Danas je nabavljen instrument za mjerenje otpora uzemljenja MU-4 hrvatskog proizvođača “Elektronika Zadar” iz 1983. godine.
Poduzeće Elektronika Zadar formirano je 1962. godine izdvajanjem proizvodnje elektroničkih uređaja od zadarskog Poduzeća Vlado Bagat u kojem su se proizvodili brodski instrumenti i precizna elektromehanika. Osnovna djelatnost novog poduzeća Elektronika Zadar bila je proizvodnja elektroničkih strojeva i aparata te popravak i održavanje radio uređaja, televizijskih i telefonskih aparata. Poduzeće je zapošljavalo nešto manje od 200 radnika. Početkom 1990-tih godina počela je privatizacija poduzeća koje je upisano pod novim nazivom “Elektronika, tvornica elektroničkih uređaja i precizne elektromehanike d.d.”. Od novih proizvodnih programa planirana je proizvodnja dijelova za šivaće strojeve u suradnji sa tvrtkom Bagat Zadar d.d. te proizvodnje pretvarača i svjetiljki za potrebe željeznice u suradnji sa tvrtkom Hrvatske željeznice. Također je planiran i izvoz svjetiljki za brodogradnju. U razdoblju od 1993-1999. godine tvrtka svake godine bilježi sve veće gubitke, otpušta se sve više radnika te je od početnih 120 radnika njihov broj sveden na 43. Sredinom 2000. godine pokrenut je stečajni postupak tvrtke.
Do sada smo opisali tri instrumenta za mjerenje otpora uzemljenja i specifičnog otpora tla:
U tim objavama smo opisali i načine, metode i specifičnosti takvih mjerenja pa se ovdje nećemo ponavljati. Najkraće rečeno, otpor uzemljenja mjeri se na terenu između samog uzemljivača i neke odabrane točke na zemlji koja mora biti na odgovarajućoj minimalnoj udaljenosti od uzemljivača (referentna zemlja). Za spoj sa referentnom točkom na zemlji koriste se pomoćni mjerni uzemljivači (sonde), a minimalna udaljenost te točke od uzemljivača za kućna uzemljenja je 10-20 metara. Stoga je svaki mjerač otpora uzemljenja opremljen sondama u obliku metalnih šipki koje se zabijaju u zemlju i poveznim žicama (presjeka 4-6 mm2).
Otpori uzemljenja mogu biti vrlo mali, za neke sustave uzemljenja i ispod 0,5 Ω dok najveći dopušteni otpori idu do cca 30 Ω. Svakako je potrebno poznavati propise koji određuju najveći dopušteni otpor uzemljenja za neki konkretni sustav uzemljenja. S obzirom da su ti otpori relativno mali onda i sam mjerni instrument mora biti dizajniran za što točnije mjerenje malih otpora. Kod mjerenja se mora koristiti izmjenična struja (tipično 77 do 820 Hz) kako bi se izbjegao efekt polarizacije (elektrolize) u kemijskom sastavu zemlje što bi utjecalo na očitani rezultat. Praktično, mjerači otpora izolacije koriste strujno-naponsku ili neku mosnu metodu mjerenja otpora. Uobičajene su Wiechertova, Stosselova i Behrendova mosna metoda, a sve su praktično vrlo slične i u principu analogne Wheatstoneovom mjernom mostu.
Mjerilo otpora uzemljenja MU-4 koristi Behrendovu kompenzacijsku metodu mjerenja otpora jednako kao i starija inačica mjerača TIP-MU3 te Iskrin PU 430. Inače, mjerači otpora uzemljenja koji se temelje na mosnoj metodi danas se sve manje proizvode jer su razvijeni instrumenti na principu strujno-naponske metode koji su lakši za korištenje. Svakako je potrebno dobro poznavati proceduru mjerenja i specifičnosti svakog modela mjerača kako bi se dobio točan rezultat mjerenja.
Postupak mjerenja sa instrumentom MU-4 je slijedeći:
- Pomoću vijka na instrumentu mehanički podesiti kazaljku instrumenta na nulu (sredina skale).
- Provjeriti napon baterija pritiskom na tipku “test bat.”, kazaljka mora biti u obilježenom području na desnom kraju skale.
- Povezati uzemljivač i sonde sa instrumentom prema shemi.
Povezivanje instrumenta MU-4 za mjerenje otpora uzemljenja metodom sa tri vodiča i metodom sa četiri vodiča.
Povezivanje uzemljivača sa instrumentom na stezaljku “U” mora biti što kraće jer se u izmjereni otpor uzemljenja uračunava i otpor povezne žice. Ako ta povezna žica iz nekih praktičnih razloga mora biti duža (više od 3 metra) ili ako se mjere otpori uzemljenja manji od 10 Ω onda se koristi metoda povezivanja sa četiri vodiča kako bi se električki kompenzirali otpori poveznih žica. Kod mjerenja većih otpora (preko 10 Ω) sa tri žice, dobivenom rezultatu se oduzme 0,5 Ω koliki je otprilike otpor poveznih žica.
Posebnu pažnju treba obratiti na položaj sklopki koje se nalaze između stezaljki U i S1 te S2 i PU. Kod mjerenja sa tri žice stezaljke U i S1 su kratko spojene preko sklopke između njih (horizontalni položaj), a kod mjerenja sa četiri žice stezaljke U i S1 se istom sklopkom električki razdvajaju (vertikalni položaj). Jednako tako, kad se koriste dva pomoćna uzemljivača na stezaljkama S2 i PU onda su oni pomoću sklopke između njih električki razdvojeni (vertikalni položaj).
- Pritiskom na tipku “mjerenje” uključuje se mjerni most te se traži njegova ravnoteža pomoću kombinacije četiri sklopki. Pozicija sklopki u kojoj je kazaljka instrumenta na sredini predstavlja otpor uzemljenja.
Instrument MU-4 ima dva mjerna opsega koji se odabiru četvrtim gumbom: x0,1 i x0,01. Praktični rasponi mjerenja na ta dva opsega su 12 – 120 Ω i 0,3 – 12 Ω.
Povezivanje instrumenta MU-4 za mjerenje specifičnog otpora tla.
Za mjerenje specifičnog otpora tla četiri sonde se postave u liniji na međusobno jednakom razmaku i istim redoslijedom se 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 6,28
- a – razmak između sondi u metrima
- R – očitana vrijednost otpora u omima
Osnovni električni krug, odnosno blok shemu za mjerenje otpora uzemljenja po Behrendovoj kompenzacijskoj metodi možete naći opisan u svakoj literaturi za električna mjerenja. Ono što nas ovdje zanima, to su praktična elektronička rješenja i izvedbe takvih krugova. Međutim, originalne sheme tvorničkih mjerača otpora uzemljenja su općenito vrlo teško dostupne. Tehnička dokumentacija iz malih domaćih poduzeća uglavnom je uništena ili izgubljena tijekom rata i poslijeratne privatizacije. Jedan od razloga je što se radilo o zastarjeloj papirnatoj dokumentaciji o uređajima koji se više neće proizvoditi, ali tu je i općenita nebriga o povijesti i razvoju samih tvrtki koje su bile u vlasništvu bivše države, gdje je osnovni cilj bio samo bezobzirna eksploatacija preostalih resursa do potpune devastacije i uništenja. Vidjeli smo u našim objavama da mnoge strane elektroničke tvrtke imaju u detalje sačuvanu svoju povijest i tradiciju preko 100 godina iako su i te zemlje prošle ratove te razne ekonomske i političke promjene.
Osobno se trudim nacrtati sheme jednostavnijih elektroničkih uređaja koji se odavno više ne proizvode i gdje objavom sheme nikome nećemo ugroziti poslovanje, a s druge strane možemo puno naučiti o praktičnim rješenjima izvedbe različitih elektroničkih sklopova. Instrument MU-4 nije posebno složen elektronički sklop, no konstrukcija je takva da bi crtanje elektroničke sheme zahtijevalo rastavljanje i odlemljivanje nekih komponenti, posebno ako želimo točno utvrditi namotaje transformatora i kontakte višepolnih sklopki.
Tiskana pločica sadrži četiri integrirana kruga: dva čipa sa oznakom IL72741 su operacijska pojačala iz serije 741, D103D je logički čip koji sadrži četiri NAND vrata sa dva ulaza (SN7403), a NE555 je dobro poznati oscilator/timer. Osim toga nalazimo još 7 tranzistora i nekoliko dioda gdje su dvije grupe po četiri diode vjerojatno vezane kao mosni ispravljači.
Izmjenični mjerni napon je pravokutnog tipa frekvencije cca 112 Hz, a amplituda bez opterećenja iznosi cca 80 Vpp. Visoka amplituda i naponski pikovi koji dosežu 166 Vpp ukazuju da se pravokutni napon generiran iz čipa NE555 i vjerojatno pojačan tranzistorskim pojačalom svakako u konačnici dobiva iz sekundara transformatora.
Znamo da nam je za napajanje mosta potreban izvor izmjeničnog napona koji je ovdje onda vjerojatno osiguran preko oscilatora sa NE555. Međutim, oscilator se može bazirati i na logičkim NAND vratima jednako kao što može biti i tranzistorski oscilator na primaru transformatora tako da je nezahvalno napamet zaključivati funkciju pojedinih elemenata. Sklopke za traženje ravnoteže mosta su 12-položajne i vode dijelom na mjerne otpornike, a dijelom na namotaje većeg transformatora. Strujni transformator je jedan od ključnih dijelova mjernog mosta preko čijeg primara se zatvara izmjenični krug napajanja preko uzemljivača, a na sekundarnoj strani se uzima napon za mjerni krug. Obično ima omjer transformacije 1:1, no u našem slučaju se ravnoteža mosta osim promjenom otpora u mjernom mostu očito traži (namješta) i promjerom omjera transformacije strujnog transformatora. Ovaj transformator ima 10 izlaza od kojih je sedam vjerojatno na primaru, a preostala tri na sekundaru. Drugi manji transformator je moguće izlazni transformator ili transformator za odvajanje za mjereni instrument u mjernom krugu. Operacijska pojačala očekujemo u mjernom krugu, no ovakva analiza sklopovlja zapravo ne vodi nikuda jer sve te pretpostavke lako mogu biti pogrešne.
Potrebno je uložiti puno truda i strpljenja da se nacrta elektronička shema sklopa koja uključuje specijalne višepolne sklopke i preklopnike. Često je to nemoguće napraviti bez prethodnog odlemljivanja samih sklopki kako bi se prvo nacrtala njihova shema preklapanja. Čak i kad imate originalnu tvorničku shemu koja uključuje puno preklopnika, teško se snalaziti po istoj i pratiti krugove za svaku kombinaciju položaja sklopki.
Tipkalo za mjerenje je jedno tipkalo, no tipkalo za test baterije je zapravo kombinacija tri tipkala. Na slici desno je detalj na spojeve stezaljki u kombinaciji sa sklopkama koje ovisno o tipu mjerenja mogu kratko spojiti određene parove stezaljki.
MU-4 je najsloženiji od svih do sada opisanih mjerača otpora uzemljenja, a toj složenosti svakako puno doprinosi način na koji se traži ravnoteža mjernog mosta. uobičajeno je kontinuirani potenciometar, dok je ovdje to kombinacija dekadskih sklopki kojima se preklapaju fiksni precizni mjerni otpornici unutar mjernog mosta i namotaji strujnog transformatora za promjenu omjera transformacije.
Naš primjerak instrumenta MU-4 za sada nećemo razlemljivati radi crtanja elektroničke sheme, možda jednom pronađemo kakav oštećeni primjerak za tu namjenu. Zanimljivo će biti vidjeti ulogu logičkih krugova i operacijskih pojačala u jednom takvom instrumentu.