului de legare la pământ şi de adâncimea acesteia în teren, în scopul de a asigura rezistenţa dorită pentru instalația de împământare. Aceste măsurători scurtează considerabil timpul de finalizare a întregului proiect şi se optimizează costurile acestuia.

În cele mai multe cazuri, cu cât electrozii sunt îngropați mai adânc în pământ cu atât este mai mică rezistenţa împământării. În plus, cu cât electrozii sunt mai adânc îngropați în pământ, cu atât mai mare este stabilitatea rezistenţei prizei de pământ în timpul funcţionării, fiind influenţată limitat de factorii externi (schimbari sezoniere, ploaie).

O instalație de legare la pământ trebuie să furnizeze:

• nivelul scăzut al rezistenţei sale (impedanței),
• cea mai mică variație a rezistenței (impedanței) de-a lungul timpului,
• rezistență maximă la coroziune a elementelor prizei de pământ.

Factori care afectează precizia măsurătorilor

În timpul efectuării măsurătorilor rezistenţei prizei de pământ, se măsoară valoarea curentului care trece prin priza de pământ testată şi căderea de tensiune pe aceasta. Folosind legea lui Ohm vom calcula valoarea rezistenţei prizei de pământ. Rezistenţa prizei de pământ se măsoară în curent alternativ, din cauza naturii electrolitice a conductivitatii solului.

Efectul curenților de dispersie

Precizia de măsurare a rezistenţei prizei de pământ depinde de mulţi factori. Principalii factori care cauzează erori de măsurare sunt curenţii de dispersie (având frecvenţa reţelei de alimentare şi armonicele sale). În timpul măsurătorilor instalațiilor de legare la pământ operaţionale, este recomandat să folosiţi frecvenţa de măsură curentă cât mai aproape posibil de frecvenţa reţelei de alimentare,  dar aceasta trebuie să fie diferită de 50 Hz şi armonicele sale.

Îndeplinirea aceastor cerinţe este foarte dificilă în practică şi presupune o exigență ridicată în proiectarea instrumentelor.

Efectul țărușilor auxiliari

Rezistenţa țărușilor auxiliari afectează eroarea de măsurară suplimentară. Cu cât este mai mare, cu atât mai mare este influenţa sa asupra rezultatului măsurătorii. Persoana care efectuează măsurători, cunoscând valoarea rezistenţei țărușilor auxiliari, poate interveni în cazul în care aceasta rezistenta este prea mare şi ar putea încerca să o reducă prin introducerea în sol a unor  țăruși mai lungi, umezirea solului sau introducerea  țărușilor într-un alt loc.

De asemenea, se poate utiliza pe post de țăruș o altă legare la pământ existentă, de exemplu, piciorul de metal al unei lampi, etc.

Efectul umidității solului

Un impact foarte mare asupra măsurătorilor rezistenţei prizei de pământ îl are gradul de umiditate al solului. Măsurătorile efectuate după ploaie vor indica o valoare mult mai mică a rezistenţei prizei de pământ. Dacă măsurătorile nu pot fi făcute în condiții normale de umiditate a solului, se utilizează coeficienţi de corecţie.

În funcţie de umiditatea solului şi de tipul electrodului de legare la pământ, rezultatele măsurătorilor trebuie să fie înmulţite cu un coeficient adecvat prezentat în tabelul de mai jos. Valoarea coeficentul Kp variază de la 1.1 – 3. Coeficienţii prezentați în tabelul următor vor facilita corecțiile în funcție de schimbările sezoniere a valorii rezistenţei prizei de legare la pământ.

Se poate presupune că:

• pentru măsurătorile efectuate în decurs de 2 până la 3 zile după ploi,
• pentru măsurătorile efectuate din septembrie până în octombrie (perioada cu cea mai mare rezistență a prizei de pământ în timpul anului) în Europa nu este necesar să se utilizeze corecția prin intermediul coeficentului

Exactitatea măsurătorii vs. domeniul de măsură a aparatului

Instrumentele, în funcţie de sistemele de legare la pământ măsurate, natura şi caracteristicile lor ar trebui să fie alese pentru a permite efectuarea masuratori în conformitate cu părţile relevante ale standardului EN 61557:

• Partea-a 4-a “Rezistența legării la pamânt și legătura de echipotențial”
• Partea-a 5-a “Rezistența împământării”.

Este necesar ca eroarea de măsurare totală să nu fie mai mare de 30%. Greşeala cea mai frecvent făcută de utilizatori, este să nu ia în considerare intervalul de măsurare a instrumentului. Acest lucru conduce la acceptarea unor rezultate care sunt în afara domeniului de măsurare pentru evaluarea adecvată a instalaţiei testate. Domeniul de măsurare a unui instrument defineşte intervalul de măsurare, în care eroarea de măsurare este în limitele acceptabile.

Foarte des, utilizatorii instrumentelor nu acordă atenţie domeniului de măsurare, și controlează, de obicei, numai valorile afişate şi rezoluţia instrumentelor. Adesea, ei nu pot calcula eroarea de măsurare bazându-se pe datele furnizate de către producător. Se poate întâmpla ca rezultatele obținute să aibă o eroare de măsură mai mare decât valoarea erorii maxim admisibile.

În prezent, producătorii de instrumente de măsurare sunt obligați să menționeze intervalele de măsurare, luând în considerare valorile limită de eroare specificate în EN 61557. Această obligaţie permite utilizatorilor să compare rapid parametrii de eroare a diferitelor dispozitive şi să evalueze cât de adecvat este respectivul instrument pentru diverse aplicaţii.

De exemplu, în timp ce măsurăm continuitatea conductoarelor de protecţie pentru legarea la pământ şi de echipotenţial cu instrumentul MRU-200 valoare este afişată cu o rezoluţie de 0,001 Ω și cu o precizie de ± (2% +4 cifre) pe domeniul 0.000 … 3.999 Ω , care oferă un domeniu de măsurare conform EN 61557-4: de 0,045 … 19.9 K Ω.

Pentru măsurarea rezistenţei de legare la pământ cu metodele 3 şi 4 țăruși, domeniul de măsurare, în conformitate cu același EN 61557-5 este 0.100Ω … 19,9 kΩ. Asta înseamnă că rezultatele măsurătorilor, cuprinse în aceste limite au o precizie mai bună decât 30% şi pot fi introduse într-un raport adecvat.