Măsurarea rezistenței de dispersie a prizei de pământ la centralele electrice pe biogaz (CEB) cu profitest MXTRA – Metrawatt, Germania

Un sistem funcțional de împământare este un element fundamental al instalațiilor electrotehnice. Valoarea rezistenței de dispersie a prizei de pământ RE este o  caracteristică importantă pentru evaluarea siguranței și funcționalității instalațiilor electrice din clădiri. Printre altele, joacă un rol în oprirea automată a alimentării cu energie (îndeplinirea condițiilor de oprire și a legăturii echipotențiale de protecție), protecția împotriva trăsnetului și protecția împotriva supratensiunii. Ca urmare, rezistența de dispersie a circuitului de împământare RE este esențială pentru declarațiile privind eficacitatea măsurilor de protecție împotriva șocurilor electrice.

Seria testerelor PROFITEST – MASTER de la Metrawatt Germania oferă electricienilor calificați, cu experiență, și specialiștilor în protecția împotriva trăsnetului numeroase metode pentru măsurarea rezistenței de dispersie a prizei la pământ, pentru a îndeplini cerințele specificate în normativele și standardele în vigoare (EN 60364-6 și EN 62305-3).

Pe lângă măsurarea rezistenței globale a sistemului de împământare care urmează să fie evaluat, procedurile de măsurare selectivă permit, de asemenea, evaluarea valorilor de rezistență ale electrozilor individuali de împământare. Această metodă are avantajul de a elimina necesitatea deconectării piesei de separație. Procedura de măsurare alternativă se bazează tot pe metoda de măsurare a curentului și tensiunii.

 

Figura 1: Profitest MXTRA setat pe funcția de operare corespunzatoare pozitiei RE a comutatorului.

În timp ce instrumentele de testare Profitest MBASE și MTECH funcționează cu alimentare de la rețea, adică consumă curent direct din sistemul împământat, testerele
Profitest MPRO și MXTRA oferă toate avantajele unui tester de împământare de sine stătător.

Măsurări la o centrală electrică pe biogaz la Green Energy din Mitterteich, Germania

De ceva timp în lume, producția de energie prin fermentarea biomasei este una dintre cele mai importante tehnici de generare a căldurii și energiei din resurse regenerabile.
Datorită faptului că instalațiile de biogaz produc și procesează cantități mari de gaz combustibil, siguranța în exploatare este de o importanță enormă. De exemplu, funcționarea incorectă a instalației, erorile de proiectare și exploatare cresc riscul de explozie, după cum s-a demonstrat printr-o serie de accidente grave în ultimii ani la nivel european.

 Figura 2: Uzina de biogaz Green Energy din Mitterteich, Germania

Cum funcționează o fabrică de biogaz – Merită să știți!

Gunoiul de grajd (gunoi lichid și bălegar), precum și materiile prime regenerabile, cum ar fi porumbul și rapița (în general orice substanță organică), sunt utilizate în cea mai mare parte în instalațiile agricole de biogaz.
Reactorul, așa-numitul fermentator în care se descompune materia organică, se află în centrul unei fabrici de biogaz. În esență, fermentatorul constă dintr-un recipient sigilat din oțel sau beton armat, etanș la gaze și care poate fi încălzit. Aceste recipiente sunt prevăzute cu agitatoare care amestecă substratul de biomasă și care operează la o temperatură mezofilă (35–42°C). Un post-digestor anaerobic este instalat frecvent în aval de fermentator pentru a asigura o „digestie“ eficientă și completă a materialelor organice.
Condițiile ideale de viață pentru bacteriile de fermentare prevalează în fermentator. Ele transformă o mare parte din substanțele organice în biogaz, cu excluderea aerului. Acest proces are loc în patru etape succesive: în timpul primei etape, și anume hidroliza, materialele cu lanț lung sunt descompuse în compuși mai mici. În faza de acidificare (acidogeneza), produsele intermediare sunt descompuse în continuare în acizi grași inferiori, dioxid de carbon și hidrogen, care sunt transformați în precursori  ai biogazului în timpul formării acidului acetic (acetogeneza). În ultima fază, și anume metanogeneza, biogazul este produs în cele din urmă cu un conținut de metan între 50% și 70%.
Biogazul este apoi ars într-o centrală combinată pentru a produce energie electrică și căldură. O mică parte din căldură este utilizată pentru încălzirea fermentatorului, dar cea mai mare parte poate fi utilizată pentru încălzirea clădirilor proprii ale operatoruluisau vândută unor terțe părți.
Fecalele provenite din creșterea animalelor agricole sunt îngrășăminte de înaltă calitate și pot fi în general reutilizate prin împrăștierea pe terenuri agricole.
În timpul descompunerii în fermentator, numai componentele organice sunt transformate în biogaz, iar substanțele nutritive minerale sunt păstrate. Acestea, numite digestat, sunt folosite ca îngrășământ pentru agricultură, iar în comparație cu gunoiul de grajd lichid netratat, are un miros mult mai puțin ofensator, este non-caustic și se poate răspândi mai ușor. În plus, agenții patogeni sunt distruși și numărul semințelor nedorite este redus, dând posibilitatea plantelor fertilizate să absoarbă nutrienții mai ușor. Nămolul de biogaz (digestat) este, prin urmare, net superior gunoiului de grajd lichid netratat în ceea ce privește proprietățile de mediu și fertilizare.

Metoda de măsurare a împământării 3/4-fire (poli) cu Profitest MXTRA

Aceste două metode sunt legate între ele, iar măsurarea rezistenței circuitului de împământare cu 4 fire (4 poli) este utilizată în primul rând pentru sistemele de împământare cu impedanță foarte mică. Rezistența cablului de măsurare conectat la dispozitivul testat poate fi luată în considerare prin utilizarea unui jumper intern în interiorul testerului între bornele pentru electrodul de împământare (E) și electrodul sondă (S). Această creștere inevitabilă a rezistenței care are loc cu metoda de măsurare cu 3 fire (3 poli) este menținută la minimum în practica reală prin utilizarea unor cabluri de test corespunzător de scurte între electrozii de împământare și instrumentul de testare.

Figura 3: Metoda de măsurare cu 3 fire cu PROFITEST MXTRA

Pentru această metodă trebuie utilizat un electrod auxiliar (H) și un electrod sondă (S) (măsurare cu 3 fire). Curentul de măsură IM este injectat în sol prin platbanda de împământare și electrodul auxiliar.
Poziționarea electrodului auxiliar H are o importanță deosebită, deoarece trebuie să fim siguri că în acest moment se obține o valoare de rezistență corespunzător de mică.
Căderea de tensiune care apare între electrodul de împământare (E) și sonda (S) datorită rezistenței de dispersie la pământ, este măsurată conform raportului:

                          U  M

R E =  ——————–

                         I  M

unde :

RE = rezistența măsurată a circuitului de împământare
UM = cădere de tensiune măsurată între bornele E și S
IM = curentul între electrodul de împământare E și electrodul de împământare auxiliar H

Trebuie respectată distanța dintre sondă și electrodul auxiliar

Poziționarea sondei S și a electrodului auxiliar H este de o mare importanță pentru această măsurare. Poziția electrodului H în sol trebuie să fie suficient de îndepărtată de dispozitivul supus încercării pentru a se asigura că zonele de dispersie ale electrodului de împământare și electrodului auxiliar nu se suprapun. De regulă, cu cât sistemul de împământare este mai mare, cu atât este mai mare distanța necesară până la electrodul auxiliar. O rezistență excesivă a electrodului de împământare poate duce la măsurări eronate. În special în cazul unor valori ridicate ale rezistivității solului, electrodul auxiliar trebuie introdus în pământ la o distanță mai mare. O distanță de 40 de metri între electrodul de împământare și electrodul auxiliar s-a dovedit a fi o regulă practică. Cu toate acestea, în practica reală, aranjamentul trebuie testat în consecință. În cazul țărușilor de împământare și altele asemenea, se recomandă o distanță de trei ori adâncimea țărușului.

Figura 4 Dispunerea tarusilor de test pentru sonda și electrodul auxiliar à „Zona neutră”

Figura prezentată mai sus ilustrează aceste relații. Două zone de rezistență a dispersiei la electrod se formează datorită fluxului de curent între electrodul de împământare și electrodul  auxiliar. Distribuția lor este reprezentată de liniile circulare. Pentru a obține o măsurare corectă, este absolut esențial ca sonda S să fie localizată în potențial de referință neutru. Această zonă este cunoscută sub numele de „zonă neutră”.

Dacă s-au efectuat numeroase măsurări cu distanța crescândă între electrodul de pământ și sondă, valorile măsurate ar avea ca rezultat o curbă caracteristică. Această curbă se distinge prin capete abrupte cu o linie orizontală între ele. Această zonă orizontală aproape constantă (zona neutră) apare numai dacă electrodul de împământare și electrodul auxiliar sunt suficient de distantati.

Testarea aranjării corecte a sondei și a electrodului auxiliar poate fi efectuată prin deplasarea poziției sondei de-a lungul liniei de referință directă între electrodul de împământare și electrodul  auxiliar. Se efectuează încă două măsurători cu sonda poziționată la 6 metri mai aproape de electrodul de împământare și de electrodul  auxiliar. Dacă se obțin rezultate aproape identice pentru toate cele trei măsurători, valoarea medie poate fi considerată rezistență de dispersie a prizei la pământ.

Dacă rezultatele variază, măsurarea trebuie repetată cu electrodul auxiliar poziționat la o distanță mai mare. Dacă curba caracteristică este neregulată, măsurarea este influențată de obiecte metalice din pământ, cum ar fi conductele de apă, gaz etc. Schimbarea aranjamentului tarusilor de test cu 90° poate remedia această situație.

Figura 5: Metoda de măsurare cu 4 fire, PROFITEST MXTRA

Graficul prezentat în figura 5 descrie metoda de măsurare cu 4 fire. În cazul acestei metode de măsurare, se stabilește o conexiune suplimentară de la terminalul sondei de împământare la instrumentul de măsurare. În consecință, rezistența de la terminalul de conectare a dispozitivului la electrodul de împământare poate fi ignorată. Această metodă de măsurare este utilizată în principal pentru măsurarea rezistenței de dispersie pentru sistemele de împământare larg răspândite și, prin urmare, cu impedanță foarte mică. Valoarea măsurată este astfel semnificativ îmbunătățită față de metoda cu 3 fire.

Figura 6: Metoda de măsurare cu 4 fire cu PROFITEST MXTRA

Măsurarea rezistenței buclei de împământare – Metoda cu 2 clești

Această metodă extrem de eficientă este utilizată pentru sistemele de împământare care constau din mai mulți electrozi de împământare interconectați (de exemplu, conectați prin conductori PEN). Rezistența circuitului de legare la pământ este măsurată în acest caz prin intermediul unei metode cu 2 clești. Acest lucru permite măsurarea selectivă fără utilizarea țărușilor, asigurând astfel un grad ridicat de eficacitate, deoarece este eliminată deconectarea instalației electrice, respectiv a dispozitivului testat (operație consumatoare de timp).
În consecință, această metodă de măsurare este adecvată în special pentru clădirile în care nu este posibilă utilizarea „ţărușilor de măsurare” sau sistemul de împământare nu poate fi deconectat.
Principiul de măsură se bazează pe interacțiunea dintre doi senzori fixaţi pe circuitul de legare la pământ. Un transformator de curent adecvat (E-Clip 2) induce tensiunea de măsurare în „bucla electrodului de împământare”, care constă din rezistența de împământare care trebuie determinată și electrozii de împământare conectați în paralel.
Curentul, care este determinat de tensiunea indusă și rezistența buclei, este măsurat de un al doilea senzor tip clește în conformitate cu principiul transformatorului de curent.
Valoarea rezistenței este calculată și indicată de instrumentul de măsurare în mod automat.

 

Figura 7: Măsurarea rezistenței buclei de impământare cu Profitest MXTRA

Rezistivitatea solului ρE – Măsurarea conform „metodei Wenner”

Determinarea rezistivității solului este necesară pentru proiectarea sistemelor de împământare. Rezistivitatea solului din zona înconjurătoare este decisivă în ceea ce privește amploarea rezistenței de dispersie a unui electrod de împământare.
Această valoare poate fi determinată cu PROFITEST MASTER MPRO sau MXTRA utilizând o procedură de măsurare cu 4 fire (4 poli), și anume „metoda Wenner”.
Rezistivitatea solului este specificată în unitatea de măsură Ωm. Rezistivitatea solului variază foarte mult și se caracterizează în primul rând prin configurația geologică predominantă din locația respectivă. De asemenea, este influențată de umiditate și temperatură.
Rezistivitatea solului este calculată în conformitate cu următoarea ecuație:

unde:
ρE = rezistivitatea solului în Ωm
d = distanța dintre țăruși
π = pi (factor: ~ 3.1416)

Evaluarea rezultatului măsurării

După cum s-a menționat deja mai sus, rezistivitatea solului este o mărime care este supusă în permanență unei fluctuații. Printre cauzele acestor variații putem include umiditate și concentrația sărurilor dizolvate în apele subterane, precum și modificările climatice. Astfel, rezistivitatea solului variază pe parcursul anului. Această variație rezultă din temperatura solului și, într-o foarte mare măsură, din cantitățile de precipitații fluctuante sezonier.

Figura 8: Rezistivitatea solului în raport de perioada anului fără influență precipitațiilor (adâncimea electrodului pământului <1,5 m)

Figura 9: Rezistivitatea solului ρE în raport cu tipul de sol

O serie de valori tipice de rezistivitate a solului pentru diferite tipuri de sol sunt rezumate în tabel. Pe baza acestor valori, poate fi estimată rezistența de dispersie rezultată a sistemului de împământare (în raport cu tipul de sol).
Profitest MXTRA face posibilă efectuarea și documentarea tuturor măsurărilor rezistenței de dispersie a circuitului de legare la pământ folosind diferite metode de măsurare, așa cum este descris mai jos.

Măsurarea rezistenței circuitului de legare la pământ – Metodă de măsurare cu Profitest MXTRA

Funcționare cu ajutorul rețelei de alimentare:
• Măsurare cu 2 fire prin adaptor cu 2 poli
• Măsurarea cu 2 fire prin adaptorul de măsurare PRO-Schuko
• Măsurare cu 3 fire prin adaptor și sondă cu 2 poli
• Măsurare selectivă: măsurare cu 2 fire cu sondă și clește de curent
Funcționare cu ajutorul bateriei:
• Măsurarea cu 3 fire prin adaptorul PRO-RE
• Măsurarea cu 4 fire prin adaptorul PRO-RE
• Măsurare selectivă cu clampmetru (4 fire) prin adaptor PRO-RE
• Măsurarea cu 2 clești prin adaptorul PRO-RE / 2
• Determinarea rezistivității solului prin adaptorul PRO-RE.      

 
Discută cu specialistul nostru 
Project Manager & Trainer Constantin Iosim
0726 746 424
constantin.iosim@arc.ro

ARC BRAȘOV SRL este partener autorizat în România.
Pentru detalii, vă rugăm să ne contactați.
Tel: 0268 – 472 577
0268 – 477 777
arc@arc.ro
www.arc.ro
blog.arc.ro

Share