A földelési ellenállás mérése
2004/11. lapszám | Pástyán Ferenc | 70 270 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az elektromosság robbanásszerű térhódítása a magán és vállalati szférákban, továbbá az ezt követő elosztóhálózatok gyors kiépülése szükségessé tette a mindennapi biztonsági szabályok újragondolását a hálózatok tervezésében. Az ide vonatkozó nemzetközi szabványok megadják azokat a követelményeket, amelyek az emberek, berendezések és vagyontárgyak biztonságát szolgálják. Ide tartozik a megfelelő földelés kialakítása is, melynek értékét részben a tervezéskor, részben időszaki ellenőrzéssel mérni kell.
Az ide vonatkozó kutatások kimutatták, hogy az emberi szervezetre az alábbi feszültségek veszélyesek:
- 50 V AC száraz helyiségben
- 25 V AC nedves helyiségben és
- 12 V AC földbe épített helyiségekben.
Miért szükséges a földelés
A földelés biztosítja, hogy véletlen rövidzár, meghibásodás esetén az elektromos berendezés/készülék megérinthető vezető részeire ne kerüljön veszélyes feszültség. A meghibásodás okozta hibaáram, ami a földelésen alakul ki, védelmi eszközöket (védőrelé) is működtethet, amennyiben ez szükséges. A földelésnek mindig kapcsolatban kell lennie valamilyen megszakító eszközzel, e nélkül a földelésnek nem sok értelme van. Az előzőekből az is következik, hogy a földelés ellenállása alapvető a kialakuló hibafeszültség szempontjából.
Mekkora lehet a földelés ellenállása?
A hálózatokat a vonatkozó szabványok figyelembevételével alakítják ki, úgy, hogy az garantálni tudja a személyes védelmet. A megszakító eszközöknek (RCD) veszély esetén a lehető leghamarabb le kell oldaniuk, amint a kialakuló hibafeszültség meghaladja a megengedett értéket. Vegyük ezt a határfeszültséget 25 V AC-nek. Általában a hálózat esetében a lekapcsolást végző védelmi eszköz akkor lép működésbe, ha a rajta átfolyó áram meghaladja az 500 mA-t. Azaz, az Ohm-törvényből következően a földelés akkor jó, ha a földelő elektróda ellenállása kisebb, mint 50 Ohm
A földelés ellenállását alapvetően három tényező befolyásolja:
- A földcsatlakozás ellenállása,
- A földelő elektróda ellenállása és
- A talaj vezetőképessége (ellenállása)
A földelés különböző módokon biztosítható, amint azt az alábbi felsorolás mutatja.
- Függőlegesen elásott fémrúd vagy fémcső
- Vízszintesen földbe lefektetett kábelek vagy fémszalagok
- Fémlemezek
- Árkok aljában futó fémszalagok
- Földbe ágyazott betonba öntött fémelemek
- Vízhálózat fémcsövei, stb.
A kialakított földelés ellenállása függ a földelő eszköz alakjától és az őt körülvevő talaj tulajdonságaitól, azaz a talaj vezetőképességétől.
A talaj vezetőképessége
A talaj vezetőképességének értékét Ohmméterben adják meg. A talaj vezetőképességének definícióját az alábbi ábra adja.
A talaj vezetőképessége nagymértékben függ a talaj paramétereitől. Az alábbi táblázat néhány talajfajta jellemző ellenállását mutatja.
| Talaj típusa | Vezetőképesség (Ohm-méter) |
| Mocsár | ...30 |
| Agyagos föld | 20...100 |
| Humusz | 10...150 |
| Márga | 31...40 |
| Agyagos homok | 50...500 |
| Szilícium-homok | 200...3000 |
| Kemény köves talaj | 1500...3000 |
| Fűvel borított köves talaj | 300...500 |
| Lágy mészkő | 100...300 |
| Repedezett mészkő | 500...1000 |
| Csillámpala | 800 |
| Gránit és agyag vegyesen | 1500...10 000 |
| Gránit és agyag sűrű rétegezésben | 100...600 |
Miért mérjük a talaj vezetőképességét?
Megállapítani a leendő földelő elektródák telepítési helyét a hálózat kiépítése előtt
- Megfelelő elektromos paramétereket biztosítani a földelő elektródák és földelő hálózat számára
- A földelő elektródák és földelő hálózat telepítési költségeinek optimalizálása
Vezetőképesség mérése, négyvezetékes mérési mód
Egy vonalban leverünk a földbe egymástól adott távolságra (a) négy mérőszondát. Az „E” és „H” jelű szondákon keresztül adott értékű mérőáramot hajtunk át a talajon. A két középső elektródám (S és ES) mérjük a feszültséget.
A mért értékekből a vezetőképesség az alábbi egyszerű egyenlettel számítható ki:
Ahol
- ρ a vezetőképesség Ohmméterben a 0-pontnál vagy 3a/4 mélységben
- a = az elektródák közötti távolság méterben
- Umért = feszültség az S és ES elektródák között V-ban és
- I = az elektródákon átbocsátott mérőáram A-ben
(Javasolt, hogy az elektródák közötti távolság minimum 4 m legyen)
A mérés hagyományos földelési ellenállásmérővel is elvégezhető.
A földelési ellenállás mérési elve
Az ábrán az „E”-vel jelölt a mérendő földelő elektróda.
Egy megfelelő konstans áramot szolgáltató áramgenerátor (G) áramát hajtjuk át a mérőkörön a H elektróda segítségével. A feszültséget az E elektróda csatlakozási pontja és a egy másik, nulla potenciálon lévő „S” elektróda között mérjük. Az Ohm törvény alapján a mért ellenállást az Re=Ues/Ieh összefüggés adja.
„62%”-os módszer (két szonda)
Ennél a mérési eljárásnál két szondára van szükségünk. Az elrendezés hasonló a fentebb ismertetetthez. Nagyon fontos a két segédelektróda E(x)-hez viszonyított helyzete.
A gyakorlati tapasztalat azt mutatja, hogy a legpontosabb mérés akkor valósítható meg, ha az „S” szonda az E-H távolság 62%-ánál helyezkedik el az „E” elektródától. A méréskor az „S” szondát ±10%-kal (S´ és S”) el kell mozdítani az E_H-t összekötő egyenes mentén, és a mérést meg kell ismételni. Ha a mért érték változik, úgy az E-H elektródák közötti távolságot (és az „S” szonda távolságát is) meg kell növelni. Helyes eredmény eléréséhez az E-H távolságnak legalább 25 méternek kell lennie.
Meglévő földelés ellenállásának mérése
Számos módszer áll rendelkezésre meglévő földelések ellenállásának mérésére. Az alábbi táblázat ezeket foglalja össze.
| Mérési mód | Épületek, ahol a szondák leverhetők |
Városi épületek, ahol a szondák nem verhetők le |
Földelő hálózatok, villámvédelmi rendszerek |
| 62%-os módszer |
+ |
||
| Háromszög módszer |
+ |
||
| 62%-os változó módszer |
+ |
+ |
+ |
| PE fázishurok mérés |
+ |
+ |
|
| Földelésiellenállás-mérő lakatfogó |
+ |
Háromszög módszer (két szonda)
Ezt a szintén két szondát igénylő mérési módot akkor alkalmazzuk, amikor az előző módszer valamilyen ok miatt nem alkalmazható. Meg kell azonban jegyezni, hogy a kapott eredmény nem olyan pontos, mint az előző esetben.
A mérést a következő módon kell végezni:
- A földelő elektróda, valamint a két szonda egyenlő oldalú háromszöget képezzen
- A mérést az ábra szerint úgy kell végezni, hogy az „S” szonda egyszer az E_H elektródákat összekötő egyenes egyik oldalán, majd a másik oldalán helyezkedik el.
Ha a két mért érték nagymértékben különbözik egymástól, a távolságokat meg kell növelni. A mérést és a módosításokat addig kell ismételni, míg megfelelően egyező értékeket nem kapunk. Azonban ez a mérés még ekkor is eléggé bizonytalan.
A fenti két alapvető mérésen kívül más módszerek is ismertek, melyek főleg akkor használandók, ha az előző két módszer közül egyik sem alkalmazható. Meg kell említeni még a földelési ellenállásmérő lakatfogó működési elvét. A mérési elvből következően a lakatfogó ott használható, ahol földelő hurok áll rendelkezésre. Előnye a készüléknek, hogy a földelést a méréshez nem kell megbontani, nem kell szondákat használni, a mérés gyors, pontos, egyszerű. A mérési elvet az alábbi ábra mutatja.
A lakatfogó fejében tulajdonképpen két transzformátor helyezkedik el egymástól mágnesesen elszigetelve. Az egyik egy szokásos árammérő lakatfogó, a másik egy transzformátor, amelyik a földelő vezetőben (hurok) feszültséget indukál. A létrejövő áram nagysága a hurok ellenállásától függ. Az indukált feszültség és a mért áram ismeretében a készülék kiszámítja a mért ellenállást. A készülék igen alkalmas villámvédelmi rendszerek mérésére is.
Földelő rendszer mérése földelésiellenállás-mérő lakatfogóval:
