MJERAČ OTPORA UZEMLJENJA PU 430

Danas je nabavljen mjerač otpora uzemljenja i specifičnog otpora zemlje PU 430 proizvođača ISKRA iz 1980-tih godina. Nažalost, uređaj je nabavljen u prilično destruktivnom stanju. U objavi MJERAČ OTPORA UZEMLJENJA TIP-MU3 opisali smo princip mjerenja otpora uzemljenja i metode koje se pri tome koriste pa taj dio ovdje nećemo ponavljati.

Odmah se uočava da je kazaljka instrumenta blokirana na sredini skale, a kućište instrumenta razbijeno je tijekom pokušaja nestručnog otvaranja. Kao što se vidi na donjoj slici netko si je dao truda kidati 4,5 mm debelu plastiku ne bi li došao do unutrašnjosti instrumenta. Pri tome je pokidao četiri od ukupno pet plastičnih nosača vijaka koji drže kućište sklopljeno. Tijekom razbijanja kućišta potrgana je i prva sklopka u unutrašnjosti koja se tu našla na udaru.

Pogled na donju stranu otkriva da je zapravo samo trebalo poskidati četiri gumene kapice na podnožju instrumenta ispod kojih se nalaze vijci koji drže kućište. Peti vijak je na sredini kućišta ispod tvorničke plombe. Ovaj instrument se napaja naponom od 9 V (dvije u seriju spojene plosnate baterije od 4,5 V. Prema dostupnim podacima napon praznog hoda na stezaljkama ovog instrumenta je 85 V i frekvencije 135 Hz, a to je već opasan napon u slučaju dodira. Zato je dozvoljena uporaba samo izoliranih mjernih vodića.

Pogled na tiskanu pločicu: uočava se strujni transformator i tranzistorka izvedba sklopovlja (oscilatora i pojačala).

Iako je instrumet deklariran kao Iskrin, sve ugrađene komponente imaju oznaku proizvođača “Tesla”.

Pogled na stranu tiskanih veza.

Detaljniji pogled na potrganu sklopku. Slomljena je sredušnja plastična klizna osovina na kojoj se nalaze klizni kontakti sklopke. Uz malo sreće osovina bi se mogla ponovno zalijepiti ali prije toga treba vidjeti što je s mjernim instrumentom.

Nažalost, problem se nazire već na prvi pogled. Dio elastične metalne torzione niti izvučeno je iz zakretnog mehanizma i strši sa vanjske strane.

Evo pobližeg prikaza: elastična vodljiva nit koje se vidi desno uredno je spojena na kontakt instrumenta. Ovaj elastični dio potreban je zbog kompenzacije prilikom zakretanja mehanizma za podešavanje instrumenta na nulu (plastični vijak s prednje strane instrumenta). No druga nit koja strši prema gore treba biti provučena kroz rupicu u sredini i zakačena za zakretni svitak mehanizma instrumenta na koji je pričvršćena i kazaljka. Naime, zakretni svitak nema klasične ležajeve već je pomoću dvije torzione niti napet između statora (magneta). Naravno da za ispravno pokazivanje instrumenta ta napetost mora biti točno određena, a jednako tako moraju biti upotrijebljene i točno određene torzione niti. Sve to ukazuje da se ovaj instrument više neće moći spasiti. Ovakva šteta mogla je nastati prekomjernim i nasilnim okretanjem gumba za podešavanje kazaljke na nulu.

Još jedan pogled na ležišta zakretnog svitka na stator. Uočava se da nema “čvrstog” ležišta, nego zakretni svitak treba biti napet nitima sa svake svoje strane i istima također i centriran u sredinu. Na slaki instrumenta vidimo simbol da se radi o tipu instrumenta sa permanentnim magnetom i zakretnim svitkom sa ugrađenim ispravljačem izmjeničnog napona, odnosno da je kao takav predviđen za mjerenje izmjeničnog napona. U unutrašnjosti našeg instrumenta nismo pronašli nikakav ispravljači element (diodu) te je moguće da je istu uklonio prethodni vlasnik prilikom moguće neuspješne popravke instrumenta.

Uz sve ove nedostatke dovođenje ovog instrumenta u funkcionalno stanje neće biti lak posao. Svakako je potrebno nabaviti novi instrument, a moguće i sklopku. No sve to nije razlog da se ne napiše još koji korisni podatak o mjeraču uzemljenja PU 430.

Jednako kao i već opisani MJERAČ OTPORA UZEMLJENJA TIP-MU3 i ovaj Iskrin PU 430 radi na principu mosne Beherendove kompenzacijske metode i ima tri mjerna područja: x1Ω, x10Ω i x100Ω, čime je omogućeno mjerenje otpora u ukupnom opsegu 1 – 1000 Ω.

Kod mjerene metode sa tri vodića uzemljivač koji mjerimo spaja se na stezaljku Z, a sonde na stezaljke S i P. Kod ova mjerne metode duljina vodića do uzemljivača ne bi smjela biti veća od 3 metra, a za sonde su predviđeni vodići duljine 10 i 20 metara. U slučaju većih duljina mjernih vodića koristi se mjerna metoda sa četiri vodića (vodići do sondi ovdje mogu biti duljine 20 i 40 metara). Postupak mjerenja je slijedeći:

• Sklopka T je u otvorenom položaju (nije pritisnuta) za mjernu metodu s četiri vodića, odnosno sklopka T je zatvorena (pritisnuta) za mjernu metodu s tri vodića.
• Pritiskom tipke 0 kazaljka instrumenta namjesti se na nulu pomoću potenciometra također označenog sa 0 (između stezaljki S i P).
• Pritiskom tipke MAX mjeri se pad napona koji nastaje na ulaznom otporu pojačala. Potenciometrom također označenim sa MAX podesi se pojačanje tako da se kazaljka otkloni na najveću vrijednost skale. Time je kalibracija završena.
• Mjerenje se obavlja pritiskom na tipke x1Ω, x10Ω i x100Ω, pri čemu na skali instrumenta izravno očitavamo vrijednost otpora uzemljenja.

Na kraju napomenimo da se mjerenje specifičnog otpora tla ovim instrumentom vrši tako da se postave četiri sonde u liniji na međusobno jednakom razmaku i istim redosljedom spoje na četiri stezaljke na instrumentu. Pri tome treba paziti da se u području mjerenja ne nalaze metalni objekti ili kabeli. Specifični otpor tla se zatim računa po formuli:

Pz = 2π a R

gdje je:

• Pz – specifični otpor zemlje u Ωm
• 2π – iznosi otprilike 6.28318530718 🙂
  
• a – razmak između sondi u metrima
• R – očitana vrijednost otpora u ohmima

Iz svega se može zaključiti da je Iskrin PU 430 ipak ponešto noviji i napredniji instrument za mjerenje otpora uzemljenja od prethodno nabavljenog MU3. No, analogno tome, ne može se a ne primijetiti, da koliko god puta bio PU 430 možda noviji i bolji, toliko je onda puta dobri stari MU3 svojim izgledom moćniji i ljepši 🙂

DODATAK 1

U međuvremenu su nabavljena nabavljena još dva mjerača otpora uzemljenja PU 430 te originalne četiri sonde. Jedan PU 430 je bez instrumenta, no ima ispravne sklopke i nešto manje oštećeno kućište od prvog primjerka te se iz ova dva PU 430 može sastaviti jedan uređaj koji će sada imati samo neispravan instrument za zakretnim svitkom. Treći primjerak PU 430 pak je kompletan i još uvijek tvornički zapečaćen tako da ćemo istog ostaviti u izvornom stanju. S obzirom da sada dakle imamo na raspolaganju tri primjerka mjerača otpora uzemljenja PU 430 u različitim stanjima ispravnosti i kompletnosti malo ćemo se detaljnije pozabaviti dostupnim tehničkim podacima i nacrtati kompletnu elektroničku shemu uređaja.

NAPAJANJE MJERAČA UZEMLJENJA PU 430

PU 430 napaja se preko dvije u seriju spojene standardne plosnate baterije 4,5V (3R12), a za ispravan rad instrumenta baterije pod opterećenjem trebaju davati napon u granicama 8 do 9,5V. Potrošnja struje baterije kod mjerenja iznosi 100 – 350 mA. Kontrola ispravnosti baterijskog napona vrši se na način da se prvo kratko spoje priključne spojnice instrumenta, zatim se potenciometar MAX dovede u krajnji lijevi položaj (najmanji otklon kazaljke instrumenta) i potom se pritisne tipka MAX. Otklon kazaljke trebao bi biti veći od brojke 6 na skali instrumenta.

PU 430 daje na izlazu mjerni izmjenični napon od 85V i frekvencije 135 Hz, a struja kratkog spoja je 20 mA.

UGRAĐENI MJERNI INSTRUMENT I TOČNOST MJERENJA

U mjerač uzemljenja PU 430 je ugrađen instrument sa zakretnim svitkom koji je napet pomoću elastičnih niti. Skala instrumenta  je linearna, dužine 70 mm.

Najveća uporabna greška mjerača PU 430 u postocima očitane vrijednosti iznosi 22% na prvoj polovici skale, odnosno 11% na drugoj polovici skale. Ovdje su osim osnovne greške instrumenta (do 12% na prvoj polovici skale, odnosno do 3% na drugoj polovici skale) uračunati i utjecaji otpora pomoćnih sondi (do 15%), utjecaji istosmjernih i izmjeničnih napona smetnji (do 10%) kao i utjecaj položaja mjerača prilikom uporabe – horizontalni ili vertikalni (do 0,5%).

Prema tvorničkim podacima temperaturni opseg uporabe instrumenta je 0 – 30°C, a temperatura skladištenja je od -25 do +40°C. Mjerač PU 430 otporan je na padove sa visine do 5 cm i na vibracije sa ubrzanjem do 2,5 G.

ELEKTRIČNA SHEMA

Mjerač otpora uzemljenja PU 430 sastoji se od četiri osnovna sklopa koji su međusobno vezani transformatorskim pretvaračem: tranzistorski pretvarač istosmjernog u izmjenični napon, mjerno pojačalo, mjerni instrument sa kompenzacijskim sklopom, kompenzacijski sklop za smanjenje smetnji uslijed izmjeničnih napona.

Dvostupanjski tranzistorski pretvarač (bistabilni multivibrator) baziran na četiri tranzistora KF508 pretvara istosmjerni baterijski napon od 9V u izmjenični napon frekvencije 135 Hz. Ovaj izmjenični napon transformira se na vrijednost od 85V i dovodi na mjerne stezaljke instrumenta.

Tipkalo “0” služi za kontrolu i eventualno podešavanje instrumenta pomoću potenciometra “0” koji se nalazi između priključnica “S” i “P”. Prije podešavanja instrument mora biti priključen u strujni krug mjerenog uzemljivača. Tipkalom “MAX” na ulaz pojačala uključujemo pad napona nastalog na otporniku 10 Ω. Potenciometrom podesimo pojačanje tako da kazaljku instrumenta dovedemo na maksimalni otklon skale. Na ulazu tranzistorskog pojačala (KF521, 2xKC509) nalazi se naponski djelitelj kojim se pomoći tipkala “x1”, “x10” i “x100” biraju mjerni opsezi. Pritiskom na jednu od ovih tri tipkala na skali instrumenta očita se vrijednost otpora uzemljenja.  Baterijski napon napajanja instrumenta uključuje se pritiskom na jednu od pet tipkala (0, MAX, x1, x10 ili x100) tako da se baterije troše samo u trenutku mjerenja ili podešavanja instrumenta.

Na izlazu tranzistorskog pojačala vezan je indikacijski instrument sa zakretnim svitkom i ispravljačem. Posebni namotaji na transformatoru služe za smanjenje osjetljivosti na izmjenične napone smetnji.

PRINCIP RADA

Blok shema prikazuje električno stanje prilikom mjerenja otpora uzemljenja. Otpori uzemljenja uzemljivača “Z”, pomoćnog uzemljivača “P” i naponske sonde “S” prikazani su kao tri omska otpora R_Z, R_P i R_S. Iz generatora izmjenična struja “I” teče kroz otpornik R_N te kroz uzemljivač “Z” sa otporom R_Z i kroz pomoćni uzemljivač “P” sa otporom R_P. Ova mjerna struja na otporu R_N uzrokuje pad napona U_N , a na otporu R_Z uzrokuje pad napona U_Z. Pomoću sonde “S” oduzima se drugi pol toga pada napona U_Z.

Otpor uzemljenja se iz tih vrijednosti utvrđuje komparativnom metodom kako je prikazano računima na blok shemi. Da bi to funkcioniralo instrument se prije mjerenja mora kalibrirati na način da maksimalni otklon kazaljke (oznaka 10 na skali) odgovara naponu U_N , čime se kompenzira utjecaj promjene struje koja ovisi o naponu baterije te otporu uzemljenja uzemljivača i pomoćnog uzemljivača. Ovime možemo pretpostaviti da je mjerna struja “I” poznata, pa skala instrumenta može biti baždarena izravno u vrijednostima otpora uzemljenja R_Z.

POSTAVLJANJE I POVEZIVANJE UZEMLJIVAČA I SONDI NA MJERAČ

Kako bi se kod mjerenja otpora uzemljenja dobili točni podaci, osim kalibracije instrumenta potrebno je i izvršiti ispravno postavljanje sondi te njihovo priključivanje na instrument. Žičana veza između uzemljivača i priključnica “Z” i “Z1” na instrumentu mora biti što kraća jer se otpor iste uračunava u otpor uzemljenja toga uzemljivača. U pravilu se koriste žice dužine do 3 metra gdje je otpor zanemariv. Ukoliko postoji potreba za dužim žicama tada se priključnice “Z” i “Z1” električki razdvajaju preko sklopke “T”, a uzemljivač se sa instrumentom veže preko dvije žice, od kojih jedna vodi na priključnicu “Z”, a druga na priključnicu “Z1”. Utjecaj mjerne veze time je kompenziran. Kod mjerača PU 430 kod svih mjerenja vrijedi pravilo da ukoliko se koristi priključnica Z1 tada sklopka T između priključnica “Z” i “Z1” mora biti otvorena (otpuštena u gornjem položaju). Isto tako ako se priključnica “Z1” ne koristi tada je sklopka T zatvorena (pritisnuta u donjem položaju).

Naponska sonda “S” i pomoćni uzemljivač “P” vežu se na pripadajuće priključnice mjerača preko žičanih veza dužine 20 metara za “S”, odnosno 40 metara za “P”. Naponska sonda i pomoćni uzemljivač mogu se postaviti u liniju sa uzemljivačem kako je prikazano na slici ili u trokut gdje su sonde međusobno udaljene oko 20 metara. Otpor uzemljenja naponske sonde ne bi trebao prelaziti 5 kΩ, a otpor uzemljenja pomoćnog uzemljivača 3 kΩ, jer u protivnom neće više biti moguće kalibrirati mjerač PU 430.

Kao što smo već opisivali u objavi MJERAČ OTPORA UZEMLJENJA TIP-MU3 naponska sonda mora biti postavljena na neutralnom području izvan naponskih lijevaka uzemljivača (referentna zemlja). Provjeru toga da li je naponska sonda postavljena na referentnoj zemlji izvršiti ćemo tako da nakon prvog mjerenja sondu pomaknemo oko 2 metra lijevo, a zatim oko 2 metra desno, te za svaku ovu poziciju također izvršimo mjerenje. Ukoliko su rezultati sva tri mjerenja dala iste rezultate onda se sonda nalazi na referentnoj zemlji, dok svako odstupanje u rezultatima mjerenja ukazuje na neispravan položaj naponske sonde.

KALIBRACIJA MJERAČA

Nakon što se mjerač otpora uzemljenja postavi na ravnu površinu prvo se izvrši kontrola i eventualno podešavanje mehaničke nule instrumenta pomoću vijka smještenog ispod središta samog instrumenta.

Prije svakog mjerenja potrebno je izvršiti kontrolu i eventualno podešavanje također i električne nule instrumenta. Za ovo podešavanje mjerač uzemljenja mora biti priključen u strujni krug preko sondi za mjerenje otpora uzemljenja. Pritiskom na tipkalo “0” kazaljka mora ostati pokazivati nulu. Ukoliko to nije slučaj odstupanje se kompenzira pomoću potenciometra “0” koji se nalazi između priključnica “S” i “P”.

Nakon toga vrši se kalibracija instrumenta pritiskom na tipku “MAX” i okretanjem potenciometra “MAX” dok se kazaljka instrumenta ne dovede na puni otklon (točka 10 na skali). Ovu kalibraciju potrebno je vršiti prije svakog mjerenja jer na otklon kazaljke utječe promjena napona baterija, te veličina otpora uzemljenja uzemljivača i pomoćnog uzemljivača. Također i otpor uzemljenja sonde “S” utječe na točnost mjerenja.

MJERENJE OTPORA UZEMLJENJA

Nakon što su instrument ispravno povezan i kalibriran, pristupamo mjerenju nepoznatog otpora uzemljenja pritiskom na tipkala x100, x10 i x1. Preporuča se prvo mjeriti na najvećem mjernom opsegu do 1000 Ω (x100), a zatim ukoliko ima potrebe smanjivati mjerni opseg kako kroz instrument ne bi propuštali preveliku struju i kazaljku dovodili na otklon van krajnjeg dometa skale.

Mjerač otpora uzemljenja PU 430 najlakše je testirati tako da mjerimo poznate otpore u opsegu 1-1000 Ω priključene na priključnice “Z” i “P”. Osim ovakvog mjerenja preko dvije priključnice, može se mjeriti i preko četiri priključnice “Z” i “Z1” spojeno, te “S” i “P” spojeno što bi trebalo dati točnije rezultate. S obzirom da se mjerenje otpora vrši izmjeničnom strujom ovaj instrument je pogodan i za mjerenje otpora tekućina (elektrolita).

Iz svega je vidljivo da za mjerenje otpora uzemljenja i specifičnog otpora tla ne možemo primijeniti izravne metode, a dobiveni rezultati mogu biti pogrešni ukoliko nisu zadovoljeni svi uvjeti glede postavljanja pomoćnih elektroda te povezivanja i baždarenja instrumenta. Stoga je uvijek potrebno napraviti nekoliko mjerenja sa različitim položajem sondi te ako su rezultati identični možemo zaključiti da očitana vrijednost otpora uzemljenja odgovara stvarnom stanju. No treba znati da je to stanje trenutnog karaktera i da je podložno promjenama uslijed niza prirodnih promjena, te kemijskih i mehaničkih utjecaja kojima su neprekidno izloženi uzemljivači postavljeni u tlu. Zato nije loše imati u kolekciji kakav mjerač otpora uzemljenja kojim ćemo povremeno provjeriti stanje uzemljenja naše kućne elektroinstalacije ili pak kakvog radio amaterskog antenskog sustava. Pri tome nije toliko važno kojoj generaciji će pripadati naš mjerač uzemljenja, već je važno da znamo ispravno postaviti mjerne elektrode te sa istima povezati naš mjerni uređaj, te da nismo previše lijeni izvršiti barem tri mjerenja kako bi se naponskom sondom odmakli od naponskih lijevaka uzemljivača na sigurno područje referentne zemlje 🙂