Jest on stworzony z myślą o użytkownikach zajmujących się na co dzień pomiarami uziemień, którzy wykonują te pomiary często i w różnych, nierzadko trudnych, warunkach terenowych. Miernik oferuje użytkownikowi wyjątkowo szeroki zakres funkcji: rozbudowany zestaw sposobów pomiaru rezystancji statycznej uziemień (pomiar w układzie trzyprzewodowym i czteroprzewodowym, dwa rodzaje pomiarów cęgowych) oraz unikatową metodę pomiaru rezystancji udarowej. Cennym uzupełnieniem są pomiary pomocnicze do diagnozowania stanu badanej instalacji (pomiar wartości skutecznej prądu dwoma rodzajami cęgów, pomiar ciągłości przewodów ochronnych i wyrównawczych).
W każdej z funkcji miernik oferuje również spory zasób informacji pomocniczych (wartość napięcia i częstotliwości sygnału zakłócającego, wartości rezystancji elektrod pomocniczych itd.). Wachlarz możliwości jest na tyle szeroki, że nie przesadne będzie stwierdzenie, że miernik umożliwia dobranie właściwej metody pomiarowej do każdych warunków w niemalże każdym zakątku świata.
Pomiar statycznej rezystancji uziemień
MRU-200, jak przystało na przyrząd dla profesjonalistów, oferuje całą gamę funkcji przeznaczonych do pomiaru uziemień metodą statyczną. Wszystkie te funkcje zaprojektowano pod kątem zapewnienia optymalnej filtracji zakłóceń. W zależności od wybranej przez użytkownika nastawy układy pomiarowe miernika konfigurowane są tak, aby zapewnić tłumienie zakłóceń z sieci 50 Hz lub 60 Hz a także 16 2/3 Hz i 400 Hz. Miernik MRU-200 może wykonywać pomiary przy zakłóceniach nie przekraczających poziomu 24 Vrms.
Najczęściej stosowaną i najbardziej podstawową metodą pomiaru uziemień jest pomiar trójprzewodowy. Opcje konfiguracji miernika umożliwiają ustawienie maksymalnego napięcia wyjściowego na poziomie 50 Vrms lub 25 Vrms. Pierwszy z tych progów jest typową wartością napięcia bezpiecznego, drugi to poziom wymagany przy pomiarach w niektórych instalacjach rolniczych. Wszystkim mierzącym uziemienia o wyjątkowo małych wartościach (ułamki oma i pojedyncze omy) producent oferuje stosowanie metody czteroprzewodowej. Umożliwia ona całkowitą eliminację wpływu rezystancji przewodów pomiarowych na wynik pomiaru.
Warto w tym miejscu zauważyć, że na tle innych konstrukcji MRU-200 wyróżnia się wyjątkowo dobrą odpornością na wpływ wartości rezystancji elektrod pomiarowych na wynik pomiaru. Błąd dodatkowy spowodowany wpływem tych elektrod jest mniejszy niż w poprzednich konstrukcjach firmy Sonel i mniejszy niż w większości mierników obecnych na rynku. Dla najczęściej spotykanych wartości elektrod pomocniczych nie przekraczających 1 kΩ wpływ ten mieści się w granicach błędu podstawowego.
Wygodnym rozszerzeniem metody trójprzewodowej jest pomiar trójprzewodowy z wykorzystaniem cęgów pomiarowych. Oczywistym atutem tej metody jest możliwość wykonywania pomiarów uziemień wielokrotnych bez rozłączania badanego uziomu - opcja ta jest szczególnie użyteczna tam, gdzie istnieje potrzeba wykonania pomiarów bez wyłączania obiektu z eksploatacji.
Rys. 1. Zasada działania dwucęgowego pomiaru uziemień.
Ciekawym rozwinięciem tej metody, pojawiającym się po raz pierwszy w miernikach firmy Sonel, jest pomiar dwucęgowy. Pomiar ten wykonywany jest przy pomocy dwóch sztuk cęgów - oprócz cęgów pomiarowych C-3 niezbędne są cęgi tzw. nadawcze N-1 (o odmiennej budowie wewnętrznej). Cęgi nadawcze (N-1) indukują prąd w badanym obwodzie. Wartość prądu jest mierzona przez cęgi C-3. Wynikiem pomiaru jest rezystancja całego obwodu w którym płynie prąd pomiarowy. Stosując tę metodę pamiętać należy o jej wymogach: funkcja ta doskonale sprawdza się pomiarach uziemień wielokrotnych o małych i średnich wartościach rezystancji. Warunkiem poprawności pomiaru jest, aby rezystancja uziomu badanego była znacząco większa od wypadkowej rezystancji całego układu uziomowego (pomiar dwucęgowy mierzy sumę rezystancji zwodu badanego i wypadkowej pozostałych zwodów). Główną i niebagatelną zaletę tego pomiaru stanowi brak konieczności wbijania elektrod pomocniczych, co oznacza, że funkcja ta jest wprost idealna przy pomiarach w terenie silnie uzbrojonym i stanowi jedyną szansę wykonania pomiarów w miejscach wybetonowanych.
Pomiar udarowej rezystancji uziemień
Najbardziej nowatorską i unikalną funkcję w mierniku MRU-200 stanowi niewątpliwie pomiar uziemień metodą udarową. Pomiar ten przeznaczony jest do diagnozowania parametrów dynamicznych uziemień odgromowych.
Istnieje zasadnicza różnica pomiędzy parametrami instalacji uziemiających analizowanymi pod kątem ochrony przeciwporażeniowej a pod względem ochrony odgromowej. W przypadku tej pierwszej prądy występujące w układzie są relatywnie niskiej częstotliwości (50 Hz, 60 Hz), w przypadku drugim występują bardzo szybkie impulsy uderzeń piorunowych, co powoduje, że składowa indukcyjna badanego uziomu staje się znacząca. W takiej sytuacji tylko część uziomu znajdująca się w bezpośredniej bliskości punktu uderzenia pioruna jest efektywnie wykorzystywana w odprowadzaniu prądu piorunowego. Jest to różnica zasadnicza: uziom o niskiej rezystancji statycznej, gwarantujący dobrą ochronę podstawową, nie musi zapewniać wystarczających parametrów ochrony odgromowej. Często dzieje się tak w przypadku rozległych systemów uziomowych, które posiadając niską rezystancję statyczną mogą charakteryzować się kilkukrotnie wyższą rezystancją dynamiczną.
Zgodnie z Normami (PN-86/E-05003/01 i PN-86/E-05003/03), istnieją dwie metody oceny parametrów instalacji uziemiającej pod kątem ochrony odgromowej: poprzez wykonanie obliczeń szacujących wartość rezystancji udarowej na podstawie wartości statycznej rezystancji lub też poprzez wykonanie pomiaru badanego systemu uziomowego miernikiem udarowym. Metoda pierwsza jest z pewnością metodą bardziej skomplikowaną, wymagającą znajomości szczegółowej budowy uziomu. W praktyce jest ona do zastosowania tylko na etapie projektowania układu ochrony obostrzonej. Wykonanie pomiaru jest rozwiązaniem znacznie prostszym, szczególnie jeśli uwzględni się brak konieczności rozłączania uziemienia przed wykonaniem pomiaru.
Rys. 2. Pomiar udarowy wykonywany jest przy pobudzeniu odpowiadającym kształtem impulsowi piorunowemu. Parametry impulsu definiują dwie liczby: czas trwania czoła t1 i czas trwania do półszczytu t2.
Pomiar udarowy w mierniku MRU-200 działa zgodnie z definicją zamieszczoną w PN-IEC 61024-1 (Ochrona odgromowa obiektów budowlanych. Zasady ogólne.). Metoda ta pozwala na wyznaczenie umownej wartości określanej jako rezystancja udarowa (Rd) będącej stosunkiem wartości szczytowej napięcia do wartości szczytowej prądu. Określona przez Normę rezystancja udarowa jest nie jako wartością umowną, ponieważ na ogół szczyty napięciowy i prądowy nie występują równocześnie. Rezystancja udarowa jest uznawana za wskaźnik skuteczności uziemienia w warunkach ochrony obostrzonej lub specjalnej.
Pomiar wykonywany jest przy pobudzeniu które odpowiada kształtem, impulsowi piorunowemu. Parametry impulsu definiują dwie liczby: czas trwania czoła t1 i czas trwania do półszczytu t2 (por rys1). Miernik MRU-200 umożliwia wybór pomiędzy dwoma kształtami impulsów: 10/350μs i 4/10μs. Zgodnie z Normą PN- IEC 61312-1:2001 (Ochrona przed piorunowym impulsem elektromagnetycznym. Zasady ogólne) impuls o kształcie 10/350μs jest typowy dla pierwszego udaru prądu piorunowego. Taki sam impuls podawany jest jako impuls wzorcowy przez Normę PN-EN62305-1:2006 (Ochrona odgromowa - część 1 Wymagania ogólne). Drugi z dostępnych w mierniku kształtów impulsów ma parametry wynikające z PN-92/E-04060 (Wysokonapięciowa technika probiercza. Ogólne określenia i wymagania probiercze). Pomiar udarowy impulsami o takim kształcie (4/10μs) jest mocno zakorzeniony w polskiej praktyce pomiarowej i był przedmiotem licznych prac oraz publikacji naukowców z Politechniki Gdańskiej.
Metoda udarowa może być również wykorzystywana do pomiarów rezystancji uziemienia słupów linii wysokiego napięcia. Zaletą tej metody jest to, że pozwala ona na wyznaczenie rezystancji uziemienia całego słupa, obejmującej zarówno układy bednarek jak i rezystancję wnoszoną przez nogi słupa a ponadto może być stosowana bez wyłączania badanej linii w.n.. Przy tradycyjnych pomiarach wykonywanych metodą trzyprzewodową wymagane jest wyłączanie badanego obiektu na czas pomiarów. Dodatkowym mankamentem pomiarów wykonywanych w układzie trójprzewodowym jest pomijanie przez tę metodę rezystancji nóg słupów, a w konsekwencji przeszacowywanie wyników.
Pomiar udarowy został w MRU-200 zrealizowany jako pomiar czteroprzewodowy. Wbrew pozorom jest to dość istotna zaleta - taki sposób podłączania pozwala na uniezależnienie się od impedancji przewodów - która dla stosowanych w tej metodzie impulsów pomiarowych wynosi ponad 0,5 Ω dla przewodu 2,2 m. Przy tak krótkich impulsach sygnałów pomiarowych pomiar metodą inną niż czterozaciskowa oznacza obarczenie wyniku pomiaru dość znacznym błędem związanym z impedancją przewodu łączącego gniazda miernika z obiektem badanym.
Rys. 3. Zasada działania udarowego pomiaru uziemień.
Istotne novum w pomiarze metodą udarową miernikiem MRU-200 stanowi zastosowanie specjalnego przewodu ekranowanego. Przewód ten, długości 50 m, stanowi wyposażenie standardowe miernika i umożliwia redukcję wpływu zakłóceń impulsowych przenoszonych przez pole elektromagnetyczne podczas pomiaru. Zakłócenia takie, emitowane przez przewód prądowy stanowią słabą stronę wszystkich pomiarów udarowych, dzięki zastosowaniu przewodu ekranowanego można je skutecznie zminimalizować.
Pozostałe funkcje pomiarowe
Ważnym uzupełnieniem pomiarów rezystancji uziemień jest pomiar rezystancji przewodów ochronnych i wyrównawczych. Spełnia on wymogi PN-EN 61557-4 (Bezpieczeństwo elektryczne w niskonapięciowych sieciach elektroenergetycznych o napięciach przemiennych do 1000 V i stałych do 1500 V. Urządzenia przeznaczone do sprawdzania, pomiarów lub monitorowania środków ochronnych. Część 4: Rezystancja przewodów uziemiających i przewodów wyrównawczych).
Kolejna przydatną funkcją pomocniczą w mierniku MRU-200 jest cęgowy pomiar wartości skutecznej prądu. Jej typowym zastosowaniem jest pomiar prądów upływu i prądów uszkodzeniowych w badanych uziomach, aczkolwiek może być również wykorzystywana do innych zastosowań. Funkcja ta obsługuje dwa typy cęgów pomiarowych; cęgi pomiarowe na rdzeniu stałym (typ C-3), te same, które stosuje się do pomiarów rezystancji uziemienia oraz specjalnie dla tej funkcji przeznaczone cęgi elastyczne F1. Główną zaletą cęgów C3, oprócz możliwości wykorzystania ich w cęgowych pomiarach rezystancji uziemienia, jest ich wysoka czułość - można nimi mierzyć prądy od ułamków mA do kilkuset amperów.
Cęgi F-1 to tzw. cęgi giętkie. Ich zasada działania oparta jest o konstrukcję cewki Rogowskiego. Ogromną zaletą tych cęgów jest elastyczna konstrukcja oraz duża średnica (400 mm) - tak duża, że pozwalająca na objęcie całej nogi słupa wysokiego napięcia. Można je w związku z tym wykorzystać do pomiaru prądu także w tych obiektach, które z uwagi na duże gabaryty są praktycznie niemierzalne dla większości mierników cęgowych. Stosując cęgi F-1 należy mieć świadomość, że przeznaczone są wyłącznie do pomiaru prądów uszkodzeniowych, ich zakres stosowania rozpoczyna się od prądów rzędu pojedynczych amperów, w pomiarach wartości mniejszych niezastąpione pozostają cęgi C-3.
Silną stroną miernika MRU-200 jest jego odporność na błędy użytkownika. Miernik jest zabezpieczony przed przyłączeniem do napięć nie przekraczających 250 Vrms. Omyłkowe przyłączenie do napięcia sieciowego nie spowoduje uszkodzenia miernika.
Rys. 4. Duży wyświetlacz pokazuje nie tylko wynik pomiarów ale także wszystkie informacje pomocnicze ułatwiające interpretację otrzymanych wyników. W przypadku zapisu wyników do pamięci miernika informacje pomocnicze są również zapamiętywane.
Miernik wyróżnia się bardzo intuicyjną obsługą. Dzięki zastosowaniu dużego wyświetlacza graficznego (240x160 pikseli, 4 odcienie szarości) wszystkie komunikaty i polecenia podawane są w formie słownej (nie mnemonikami) - przez co są łatwo zrozumiałe i nie wymagają od użytkownika częstego sięgania do instrukcji obsługi. Pod jednym z klawiszy stale dostępna jest funkcja pomocy wyświetlająca schematyczne rysunki połączeń układów stosowanych przy danej funkcji pomiarowej.
Pamięć, interfejs
Jak na miernik tak wysokiej klasy przystało MRU-200 wyposażony jest w pamięć 990 wyników pomiarów.
Dla ułatwienia uporządkowania wyników pamięć podzielona jest na 10 banków z których każdy zawiera 99 komórek z wynikami pomiarów. Każda z komórek zawiera nie tylko wynik główny ale także wszystkie informacje pomocnicze (rezystancję elektrod, napięcie i częstotliwość sygnału zakłócającego itd.), które mogą być użyteczne przy opracowywaniu wyników pomiarów.
Wyniki te mogą być transmitowane poprzez interfejs do komputera PC a następnie użyte do automatycznego generowania protokołów. W obecnej chwili dostępny w mierniku jest interfejs USB, ale zdradzając nieco tajemnicę firmy, można ujawnić, że najbliższym czasie przewidywane jest udostępnienie również transmisji bezprzewodowej pomiędzy miernikiem i komputerem.
Zasilanie
Zasilanie miernika stanowi specjalny pakiet akumulatorów o pojemności aż 4200 mAh. Dzięki tak dużej pojemności naładowany pakiet umożliwia wykonanie przynajmniej 1200 pomiarów rezystancji uziemienia. Wbudowana ładowarka, dzięki algorytmowi szybkiego ładowania pozwala naładować pakiet w czasie ok. 3 h. Ładowarka współpracuje z zasilaczem sieciowym o napięciu wyjściowym 12 V i szerokim zakresie napięć wejściowych (100..250 Vac, 50...60 Hz). Ładowarka może być również zasilana z gniazda zapalniczki akumulatora samochodowego (przewód w wyposażeniu standardowym) co w wielu sytuacjach umożliwia szybką regenerację akumulatorów w warunkach terenowych. Pakiet akumulatorów posiada wbudowany elektroniczny układ monitora energii gwarantujący precyzję wskazań stanu naładowania akumulatora.
Obudowa
Obudowa miernika to kolejny przykład (obok pokazanych niedawno testerów kolejności faz i wskaźników napięć) nowej linii wzorniczej firmy Sonel. Stonowana ciemnoszara kolorystyka wzbogacona o elastomerowe pomarańczowe nakładki stwarza wizerunek nieco ascetycznej powściągliwości, wyraźnie odróżniając się od krzykliwej kolorystyki urządzeń powszechnego użytku. Obudowa charakteryzuje się dużymi walorami użytkowymi, wysoka liczba IP 54 gwarantuje ochronę przed pyłem i bryzgami wody. Stanowi to dość ważny atut dla mierników uziemień - z natury rzeczy eksploatowanych w warunkach terenowych i mających dość często kontakt z błotnistym lub pylącym się podłożem. Nakładki elastomerowe i materiał użyty do konstrukcji obudowy (ABS) gwarantują jej wysoką wytrzymałość mechaniczną. Nowatorska konstrukcja pokrywy zapewnia nie tylko skuteczną ochronę wyświetlacza LCD podczas transportu miernika ale również możliwość ustawienia miernika w kilku różnych pozycjach roboczych w zależności od preferencji użytkownika i warunków panujących w otoczeniu mierzonego obiektu.
Na tle oferty rynkowej miernik rezystancji uziemień MRU-200 wyróżnia się bardzo szerokim zakresem funkcji, umożliwiającym dobranie optymalnej metody pomiaru niemal do każdych warunków, w tym także do sprawdzania skuteczności ochrony obostrzonej. Urządzenie wyróżnia się nowatorskim designem, łatwą obsługą i sporym zestawem akcesoriów. Jest to niewątpliwie godna uwagi propozycja adresowana do wszystkich, którzy potrzebują przyrządu o dużych możliwościach pomiarowych i wysokiej niezawodności. Na swój wyrób producent udziela 36-cio miesięcznej gwarancji.
mgr inż. Aleksandra Nowaczyk
Dział Konstrukcyjny
Sonel S.A.
