Vadné uzemnění nejen že přispívá ke zbytečným prostojům, nedostatečné uzemnění je také nebezpečné a zvyšuje riziko poruch zařízení.
Bez účinného systému uzemnění bychom mohli být vystaveni riziku zásahu elektrickým proudem, nemluvě o chybách měření přístrojů, problémech způsobených harmonickým zkreslením, problémech s účiníkem a celé řadě potenciálních občasných problémů. Pokud nemají poruchové proudy kudy odtéci do země prostřednictvím správně navrženého a udržovaného zemnícího systému, najdou si nepředpokládané cesty jinde – a může to být i přes lidská těla.
Kvalitní uzemnění nepřispívá jen k bezpečnosti, je také předpokladem pro předcházení škodám. Kvalitní zemnicí systém zlepší spolehlivost zařízení a sníží pravděpodobnost škod způsobených bleskem nebo poruchovými proudy. Požáry na pracovištích zapříčiněné poruchami elektroinstalace způsobí každoročně miliardové škody. Nemluvě o souvisejících nákladech na soudní pře a ztrátách z hlediska osobní i firemní produktivity.
V průběhu času mohou korozívní půdy s vysokým obsahem vlhkosti a velkým obsahem solí za přispění vysoké teploty znehodnocovat zemnicí tyče a jejich připojení. Proto i když zemnicí systém při počáteční instalaci vykazoval dostatečné hodnoty odporu uzemnění, může se odpor zemnícího systému při rozežírání zemnicích tyčí zvyšovat.
Jednoduché zemnicí systémy tvoří jeden zemnič osazený do země. Použití jednoho zemniče je nejčastější formou uzemnění a používá se v domácnostech i komerčních objektech. Složitější zemnicí systémy se skládají z více propojených zemnicích tyčí, sítí, zemnicích desek a zemních smyček. Takovéto systémy obvykle nalezneme v rozvodnách elektráren, v ústřednách a u stožárů antén mobilních operátorů.
Složité sítě významně zvyšují kontaktní plochu s okolní zemí a snižují zemní odpor.
Proč je třeba zjišťovat odpor půdy?
Znalost odporu půdy je zapotřebí nejčastěji při rozhodování o konstrukci zemnícího systému v případě nových instalací (stavby na zelené louce) tak, aby byly splněny požadavky na zemní odpor. Ideální je nalézt místo s nejnižším možným odporem. Jak jsme si však již řekli, nepříznivé půdní podmínky lze překonat složitějšími zemnícími systémy.
Odpor půdy ovlivňuje složení půdy, obsah vlhkosti a teplota. Půda nebývá homogenní a její odpor se liší podle geografického umístění a hloubky. Obsah vlhkosti se mění s ročními obdobími a liší se podle charakteru zemského podloží a úrovně hladiny spodní vody. Půda a voda bývají obecně stabilnější v hlubších vrstvách, doporučuje se proto osadit zemnicí tyče co nejhlouběji do země, nejlépe až k hladině spodní vody. Zemnicí tyče je také třeba instalovat do míst se stabilní teplotou, tedy do nezámrzné hloubky.
Má-li být zemnicí systém účinný, musí být navržen tak, aby obstál v nejhorších očekávaných podmínkách.
Jak měřit odpor uzemnění
K dispozici jsou čtyři metody testování uzemnění:
- Odpor půdy (pomocí zemnících kolíků)
- Pokles napětí (pomocí zemnících kolíků)
- Selektivní měření (pomocí sady 1 kleští a zemnících kolíků)
- Bezsondové měření (pouze pomocí kleští)
Měření uzemnění mohou být prováděna multimetry, které mají odpovídající funkci a dále speciálními měřicími přístroji. K měření zemního odporu se nejčastěji používá technická metoda – měřicí přístroj vypočte hodnotu odporu měřením napětí, jež je přítomné na svorkách přístroje po vyvolání měřicího proudu. Při měření jednotlivých uzemnění je užívána třípólová metoda poklesu napětí, spočívající ve vyvolání průtoku proudu v obvodu měřicí přístroj – zkoumané uzemnění – proudová elektroda – měřicí přístroj. Vzdálenosti mezi elektrodami musí být co možná největší; proudová elektroda se musí nacházet alespoň ve vzdálenosti 10krát větší, než je fyzická délka měřeného uzemnění; v praxi je uplatňována vzdálenost cca 40 m mezi zkoumaným zemničem a proudovou elektrodou.
Napěťová elektroda je zaražena do země mezi měřeným zemničem a proudovou elektrodou v oblasti tzv. nulového napětí. V praxi je doporučováno provedení třech měření, kdy je o 1-2 metry změněna poloha napěťové elektrody ve směru od a ke zkoumanému uzemnění. Pokud jsou výsledky stejné, bylo místo zaražení elektrody vybráno správně. Měření je prováděno proudem s frekvencí, jež dovoluje zabránit interferenci a poruchám s frekvencí sítě (50 Hz nebo 60 Hz) a jejich harmonických složek. Pokročilé přístroje mají možnost provádět měření čtyřpólovou metodou, což umožňuje eliminovat vliv odporu vodiče, kterým je ke zkoumanému uzemnění připojován také měřicí přístroj.
Obtíže vyplývající z nutnosti odpojení jednotlivých zemničů v průběhu měření vícebodového uzemnění lze překonat s využitím selektivní metody s použitím dodatečných kleští. Proudová a napěťová elektroda je umístěna podobně jako u třípólové metody, avšak proud je měřen pomocí kleští připevněných na testovaném uzemnění. Měřicí přístroj vypočítá odpor, přičemž zná tu část proudu, která protéká zkoumaným zemničem. Měřicí metodu s kleštěmi však nelze použít u těch vícebodových systémů, u kterých jsou spolu jednotlivé zemniče spojeny pod zemí.
Metoda měření pomocí dvou kleští (bezsondové měření) umožňuje měření odporu vícebodových uzemnění bez nutnosti umisťovat do země pomocné sondy. V průběhu tohoto měření se proud vytvářený vysílacími kleštěmi uzavírá do obvodu: zkoumané uzemnění + souběžné spojení ostatních uzemnění a je měřen pomocí přijímacích kleští – na tomto základě je vypočten odpor obvodu. Protože souběžné spojení několika odporů vytváří výsledný odpor s mnohem nižší hodnotou, je proto výsledek vzhledem ke zkoumanému odporu zvýšen. Rozdíl je o to menší, čím více uzemnění se podílí na měřeném objektu.
Měření odporu pomocí dvou kleští je uplatňováno u měření vícebodových uzemnění, nespojených pod zemí. Pokud jsou uzemnění spojena pod zemí, tato metoda umožňuje změřit pouze kontinuitu obvodu.
V systému uzemnění hodnoceném z hlediska ochrany proti zásahu elektrickým proudem, je důležité udržení proudů s nízkým kmitočtem (50, 60 Hz). Úlohou uzemnění ochrany před bleskem je odvádění zásahů blesku do země. Impulzní charakter tohoto výboje způsobuje, že se důležitý stane vliv indukční složky zkoumaného zemniče, což zapříčiní, že efektivně využívaná k odvádění bleskového proudu je pouze ta část zemniče, která se nachází v bezprostřední blízkosti místa výboje.
Proto zemnič s nízkým statickým odporem, zaručující dobrou základní ochranu, nemusí zajišťovat dostatečné parametry protibleskové ochrany – zvláště se tak děje v případě rozsáhlých zemnicích systémů, které mají nízký statický odpor a mohou být charakterizovány několikanásobně vyšší dynamickou impedancí. Měření impulsní metodou, v souladu se souborem norem ČSN EN 62305, umožňuje diagnostikovat parametry dynamických uzemnění ochrany před bleskem. Impulsní charakter měření způsobuje, že není nutné rozpojovat uzemnění v případě vícebodových uzemnění nebo objektů, které jsou pod napětím, protože impuls měřicího proudu podobně jako úder blesku působí pouze v omezené vzdálenosti. Tato metoda umožňuje stanovit smluvní hodnotu, která je označována jako diferenciální, jež je poměrem maximální hodnoty napětí k maximální hodnotě proudu.
Diferenciální impedance stanovená normou je jaksi smluvní hodnotou, neboť obecně k napěťovým a proudovým špičkám nedochází současně. Diferenciální impedance je uznávaná za ukazatel účinnosti uzemnění v podmínkách přísné nebo speciální ochrany.
Při měření impulsní metodou vícebodového uzemnění spojeného jak nad, tak i pod zemí, měřicí impuls působí pouze v blízké vzdálenosti daného uzemnění, což umožňuje měřit uzemnění bez nutnosti rozpojování kontrolních spojů a odpojování vyrovnávacích spojek, čili bez nutnosti odpojování napájení objektu.
Impulsní metoda může být rovněž používána k měření impedance uzemnění sloupů vysokého napětí, umožňuje stanovit impedanci uzemnění celého sloupu, zahrnující rovněž systémy pásové oceli a také odpor vznikající nohami sloupu, kromě toho může být prováděna bez odpojení zkoumaného vedení VN a demontáže části uzemnění.
