Pomiar rezystywności gruntu (ρ) to badanie, które pokazuje, jak dobrze ziemia w danym miejscu przewodzi prąd. Wynik podaje się w omometrach (Ω·m) i wykorzystuje przy projektowaniu uziomów: od niego zależy, ile prętów lub bednarki trzeba ułożyć, żeby uziemienie osiągnęło wymaganą rezystancję.
Zostań elektrykiem z uprawnieniami SEP
Kurs online G1 / G2 / G3 + egzamin państwowy - 100% zdawalności
z kodem ELEKTRYCZKA = 10% rabatu!
Co to jest rezystywność gruntu i po co się ją mierzy?
Rezystywność gruntu to rezystancja sześciennego bloku ziemi o krawędzi 1 m, mierzona między dwiema przeciwległymi ścianami tego sześcianu. Opisuje sam grunt, tak jak rezystywność metalu opisuje materiał przewodu, niezależnie od jego długości i przekroju. Mała wartość oznacza ziemię, która łatwo odprowadza prąd zwarciowy i prąd pioruna.
Projektant uziemienia nie może zacząć od rysowania prętów. Rezystancja każdego uziomu jest wprost proporcjonalna do rezystywności gruntu, a pozostałe czynniki to już tylko geometria: długość prętów, głębokość ułożenia, średnica, odstępy. Ogólnie zapisuje się to tak:
R = ρ · f(L, d, t, …)
- R – rezystancja uziemienia w omach (Ω)
- ρ – rezystywność gruntu w omometrach (Ω·m)
- f(L, d, t, …) – współczynnik zależny wyłącznie od kształtu uziomu: długości L, średnicy d, głębokości ułożenia t i układu elementów
Z tej proporcji wynika praktyczny skutek. Pręt, który w gruncie o 100 Ω·m dałby 20 Ω, w gruncie o 500 Ω·m da już około 100 Ω – pięć razy więcej przy identycznym materiale i robociźnie. Gdy projekt opiera się na zbyt optymistycznym założeniu, różnica wychodzi dopiero przy pomiarze powykonawczym i kończy się dobijaniem kolejnych prętów. Samą rezystancję gotowego uziomu sprawdza się osobno, co opisuje hasło pomiar uziemienia.
Jak zmierzyć rezystywność gruntu metodą Wennera?
Najczęściej stosowaną metodą jest metoda Wennera. Wbijasz w ziemię cztery jednakowe sondy w jednej linii, w równych odstępach a. Miernik wymusza prąd między dwiema sondami zewnętrznymi i mierzy napięcie między dwiema środkowymi. Z tych wartości wylicza rezystancję R, którą następnie przelicza się na rezystywność:
ρ = 2π · a · R
- ρ – rezystywność gruntu (Ω·m)
- a – odstęp między sąsiednimi sondami (m)
- R – rezystancja zmierzona między sondami środkowymi (Ω)
- π – stała, około 3,14
Przykład: przy odstępie a = 3 m miernik pokazał R = 10,6 Ω. Rezystywność to 2 · 3,14 · 3 · 10,6 ≈ 200 Ω·m. Nowsze mierniki uziemień, np. z serii MRU, pozwalają wpisać odstęp sond i od razu wyświetlają wynik w Ω·m. Starsze pokazują samo R – wtedy mnożysz je przez 2πa samodzielnie.
Prąd pomiarowy ma częstotliwość inną niż 50 Hz, żeby prądy błądzące z sieci i ich harmoniczne nie zakłócały odczytu. Dobry miernik sygnalizuje też zbyt duże napięcie zakłóceń i za dużą rezystancję samych sond, co zwykle oznacza, że sonda siedzi w suchym, luźnym gruncie i trzeba ją wbić głębiej albo przestawić.
Obok metody Wennera stosuje się metodę Schlumbergera, również czterosondową. Różni się rozstawem: sondy napięciowe stoją blisko środka, a przy kolejnych pomiarach odsuwa się tylko sondy prądowe, co skraca pracę przy badaniu coraz głębszych warstw.
Jaki odstęp sond wybrać i do jakiej głębokości sięga pomiar?
Pomiar nie podaje rezystywności „na głębokości” a, tylko wartość wypadkową dla warstwy od powierzchni do głębokości zależnej od rozstawu sond. W literaturze przyjmuje się h = a albo h = 0,7a – obie zależności są w użyciu. Im większy odstęp, tym głębiej sięga badanie i tym więcej miejsca potrzebujesz, bo sondy skrajne dzieli 3a.
- Uziom poziomy (bednarka, otok) – odstęp a równy głębokości ułożenia t.
- Uziom pionowy (pręty) – a = L + t, czyli do głębokości, na jaką sięga dolny koniec pręta.
- Sondowanie geoelektryczne – seria pomiarów z rosnącym odstępem przy stałym punkcie środkowym, dająca profil rezystywności w głąb.
Policz to dla typowej działki: dwa połączone pręty po 1,5 m pod bednarką na głębokości 0,5 m dają L + t = 3,5 m. Sondy skrajne rozstawiasz więc na 10,5 m. Pojedynczy pręt 9 m wymaga już 27 m wolnej linii w terenie, co w zabudowie bywa nieosiągalne.
Sondowanie mówi, gdzie opłaca się kopać. Jeśli rezystywność spada wraz z głębokością, lepiej sprawdzi się jeden głęboko pogrążony uziom pionowy. Gdy dobry grunt leży płytko, a niżej zaczyna się skała, wygrywa kilka krótszych prętów połączonych bednarką. Metalowe elementy w ziemi – istniejące uziomy, pancerze kabli, rurociągi – zaniżają wynik, dlatego pomiar powtarza się w kilku kierunkach rozstawu.
Jaka jest rezystywność różnych rodzajów gruntu?
Tabele typowych wartości przydają się do wstępnego oszacowania, ale przedziały są bardzo szerokie: dla jednego rodzaju gruntu górna granica bywa kilkukrotnie lub kilkunastokrotnie wyższa od dolnej.
| Rodzaj gruntu | Typowa rezystywność [Ω·m] |
|---|---|
| grunt bagnisty | 30–50 |
| grunt gliniasty | 20–200 |
| piasek gliniasty | 50–500 |
| ziemia orna | 90–150 |
| wilgotny żwir | 100–500 |
| grunt kamienisty | 100–3000 |
| suchy grunt piaszczysty | 500–2000 |
Na jednej działce może występować kilka warstw o różnej rezystywności, a granica między gliną a piaskiem nie jest widoczna z powierzchni. Dlatego projekt uziemienia dla stacji transformatorowej, farmy fotowoltaicznej czy słupa linii opiera się na lokalnym pomiarze, a tabela służy jedynie do kontroli, czy wynik mieści się w rozsądnym zakresie.
Jak wilgotność i pora roku zmieniają wynik?
Prąd płynie w ziemi głównie przez wodę z rozpuszczonymi solami, dlatego rezystywność zależy przede wszystkim od wilgotności i zawartości związków ulegających dysocjacji. Ten sam grunt po tygodniu suszy ma wyraźnie wyższą rezystywność niż po jesiennych deszczach, a zamarznięta woda przewodzi znacznie gorzej od ciekłej. Pomiary w tym samym miejscu wiosną, latem i jesienią potrafią różnić się kilkukrotnie.
Uziemienie ma działać także w najgorszym miesiącu roku. Wynik z wilgotnej pory mnoży się więc przez współczynnik sezonowy (w literaturze oznaczany różnie: Wk, Kr, Kp), który przelicza go na warunki najmniej korzystne. Wartość współczynnika zależy od głębokości uziomu i stanu gruntu w dniu pomiaru: dla uziomu stale zanurzonego w wodzie gruntowej jest bliska 1,1, a dla płytkich uziomów w suchym okresie rezystancja może być ponad dwa razy większa niż w mokrym. Polskie normy nie ustalają jednej tabeli tych współczynników, dlatego w protokole podajesz, jaki przyjęto i z jakiego źródła.
Gdzie spotkasz pomiar rezystywności gruntu w praktyce i na egzaminie SEP?
W typowym domu jednorodzinnym zasilanym 230/400 V nikt nie zamawia osobnego badania rezystywności – uziom wykonuje się i od razu sprawdza jego rezystancję. Pomiar rezystywności staje się standardowym elementem projektu przy większych obiektach: stacjach SN/nn, liniach elektroenergetycznych, farmach PV i instalacjach odgromowych projektowanych według normy PN-EN 62305. Od wyniku zależy też ocena napięcia krokowego wokół uziomu, bo rozkład potencjału na powierzchni ziemi kształtuje właśnie rezystywność gruntu.
Na egzaminie SEP grupy 1 w części dotyczącej pomiarów może pojawić się pytanie o jednostkę rezystywności gruntu, o liczbę sond w metodzie Wennera albo o to, czym rezystywność gruntu różni się od rezystancji uziemienia. Odpowiedź na to ostatnie warto mieć poukładaną: rezystywność w Ω·m opisuje ziemię, a rezystancja w Ω opisuje konkretny uziom wbity w tę ziemię.
Najczęściej zadawane pytania
W metodzie Wennera mnożysz zmierzoną rezystancję przez 2π i przez odstęp sond: ρ = 2π · a · R. Przy odstępie 3 m i odczycie 10,6 Ω daje to około 200 Ω·m. Nowsze mierniki uziemień wykonują to przeliczenie same po wpisaniu odstępu.
Rezystywność gruntu w omometrach (Ω·m) opisuje właściwości samej ziemi w danym miejscu. Rezystancja uziemienia w omach (Ω) opisuje konkretny uziom i zależy od rezystywności gruntu oraz od kształtu i wymiarów uziomu. Przy tym samym uziomie dwukrotnie większa rezystywność daje dwukrotnie większą rezystancję.
Do wstępnego szacunku tak, do projektu uziemienia nie. Przedziały w tabelach są szerokie, np. piasek gliniasty od 50 do 500 Ω·m, a rodzaj gruntu trudno ocenić z powierzchni. Błędne założenie przenosi się proporcjonalnie na obliczoną rezystancję uziomu.
Najbardziej miarodajny jest pomiar w okresie suchym, bo wtedy rezystywność jest najwyższa. Jeśli mierzysz po opadach, wynik koryguje się współczynnikiem sezonowym, który przelicza go na najmniej korzystne warunki w roku. W protokole zapisuje się stan gruntu i przyjęty współczynnik.
Źródła:
