Základy zkoušení elektrické instalace (II)

První část se zmínila mimo jiné o měření malých odporů. Do této oblasti patří i zkoušení kvality nízkoohmových spojů, zahrnující také vodiče potenciálového vyrovnání. Hlavní vyrovnání potenciálů je přitom napojeno na uzemňovací systém, který může mít např. podobu základového zemniče.

Smyslem celého uzemňovacího systému je sjednotit potenciál vodivých částí zařízení i elektrických obvodů v dosahu jeho působnosti a uvést jej na společnou hodnotu, blízkou potenciálu zemského povrchu. Odpor uzemnění musí být proto co nejmenší. Stanovuje se měřením odporu mezi zemským povrchem a přípojným místem uzemňovacího zařízení, resp. systému. Jeho měření je předepsáno u celé řady objektů a zařízení, využívajících ochranu odpojením od zdroje, ochranu před bleskem (hromosvod) nebo dálkovou signalizaci. Stejný požadavek lze ale najít také ve skladech pohonných hmot apod.

Stanovení odporu uzemnění lze přitom provádět různými měřicími postupy, využívajícími měření napětí a proudu. Z nich se následně odvodí výsledná hodnota odporu. V průběhu těchto měření je třeba odpojit od uzemňovací soustavy vodiče PE, resp. PEN.

K měření se používají zpravidla přístroje se zdrojem konstantního střídavého proudu, jehož svorky se většinou zapojují mezi pomocný a měřený zemnič. Pomocí napěťové sondy, umístěné v oblasti měřeného zemniče, se zjišťují potenciálové rozdíly. Hodnota odporu uzemnění se stanoví z velikosti proudu dodávaného zdrojem konstantního proudu a rozdílů napětí vzniklých jeho průchodem.

Zkušební proud musí být kvůli omezení možnosti vzniku galvanických procesů na přechodu mezi kovovým zemničem a okolní zeminou střídavý. Chybu měření způsobenou rušivými napětími běžných průmyslových kmitočtů, tedy 16 2/3 Hz, 50 Hz, 60 Hz nebo 400 Hz, lze vyloučit tím, že frekvence měřicího proudu nebude násobkem základního kmitočtu některého z nich.

Pro stanovení odporu uzemnění neznámého zemniče lze použít některou z dále uvedených měřicích metod. V jejich popisu i souvisejících obrázcích jsou použity společně zkratky, odpovídající obvyklému značení svorek uvažovaných měřicích přístrojů:

Měření vůči známému zemniči

Dvouvodičová metoda podle obr. 5 využívá dvou zemničů. Měří se odpor mezi zkoušeným zemničem a zemničem, jehož odpor známe. K připojení měřicího přístroje lze v tomto případě využít u sítě TN např. také PEN vodič. Odpor měřeného zemniče získáme tím, že od výsledného celkového odporu měření odečteme odpor nám známého zemniče. Tento způsob měření je velmi vhodný pro oblasti s hustou zástavbou, ale stejně tak jej lze použít pro všechny malé ohraničené oblasti, v nichž nelze umístit společně sondu a pomocný zemnič.

Obr. 5 - Dvouvodičová metoda pro hustě obydlená území

Měření pomocí sondy

Třívodičová metoda podle obr. 6 využívá dvě zemnicí tyče, umístěné pro omezení nežádoucích přímých vazeb ve vzdálenosti alespoň 20 m. Jedna představuje pomocný zemnič (H), druhá měřicí sondu (S). Zkušební proud prochází mezi pomocným a měřeným zemničem. Měřen je rozdíl napětí mezi měřeným zemničem a sondou. Výsledná hodnota odporu podle této metody však zahrnuje také odpor měřicího vedení mezi přístrojem a měřeným zemničem. Při větších hodnotách odporu uzemnění lze zpravidla chybu způsobenou reálným odporem měřicího vedení zanedbat. U malých hodnot odporu je však nutno provést korekci výsledku o hodnotu odporu měřicího vedení. Tímto způsobem lze měřit např. odpory základových zemničů, uzemnění na stavbách a všech zemničů používaných v ochraně před bleskem.

Obr. 6 - Třívodičová metoda určení odporu zemniče

Čtyřvodičová metoda podle obr. 7 je obdobou předešlého postupu a lze ji s výhodou použít v případech, kdy je odpor uzemnění velmi malý. Díky oddělenému vedení přívodu měřicího proudu (E) a snímacího vedení ES je v tomto případě eliminována chyba měření, vznikající v předchozím případě nezanedbatelným odporem měřicího vedení mezi měřicím přístrojem a měřeným zemničem. Obě vedení jsou totiž propojena až na měřeném zemniči.

Obr. 7 - Čtyřvodičová metoda pro velmi nízké odpory zemničů

Měření rezistivity půdy

Wennerova metoda. Pro výpočet odporu šíření od zemničů a uzemňovacích systémů je třeba znát rezistivitu půdy. Zdaleka ne všechny měřicí přístroje jsou ale schopny měřit její hodnotu přímo, takže bývá třeba doplnit měření ještě výpočtem. K měření potřebujeme čtyři zemnicí tyče, které se zatlučou v jedné řadě a ve stejných vzdálenostech do země (zpravidla hloubka do 15 cm, viz obr. 8).

Obr. 8 - Měření rezistivity půdy pomocí čtyř zemnicích tyčí

Touto metodou se měří rezistivita půdy přibližně do hloubky odpovídající vzdálenosti a. Kvůli možnosti vzniku chyb měření je třeba dbát na to, aby paralelně k měřicímu zařízení nebyly nataženy kovové trubky nebo zemní kabely. Ve volné přírodě mohou být zdrojem chyb také vodní prameny nebo dlouhé kořeny. Při hodnocení výsledků měření je nutno počítat s tím, že rezistivita půdy kolísá podle počasí a ročních období. Orientační hodnoty odporů pro různé druhy půd uvádí tab. 1.

V této souvislosti lze zmínit také Schlumbergerovu metodu, která vykazuje pro běžné podmínky stejné hodnoty rezistivity půdy jako metoda Wernerova, avšak s nižší časovou náročností.

Měření proudovými kleštěmi

V uzemňovacích soustavách s několika paralelně zapojenými zemniči se zjistí měřením odporu uzemnění jen celkový odpor uzemňovací soustavy. Pro určení odporu jednotlivých zemničů (např. ke zjištění působení koroze) je nutno každý zemnič nejprve odpojit a teprve následně změřit. Tento postup je však pro praktické použití velmi pracný. Díky značným vyrovnávacím proudům může být dokonce nebezpečný pro obsluhu, neboť nelze vyloučit možnost vzniku velkých krokových napětí.

Měření jednou klešťovou proudovou sondou (měření jednotlivých zemničů)

Při tomto měření jsou třeba dvě zemnicí tyče. Jedna jako pomocný zemnič (H), druhá jako sonda (S). Měřicí proud prochází mezi pomocným a měřeným zemničem (E). Měří se napěťový spád mezi zemničem a sondou.

Proudová sonda (kleště) instalovaná podle obr. 9 registruje vždy jen určitou část celkového měřicího proudu, která skutečně protéká měřeným zemničem. Části měřicího proudu protékající dalšími paralelně propojenými zemniči tak neovlivňují výsledek měření. Takto lze postupně změřit jednotlivé zemniče uzemňovacího zařízení, bez nutnosti jejich odpojování např. od zařízení vnější ochrany před bleskem (hromosvodu).

Obr. 9 - Selektivní měření odporu zemniče proudovými kleštěmi

Popsané měření lze považovat za jakousi alternativu pro hustě zastavěné oblasti, kde nebývá dostatečný prostor k umístění všech sond a pomocných zemničů z dříve popsaných měřicích postupů.

Měření dvěma klešťovými sondami, měření zemní smyčky

V případě uzemňovacích systémů s více vzájemně propojenými zemniči tvořícími uzavřenou smyčku (např. u hromosvodu jednoho domu) lze měřit odpor jednotlivých zemních smyček rychle a spolehlivě pomocí dvou proudových sond (kleští). První sonda indukuje měřicí proud do zemnicí smyčky a druhá měří, kvůli vyloučení přímých vazeb ve vzdálenosti alespoň 0,25 m, proud protékající zemničem. Takto zjištěný proud pak představuje základní parametr pro výpočet odporu zemnicí smyčky příslušného zemniče. Základní předností tohoto měření je, že nevyžaduje zatloukání žádných sond (S) ani pomocných zemničů (H).

V praxi se měření odporu uzemňovacího systému mnohdy značně podceňuje. Připojení PEN vodiče k uzemňovací soustavě vykazuje velmi malý odpor, takže při vzniku poruchy nebo chyby zajistí celkem spolehlivě funkci ochrany odpojením od zdroje. Nikdy ovšem nelze zcela vyloučit možnost poškození silového přívodu a tím ani přerušení vodiče PEN. Pak má dostatečně kvalitní ochrana uzemněním svou nezastupitelnou funkci. Tu plní i v případě zřízení vnější ochrany před bleskem, tedy hromosvodu.

Příští pokračování tohoto pojednání o základech zkoušek elektrických instalací bude věnováno měření odporu poruchové smyčky. Představí další metody nízkoohmových měření.