Podstawowym zadaniem układów uziomowych jest efektywne i bezpieczne odprowadzenie do ziemi prądów piorunowych oraz wszelkiego rodzaju prądów udarowych. Prawidłowo działające uziemienie zapewnia utrzymanie niskiej wartości spadku napięcia na jego impedancji (rezystancji) w trakcie odprowadzania prądów do ziemi, co sprowadza się do warunku małej impedancji (rezystancji) tego uziemienia. Układ uziomowy powinien zapewniać zredukowanie do bezpiecznych wartości różnice potencjałów pomiędzy poszczególnymi punktami uziomu oraz podłączonymi do niego instalacjami urządzeniami. Wszystkie elementy uziemienia powinny być połączone ze sobą galwanicznie w sposób trwały za pomocą spawania lub zgrzewania tak, aby stworzyć jeden układ uziomowy (dopuszcza się wykorzystanie obejm). Przy budowie nowych obiektów zalecane jest wykorzystywanie uziomów fundamentowych. Gdy nie można wykorzystać uziomów naturalnych należy stosować uziomy sztuczne.

Układ uziomowy - zespół środków służących do połączenia metalowej części przewodzącej z ziemią. Układ uziomowy jest zasadniczą częścią instalacji, po stronie WN jak i nn. Dobre uziemienie jest konieczne dla zapewnienia:

• ochrony budynków i instalacji przed skutkami wyładowań

atmosferycznych,

• bezpieczeństwa ludzi i zwierząt przez ograniczenie napięć dotykowych i krokowych do bezpiecznych wartości,

• odpowiedniego poziomu kompatybilności elektromagnetycznej tj. ograniczenia wpływu zakłóceń elektromagnetycznych,

• poprawnej i bezawaryjnej pracy układu elektromagnetycznego i pożądanej jakości energii elektrycznej.

Uziomy naturalne to:

a) nieizolowane od ziemi podziemne metalowe części chronionych obiektów i urządzeń,

b) żelbetonowe fundamenty i podziemne części chronionych obiektów (nie izolowane od ziemi lub zamalowane warstwą przeciwwilgociową),

c) metalowe rurociągi wodne oraz osłony studni artezyjskich znajdujące się w odległości nie większej niż 10m od chronionego obiektu,

d) uziomy sąsiednich obiektów znajdujących się w odległości nie większej niż 10m od chronionego obiektu.

Projektując uziomy sztuczne należy:

• uziomy sztuczne należy wykonywać jako uziomy poziome otokowe, promieniowe lub pionowe. Zalecane jest stosowanie uziomów otokowych,

• uziomy poziome należy układać na głębokości nie mniejszej niż 0,6m i w odległości nie mniejszej niż 1m od zewnętrznej krawędzi budynku,

• uziomy pionowe należy pogrążać w gruncie w taki sposób, aby ich najniższa część była umieszczona na głębokości nie mniejszej niż 3m, a najwyższa nie mniej niż 0,5m pod powierzchnią ziemi,

• uziomów nie należy umieszczać w korytach rzek lub stawach oraz w wysychającym gruncie np. w pobliżu rurociągów z gorącą parą lub wodą.

Podstawowymi celami instalacji uziemiających są:

• zapewnienie bezpieczeństwa ludzi w każdym miejscu, w którym człowiek może legalnie przebywać lub pracować,

• zapewnienie właściwej pracy i współdziałania urządzeń, celowo połączonych z uziemieniami.

W instalacjach wysokich napięć podstawową zasadą jest wykonanie uziemień wspólnych, to znaczy połączonych ze wspólnym uziomem lub ze wspólną siecią uziomów. Uziemienia wspólne realizują rozmaite funkcje i cele, jako elementy instalacji:

• ochronnych, to znaczy chroniących ludzi i izolację urządzeń,

• roboczych, warunkujących i umożliwiających właściwą pracę urządzeń i instalacji,

• odgromowych, chroniących od skutków uderzeń pioruna.

Do pomiaru rezystancji uziemień najczęściej stosuje się: Metodę techniczną. Mierzone jest napięcie występujące na zaciskach przyrządu po wymuszeniu prądu pomiarowego, a następnie miernik wylicza wartość rezystancji.

Trzybiegunową metodę spadku potencjału - stosuje się przy pomiarach pojedynczych uziemień. Polega ona na wbiciu elektrod pomiarowych w grunt w pobliżu mierzonego uziemienia i wymuszeniu przepływu prądu w obwodzie: miernik-badane uziemienie-elektroda prądowa-miernik. Odległości pomiędzy

elektrodami powinny być możliwie duże; elektroda prądowa powinna znajdować się przynajmniej w odległości 10-krotnie większej od fizycznej długości mierzonego uziemienia, (ok. 40m). Elektrodę napięciową umieszcza się pomiędzy mierzonym uziomem a elektrodą prądową w obszarze tzw. zerowego potencjału. Mierzy się wartość przepływającego prądu i napięcie pomiędzy mierzonym uziemieniem a elektrodą

napięciową. Wymuszany prąd powinien mieć częstotliwość, która pozwala uniknąć interferencji i zakłóceń od obecnych w gruncie prądów o częstotliwości 50Hz i ich harmonicznych.

Tą metodą można wykonywać pomiary uziemień wielokrotnych najlepiej miernikami wyposażonymi w cęgi. Prąd jest mierzony za pomocą cęgów zapiętych na badanym uziemieniu. Miernik

wylicza rezystancję znając tę część prądu, która przepływa przez badany uziom, ignorując prąd przepływający przez sąsiednie uziomy.

Pomiar rezystywności gruntu odbywa się przy użyciu czterech elektrod, rozmieszczonych liniowo w równych odległościach (metoda Wennera). Wyznaczenie wartości rezystywności gruntu wymaga zmierzenia rezystancji i wyliczenia z uwzględnieniem odległości pomiędzy elektrodami.

Metody pomiarowe rezystancji uziomów:

1. Metoda techniczna

W odległości około 20m od uziemienia badanego Z wbijamy sondę pomiarową S. Drugą sondę wbijamy w odległości co najmniej 20m od sondy pomiarowej, mierząc w linii prostej od uziomu. Aby spowodować przepływ prądu między uziemieniem badanym a uziemieniem pomocniczym, doprowadzamy do tych uziemień napięcie zmienne. W obwód włączamy amperomierz, a między uziemienie badane a sondę pomiarową - woltomierz.

2. Metoda kompensacyjna

Pomiar rezystancji metodą kompensacyjną może być wykonywany induktorowym miernikiem rezystancji uziemień typu IMU lub miernikami MRU-100 i MRU-101.

3. pomiar rezystancji uziemienia miernikiem do pomiaru impedancji pętli zwarcia

Rezystancja statyczna i udarowa

Właściwości uziemień podczas przepływu prądów przemiennych i stałych są nazywane właściwościami statycznymi, zaś podczas przepływu prądów udarowych - udarowymi. Impedancja uziemienia przewodzącego prądy udarowe ma charakter nieliniowy. Jest ona funkcją natężenia oraz stromości narastania prądu, a także długości uziomu. Przy odprowadzaniu do gruntu prądu o dużym natężeniu występuje pewien spadek wartości rezystancji uziemienia w stosunku do rezystancji wyznaczanej przy niewielkich prądach pomiarowych stosowanych w miernikach. Jest to wywołane zmianą rezystywności gruntu tuż przy powierzchni uziomu na skutek występowania zjawisk wielkoprądowych.

Duża stromość narastania prądów piorunowych powoduje wzrost wartości impedancji (rezystancji) udarowej w stosunku do rezystancji statycznej. Efekt ten występuje na skutek wzrostu znaczenia składowej indukcyjnej impedancji uziemienia (zależnej od długości uziomu), a także pojawienia się (dla uziomów długich) impedancji falowej.

Długość efektywna uziomu:

Uziemienia odgromowe mają za zadanie odprowadzać do ziemi prądy udarowe o bardzo dużej stromości narastania przekraczającej nawet 100 kA/µs. Sposób odprowadzania prądu piorunowego zależy od wymiarów geometrycznych stosowanych uziomów. O własnościach uziomów

skupionych decyduje tylko ich rezystancja. Dla uziomów o długości do kilkudziesięciu metrów istotne znaczenie odgrywa indukcyjność, natomiast w przypadku uziomów długich - indukcyjność i impedancja falowa uziomu.

Duża stromość narastania prądu sprawia, iż nawet dla niewielkich indukcyjności uziemienia pojawiają się znaczne indukcyjne spadki napięcia, wyprzedzające w czasie udar prądowy. W większości przypadków uziomy należy traktować jako uziomy długie, w których zachodzą zjawiska falowe. Napięcie i prąd przesuwają się wówczas wzdłuż uziomu jako fale o ograniczonej prędkości. Zjawisko to powoduje wyraźny wzrost impedancji uziemień długich w stosunku ich właściwości statycznych.

Pomiary uziemień odgromowych metodami statycznymi:

Rezystancję statyczną uziemienia wyznacza się zwykle przy użyciu mierników, z których większość realizuje różne odmiany metody technicznej. Aby zmierzyć tą metodą rezystancję uziemienia, należy rozłączyć na czas pomiaru zacisk probierczy i dołączyć wyjście prądowe miernika do przewodu uziemiającego odizolowanego od całej reszty zewnętrznej instalacji odgromowej. Wynik pomiaru ustalany jest na podstawie wyznaczanych w mierniku wartości prądu płynącego przez badany uziom do pomocniczej sondy prądowej oraz spadku napięcia w

odniesieniu do sondy napięciowej umieszczonej w strefie ustalonego potencjału. W trakcie takiego pomiaru wyznaczana jest rezystancja statyczna uziomu, a jednocześnie podlega kontroli stan połączenia między przewodem uziemiającym i uziomem.

Metoda pomiaru udarowego - impedancja (rezystancja) udarowa uziemienia wyznaczana jest w warunkach zbliżonych do tych jakie panują podczas odprowadzania prądu piorunowego do ziemi. Określa się ją zazwyczaj przy impulsie prądowym o czasie czoła narastania równym 4 µs. Impedancję udarową określa zależność Z_m=(U_max/I_max), gdzie: I_max - wartość maksymalna impulsu prądowego; U_max - wartość maksymalna spadku napięcia na uziemieniu.

Udarowy miernik uziemień WG 307

P - przetwornica, G - generator impulsów prądowych, A - układ automatyki, V - woltomierz wartości szczytowych, D - dzielnik napięcia, RX - uziemienie badane, SI SU - sondy pomocnicze prądowa i napięciowa.

Po uruchomieniu miernika, przetwornica P zasila napięciem ok. 1 kV generator udarów G, który emituje paczkę udarów prądowych o amplitudzie ok. 1 A i mocy dochodzącej do 1 kW (w impulsie). Woltomierz stosunkowy wartości szczytowych V porównuje sygnał z sondy napięciowej przekształcony w dzielniku D z sygnałami wzorcowymi z generatora udarów i wyświetla uśredniony wynik pomiaru. Blok automatyki A steruje pracą miernika. Aby uniknąć sprzężeń miedzy przewodami pomiarowymi przewody łączące miernik z sondami pomocniczymi powinny być rozstawione pod kątem nie mniejszym niż 60˚ (optymalnie 90-180˚).

Udarowy miernik uziemień produkowany jest w dwóch wersjach: WG-307 W - o czasie narastania czoła impulsu 4 µs - przeznaczony jest do kontroli uziemień odgromowych budynków, zbiorników; WG-307 S - o czasie narastania czoła impulsu 1 µs - jest wersją specjalizowaną przeznaczoną do kontroli uziemień słupów elektroenergetycznych linii przesyłowych.

Współczynnik udarowy k_u - stosunek wartości rezystancji uziemienia mierzonej metodą udarową do rezystancji uziomu przy napięciu wolnozmiennym. Zależy on od indukcyjności badanego obwodu oraz od zjawiska wielkoprądowego wzdłuż przejścia z uziomu do gruntu. Uziomy pod względem wielkości współczynnika k_u można podzielić na trzy zasadnicze grupy:

• uziomy skupione, dla których współczynnik udaru wynosi zazwyczaj k_u=0,95-1,2

• uziomy otokowe - dla typowych otoków k_u=1,3-2,0

• rozbudowane systemy uziomów i rozległe uziomy kratowe gdzie współczynnik udaru wynosi od kilku nawet do kilkudziesięciu

Wartość współczynnika udarowego dla danego uziomu nie jest stała i waha się wraz ze zmianami wartości rezystancji statycznej oraz składowej rezystancyjnej impedancji udarowej, występującymi np. na skutek zmian wilgotności gruntu. Ponieważ wartość składowej indukcyjnej jest praktycznie stała, wobec tego wahania współczynnika udaru będą tym większe im mniejszy będzie udział indukcyjności w impedancji udarowej uziemienia.

Zaburzenia elektromagnetyczne związane z jakością energii elektrycznej można podzielić na losowe (np. wyładowania atmosferyczne) i zdeterminowane (rodzajem odbiornika, systemu zasilającego itp.). Charakter ich źródeł może być naturalny lub wytworzony przez człowieka, zlokalizowane w systemie zasilającym lub po stronie odbiorcy.

Jakość energii jest charakteryzowana zbiorem liczbowych wartości -

parametrów jakości, które można podzielić na trzy grupy:

- parametry dotyczące normalnych warunków pracy systemu zasilającego - wartość napięcia wraz z przedziałem tolerancji, wolne zmiany napięcia,

długie przerwy w zasilaniu, wartość częstotliwości wraz z przedziałem

tolerancji,

- parametry dotyczące zaburzonych warunków pracy systemu zasilającego - przepięcia, wahania i niesymetria napięcia,

- parametry dotyczące zaburzeń w przebiegu czasowym napięcia zasilającego - harmoniczne, interharmoniczne, załamania komutacyjne, przepięcia, zapady napięcia, krótkotrwałe wzrosty napięcia, krótkie przerwy w zasilaniu.

Dopuszczalne wartości parametrów napięcia zasilającego w punkcie przyłączenia instalacji odbiorcy do sieci publicznej:

• odchylenie częstotliwości:

• wolna zmiana napięcia (odchylenie napięcia):

• długookresowa uciążliwość migotania światła (wynikającego z szybkich

zmian napięcia):

• współczynnik niesymetrii:

• względna wartość h-tej harmonicznej:

• współczynnik odkształcenia:

PARAMETRY NAPIĘCIA ZASILAJĄCEGO

1. Zapady napięcia i krótkie przerwy w zasilaniu:

Zapad napięcia yo nagłe zmniejszenie napięcia do wartości zawartej między 90% a 10% deklarowanego napięcia UDEK, po którym w krótkim okresie następuje powrót do wartości deklarowanej. Napięcie deklarowane to zwykle napięcie znamionowe systemu. Główne przyczyny zapadów napięcia:

- zwarcia systemowe lub zwarcia w samych instalacjach,

- procesy łączenia odbiorników dużej mocy,

- zmiany konfiguracji sieci,

- pracę odbiorników o zmiennym obciążeniu (szczególnie biernym).

Skutki zaburzeń: Odbiornik może zostać odłączony przez układy zabezpieczające lub jego praca może być niewłaściwa.

2. Wahania napięcia:

Napięcia na początku i końcu linii zasilającej różnią się między sobą. Zmianę napięcia można podzielić ze względu na dynamikę przebiegu

i przyczynę powstawania na: odchylenie (spadek napięcia) mające stałą

wartość w dłuższej skali czasu oraz wahania napięcia. Wahania napięcia - to seria zmian wartości skutecznej lub obwiedni przebiegu czasowego napięcia.

Źródła wahań napięcia:

- zmienność w czasie głównie mocy biernej odbiorników określanych jako niespokojne

- zmiany w wyniku pracy napędów elektrycznych dużej mocy

- procesy łączeniowe baterii kondensatorów

- nieprawidłowości w pracy przełącznika zaczepów transformatora

- rozruchy silników asynchronicznych

- źródła o zmiennym obciążeniu, których moc jest znaczna względem mocy zwarciowej w punkcie ich przyłączenia do systemu zasilającego

- interharmoniczne napięcia

Skutki wahań napięcia:

- zmiany momentu silnika asynchronicznego

- kołysania i szybsze zużycie wirników silników i prądnic synchronicznych, wywołują dodatkowe momenty obrotowe, zmiany mocy i wzrost strat.

- zmniejszenie współczynnika mocy oraz generację harmonicznych w przekształtnikach sterowanych fazowo

- przerzut falownikowy podczas hamowania napędu prądu stałego

- migotania światła

3. Wyższe harmoniczne napięć i prądów

Chwilowy przebieg napięcia prądu przemiennego powinien być sinusoidalny. Miarą odkształcenia napięcia jest wartość współczynnika THD określonego względną zawartością w napięciu zasilającym lub prądzie wyższych harmonicznych:

O kształcie przebiegu decydują nie tylko częstotliwości i wartości amplitud składowych harmonicznych, lecz również kąty ich wzajemnych przesunięć fazowych. Źródła powstawania wyższych harmonicznych - odbiorniki o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej lub odbiorniki załączane i wyłączane synchronicznie względem napięcia sieci.

Instalacje elektryczne - zespoły urządzeń elektrycznych o skoordynowanych parametrach technicznych, o napięciu znamionowym do 1000 V prądu przemiennego i 1500 V prądu stałego, przeznaczone do doprowadzania energii elektrycznej z sieci rozdzielczej do odbiorników

Rodzaje instalacji:

W zależności od rodzaju zasilanych odbiorników:

1. oświetleniowe zasilające nie tylko elektryczne źródła światła, ale też obwody gniazd wtyczkowych w mieszkaniach i urządzenia małej mocy w gospodarstwach i domowych budynkach mieszkalnych,

2. siłowe zasilające silniki, urządzenia grzejne o znacznych mocach oraz inne odbiorniki o charakterze przemysłowym.

W zależności od rodzaju odbiorców i miejsca występowania:

1. instalacje nieprzemysłowe, zwane również instalacjami w budownictwie ogólnym (mieszkaniowe, biurowe, w pomieszczeniach szkolnych, w budynkach użyteczności publicznej itp.),

2. instalacje przemysłowe (w zakładach przemysłowych, górniczych, rolnictwie itp.).

W skład instalacji elektrycznych wchodzą;

1. obwody elektryczne zasilane napięciem znamionowym do 1000 V prądu przemiennego lub do 1500 V prądu stałego,

2. obwody nie będące obwodami wewnętrznymi urządzeń, pracujące przy napięciu przekraczającym 1000 V, lecz zasilane napięciem nie przekraczającym 1000 V prądu przemiennego,

3. oprzewodowanie obejmujące przewody instalacyjne, kable i przewody szynowe,

4. obwody odbiorcze instalowane na zewnątrz obiektów budowlanych,

5. oprzewodowanie przeznaczone dla telekomunikacji, sygnalizacji i

sterowania,

6. zespoły wyposażenia elektrycznego instalacji.

Pomiar ciągłości przewodów ochronnych oraz przewodów głównych i

dodatkowych (miejscowych) połączeń wyrównawczych należy wykonać metodą techniczną lub miernikiem rezystancji. Zaleca się wykonywanie pomiaru przy użyciu źródła prądu stałego lub przemiennego o napięciu 4÷24 V (w stanie bezobciążeniowym) i prądem co najmniej 0,2 A. Pomiar rezystancji przewodów ochronnych polega na przeprowadzeniu pomiaru

rezystancji między każdą częścią przewodzącą dostępną a najbliższym punktem głównego połączenia wyrównawczego (głównej szyny uziemiającej). Zmierzona rezystancja R powinna spełniać następujący warunek: R≤(U_C/I_a);

Pomiar rezystancji izolacji instalacji elektrycznej należy wykonywać, po wyłączeniu zasilania i odłączeniu odbiorników, miernikiem na prąd stały przy obciążeniu prądem 1 mA. Rezystancję izolacji należy mierzyć:

- między kolejnymi parami przewodów czynnych,

- między każdym przewodem czynnym a ziemią.

Jeżeli w obwód są włączone urządzenia elektroniczne, należy jedynie wykonać pomiar między przewodami czynnymi połączonymi razem a ziemią.

Rezystancja izolacji podłóg i ścian nie powinna być mniejsza niż:

- 5kΩ jeżeli napięcie znamionowe instalacji nie przekracza 500 V (napięcie

probiercze prądu stałego 500 V),

- 100 kΩ jeżeli napięcie znamionowe instalacji przekracza 500 V (napięcie probiercze prądu stałego 1000 V).

Rezystancję należy mierzyć między elektrodą probierczą a przewodem ochronnym instalacji. Elektroda probiercza składa się z metalowej płytki kwadratowej, o bokach 250mm i kwadratowego kawałka zwilżonego, wchłaniającego wodę papieru lub tkaniny, o bokach około 270 mm, z którego usunięto nadmiar wody. Tkaninę lub papier umieszcza się pomiędzy metalową płytką i badaną powierzchnią. W czasie pomiaru do elektrody należy przyłożyć siłę około 750 N - w przypadku podłóg oraz 250 N - w przypadku ścian. Należy wykonać przynajmniej trzy pomiary w tym samym pomieszczeniu, w tym jeden w odległości około 1 m od części przewodzących obcych, występujących w tym pomieszczeniu. Pozostałe dwa pomiary powinny być wykonane przy większych odległościach.

Rozdzielnice SN przeznaczone do rozdziału energii elektrycznej zarówno w zakładach energetycznych jak i u odbiorców. Umożliwiają realizacje pól liniowych, transformatorowych, sprzęgłowych i pomiarowych. Przystosowane do pracy przy napięciach znamionowych 7,2, 12, 17,5 i 24 kV oraz prądzie znamionowym 630 A. Stopień W zależności od przeznaczenia moduły rozdzielnicy wyposażone są w trójpozycyjne rozłączniki TPS (rozłącznik + uziemnik) w izolacji SF6, odłączniki, uziemniki, wyłączniki próżniowe lub izolowane SF6, przekładniki prądowe i napięciowe, ochronniki przepięciowe, układy sygnalizacyjne, zabezpieczające i sterujące.

Pole liniowe - jest polem wejściowym linii elektroenergetycznej SN do rozdzielnicy. Liniowe (odpływowe i dopływowe - zasilające) - najczęściej wyposażone się w wyłączniki i odłączniki (szynowe i liniowe) lub rozłączniki z bezpiecznikami, ostatecznie odłączniki z bezpiecznikami. Umożliwia odłączenie całej rozdzielnicy od linii energetycznej a także jej uziemienie.  W polach liniowych mogą zostać zainstalowane ochronniki przepięć, które chronią przed przepięciami pochodzącymi od linii elektroenergetycznej.

Pole pomiarowe - służy do pomiarów różnych wielkości elektrycznych takich jak prąd, napięcie, moc czynna, moc bierna, współczynnik mocy cosj, energia elektryczna. Wyposażone są w różnego typu przekładniki prądowe i napięciowe oraz multimetry. Pomiarowe - przekładniki prądowe i napięciowe - przyłączone za pomocą odłączników z bezpiecznikami

Pole sprzęgłowe - zadaniem pola jest połączenie dwóch sekcji. Umożliwia to rezerwowanie zasilania, podczas awarii zasilania jednej z sekcji sprzęgło podaje napięcie z sekcji pracującej bez awarii. Standardowo pole takie posiada rozłącznik lub dwa rozłączniki oraz wyłącznik.

Pole transformatorowe - służy do zasilenia i zabezpieczenia transformatora SN/nn. Jako zabezpieczenie wykorzystuje się wyłączniki lub bezpieczniki. Zabezpieczenie wyłącznikiem realizowane jest poprzez sterowanie rozwarciem ich styków za pomocą przekaźników. Bezpieczniki działają samoczynnie po przekroczeniu prądu znamionowego wkładek.

Pole potrzeb własnych - pole to wykorzystywane jest do zasilania urządzeń własnych stacji (oświetlenie, zasilacze, itp.).

---