background image

 

79

Załącznik - Instrukcja ćwiczenia laboratoryjnego    
 

        

Laboratorium Techniki Wysokich Napięć 

 

 

„ Badanie modelowych właściwości uziomów „ 

 

1.Wiadomości podstawowe z zakresu uziemień 

 
 

W  celu  uniknięcia  niebezpieczeństwa  związanego  ze  zniszczeniem  urządzeń  lub 

obiektów jak również z zagrożeniem życia, jakie niesie oddziaływanie prądów zwarciowych, 
jak  również  wyładowań  atmosferycznych,  warto  zaznajomić  się  z  zasadami  stosowania, 
właściwościami  uziemień  oraz  wymaganymi  parametrami  zapewniającymi  ochronę  na 
odpowiednim  poziomie.  To  właśnie  to  przewodzące  połączenie  urządzenia,  obwodu  lub 
systemu  elektrycznego  z  ziemią  lub  przewodnikiem  umieszczonym  w  ziemi    zwane 
uziomem,  stanowi  integralną  część  ochrony  odgromowej  oraz  przeciwporażeniowej. 
Uziemienia, ze względu na rodzaj prądów zakłóceniowych odprowadzanych do ziemi można 
podzielić na: uziemienia ochronne, zapobiegające porażeniu elektrycznemu przy przepływie 
prądów  zwarciowych  (stałych  lub  przemiennych)  oraz  uziemienia  odgromowe  służące  do 
odprowadzenia  do  ziemi  prądu  piorunowego  (udarowego).  Właściwości  uziemień  przy 
przepływie prądu przemiennego lub stałego nazywa się statycznymi, a przy przepływie prądu 
udarowego  o  znacznej  stromości  narastania  prądu  i  o  dużych  amplitudach,  nazywa  się 
udarowymi.  Z  uwagi  na  to,  że  czasy  zjawisk  towarzyszących  odprowadzeniu  prądu 
udarowego  do  ziemi  mierzone  są  w  mikrosekundach,  natomiast  przy  przepływie  prądów  o 
częstotliwości technicznej w milisekundach, zatem do oceny poziomu ochrony, zapewnianej 
przez  uziemienia  pracujące  w  tak  różnych  warunkach,  należy  stosować  odmienne  metody 
pomiarowe.  

Uziemienia można podzielić, ze względu na zadania jakie mają pełnić na : 
 
ochronne nie dopuszczające do utrzymywania się na uziemionych częściach 

niebezpiecznego napięcia 

 

robocze odprowadzające prądy robocze do ziemi 

 

odgromowe odprowadzanie do ziemi udarowych prądów wyładowań 

atmosferycznych 

 

pomocnicze zapewnienie prawidłowej pracy urządzeń pomiarowych i 

zabezpieczających  

 

Natomiast  ze  względu  na  przeznaczenie,  a  konkretnie  cel  wykonania,  wyróżnia  się 
uziemienia: 
 

naturalne spełniające tylko dodatkowo funkcję  uziomu , do których zaliczamy: 

rury  wodociągowe,  metalowe  konstrukcje  budynków,  powłoki  i  pancerze  kabli 
elektrycznych,  elementy  metalowe  osadzone  w  fundamentach,  zbrojenia  betonu 
znajdujące się w ziemi itd. 

 
 
 
 
 

background image

 

80

sztuczne  wykonane  specjalnie  do  celów  uziemienia,  do 

których  zaliczyć  można  pręty,  rury,  taśmy,  druty,  itp., 
przedstawione na rysunku 1. 

 

 
 
 
 
 
 

 

 
Rys.1  Produkty  Galmar  a)  bednarka  miedziana  b)  drut  miedziany              
c) uziom pionowy z gwintem [9] 

 

Wśród gamy różnych sposobów wykonania uziomów sztucznych, 

można  zaprezentować  różne  konfiguracje,  takie  jak  przedstawione  na  
rysunku 2. 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys.2  Przykłady  uziomów  sztucznych  a)  pionowy  b)  poziomy  c)  kratowy  d)  otokowy 
kwadratowy e) otokowy pierścieniowy  [5]  

 

2. Właściwości statyczne 

 
 

Podstawowym  parametrem  opisującym  właściwości  uziemienia  podczas  przepływu 

prądów  stałych,  czy  przemiennych  o  częstotliwości  technicznej  jest  rezystancja  statyczna 
R

st

 

według  normy  PN-86/E-5003/01  p.1.3.16  definiowana  następująco  :  „rezystancja 

statyczna  między  uziomem  a  ziemią  odniesienia  zmierzona  przy  przepływie  prądu 
przemiennego  o  częstotliwości  technicznej”.  Szacowana  jest  jako  stosunek  wartości 
skutecznych  napięcia  do  prądu  płynącego  przez  uziemienie  i  jest  dopuszczana  przez 
normę  jako  miara  przydatności  uziemienia  dla  obiektów  objętych  podstawową 
ochroną odgromową. 

 

 Podczas  przepływu  wspomnianego  prądu  przez  uziom,  odkłada  się  na  nim  spadek 

napięcia,  który  przenosi  się  na  warstwy  gruntu  otaczające  elektrodę.  Rozkład  tego  napięcia 
zależy  od  położenia  uziomu  i  jego  kształtu,  a  ponadto  może  stwarzać  niebezpieczeństwo 

a) 

b) 

c) 

a) 

b) 

c) 

d) 

e) 

background image

 

81

porażenia  elektrycznego.  Przykładowy  rozkład  napięcia,  w  miarę  odległości  od  uziomu 
pionowego,  przedstawia  prezentowany  rysunek  3,  na  którym  zaznaczono  napięcia  krokowe 
U

k

 i dotykowe U

d

 . 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.3 Rozkład napięcia na powierzchni ziemi wokół uziomu pionowego [3]  

 
Sam  uziom  metalowy  przedstawia  stosunkowo  niewielką  rezystancję  a  prawie  cala 

rezystancja uziemienia przypada na warstwy otaczającego gruntu. Natomiast na rezystywność 
gruntu wpływają następujące czynniki: 

-  wilgotność  a  mianowicie  przy  wzroście  wilgotności,  dopóki  zawartość  wody  nie 

przekracza  ok.  20%  rezystywność  gruntu  wybitnie  maleje,  co  obrazuje  rysunek  4.  Z  tego 
względu  pożądana  jest  lokalizacja  uziomów  w  warstwach  o  wielkiej  i  trwalej  wilgotności, 
położonych  poniżej  poziomu  wód  gruntowych.  Należy  jednak  mieć  świadomość 
niebezpieczeństwa korozji grożącego w wilgotnej ziemi. 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.4 Zmiany rezystywności gruntu pod  wpływem % zmian wilgotności 
  
- temperatura, która w zakresie 0-20ºC powoduje  zmniejszenie rezystancji uziemienia blisko 
dwukrotnie, natomiast zamarzanie gruntu powoduje  blisko 5 krotne zwiększenie rezystancji. 
Wpływu  zamarzania  nie  zauważa  się,  jeżeli  głębokość  ułożenia  uziomu  jest  większa  od         
60  cm.  Dla  oceny  stanu  technicznego  uziomu,  należy  uwzględnić  największą  możliwą 
rezystancję,  co  obliguje  do  przeprowadzania  pomiarów  w  okresie  malej  wilgotności.  Gdy 
pomiary  zostały  wykonane  w  innych  warunkach  koryguje  się  je  przez  przemnożenie  przez 
współczynniki  poprawkowe  zależne  od  konfiguracji  uziomu,  głębokości  położenia  uziomu 
oraz od wilgotności gruntu w czasie pomiarów. 
 
-  porowatość

 

przy  czym  najkorzystniejsza  jest  drobna  porowatość  gruntów  gliniastych  a 

bardzo  wielką  rezystywność  przedstawiają  skały  i  kamienie.  Przykładowe  wartości 
rezystywności dla poszczególnych rodzajów gruntu przedstawia tabela 1. 
 
 
 
 

background image

 

82

Tab.1 Wartości rezystywności poszczególnych rodzajów gruntu  
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rodzaj gruntu 

Rezystywność [Ωm] 

 

Wartość 

 średnia 

Wartość 

maksymalna 

Iły, glina ciężka, glina pylasta ciężka, glina, 
grunty torfiaste i organiczne, gleby bagienne, 
grunty próchnicze                                                  
( czarnoziemy, mady) 

40 

200 

Glina piaszczysta, glina pylasta, pyły, gleby 
bielicowe i brunatne wytworzone z glin 
zwałowych oraz piasków naglinkowych i 
naiłowych 

100 

260 

Piasek gliniasty i pylasty, pospółki, gleby 
bielicowe wytworzone z piasków słabo 
gliniastych i gliniastych 

200 

600 

Piaski, żwiry, gleby bielicowe wytworzone ze 
żwirów i piasków luźnych 

400 

3000 

Piaski i żwiry suche ( zwierciadło wody 
gruntowej na głębokości większej niż  
3 m.) 

1000 

5000 

Grunt kamienisty 

2000 

8000 

 

 

 

3. Właściwości udarowe 

 

W  przypadku  przewodzenia  przez  uziemienie  prądów  o  częstotliwości  rzędu  setek 

kHz  lub  MHz    uwidacznia  się  impedancyjny  charakter  uziemienia,  będący  funkcją 
natężenia,  stromości  narastania  prądu  a  także  długości  uziomu.  Dlatego  w  przypadku 
przewodzenia przez uziom prądów piorunowych  należy mówić o impedancji uziemienia lub 
jego rezystancji udarowej R

u

, którą norma PN-89/E-05003/03 p.1.3.7  definiuje jako : 

 

„rezystancję  między  uziomem  a  ziemią  odniesienia  mierzoną  przy  prądzie  udarowym  o 
kształcie odwzorowującym prąd pioruna”. 

 

  

Tak  określona  rezystancja  udarowa  stanowi  kryterium  przydatności  uziemienia  w 

obiektach podlegających ochronie obostrzonej i specjalnej. 

Natomiast  wprowadzona  w  roku  2001  norma  PN-IEC  61024-1  definiuje  w  p.1.2.15 

zastępczą  rezystancję  uziemienia,  stanowiącą  wskaźnik  skuteczności  danego  uziemienia, 
określaną jako: 

 

 

„stosunek  wartości  szczytowych  napięcia  do  prądu  uziemienia,  które  na  ogół  nie 

występują  jednocześnie”.  Tego  typu  podejście  obrazuje  rysunek  5,  na  którym  prezentowane 
przebiegi, uzyskane zostały z symulacji komputerowych

 

Kolejne  pojęcie  dotyczy  rezystancji  chwilowej  uziemienia,  określonej  jako 

stosunek  chwilowych  wartości  spadku  napięcia  na  uziomie  i  prądu  w  miejscu 
doprowadzenia prądu do ziemi.  

 

 

 

 

 

background image

 

83

 

                                                                                   

Rys.5  Przykład  udaru  prądowego  oraz  wywołanego  przezeń  spadku  napięcia  na  impedancji 
uziomu a)skupionego b)rozległego  
 

Zależność  pomiędzy  rezystancją  statyczną  a  rezystancją  udarową  można  wyrazić 

zależnością (1). 

 

 

                                            R

u

=R

st

                                                                           (1)  

 

gdzie: 

                 ξ    – współczynnik udarowy  
                 R

u

  - rezystancja (impedancja) udarowa  

 

     R

st

 – rezystancja statyczna  

 

 

Omawiany  współczynnik udarowy zależny jest od indukcyjności badanego uziomu oraz od 
zjawiska  wielkoprądowego  wzdłuż  przejścia  z  uziomu  do  gruntu  .  Wpływ  na  ten  parametr 
mają  wszystkie  czynniki  przyczyniające  się  do  zmiany  rezystancji  uziomu  takie  jak: 
rezystywność  gruntu,  budowa  uziomu  i  jego  wymiary  geometryczne,  stromość  narastania 
czoła udaru prądowego czy wartość szczytowa prądu. 

Uziomy pod względem wielkości współczynnika ξ można podzielić na trzy zasadnicze 

grupy: 

 

skupione - ξ = ( 0.95 -1.2 ) 

otokowe  - ξ = ( 1.3 -2.0) 

rozbudowane 

systemy 

uziomów 

rozlegle 

uziomy 

kratowe                               

- ξ –od kilku do kilkudziesięciu  

 
Na podstawie wyszczególnionych współczynników można zauważyć, iż mylne mogą okazać 
się  wnioski  dotyczące  skuteczności  ochrony  odgromowej  wyciągnięte  podczas  pomiarów 
rezystancji statycznej,  zwłaszcza dla uziomów rozległych. 
 
3.1. Zjawisko falowe i długość efektywna 
 

Zjawiska  towarzyszące  odprowadzaniu  prądów  piorunowych  przez  uziom  różnią  się 

znacznie  od  tych  zachodzących  podczas  przewodzenia  prądów  o  częstotliwości  technicznej, 
między innymi z tego powodu, iż duża stromość narastania prądu pioruna przyczynia się do 
pojawienia  znacznych  indukcyjnych  spadków  napięcia  wyprzedzających  w  czasie  udar 
prądowy,  pomijalnie  małych  natomiast  przy  analizowaniu  parametrów  statycznych.  Tak  jak 
dla uziomów o długości do kilkudziesięciu metrów istotne znaczenie odgrywa indukcyjność, 

a) 

b) 

background image

 

84

tak  o  właściwościach  uziomów  długich  decydować  będzie  zarówna  indukcyjność,  jak  i 
impedancja falowa uziomu i związane z nią zjawiska falowe
 

Wpływ tego zjawiska na parametry uziomu można zauważyć modelując  uziom długi 

za pomocą linii z równomiernie rozłożonymi stałymi L, C, R, G (Rys.6). 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
Rys.6 Uziom jako odcinek linii złożonej z łańcucha ogniw  
 

Zjawiska udarowe powodują, że zwiększanie długości odcinka jest skuteczne tylko do 

granicznego  warunku,  z  którego  można  wyznaczyć  długość  efektywną  uziomu.  Związane 
jest  to  z  tym,  że  napięcie  i  prąd  przesuwają  się  wzdłuż  uziomu  jako  fale  o  ograniczonej 
prędkości  oraz,  że  odbicia  zmniejszające  wartość  szczytową  napięcia  na  uziomie,  powinny 
wystąpić zanim udar osiągnie wartość szczytową w miejscu wprowadzenia prądu do uziomu. 
Warunek graniczny można wyznaczyć jako : 

 

 

 

 

         T

L

=T

1

   

 

 

 

 

   

 

 gdzie:  

 

 

T

L

 - stała czasowa odcinka określona według wzoru (2) 

 

             

     

 

2

2

'

'

4

l

L

G

T

L

=

π

 

 

   

                                        (2) 

 
 

 

T

1

 - czas trwania czoła udaru prądowego 

 

 

G’ - kondunktancja jednostkowa uziomu 

 

 

L’  - indukcyjność jednostkowa uziomu 

 

 

        

 

 

l    - długość uziomu 

 

Zatem długość efektywną można ustalić z następującej zależności (3): 
 

 

 

 

 

 

     

'

'

2

1

G

L

T

l

ef

=

π

 

 

    

                                        (3) 

Oszacowanie  tego  parametru  dostarczy  informacji,  do  jakiej  długości  uziomu  jest 

skuteczne,  czy  raczej  uzasadnione  zarówno  z  technicznego  jak  i  ekonomicznego  punktu 
widzenia, jego zwiększanie

.

 

 
 
3.2. Zjawisko wyładowań niezupełnych w gruncie 
 

Odprowadzaniu  dużego  prądu  piorunowego  do  ziemi  towarzyszy  zjawisko 

wyładowań niezupełnych, przyczyniających się do zmiany procesów przewodzenia prądu w 
gruncie.  Wspomniane  wyładowania  elektryczne  rozwiną  się  wówczas,  gdy  natężenie  pola 
elektrycznego w gruncie w otoczeniu uziomu przekroczy wartość krytyczną E

k

 (wyznaczaną 

eksperymentalnie  dla  różnych  rodzajów  gruntu),  tworząc  wówczas  bardziej  lub  mniej 
jednorodną  zjonizowaną  strefę  otaczającą  uziom  (rys.7),  przyczyniającą  się  do    pozornego 
zwiększenia wymiarów geometrycznych uziomu a konkretnie promienia uziomu, do wartości 
maksymalnej, zwanej promieniem efektywnym r

ef

  określonej zależnością (4).    

 

 

background image

 

85

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.7 Strefa wyładowań w gruncie wokół uziomu a) widok z boku   b) widok z góry 

 

 

                 

max

2

I

E

l

r

k

ef

=

π

ρ

 

 

 

                         (4) 

gdzie: 
 

I

max

 –amplituda prądu udarowego 

 

E

k

    - wartość krytycznego natężenia pola elektrycznego 

 

ρ     - rezystywność gruntu 

 
Zatem  cały  ten  proces  zwierania  pewnej  objętości  gruntu  przez  występujące  w  nim 

wyładowania  elektryczne,  powoduje,  że  rezystancja  udarowa  uziomu  maleje  i  staje  się 
nieliniowa,  a  spadek  napięcia  na  uziomie  w  funkcji  prądu  udarowego  ma  kształt 
charakterystycznych pętlic (co przedstawia rysunek 8). 

Rezystancję udarową dla uziomu pionowego można wyznaczyć z zależności: 

)

2

ln(

2

ef

u

r

l

l

R

=

π

ρ

                                              (5) 

Rezystancję udarową dla uziomu poziomego można wyznaczyć z zależności: 

)

2

ln(

2

2

ef

u

r

d

l

l

R

=

π

ρ

   

 

          (6) 

d – głębokość ułożenia uziomu pod powierzchnią ziemi 

Z uwagi na to, iż natężenie pola elektrycznego w gruncie wyraża się zależnością (7): 
 

 

 

 

j

E

=

ρ

 

 

 

 

                         (7) 

 
gdzie:  j- gęstość prądu na powierzchni uziomu,  

można  stwierdzić,  iż  rozwój  i  charakter  wyładowań  zależy  przede  wszystkim  od  rodzaju  i 
właściwości  gruntu  oraz  amplitudy  prądu,  jak  również  od  wymiarów  geometrycznych 
uziomu. 
 
 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
Rys.8 Nieliniowe charakterystyki napięciowo-prądowo-czasowe dla uziomu fundamentowego 
przy przepływie prądu udarowego [7] 

a) 

b) 

background image

 

86

4. Wybrane metody pomiarowe 

 

Wyniki  pomiarów  rezystancji  uziemienia  mają  między  innymi  za  zadanie  określić  

jego przydatność dla obiektów objętych ochroną odgromową podstawową lub obostrzoną czy 
specjalną  .  Obliguje  to  zatem  do  przeprowadzenia  pomiarów  w  sposób  odzwierciedlający 
rzeczywiste  warunki  panujące  podczas  przewodzenia  przez  uziom  prądów  o  częstotliwości 
techniczne, jak również prądów piorunowych.  

Pomiaru  najbardziej  istotnego  parametru  uziomu  w  warunkach  statycznych,  czyli 

rezystancji statycznej można dokonać przy wykorzystaniu metody: 

technicznej 

kompensacyjnej 

mostkowej 

Metoda  techniczna  polega  na  pomiarze  natężenia  prądu  przepływającego  przez 

obwód  złożony  z  uziomu  badanego  Z

x

  i  pomocniczego  Z

p

  oraz  spadku  napięcia  na  uziomie 

badanym.   Schemat     ideowy    wspomnianego     pomiaru     przedstawia      rysunek       10. 

 

 

 

 

 

 

 

Rys.9 Schemat ideowy pomiaru uziemienia          

Rys.10 Cyfrowy miernik MRU 100 [11]

 

metodą techniczną [10] 

Woltomierz połączony został jednym zaciskiem do uziomu badanego Z

x

 drugim do sondy S, 

umieszczonej  jest  strefie  potencjału  ustalonego.  Drugie  prawo  Kirchhoffa  umożliwi 
oszacowanie rezystancji uziemienia.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

(

1

1

S

V

V

R

R

I

R

I

+

=

 

 

 

 

                (8) 

gdzie:   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

I

1

,I

V

 – prądy przepływające odpowiednio przez uziom, woltomierz 

 

                

R

1

,R

V

,R

 - rezystancje: uziomu, woltomierza, sondy napięciowej  

Podstawiając I

v

=U

v

/R

 do zależności (6),  uzyskamy zależność  (9) 

            

 

 

 

 

)

1

(

1

1

V

S

V

R

R

I

U

R

+

=

 

 

 

 

                            (9) 

gdzie :  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

R

s

/R

v

 - względna poprawka wyniku   

 

 

 

 

 

                    

U

V

 – napięcie wskazane na woltomierzu 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gdy  poprawka  ta  jest  mniejsza  od  klasy  dokładności  miernika  stosowanego  do 

pomiaru, to można ją pominąć. Ostatecznie zatem rezystancja wynosi w przybliżeniu :  

background image

 

87

 

  

             

1

1

1

I

U

 

 

 

                                                   10)

 

Poprawność  pomiarów,  czyli  minimalizację  błędu  pomiarowego,  zapewnia  się 

stosując  elementy  obwodu  prądowego  i  napięciowego  o  określonych  parametrach,  źródło 
prądu  wymuszające  przepływ  prądu  o  wartości  lub  przebiegu  pozwalającym  wyeliminować 
wpływ  prądów  zakłóceniowych  na  wynik  pomiaru  oraz    odpowiednio  sytuując  sondy 
względem  badanego  uziomu,  co  zadecyduje  o  szerokości  strefy  potencjału  ustalonego.  W 
większości przypadków poprawne wyniki pomiarów uzyska się zachowując odległość między 
sondą napięciową S  a  badanym uziomem  Z

x   

oraz pomiędzy sondami Z

p

 i S , co najmniej   

20  m.  Czasem  błąd  pomiaru  może  być  spowodowany  nietypowym  rozkładem  potencjałów 
pomiędzy uziomem Zx i sondą Zp, na skutek wystąpienia metalowych rurociągów lub innych 
konstrukcji. Istnieje wówczas konieczność szukania strefy potencjału zerowego.  
 

W trakcie ćwiczenia laboratoryjnego, pomiaru rezystancji modeli uziomów dokona się 

za  pomocą  prezentowanego  na  rysunku  10,  cyfrowego  miernika  MRU  100.

 

Charakteryzuje 

się  parametrami  technicznymi  takimi  jak:  częstotliwość  prądu  pomiarowego  -  128  Hz, 
napięcie pomiarowe – 30 V oraz maksymalny prąd  pomiarowy – 225 mA. 

 

W  przypadku  pomiaru  rezystancji  uziemienia  połączonego  z  systemem  uziemień, 

należy  odizolować  dane  uziemienie  od  systemu  poprzez  rozłączenie  zacisku  probierczego  i 
połączyć wyjście prądowe miernika do przewodu uziemiającego, co przedstawia rysunek 11a. 

Rys.11  Pomiar  rezystancji  uziemienia  metodą  techniczną  a)  przy  rozłączeniu  zacisku 
probierczego; b) z cęgowym pomiarem prądu 

 

W  celu  uniknięcia  rozłączania  zacisku  probierczego  podczas  pomiaru  można 

wykorzystać  selektywną  metodę  techniczną  z  cęgowym  pomiarem  prądu    (rys.11b).  Polega 
ona na tym, że prąd I  generowany  w mierniku rozpłynie się przez przewód uziemiający  I

x

 i 

resztę  systemu  I-I

x

Natomiast  wynik  pomiaru  związany  jest  wyłącznie  z  wartością    prądu 

przepływającą przez badane uziemienie, mierzoną za pomocą cęg. 

Kolejną  metodą  pomiaru  rezystancji  statycznej  uziemienia  jest  metoda  kompensacyjna
Opiera  się  ona  na  zrównoważeniu  napięcia  uziomowego  napięciem  na  potencjometrze 
pomiarowym P

o

, przy czym wskaźnikiem zrównoważenia  napięć jest galwanometr. Układ do 

pomiaru rezystancji przedstawiono na rysunku 12. W układzie pominięto prostownik w gałęzi 
galwanometru G

a

. Prąd pomiarowy wymuszany jest prądniczką napędzaną korbką. Wymusza 

ona  prąd  o  częstotliwości  różnej  od  częstotliwości  sieciowej,  co  pozwala  wyeliminować 
wpływ  prądów  błądzących  częstotliwości  sieciowej  na  wynik  pomiarów.  Jeżeli  układ  jest 
skompensowany to zachodzi zależność (11). 

                                                           

po

x

r

I

R

I

=

2

1

                                                             (11)  

a) 

b) 

background image

 

88

gdzie:   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                

I

1

 – prąd płynący przez badany uziom 

 

 

 

 

 

 

               

I

2

 – prąd płynący w obwodzie wtórnym przekładnika prądowego                                             

R

x

  – rezystancja uziemienia                                                                                                             

r

po 

- rezystancja potencjometru przy której galwanometr wskazuje zero 

 

 

 

Zatem rezystancję uziemienia można zapisać jako:   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

po

i

x

r

R

=

−1

δ

                                                                (12) 

gdzie:   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               

σ

i

 – przekładnia przekładnika  

  

 

 

 

 

 

 

Rys 12. Układ do pomiaru rezystancji metodą kompensacyjną [10] 

W  oparciu  o  metodę  kompensacyjną  pracuje  miernik  IMU  10.  Źródłem  napięcia  w 

tym  mierniku  jest  prądniczka  prądu  przemiennego,  napędzana  ręcznie  przy  pomocy  korbki. 
Zalecana  prędkość  obrotów  korbki  wynosi  160  obr/min.  Pomiar  wartości  uziemienia 
wykonujemy po podłączeniu miernika do uziomu badanego i elektrod pomocniczych. Polega 
on  na  kręceniu  korbką  z  odpowiednią  częstotliwością  oraz  jednoczesnym  kręceniem 
potencjometrem,  aż  do  wyzerowania  się  skali  w  okienku  odczytu  galwanometru.  Pomiar 
wykonywany jest przy wyższym napięciu pomiarowym niż w przypadku miernika MRU 100. 
Wyniki wyświetlane są bezpośrednio na wyświetlaczu LCD. Miernik IMU charakteryzuje się 
małą  mocą  źródła  napięcia,  zatem  wymuszony  prąd  pomiarowy  jest  niewielki  i  przy  dużej 
rezystancji elektrody prądowej pomiar może stać się niemożliwy. 

Takiej  gamy  różnorodnych  metod  pomiarowych  rezystancji  statycznych  uziemień 

niestety  nie  można  wyszczególnić  w  przypadku  pomiarów  rezystancji  udarowych.  Metoda 
udarowa  pomiaru  rezystancji  uziemienia  opiera  się  badaniu  uziomu  za  pomocą 
wygenerowanego  udaru  o  znormalizowanym  kształcie,  odpowiadającym  przebiegowi  prądu 
piorunowego.  W  metodzie  udarowej  wyznaczana  jest  impedancja  odnosząca  się  tylko  do 
strefy  efektywnej  uziemienia.  Ponadto  należy  być  świadomym,  iż  wynik  pomiaru  nie 
uwzględnia  wpływu  zjawiska  wielkoprądowego,  gdyż  prądy  pomiarowe  nie  przekraczają  z 
reguły 1A, czyli wartości natężenia pola są niewielkie.

  

 

 

 

 

Pomiaru  rezystancji  udarowej  w  oparciu  o  jej  umowną  definicję,  przedstawioną  w 

normie  PN-IEC  61024-1,  dokonuje  miernik  WG  307  S  (Rys.14)  -  o  czole  udaru  1  µs, 
przeznaczony  do  kontroli  uziemień  słupów  elektroenergetycznych  linii  przesyłowych  oraz  
WG-307  W  -  o  czole  udaru  4  µs  będący  wersją  specjalizowaną  do  kontroli  uziemień 
odgromowych  budynków,  zbiorników  itd.  Generowane  w  mierniku  udary  prądowe  osiągają 
wartość  szczytową  1A.  Ich  parametry  czasowe  są  tak  dobrane,  aby  spełniać  wymagania 
normy dotyczącej badań rezystancji udarowych. 

background image

 

89

  

Pomiar    wykonywany    jest  paczką  impulsów  o  napięciu  1  kV  i  prądzie  1  A, 

wyemitowaną  do  obwodu  pomiarowego  zamykającego  się  przez  sondę  prądową  S

i

  i  uziom 

mierzony Z

x

, co przedstawia Rys.13. Woltomierz wartości szczytowych V porównuje sygnały 

z  sondy  napięciowej  S

u

  przekształcone  w  dzielniku  D  z  sygnałami  wzorcowymi  z                  

generatora G. Wynik pomiaru podlega uśrednieniu i wyświetleniu. 

 

         

Rys.13 Schemat blokowy WG 307; P- przetwornica;                    

G- generator udarów prądowych;   A-blok automatyki;                                                
V-woltomierz;  D-dzielnik napięcia [12] 
 

Pomiaru impedancji udarowej dokonuje się bez rozłączania zacisków probierczych, 

dzięki temu wynik pomiaru odzwierciedla wypadkową impedancję uziemienia w miejscu 
pomiaru. Jednak należy wykonać pomiar na każdym przewodzie uziemiającym, gdyż wartość 
zmierzona może być różna w różnych miejscach. 

 

 

Metoda  udarowa  umożliwia  przeprowadzenie  pomiarów  dla  obiektów  podlegających 

ochronie  obostrzonej,  gdyż  ze  względów  bezpieczeństwa,  przewody  odprowadzające  są 
łączone z przewodami uziemiającymi w sposób uniemożliwiający ich rozłączenie. Związane 
jest  to  z  tym,  że  miernik  udarowy  wyznacza  impedancję  odnoszącą  się  jedynie  do  strefy 
efektywnej  uziemienia.  Zatem  prąd  piorunowy  zostanie  odprowadzony  w  większej  mierze 
przez przewód odprowadzający, znajdujący się najbliżej a pozostała jego część rozpłynie się 
sąsiednimi przewodami, przy czym, im dalej oddalone odgałęzienia tym mniejszy prąd przez 
nie przepływa. Wynik pomiaru rezystancji udarowej  jest co prawda pomniejszony o wpływ 
wspomnianych 

równoległych 

połączeń 

stosunku 

do 

wyników 

pomiarowych 

przeprowadzonych  przy  rozwartym  zacisku  probierczym,  jednak  błąd  wynikający  z  tego 
tytułu jest tym mniejszy im większa jest odległość sąsiedniego przewodu odprowadzającego 
(liczona wzdłuż przewodu) od miejsca pomiaru, co związane jest z ograniczającym wpływem 
indukcyjności  przewodów.  Ponadto  udarowa  metoda  pomiarów  przy  nie  rozłączanych 
zaciskach,  pozwoli  na  szybie  wykrycie  galwanicznego  przerwania  połączenia  przewodu 
odprowadzającego  z  uziomem,  gdyż  uzyskany  wynik  będzie  znacznie  wyższy  od 
otrzymanych z pomiarów przy innych przewodach uziemiających. 

 

 

Analogicznie  wygląda  sytuacja  przy  pomiarach  rezystancji  udarowej  uziemień 

słupów  elektroenergetycznych  słupów  linii  przesyłowych,  gdyż  poprzez  generowanie  w 
mierniku WG 307 S, udaru o jeszcze większej stromości narastania prądu (czas czoła udaru 
równy  1  µs)  uzyskuje  się  silniejszy  efekt  ograniczenia  wpływu  połączeń  bocznikujących 
uziomów  sąsiednich.  Zaletą  metody  udarowej  jest  brak  konieczności  odłączania  konstrukcji 
słupa  od  uziemienia  a  tym  nie  wyłączenie  linii  z  ruch.  Wytłumaczenie  tego  stwierdzenia 
można  uzyskać  na  podstawie  rysunku  15.  Podczas  pomiarów  prąd  udarowy  rozpływa  się 
przewodami  odgromowymi  oraz  do  ziemi  poprzez  uziom  oraz  fundament  słupa,  którego 
wartość  rezystancji  udarowej  jest  porównywana  z    rezystancją    statyczną    uziomu  
sztucznego.      

Rys.14  Miernik rezystancji 
udarowej WG 307 [12]  

background image

 

90

 

 

Zatem wartość zmierzona wynosi: 

 

 

 

 

 

)

5

.

0

(

)

5

.

0

(

f

uk

f

uk

m

Z

Z

Z

Z

Z

+

=

   

 

 

 

 

  (13) 

gdzie: 
Z

– impedancja pomiarowa 

Z

uk

 – impedancja układu uziom – fundament 

Z

f

 – impedancja falowa przewodów odgromowych 

 
Ponieważ Z

f   

» Z

uk  

, zatem Z

m

≈ Z

uk

. Uzyskany wynik jest równoznaczny z pomiarami 

przy odizolowaniu przewodów odgromowych od konstrukcji słupa. 

 
 
 
 

 

 

 

 

Rys.15 schemat połączeń konstrukcji słupa i fundamentów z otokiem uziomu poprzez zacisk 
probierczy [6] 

 

Pomiary  rezystancji  statycznej  słupa  wykonuje  się  z  wykorzystaniem  cęgów 

prądowych  o  dużej  średnicy  okna,  pozwalającej  objąć  nogę  słupa.  Wykonuje  się  cztery 
pomiary  rezystancji,  po  jednym  dla  każdej  nogi  słupa,  pamiętając  aby  nie  zmieniać  miejsca 
przyłączenia  wyjścia  prądowego  miernika  do  konstrukcji  słupa.  Wynik  wyznacza  się  jako 
równoległe połączenie zmierzonych rezystancji cząstkowych.  

5. Wymagania ogólne stosowania uziemień 

 

Dobierając układ uziomowy należy brać pod uwagę :   

 

 

 

 

            

- rezystancję/impedancję uziemienia i rozkład napięcia na powierzchni gruntu                                                          

- trwałość 

- obciążalność prądową 

- wytrzymałość mechaniczną 

- koszty budowy i eksploatacji 
 

Wartość  rezystancji  statycznej  określa  czy  uziemienie  nadaje  się  do  użytku  dla 

ochrony  odgromowej  podstawowej,  natomiast  dla  ochrony  obostrzonej,  wartości 
dopuszczalnej  rezystancji  uziemienia  odnoszą  się  do  impedancji  udarowej.  Przykładowe 
dopuszczalne parametry zostały zamieszczone w tabeli 2.  

Trwałość układu uziomowego określa czas jaki upłynie od chwili umieszczenia go w 

gruncie do chwili gdy jego przekrój poprzeczny zmniejszy się tak znacząco iż może nastąpić 
przerwanie w dowolnej jego części. 

background image

 

91

 Największe  natężenie  prądu  nie  powodujące  w  określonym  czasie  nadmiernego 

nagrzewania  dowolnej  części  uziomu  i  otaczającego  go  gruntu  nazywamy  obciążalnością 
prądową.  

Wytrzymałość  mechaniczna  uziemienia  powinna  być  wystarczająco  duża  aby 

chronić  uziemienie  przed  uszkodzeniami  mechanicznymi  powstałymi  podczas  naprężeń  w 
okresie eksploatacji oraz montażu. 

 Materiały  stosowane  do  budowy  uziemień  powinny  wytrzymać  bez  uszkodzeń 

elektryczne  i  elektromagnetyczne  oddziaływanie  prądów  piorunowych  oraz  powinny  być 
odporne na korozje. Materiały stosowane na uziomy sztuczne zestawiono w tabeli 3. 

 

 Tab.2 Wartości dopuszczalne rezystancji uziemień odgromowych [6] 

Rodzaje gruntów 

Typ 
obiektów 

Rodzaj uziomu 

Podmokły, 
bagienny, 
próchniczy, 
torfiasty, 
gliniasty 

Wszystkie 
rodzaje 
pośrednie 

Kamienny, 
skalisty 

OCHRONA PODSTAWOWA (PN-86/E-05003/02) - rezystancja statyczna w [Ω] 

Uziomy poziome, 
pionowe,  
mieszane, stopy 
fundamentowe 

 

10 

 

20 

 

40 

 

Uziomy otokowe, 
ławy fundament. 

15 

30 

50 

OCHRONA OBOSTRZONA (PN-89/E-05003/03) - rezystancja udarowa w [Ω] 

Uziomy poziome, 
pionowe, 
mieszane, stopy 
fundamentowe 

 

10 

 

20 

 

40 

 

Zagrożone 
pożarem 

Uziomy otokowe, 
ławy fundament. 

15 

30 

50 

 

 
Tab.3 Najmniejsze wymiary elementów stosowanych na uziomy [13] 

Materiały (wymiary znamionowe w mm) 

PN-86/E-05003/01 

PN_IEC 61024-1 

Rodzaj 

wyrobu 

Stal bez 

pokrycia 

Stal 

ocynkowana 

Miedz 

Stal 

Miedz 

Druty 

8,0 

6,0 

6,0 

Taśmy 

20x4 

20x3 

20x3 

Rury 

20/2,9 

15/2,75 

------------ 

Kształtki o 

grubości 

ścianki 

5,0 

4,0 

------------ 

80 mm² 

50mm² 

 

 
 
 

background image

 

92

6. Przebieg ćwiczenia   

 
6.1. Zapoznanie ze stanowiskiem pomiarowym 
 
 

Aktualne ćwiczenie ma na celu zapoznanie z właściwościami uziemień, na podstawie 

wyników i przebiegów oscyloskopowych uzyskanych podczas pomiarów przeprowadzonych 
na  modelowych  układach  uziomów,  zamieszczonych  w  prezentowanej  na  rysunku  16 
obudowie.   
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Rys.16 Widok obudowy z układami modeli uziemień 
 

Natomiast  na  rysunku  17przedstawiono  fragmenty  obudowy  na  których  dla 

poszczególnych  parametrów  charakterystycznych  (np.  długości,  powierzchni,  czy  liczby 
oczek)  przedstawionych  typów  modeli  uziomów  pionowych,  poziomych,  otokowych  czy 
kratowych  są przygotowane odpowiednio nastawy rezystywności gruntu, wybierane poprzez 
zmianę  pozycji  przełącznika.  Przełączniki  obrotowe  nr.1,  3,  5,  7,  8  umożliwiają  nastawy 
rezystywności  dla  dwóch  modeli  uziomów  (  wykorzystując  odpowiednio  pozycje  górne  i 
dolne).  Poszczególne  modele  uziomów  bada  się  przez  połączenie  z  układem  pomiarowym 
odpowiedniego  wejścia  Z

x

  na  obudowie  i  adekwatnych  wejść  dla  sond  prądowych  S

i

  i 

napięciowych S

u

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 

 
Rys.17 Widok fragmentów  obudowy z modelami uziomów: a) pionowych i  poziomych; b) 
otokowych i kratowych 

1

2

3

4

5

6

7

8

a) 

b) 

background image

 

93

 
 
 
    
 
 
 
 
 
 
 

 
Rys.18 Widok fragmentu obudowy z modelem uziomu długiego 
 

Parametry przedstawionego modelu uziomu długiego, przedstawionego na rysunku 18, 

bada się przez połączenie z układem pomiarowym wejścia Z

x

 na obudowie i wejścia na sondę 

prądową S

i

 i napięciową S

u

.  

 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Rys.19  Widok  fragmentu  obudowy  z  modelem  wyładowań  niezupełnych  w  gruncie  w 
otoczeniu uziomów skupionych 

 
Analogicznie,  parametry  wybranych  modeli  uziomów  skupionych  (Rys.19)  bada  się 

przez połączenie z układem pomiarowym odpowiedniego wejścia Z

na obudowie i wejścia na 

sondę  prądową  S

i

  oraz  napięciową  S

u

.  Zastosowane  przełączniki  pozwalają  na 

przeprowadzenie  pomiarów  parametrów  udarowych  zarówno  z  jak  i  bez  uwzględnienia 
zjawiska wyładowań niezupełnych poprzez zmianę ich pozycji. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Przełączniki dwu      
pozycyjne 
umożliwiające 
obserwację przebiegu 
prądu odpływającego 
do ziemi 

Przełączniki 
umożliwiające 
badanie wpływu 
zjawiska wyładowań 
na parametry 
uziomu 

background image

 

94

6.2. Pomiar rezystancji statycznej 
 

1.  Zgodnie  ze  schematem  na  rysunku  20,  należy  dokonać  pomiaru  rezystancji 

statycznych  modeli  uziomów  dla  zadanej  rezystywności  lub  rodzaju  gruntu  tab.4  przy 
wykorzystaniu miernika MRU-100.  

 

Tab.4 Wartości rezystywności poszczególnych rodzajów gruntów 

 
Rodzaj gruntu 

Rezystywność [Ωm] 

Glina piaszczysta, glina pylasta, pyły , gleby bielicowe i 
brunatne  wytworzone  z  glin  zwałowych  oraz  piasków 
naglinkowych i naiłowych 

100 

Piaski, żwiry, gleby bielicowe wytworzone ze żwirów i 
piasków luźnych 

400 

Piaski  i  żwiry  suche  (  zwierciadło  wody  gruntowej  na 
głębokości większej niż  
3 m.) 

1000 

       

a)  przy poszczególnych długościach uziomu pionowego l=2 m ;l=5 m ;l=10 m  
b)  przy poszczególnych długościach uziomu poziomego l=5 m ;l=10 m; l=15 m 
c)  przy  poszczególnych  powierzchniach  objętych  uziomem  otokowym  S=5x5  m²; 

S=10x10 m² S=15x15 m² 

d)  przy poszczególnych ilościach oczek w uziomie kratowym n=64; n=36; n=16; n=1  

 

2.  Alternatywą  do  powyższych  czynności  jest  pomiar  rezystancji  statycznej  wybranych 
typów modeli uziomów w poszczególnych rodzajach gruntu. 
 
3.Dokonać pomiaru rezystancji statycznej uziomu długiego. 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    

 
 
 

Rys.20 Schemat układu pomiarowego przy badaniu metodą statyczną 

 

6.3. Pomiar impedancji udarowej 

 

1. Zgodnie z schematem na rysunku 21 należy dokonać pomiaru impedancji udarowej 

modeli uziomów dla zadanej rezystywności lub rodzaju gruntu tab.4  

 
e)  przy poszczególnych długościach uziomu pionowego l=2 m ;l=5 m ;l=10 m 

(miernikiem WG 307 W) 

f)  przy poszczególnych długościach uziomu poziomego l=5 m ;l=10 m; l=15 m 

(miernikiem WG 307 W) 

background image

 

95

g)  dla rezystywności gruntu = 100 Ωm uziomy prostoliniowe badać miernikiem                  

WG 307 S 

h)  przy poszczególnych powierzchniach objętych uziomem otokowym S=5x5m²; 

S=10x10 m² S=15x15 m²(miernikiem WG 307 W i WG 307 S) 

i)  przy poszczególnych ilościach oczek w uziomie kratowym n=64; n=36; n=16; n=1 

(miernikiem WG 307 W i WG 307 S) 

 
Pamiętajmy  by  udarowo  badać  te  same    uziomy  co  statycznie,  w  celu  możliwości 
późniejszego obliczenia współczynnika udarowego. 
 
2.  Alternatywą  do  powyższych  czynności  jest  pomiar  impedancji  udarowej  wybranych 
typów modeli uziomów w poszczególnych rodzajach gruntu. 
 
3.Dokonać pomiaru impedancji udarowej uziomu długiego. 
 
4.Zarejstrować na oscyloskopie : 

-przebieg prądu i napięcia na wybranym uziomie  skupionym                            
(przy udarach 1 i 4 µs) 
- przebieg prądu i napięcia na wybranym uziomie  otokowym                              
(przy udarach 1 i 4 µs) 
- przebieg prądu i napięcia na wybranym uziomie  kratowym                               
(przy udarach 1 i 4 µs) 

Zalecane przy rezystywności ρ =100 Ωm .  

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

 

        

    

 
 
 
   
 

Rys.21 Schemat układu przy badaniu metodą udarową 

 

 

 

 

 

 

 

6.4. Badanie modelu uziomu długiego 

 

 

 

 

 

 

            

Do  pomiaru  rezystancji/impedancji  uziomu  długiego  wszystkie  przełączniki  powinny 

być  w  pozycjach  „Z”.  Do  rejestracji  przebiegów  prądowych  w  poszczególnych  gałęziach 
prezentowanego  modelu  uziomu  długiego  należy  układ  połączyć  z  miernikiem  WG  307  W 
lub S jak do standardowego pomiaru impedancji, a sondę prądową połączyć z wejściami A

x

 

(gdzie  x=1,2,3…10)  i  B  oraz  z  wejściem  oscyloskopu.  W  badanej  gałęzi  „x”  przełącznik 
powinien  znajdować  się  w  pozycji  –  otwarty  „O”.  Do  rejestracji  przebiegu  prądu 
wpływającego do uziomu sondę prądową należy połączyć z wyjściem miernika Z

x

 i wejściem 

modelu Z

x

 na obudowie  oraz z wejściem oscyloskopu. Schemat uziomu długiego przedstawia 

rysunek 22. 

background image

 

96

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
Rys.22 Układ zastępczy dla długiego uziomu poziomego zgodny z rys.18 
 

 

 

W  celu  ustalenia  długości  efektywnej  należy  wyznaczyć  z  przebiegu  prądu 

wpływającego  do  uziomu  –i

1

-  (na  oscyloskopie)  czas  trwania  czoła  udaru  T

1

.  Następnie 

należy  wyznaczać  czasy  trwania  czoła  udaru  prądów  odpływających  na  poszczególnych 
odcinkach  uziomu  do  ziemi,  czy  raczej  płynących  w  kolejnych  gałęziach  modelu  -i

2,,11

dopóki  nie  przekroczą  one  czasu  T

(badać  na  oscyloskopie  kolejne  przebiegi  prądów)

 

.  W 

kolejnym  etapie  należy  sprawdzić  do  jakiej  długości  uziomu,  czasy  trwania  czoła  udaru 
prądów  odpływających  do  ziemi  są  mniejsze  bądź  równe  T

1

.  Długość  ta  będzie  w 

przybliżeniu równa długości efektywnej. 
 

 

Ponadto znając parametry jednostkowe uziomu (G’=0.01 1/Ωm L’=1.25 µH/m) i czas 

trwania  czoła  udaru  prądowego,  można  oszacować  długość  efektywną  z  zależności  (3)  i 
porównać ją z wyznaczoną z przebiegów prądów.  
 

 

Podczas  zrzucania  na  oscyloskop  kolejnych  przebiegów  prądów  i

1

-i

11

,  należy 

odnotowywać amplitudy poszczególnych prądów. 

 

Dla przykładowego  uziomu 30 m , gdzie ∆l=3 m sytuacja wygląda następująco   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.23 Przebiegi: prądu piorunowego wpływającego do uziomu długiego o l=30 m i prądów 
odpływających do gruntu po poszczególnych odcinkach uziomu  
 
 
6.5. Badanie zjawiska wyładowań w gruncie na przykładzie uziomów skupionych. 
 
 

 

W  celu  przeprowadzenia  pomiarów  należy  połączyć  miernik  WG  307  S  z 

wyznaczonym  na  obudowie  wejściami  modelu  Z

x

  uziomu  pionowego  lub  poziomego  oraz  z 

wejściami  na  sondy:  napięciową    S

u

  i  prądową  S

oraz  połączyć  układ  z  oscyloskopem  za 

pośrednictwem  sond.  Dokonać  pomiaru  rezystancji  udarowej  bez  wystąpienia  zjawiska 
(przebieg prądu zarejestrować). Następnie czynność powtórzyć  z uwzględnieniem zjawiska. 
Należy uwzględnić iż 1A na oscyloskopie = 1 kA w rzeczywistych warunkach . 

background image

 

97

 

 

 

 

 

Protokół z ćwiczenia 

Data………………………………… 
Grupa nr………………………….                           Skład grupy: 
Semestr………………………….     

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                       

1…………………………………….. 

                                                                                                                  
2…………………………………….. 
                                                                                             
3…………………………………….. 
                                                                                            
4……………………………………… 
                                                                                            
5…………………………………….. 

                          Pomiar rezystancji statycznej i impedancji udarowej uziomów 

 

 

 

 
                                                                                        
 

 

 

 

 

 

 

 

               

 
 
 
 

 
 
 
 

Pionowy  ρ=100 Ωm 

ρ =400 Ωm 

ρ =1000 Ωm 

l[m] 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

 

 

 

 

------- 

 

 

------- 

 

 

 

 

 

------- 

 

 

------- 

 

10 

 

 

 

 

------- 

 

 

------- 

 

Poziomy  ρ =100 Ωm 

ρ =400 Ωm 

ρ =1000 Ωm 

l[m] 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

 

 

 

 

------- 

 

 

------- 

 

10 

 

 

 

 

------- 

 

 

------- 

 

15 

 

 

 

 

------- 

 

 

------- 

 

Otokowy  ρ =100 Ωm 

ρ =400 Ωm 

ρ =1000 Ωm 

S[m²] 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

5x5 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10x10 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15x15 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kratowy  ρ =100 Ωm 

ρ =400 Ωm 

ρ =1000 Ωm 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

64 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

36 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Uziom długi                           ρ =100 Ωm 

R

st

 

Z(1µs) 

Z(4µs) 

 

 

 

background image

 

98

Badanie uziomu długiego 
 
Czasy trwania czoła udaru poszczególnych prądów:  

 

 

 

 

 

*t

1

=……….µs;  t

2

=…………µs;    t

3

=………µs;    t

4

=……….µs;    t

5

=……..µs;  t

6

=…….µs; 

t

7

=…………µs;  t

8

=………µs;  t

9

=……….µs;  t

10

=……..µs;  t

11

=……µs 

Wartości szczytowe poszczególnych prądów: 
 

  I

1

=……….A;  I

2

=…………A;    I

3

=………A;    I

4

=……….A;    I

5

=……..A;    I

6

=……….A; 

I

7

=…………A;  I

8

=………A;  I

9

=……….A;  I

10

=……..A; I

11

=…….A 

Wyznaczona długość efektywna: 

 

 

 

 

 

 

                

l

ef

=……..m 

 
*Pozycje t

n

 uzupełniać do momentu znalezienia długości efektywnej 

 

 

Badanie zjawiska wyładowań w gruncie 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

                Do sprawozdania   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów rezystancji statycznej z punktu 6.2 sporządzić: 
 

  dla  uziomu  pionowego  -wykres  rezystancji  statycznej  w  funkcji  długości  uziomu  (przy 

zadanej rezystywności gruntu) R

st

=f(l) –odnotować spostrzeżenia i wnioski! 

 

  dla  uziomu  poziomego-  wykres  rezystancji  statycznej  w  funkcji  długości  uziomu  (przy 

zadanej rezystywności gruntu) R

st

=f(l) –odnotować spostrzeżenia i wnioski! 

 

  dla  uziomu  otokowego  kwadratowego  -wykres  rezystancji  statycznej  w  funkcji 

powierzchni  obejmowanej  przez  otok  (przy  zadanej  rezystywności  gruntu)  R

st

=f(S)  –

odnotować spostrzeżenia i wnioski! 
 

  dla  uziomu  kratowego  wykres  rezystancji  statycznej  w  funkcji  ilości  oczek  (przy  zadanej 

rezystywności gruntu) R

st

=f(n) –odnotować spostrzeżenia i wnioski! 

 

 dla uziomu/ów ………………… …wykres rezystancji statycznej w funkcji rezystywności 

gruntu R

st

=f(ρ) –odnotować spostrzeżenia i wnioski! 

 
 
Na podstawie przeprowadzonych pomiarów impedancji udarowej z punktu 6.3 : 
 

  obliczyć  współczynniki  udarowe  uziomu  pionowego  dla  różnych  długości    uziomu  , 

sporządzić  wykres  impedancji  udarowej  w  funkcji  długości  uziomu  Z=  f(l)-  odnotować 
spostrzeżenia i wnioski !(Czy widoczny jest wpływ długości i z czego to wynika?) 
 

  obliczyć  współczynniki  udarowe  uziomu  poziomego  dla  różnych  długości    uziomu  ,  

sporządzić  wykres  impedancji  udarowej  w  funkcji  długości  uziomu  Z=  f(l)-  odnotować 
spostrzeżenia i wnioski !(Czy widoczny jest wpływ zmiany długości i z czego to wynika?) 
 

Typ uziomu 

R

st

=R

u

 (bez wyład.)  

R

(1µs)(z wyład.) 

pionowy 

 

 

poziomy 

 

 

background image

 

99

  obliczyć  współczynniki  udarowe  uziomu  otokowego  kwadratowego  dla  różnych 

powierzchni obejmowanych przez uziom , sporządzić wykres impedancji udarowej w funkcji 
wspomnianej  powierzchni  Z=  f(S)-  odnotować  spostrzeżenia  i  wnioski  !(Czy  widoczny  jest 
wpływ zmiany powierzchni  i z czego to wynika?) 
 

  obliczyć  współczynniki  udarowe  uziomu  kratowego  dla  różnych  ilości  oczek  uziomu  , 

sporządzić  wykres  impedancji  udarowej  w  funkcji  ilości  oczek  uziomu  kratowego  Z=  f(n)- 
odnotować spostrzeżenia i wnioski !(Czy widoczny jest wpływ zmiany liczby oczek i z czego 
to wynika?) 
 

  obliczyć  współczynniki  udarowe  uziomu/ów………………………………  przy  różnych 

czasach narastania czoła udaru T

1

 - odnotować spostrzeżenia i wnioski ! 

 

  obliczyć  współczynniki  udarowe  uziomu/ów  ………………………dla  różnych 

rezystywności  gruntu,  sporządzić  wykres  impedancji  udarowej  w  funkcji  rezystywności 
gruntu  Z=  f(ρ)-  odnotować  spostrzeżenia  i  wnioski  !(Czy  widoczny  jest  wpływ  zmiany 
rezystywności gruntu i z czego to wynika?) 
 

 obliczyć współczynnik udarowy uziomu długiego i porównać  go z wynikami uzyskanymi 

dla innych typów uziomów 
 

 przeanalizować  uzyskane przebiegi prądu przepływającego przez uziom i wywołanego na 

nim spadku napięcia dla poszczególnych typów uziomu przy różnych czasach T

1

 

 

  na podstawie odnotowanych amplitud prądów z punktu 6.4 sporządzić  wykres zależności 

stosunku amplitud odpływającego prądu w kolejnych gałęziach wraz ze wzrostem odległości 
od  miejsca  wpłynięcia  prądu  do  uziomu,  do  amplitudy  prądu  wpływającego  do  uziomu  –
I

x

/I

1

=f(l), gdzie x =2,3,4,…11 

 

    na  podstawie  pomierzonych  rezystancji  udarowych  i  maksymalnej  wartości  prądu  z 

punktu  6.5    oszacować  promień  efektywny  i  współczynnik  udarowy  dla  dwóch  typów 
uziomów      
 

  ocenić  poziom  ochrony  podstawowej  i  obostrzonej  (na  podstawie  załączonej  tabeli  1) 

zapewniany przez wybrany uziom/y. Jakie środki można by zastosować w celu jego poprawy 
w przypadku gdyby okazał się on niewystarczający?  
 
6.6. Literatura 

 

 

 

1. Szpor S.,  Samuła J.: Ochrona odgromowa Tom 1 WNT Warszawa 1973 
2. Wołkowiński K.: Uziemienia urządzeń elektroenergetycznych WNT Warszawa 1972 
3. Szpor S.: Technika wysokich napięć WNT Warszawa 1967 
4. Kosztaluk R.: Technika badań wysokonapięciowych Tom 2 WNT Warszawa 1985 
5. Sowa A.: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych  www.ochrona.net.pl 
6.  Wojtas  S.,  Wołoszyk  M.,  Galewski  M.:  Pomiary  impedancji(rezystancji)  udarowej 
uziemień odgromowych, www.atmor.pl 
7. Łoboda M.: Uziemienia w urządzeniach wysokiego napięcia  WPW  
Warszawa 1990 
8. Łoboda M.: Udarowe właściwości uziemień ochrony odgromowej obiektów budowlanych i 
elektroenergetycznych , Prace Naukowe Elektryka z .125 
9.  Internetowa strona firmy Galmar: www.galmar.pl  
10. Trzciński D.: Uziemienia w liniach energetycznych napowietrznych. Publikacja w ISE.pl 

background image

 

100

11.  „Elektroinstalator”  październik  2003  Miernik  rezystancji  uziemień  MRU  100  oraz             
MRU 101 
12. Internetowa strona firmy Atmor: 

www.atmor.pl

 

13. Sowa A.: Zewnętrzna ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zmiany wprowadzone 
przez normę PN-IEC 61024-1.  www.ochrona.net.pl 
14. PN-86/E-05003: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych 
15. Szpor S.: Ochrona odgromowa. Tom 2. WNT Warszawa 1975 
16.PN-92/E-04060: Wysokonapięciowa technika probiercza. Ogólne określenia i wymagania 
probiercze 
17. PN-IEC 61024-1: Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne. 
  
6.7. Pytania kontrolne 
 
1. Wyjaśnić pojęcia: rezystancja statyczna i udarowa. 
2.  Omówić  wpływ  na  rezystancję  statyczną  następujących  czynników:  temperatura, 
porowatość i wilgotność gruntu. 
3.  Wyjaśnić  pojęcie  długości  efektywnej  uziomu.  Z  czym  związane  było  by  stosowanie 
uziemień o długościach znacznie przekraczających l

ef 

4.  Jaki  wpływ  na  parametry  udarowe  uziemień  ma  zjawisko  wyładowań  niezupełnych.  W 
gruntach o jakiej rezystywności szybciej rozwiną się wyładowania? 
5. Wymienić i krótko scharakteryzować podstawowe metody pomiaru rezystancji statycznej? 
6. W jaki sposób można optymalizować błędy pomiarowe rezystancji statycznej uziemienia?  
7. Procedura pomiaru rezystancji udarowej. 
8.  Czy  stosując  metodę  udarową  pomiaru  rezystancji  uziemienia  słupa  linii  przesyłowej  z 
przewodem  odgromowym,  konieczne  jest  rozłączanie  zacisku  probierczego?  Odpowiedz 
uzasadnić. 
9. Jakie czynniki należy uwzględnić na etapie projektowania uziemienia? 
10.  Metody zmniejszania wypadkowej rezystancji uziemienia.