Metode utilizate în măsurarea rezistenței instalației de legare la pamânt și instrumente pentru măsurarea impedanței instalației de legare la pamânt.

Măsurarea rezistenţei instalației de legare la pământ se efectuează cu:

• metoda tehnică, (3 tăruși)
• metoda tehnică cu un clește de curent (3 tăruși și un clește), pentru măsurarea de prize multiple,
• metoda cu doi clești de curent, pentru măsurători fără țăruși auxiliari,
• metoda impulsului (măsurarea impedanţei).

În funcţie de natura metodei de măsurare a rezistentei prizei de pământ, măsurătorile se efectuează pentru măsurarea rezistenţei prizei de legare la pământ sau pentru măsurarea impedanţei prizei de pământ cu metoda impulsului conform cu EN 62305 (I7/2011).

Măsurarea rezistenţei prizei de legare la pământ se face utilizând curenți de încercare, cu o frecvenţă apropiată de frecvenţa reţelei de alimentare (de exemplu, legare la pământ de lucru). Măsurarea impedanţei se face utilizând curenți având forma corespunzătoare loviturii de trăznet (pentru SPT).

Metoda de măsurare cu 2 țăruși (2p) – măsurarea continuității și a legăturilor instalațiilor de echipotențial

EN 62305 impune testarea firele de conexiune a electrozilor de legare la pământ. Aceste teste sunt deosebit de importante atunci când firele de legare la pământ, nu sunt vizibile. O astfel de măsurare se efectuează în conformitate cu standardul EN 61557 – partea 4, “Rezistenţa de legare la pământ şi legătura de echipotenţial.”

În conformitate cu acest standard curentul minim de testare nu este mai mic de 200mA  și tensiunea de la borne trebuie să fie între 4 … 24V. Aceste condiţii sunt îndeplinite în timpul măsurătorilor efectuate cu instrumentele MRU-200, MRU-120, MRU-105, MRU-106, MRU-21, MRU-20.

Măsurarea continuităţii legăturilor instalației de echipotenţial este prezentată mai jos.

Instrumentul permite utilizarea de cabluri de diferite lungimi. Pentru a evita influenţa rezistenţei lor asupra rezultatelor de măsurare – aceste cabluri pot fi auto-calibrate. În timpul calibrării, rezistenţa cablurilor de testare se măsoară şi nu se adaugă la rezistenţa măsurată – astfel încât nu există nici o eroare de măsurare suplimentară.

Metoda cu 2  țăruși poate fi, de asemenea, utilizată pentru a măsura rezistenţa de legare la pământ. Dacă schema sistemului de legare la pământ este cunoscută şi este disponibilă o altă priză de pământ a cărei rezistență este cunoscută atunci rezultatul măsurători cu metoda 2P (valoarea afișată pe ecranul instrumentului) va fi suma celor două rezistențe a prizelor de pământ: cea măsurată (a cărei valoare dorim s-o aflăm)  și cea cunoscută.

Metoda de măsurare cu 3 țăruși (3p) (cădere de potențial)

Pentru măsurarea rezistenţei de legare la pământ metoda tehnică este cel mai frecvent utilizată şi este adesea numită metoda căderii de potenţial. În această metodă se măsoară, căderea de tensiune pe priza de pământ testată, împreună cu curentul care se scurge prin aceasta. Legea lui Ohm este folosită pentru a calcula rezistența.

Distribuţia de tensiune în jurul legăturii de împământare pentru curentul de defect.

Metoda tehnică de măsurare a rezistenţei de legare la pământ

Se măsoară rezistența prizei de pământ Re. Pentru a putea efectua măsurătoarea, introduceți în pământ doi  țăruși (electrozi de măsură auxiliari):

• electrodul H, pentru a permite intrarea fluxului de curent în circuit:priza de pământ măsurată R -e
• instrumentul de măsură – electrodul de curent H – pământ
• electrodul S, pentru a măsura căderea de tensiune pe electrodul prizei de pământ măsurat Re , cauzată de trecerea curentului prin acesta

În cazul în care, după mutarea electrodului S (pentru citirea tensiuni) spre RE precum şi spre electrodul de curent H (de obicei, la cățiva metri), diferenţa dintre rezultate este nesemnificativă, atunci se poate presupune că locaţia electrozilor a fost aleasă în mod corespunzător. Media aritmetică a celor trei rezultate este valoarea măsurată a rezistenței de legare la pamânt RE.

Metoda cu 3 ţăruşi (3p) pentru măsurarea rezistenţei de legare la pământ

Atunci când, după deplasarea electrozilor rezultatele vor fi semnificativ diferite unele de altele, se mută electrozi (de obicei, în direcţia de electrodului de curent H), sau se va creşte distanţa dintre electrozi. În cazul în care nu funcţionează, este necesar să se mute electrozii într-o altă direcţie . O posibilă sursă de erori în cazul măsurătorilor prizelor de legare la pământ o reprezintă prezența conductelor de apă situate în teren (curentul curge prin conexiunile metalice ale acesteia).

În practică, întreaga lungime a cablului de test trebuie utilizată (în cazul MRU-200, este 50m pentru electrodul de curent şi de 25m pentru electrodul de tensiune). Metoda de măsurare a rezistenţei de împământ cu metoda celor 3  țăruși (poli) este prezentată în figura de mai jos

Pentru măsurarea de electrozi de împământare de mare întindere este necesară o lungime substanţială a cablurilor de testare . În astfel de cazuri, cablurile de test utilizate sunt introduse pe bobine (bobine sunt concepute pentru astfel de conexiuni).

Pentru măsurea unei prize de pământ ce face parte dintr-un sistem de prize de pământ multiple – deconectaţi piesa de separație. În caz contrar se va măsura rezistenţa rezultantă a întregului sistem.

La momentul măsurătorii instrumentele MRU-200, MRU-120, MRU-105, MRU-106 si MRU-21 măsoară valorea tensiunii de interferenţă. În plus, aparatul MRU-200 are o selecţie automată de măsurare a frecvenţei în funcţie de frecvenţa curenţilor de dispersie.

Distanţele recomandate dintre electrozii auxiliari pentru măsurarea rezistenţei prizei de legare la pământ sunt prezentate în tabelul de mai jos:

Metoda de măsurare cu 4  țăruți (4poli)

Metoda de măsurare cu 4 țăruși (4P) este utilizată pentru a măsura elemente de legare la pământ, atunci când se cere o precizie mare. În metoda cu 3  țăruși (3p) valoarea afişată este suma dintre rezistența prizei de pământ măsurată şi rezistenţa cablului de test între terminalul E al instrumentului şi priza de pământ măsurată.

În metoda cu 4 țăruși (4P), al patrulea fir de test, conectat între terminalul ES şi priza de pământ măsurată, minimizează contribuția rezistenţei cablului de test asupra rezultatului măsurătorii. La fel ca în metoda cu 3 poli (3P), este necesar să deconectaţi piesa de separație (în caz contrar se va măsura rezistenţa de împământare a sistemului în ansamblu).

Metoda de măsurare a prizei de pământ, cu 4  țăruși este prezentată în figura de mai jos:

Metoda cu 3 țăruși și un clește de curent

În practică, de multe ori este necesar să se măsoare rezistenţa prizei de pământ multiplă și atunci când nu există posibilitatea de a deconecta piesa de separație. Singura posibilitate în astfel de cazuri este aplicarea metodei cu 3  țăruși (3p)  și un clește de curent.

Această metodă utilizează doi electrozi ( țăruși) auxiliari, ca şi în metoda cu 3  țăruși. Întrucât piesa de separație nu este deschisă, curentul de test de la terminalul E al instrumentului trece atât prin priza de pământ testată cât şi prin alte elemente de legare la pământ.

Pentru a determina curentul care trece prin priza de pământ testată, se utilizează un clește de curent. Bazându-se pe căderea de tensiune măsurată la priza de pământ testată şi pe valorile măsurate ale curentului, instrumentul calculează valoarea rezistenţei de pământ.

La efectuarea de măsurători, să se acorde atenţie plasării corecte a cleștelui. Acesta ar trebui să fie instalat mai jos de legătura cablului de test de la electrodul E. În timpul măsurătorii doar o parte a fluxurilor generate de curent trece prin priza de pământ testată.

Restul curentului de test trece prin celelalte componente ale sistemului de legare la pământ.

Metoda de măsurare 3P  și un clește este prezentată în figura de mai jos:

Metoda cu doi clești de măsură

Pentru o lungă perioadă de timp măsurătorile rezistenţei de împământare, în zonele urbane au cauzat mari probleme. Pentru a efectua măsurarea rezistenţei de împământare, este necesar să generăm curent de test şi apoi să calculăm valoarea rezistenţei în baza căderii de tensiune.

În centrul oraşului, în cazul în care clădirile sunt foarte aproape una de alta, de multe ori nu există nici o posibilitate de a introduce electrozi auxiliari în pământ. În aceste condiţii, metoda cu doi clești de măsură este singura aplicabilă.

Scopul este de a măsura rezistenţa de împământare a electrodul de împământare RE1. la care alte electrozi de legare la pământ sunt conectate cu rezistențele RE2,RE3 … RE6

Această metodă foloseşte un clește transmițator (N-1) şi un clește receptor(C-3). Cleștele transmițător este utilizat pentru a genera o tensiune în circuit. Curentul din circuit depinde de valorile rezistenţei circuitului.

Cu cât valoarea rezistenţei este mai mică cu atât este mai mare valoarea curentului. Cleștele receptor măsoară curentul din circuit. Pe această bază se calculează valoarea rezistenţei de împământare.

Pentru ca această metodă cu doi clești de măsură să fie posibilă, circuitul trebuie să fie închis pentru a permite fluxului de curent să circule. Prin urmare, măsurarea unui singur electrod deschis nu este posibilă prin această metodă.

Deoarece legarea la pământ în exploatare se face la 50 Hz (frecvenţa reţelei de alimentare), se recomandă să se efectueze măsurători cu semnal de test de o frecvenţă cât mai apropiată posibil de 50Hz . Acest lucru implică circuite de măsurare sofisticate, dar aceste măsurători reflectă cel mai bine rezultatele pentru o frecvenţă de 50Hz.

În plus, important este diametrul interior al cleștelui pentru a fi capabil de a efectua măsurători ale rezistenței de împământare, de exemplu, pe o bandă de fier. Cleștii de curent N-1 şi C-3 au diametrul de prindere interior de 52 mm.

La măsurare este irelevant dacă cleștele de curent transmițător este în partea de sus sau de jos. Importantă este distanţa între clești, pt a evita influenţa cleștelui transmițător asupra celui receptor. Distanţa minimă recomandată este de 30cm.

Măsurătorile privind legarea la pământ a instalației de protecţie la trăsnet

Proiectarea respectiv construirea de sisteme de protecţie la trăsnet este diferită de cea utilizată pentru împământările operaţionale folosite, de exemplu,  pentru protecţia împotriva electrocutării.  Detaliile  sunt  definite  în  EN  62305, respectiv  I7/2011  –  protecţie la trăsnet. Prin standard se introduce conceptul de impedanţă convențională de dispersie.

Impedanţa convențională de dispersie este definită ca raportul dintre valorile de vârf ale tensiunii şi curentului care, în general, nu apar simultan. Această impedanţă convențională de dispersie măsurată cu MRU-200 se numeşte rezistenţă de impuls Rd.

Legarea la pământ (ex. o bandă metalică îngropată în pământ) pentru frecvenţa reţelei (50 Hz), poate fi modelat ca rezistenţă. Impedanta în acest caz este egală cu rezistenţa.

Complet diferit este modelul aceluiași conductor îngropat în cazul loviturii de trăsnet. Pentru frecvenţele înalte, corespunzătoare descărcării de trăznet, conductorul trebuie să fie considerat ca o linie de transmisie. Astfel, inductanţa şi capacitatea conductorului îngropat în sol începe să joace un rol semnificativ.

Dacă se consideră conductorul ca o rezistenţă pură, în acest caz, este o greşeală. Un astfel de sistem are impedanţă, funcţie nu doar de rezistența sa, cât și de orientarea sa în teren.

Cum este arătat de model, cea mai mare parte din lovitura de trăsnet este preluată de către partea iniţială a împământării. Reactanţa inductivă a firului este cauza pentru care elementele suplimentare de legare la pământ au mai puţină influenţă asupra dispersiei trăznetului în sol.

Modul de dispunere a tijelor de captare, conductoarele de coborâre şi electrozii de legare la pământ este foarte important pentru o protecţie la trăsnet eficientă şi trebui să fie făcută în conformitate cu cerinţele EN 62305, respectiv I7/2011.

Măsurarea rezistenței instaleției de împămîntare prin metoda impulsului

Măsurătorile sistemului de protecţie la trăsnet trebuie să fie efectuate într-o manieră cât mai aproape posibil de condiţiile existente în momentul loviturii de trăsnet. Pentru a îndeplini această cerinţă, curentul de testare trebuie să aibă o formă cât mai aproape de forma loviturii de trăsnet.

Instrumentul în timpul măsurării generează o serie de impulsuri, cu o formă dată o amplitudine de 1,5 kV şi curenţi de până la 1A. Dispozitivul permite utilizatorilor să efectueze măsurători cu unul din următoarele trei forme a impulsului:

• 4μs/10μs,
• 8μs/20μs,
• 10μs/350μs.

Impulsul 10μs/350μs corespunde primei secvențe a loviturii de trăznet, conform EN 62305,I7/2011. Forma impulsului de secven ă 8μs/20μs corespunde loviturii datorate efectelor câmpurilor magnetice inductive generate de curentul de trăznet care lovește în exteriorul SPT sau de o lovitură de trăznte în apropiere. Cu cât este mai scurt impulsul selectat pentru măsurare, cu atât este mai mare efectul de reactanţă.

Aplicarea metodei cu 4 ţăruşi elimină influenţa impedanţei conductoarelor de test principale/ conectate la instrument. Pentru măsurare pentru a elimina efectul de zgomot din rezultatul măsurării, este folosit un cablu ecranat.

Este important ca ecranul acestui cablu să fie conectat la terminalul E al aparatului de măsură. În timpul măsurătorilor cablurile de test trebuie să fie derulate în totalitate şi să nu fie localizate pe rolă, în scopul de a preveni inductanţa suplimentară.

În timpul măsurării cu metoda impulsului electrozi auxiliari trebuie să fie aranjați diferit decât în metoda cu 4 ţăruşi. Pentru a evita inducerea unei tensiuni în conductorul S, de către fluxul de curent din conductorul H, conductorul conectat la borna S ar trebui să fie separat de cel conectat la borna H. Se recomandă ca firele de test să aibă între ele unghiuri mai mari de 60 °.