A földelési ellenállás mérése I.

2006/9. lapszám | netadmin |  13 145 |

Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A földelési ellenállás mérése I. Életvédelmi szempontból a földelésnek kiemelt szerepe van. Alapvető követelmény, hogy egy elektromos berendezés, gép, szerszám, eszköz vagy el legyen szigetelve a környezetétől, vagy megfelelően földelve legyen. A...

A földelési ellenállás mérése I.

Életvédelmi szempontból a földelésnek kiemelt szerepe van. Alapvető követelmény, hogy egy elektromos berendezés, gép, szerszám, eszköz vagy el legyen szigetelve a környezetétől, vagy megfelelően földelve legyen. A megfelelő földelés azt jelenti, hogy az eszköz meghibásodásakor az áramkör nem az eszközt megérintő személyen, hanem a földelésen keresztül záródik, megvédve ezzel az adott személyt az áramütéstől. A megfelelő földelés kialakításához és ellenőrzéséhez mérésekre van szükség. Az alábbiakban ezt tekintjük át röviden.

Miért van szükség földelésre?
A földelésre életvédelmi szempontból van szükség. Ha egy berendezés meghibásodik, a hálózati feszültség rákerülhet a berendezés megérinthető fémalkatrészeire, amelyek megérintése a környezeti feltételektől függően (nedves padló, jól vezető lábbeli stb.) akár halálos áramütést is okozhat.
Szabványok írják elő, hogy egy készülék/berendezés meghibásodása esetén a földelt, megérinthető fémalkatrészeken maximum mekkora feszültség léphet fel. Általánosan és optimálisan ez az érték 25 V. Mivel ez eléggé kicsi feszültség, a földelés ellenállásának is meglehetősen kicsinek kell lennie, hogy a meghibásodás miatt rajta átfolyó áram ne tudjon ennél az értéknél nagyobb értéket létrehozni. Természetesen minden esetben a földeléssel együtt megszakító relének is kell lennie az áramkörben, amely a meghibásodás miatt a földvezetéken folyó áram hatására lekapcsolja a feszültséget az adott hálózatról.

Megengedett ellenállás-értékek
Ezek az értékek természetesen függnek az alkalmazott megszakító áramtartományától. Háztartásokban a földelési ellenállás értéke nem haladhatja meg az alábbi értékeket (a 25 V-os feszültséghatár figyelembe vételével!):
. 650 mA-es megszakító: 38 Ohm,
. 500 mA-es megszakító: 50 Ohm.

A talaj vezetőképessége
Mielőtt a földelési ellenállásmérésre rátérnénk, definiálnunk kell a talaj ellenállását, illetve a talaj vezetőképességét. Az 1. ábra a talaj vezetőképességének értelmezését adja. Ezek szerint a talaj vezetőképességén az 1 m2 alapterületű, 1 m magas hengeres talajdarab ellenállását értjük. Mértékegysége Ohm-méter ( m). A talaj vezetőképessége nagymértékben függ a talaj összetételétől és a pillanatnyi állapotától (nedves, száraz, meleg, hideg stb.). Az 1. táblázat különböző talajok tipikus vezetőképességét mutatja be. A megadott számok csak irányértékek. Láthatóan az értékek nagymértékben szórnak a talaj összetételétől függően. A legjobb földelés nyilván olyan talajban alakítható ki könnyen, amelynek vezetőképessége kicsi, azaz például mocsár, humusz, agyagos föld.

A földelő elektróda karakterisztikája
Elméletileg egy jó földelés úgy alakítható ki, hogy egy megfelelő fémrudat leszúrunk a földbe. Ekkor az áram a talajon keresztül folyik vissza a tápforrásba, egymással párhuzamosan kötött ellenállások sokaságán, amely ellenállást a talaj részecskéinek egymáshoz való érintkezése adja (2. ábra). Bizonyos távolságra a leszúrt elektródától a párhuzamosan kötődő ellenállások száma olyan naggyá válik, hogy az eredő ellenállás nullához közeledik. Ettől a ponttól kezdve - függetlenül attól, hogy mekkora az átfolyó hibaáram - a feszültség nullához közelít, és állandó marad. Annak a pontnak a helye, ahol ez bekövetkezik, közvetlen összefüggésben van azzal a mélységgel, amennyire az elektródát a földbe leszúrtuk. Azt a területet, amely ezen a határvonalon kívül esik, nevezzük "hatásos (földelési) területnek", és ez adja a "valódi" földelési ellenállást.
Természetesen, mivel a talaj összetétele a leszúrt földelő- rúd környezetében nem homogén, a fentiekben elmondottak alapján előálló határzóna alakja és kiterjedése ismeretlen számunkra, ezért egy földelő elektróda hatása függ annak alakjától, felületétől és a talajban lévő helyzetétől.
A fentiek alapján látható, hogy a földelési ellenállás mérésekor lényeges, hogy a határvonalon belüli területek ne érjenek össze (3. ábra).

A földelési ellenállás mérési elve
(A mérési elvet az alábbi 4. ábra mutatja.)
A "G"-vel jelölt állandó áramú generátor áramát az E(X) földelő elektródán és a H(Z) áram-betápláló elektródán hajtjuk át a talajon. Láthatóan a határvonalon (0 V) belüli területek nem érnek össze. A talajra eső feszültséget az E(X) földelő elektróda és az S(Y) segédelektróda ("nullapotenciálú" elektróda) között mérjük, amely elektróda a nullapotenciálú térben van leszúrva. Az így mért feszültséget elosztva a mérőárammal megkapjuk a földelő csatlakozás (a földelés) ellenállását. (A zavaró áramok keltette zavaró feszültséget a mérés megkezdése előtt kompenzáljuk!) Az áramgenerátor frekvenciájának a zavaró hatások csökkentése céljából a hálózati frekvenciától eltérőnek kell lennie, általában 120 vagy 225 Hz-et alkalmaznak.
Az ábrán láthatóan a mérőkörbe a "nullapotenciálú" elektródával sorosan egy kapacitás van beépítve. Ez a földben folyó egyéb áramok leválasztására szolgál, amely áramok meghamisíthatnák a mérést. Egy további 50 Hz-es szűrő arról gondoskodik, hogy csökkentse a mért területen esetlegesen folyó hálózati zavaró áramok hatását.
Az elektródák közötti távolság tapasztalati úton alakult ki, általában az egy egyenesen leszúrt elektródák közötti távolság 10-10 m.
62%-os mérési mód
Az előző ábra szerinti 1 földelő és 2 segédelektródát használunk a méréshez, amelyek egy vonalban helyezkednek el egymáshoz képest. Mint azt előzőleg említettük, az elektródák hatásterületei (határvonalai) nem érhetnek össze. Az elektródák közötti távolságot alapvetően a határvonalnak az elektródától mért távolsága határozza meg. A határvonal helye a talaj vezetőképességét mutató diagrammok alapján történő bonyolult számításokkal határozható meg (5. ábra).
Az árambetápláló elektróda és a földelő elektróda hatásterületének egymásba való behatolása rontja a pontosságot, ezért fontos az elektródák helyének helyes megválasztása, ami általában kísérletezéssel lehetséges. Ha az E(X) és H(Z) elektróda viszonylag nagy távolságra van egymástól, akkor a feszültség a két elektróda között az ábra szerint változik. Láthatóan a feszültség értéke két elektróda távolságának felénél kvázi vízszintes, azaz állandó. A valóságban a méréshez használt mérőkábelek eltorzítják ezt a diagrammot, és ez a vízszintes szakasz eltolódik a két elektróda közötti távolság E(X) elektródától számított 62%-a körüli értékére. A legpontosabb eredmény az elektródák ilyen elrendezése mellett kapható. Innen származik a mérés neve is, 62%-os mérési mód.
Méréskor ellenőrizhetjük, hogy az S(Y) elektróda megfelelő helyen van-e. A 62%-os helyen megmérjük a földelési ellenállás értékét, majd az elektródát ettől a kezdeti helytő jobbra-balra azonos távolságra (52-72%) leszúrva megismételjük a mérést. A mérési eredményekből könnyen eldönthető, hogy a feszültség értéke a mérőelektróda környezetében megfelelően állandó-e, azaz a görbe ezen a helyen eléggé lapos-e.

Háromszögeléses módszer
Ha a 62%-os módszert valamilyen ok miatt nem tudjuk alkalmazni, pl. az elektródák nem verhetők le egy vonalban megfelelő távolságra, akkor használhatjuk a háromszögeléses módszert.
. Az E(X) földelő elektródát, valamint az S(Y) és H(Z) elektródákat egy egyenlő oldalú háromszög csúcspontjaiba szúrjuk le.
. A 6. ábrának megfelelően elvégezzük az első mérést, majd az S(Y) elektródát áttesszük a másik oldalra (természetesen azonos távolságra, mint előbb), és elvégezzük a második mérést.
Ha a mért értékek nagyban különböznek, az azt jelenti, hogy az S(Y) elektródát a hatásterületen belül vertük le. Ezen csak úgy segíthetünk, ha az S(Y) és H(Z) elektródákat az E(X) elektródától lényegesen távolabb verjük le, majd a méréseket megismételjük. Ha a mért értékek néhány %-on belül megegyeznek, a mért érték elfogadható. Megjegyzendő azonban, hogy amikor a két mért érték közel megegyezik, az elektródák hatásterületei öszszeérhetnek, illetve egymást átlapolhatják, azaz a mért érték nem feltétlenül helyes.
Pástyán Ferenc

---