[Aktualizacja 20.06.2024]

Najczęstszą i zarazem najskuteczniejszą metodą ochrony przeciwporażeniowej jest ochrona przed dotykiem pośrednim w obwodach wyposażonych w zabezpieczenia nadmiarowoprądowe lub różnicowoprądowe (RCD) poprzez samoczynne wyłączenie zasilania. Sposób ten polega na automatycznym wyłączeniu zasilania w momencie wystąpienia zwarcia, w przypadku możliwości pojawienia się niebezpiecznego napięcia dotykowego na dostępnych elementach przewodzących urządzeń elektrycznych.

Dostępne elementy przewodzące urządzenia połączone są z przewodem ochronnym sieci. W momencie pojawienia się na nich niebezpiecznego napięcia dotykowego, spowodowanego metalicznym zwarciem z przewodem fazowym sieci, nastąpi przepływ prądu w obwodzie przewód fazowy - przewód ochronny, który nazywany jest prądem zwarciowym. Przepływ tego prądu spowoduje zadziałanie wyłącznika nadmiarowoprądowego i/lub RCD, jednocześnie realizujące samoczynne wyłączenie zasilania.

Cel Pomiaru: Impedancja pętli zwarcia ma na celu sprawdzenie czy zabezpieczenie nadmiarowoprądowe i/lub RCD zadziałają w odpowiednim czasie w przypadku zwarcia, minimalizując ryzyko porażenia prądem oraz pożaru.

Przebieg Pomiaru:

• Przygotowanie: Przed przystąpieniem do mierzenia należy upewnić się, że instalacja jest odpowiednio przygotowana i spełnia wymagania norm (zwykle norma PN-HD 60364).
• Podłączenie: Miernik impedancji pętli zwarcia podłącza się między przewodem fazowym a ochronnym w miejscu, gdzie ma być przeprowadzony pomiar. W badanym punkcie powinno być obecne napięcie zasilające.
• Wykonanie Pomiaru: Po podłączeniu miernika wykonuje się pomiar, który polega na wygenerowaniu prądu pomiarowego i zmierzeniu napięcia, co pozwala na obliczenie parametru jakim jest impedancja pętli zwarcia.

Interpretacja Wyników:

• Ocena Bezpieczeństwa: Wynik pomiaru powinien być na tyle niski, aby zapewnić szybkie zadziałanie zabezpieczeń nadmiarowoprądowych lub RCD. Zbyt wysoka impedancja może wskazywać na problemy w instalacji, które należy skorygować.

Utrzymanie Norm:

• Kryteria Norm: Normy określają maksymalne dopuszczalne wartości czasu wyłączenia zasilania, które gwarantują bezpieczne warunki eksploatacji. Czas zadziałania zabezpieczenia nie powinien przekraczać określonych wartości dla danego typu instalacji.

Przeprowadzanie regularnych pomiarów impedancji pętli zwarcia jest kluczowe dla utrzymania bezpieczeństwa instalacji elektrycznych. Dzięki temu można uniknąć poważnych zagrożeń, takich jak porażenie prądem elektrycznym lub pożar, zapewniając odpowiednie działanie systemów ochronnych.

Aby uznać stopień ochrony określonego urządzenia za wystarczający, elementy dostępne nie mogą pozostawać zbyt długo pod wpływem niebezpiecznego napięcia dotykowego. Zabezpieczenie musi zadziałać w czasie dostatecznie krótkim, którego wartość określają normy (zwykle PN-HD 60364-4-41).

Warunek spełnienia warunku wystarczającego do samoczynnego wyłączenia zasilania (SWZ) można opisać wzorem:

gdzie:

ZS - impedancja pętli zwarcia

IA - prąd powodujący zadziałanie zabezpieczenia nadmiarowoprądowego lub różnicowoprądowego RCD w wymaganym czasie

UO - napięcie znamionowe sieci względem ziemi.

Pętla zwarcia w zależności od układu sieci - składa się z różnych elementów

W układzie TN (TN-C, TN-C-S, TN-S) zamyka się ona w 100% galwanicznie poprzez przewody i źródło zasilania:

W układzie TT zamyka się poprzez uziemienie lokalne instalacji oraz uziemienie stacji transformatorowej:

Wartość prądu IA jest zależna od charakterystyki czasowo-prądowej zastosowanego zabezpieczenia i wymaganego czasu wyłączenia.

Metoda techniczna pomiaru pętli zwarciowej realizuje tak zwane „sztuczne zwarcie” – przyrząd dokonuje pomiaru napięcia bez obciążenia oraz podczas krótkotrwałego obciążeniem rezystorem zwarciowym. Impedancja pętli zwarciowej jest wyliczona na podstawie różnicy spadków napięć i wartości przepływającego prądu.

Kliknij, aby powiększyć.

Formuła obliczania impedancji pętli zwarcia

gdzie:

Wartość impedancji Zs potrzebną do określenia czy zabezpieczenie jest poprawne, należy zmierzyć.

Badanie impedancji pętli zwarcia możemy podzielić na kilka rodzajów - w zależności od ich specyfiki.

Standardowy pomiar impedancji pętli zwarcia w obwodach bez zabezpieczenia RCD - metodą 2-biegunową

Są to zazwyczaj pomiary w obwodach rozdzielczych małej mocy, które nie wymagają bardzo dużej dokładności oraz pomiary instalacji starych lub w których z innych względów nie zastosowano zabezpieczeń różnicowoprądowych. Określenie spodziewanego prądu zwarciowego jest istotne w kontekście oceny skuteczności zadziałania zabezpieczenia nadprądowego.

Badanie to umożliwiają mierniki rezystancji pętli zwarciowej z oferty firmy Merserwis, do których należą produkowane przez:

• Metrel d.d. mierniki: MI 3122, MI 3125, MI 3100 SE, MI 3102 BT, MI 3102H BT, MI 3152, MI 3152H, MI 3155, MI 3108, MI 3143, MI 3144
• Sonel S.A. mierniki: MZC-20E, MZC-304, MZC-306, MZC-310S, MZC-320S, MZC-330S oraz przyrządy wielofunkcyjne: MPI-502, MPI-506, MPI-507, MPI-520, MPI-525, MPI-530, MPI-536, MPI-540, MPI-540-PV

Pomiar impedancji pętli zwarcia w obwodach z zabezpieczeniem RCD - metodą 3-biegunową

Większość punktów pomiarowych nowych instalacji odbiorczych jest zabezpieczona wyłącznikami różnicowoprądowymi RCD. W takiej sytuacji należy użyć przyrządu pomiarowego wykorzystującego prąd pomiarowy obniżony do wartości, która nie powoduje zadziałania wyłącznika RCD. Ważne jest również, aby wyliczyć jaka jest dopuszczalna impedancja pętli zwarcia, która zapewni odpowiednią ochronę obwodów elektrycznych i bezpieczeństwo użytkowników. Takie rozwiązanie jest nieskomplikowane i wygodne, ale niestety często wydłuża pomiar oraz obniża jego dokładność. Wyżej opisana metoda jest najczęściej stosowaną metodą w przypadku budynków mieszkalnych.

Pomiar pętli zwarcia umożliwiają mierniki z oferty firmy Merserwis, do których należą produkowane przez:

• Metrel d.d. mierniki: MI 3122, MI 3125, MI 3100 SE, MI 3102 BT, MI 3102H BT, MI 3152, MI 3152H, MI 3155, MI 3108
• Sonel S.A. mierniki: MZC-304, MZC-306 oraz przyrządy wielofunkcyjne: MPI-502, MPI-506, MPI-507, MPI-520, MPI-525, MPI-530, MPI-536, MPI-540, MPI-540-PV

Mierniki te są niezbędne do sprawdzenia, czy w razie wystąpienia uszkodzenia system zabezpieczeń realizujący samoczynne wyłączenie zasilania zadziała prawidłowo i zgodnie z normą PN-HD 60364-4:41.

Pomiar impedancji pętli zwarcia w obwodach bez zabezpieczenia RCD - metodą 4-biegunową (w tym również silnoprądową)

Metoda czteroprzewodowa powoduje eliminację wpływu rezystancji stosowanych przewodów pomiarowych na wynik pomiaru (co ma miejsce w metodach opisanych powyżej). Ta technika może być również stosowana do badań z użyciem dodatkowego obciążenia. Pomiary tego typu stosuje się głównie w obwodach rozdzielczych dużej mocy - o różnych napięciach zasilających. Jest to szczególnie ważne w kontekście obiektów użyteczności publicznej, gdzie bezpieczeństwo elektryczne jest priorytetem. Sposób silnoprądowy pozwala precyzyjnie zmierzyć pętlę zwarcia z rozdzielczością rzędu 0,1 mΩ.

Pomiar ten umożliwiają mierniki impedancji pętli zwarciowej z oferty firmy Merserwis, do których należą produkowane przez:

• Metrel mierniki: MI 3155 (standardowy - U max. = 485V), MI 3143 (standardowy lub silnoprądowy - U max.= 440V), MI 3144 (standardowy lub silnoprądowy - U max. = 880V)
• Sonel S.A. mierniki: MZC-310S (silnoprądowy - U max. = 440V), MZC-320S (silnoprądowy - U max. = 550V), MZC-330S (silnoprądowy U max. = 750V)

Dobór miernika do pomiarów impedancji pętli zwarcia

Aby prawidłowo dobrać przyrząd pomiarowy do zmierzenia impedancji pętli zwarcia w obwodzie elektrycznym należy sobie odpowiedzieć na kilka istotnych pytań:

• W jakiej instalacji będziemy wykonywać pomiary (układ sieci, natężenie napięcia, częstotliwość)?
• Jakich wartości się spodziewamy, jeśli chodzi o uzyskiwane wyniki?
• Jaki jest zakres pomiarowy miernika, którego zamierzamy użyć i czy zgodny z oczekiwanym?
• W jaki sposób zabezpieczone będą badane obwody (np. obecność RCD lub zabezpieczeń nadprądowych, które zadziałają w przypadku przepływu prądu pomiarowego)?
• Czy obiekt wymaga specjalnego podejścia do badań?

W oparciu o odpowiedzi na powyższe pytania należy dobrać sprzęt pomiarowy adekwatny do specyfiki wykonywania badań. Innego sprzętu będziemy potrzebować do badań pętli zwarcia w gniazdkach domku jednorodzinnego (i tu właściwie możemy dowolnie dobierać mierniki, bo te wymagania spełni co najmniej kilkanaście modeli) - a innego w przypadku wykonywania pomiarów IPZ w układzie zasilania farmy fotowoltaicznej pracującej w układzie IT z napięciem znamionowym 800V (gdzie wymagania są specyficzne i właściwie spełniają je jedynie modele Metrel MI 3144 i Sonel MZC-340).

Dobierając sprzęt należy zwrócić uwagę na wiele aspektów, które przełożą się na możliwość wykorzystania go w różnych warunkach napięciowych, częstotliwościowych czy w obwodach o różnych specyficznych zabezpieczeniach (jak, np. RDC-DD stosowane do zabezpieczenia obwodów stacji ładowania pojazdów elektrycznych, w których zwykły pomiar bez wyzwolenia RCD może w dalszym ciągu powodować wyłączenie stacji przed wyświetleniem wyniku i uniemożliwić ocenę skuteczności ochrony przeciwporażeniowej). Przeprowadzanie tych badań jest kluczowe dla zapobiegania wystąpienia pożaru lub porażenia prądem poprzez umożliwienie szybkiego odłączenia zasilania podczas zwarcia.

Urządzenia z wyższej półki, takie jak: Metrel MI 3152, MI 3152H, MI 3155, są wyposażone w trzy rezystory wzorcowe umożliwiające wykonanie pomiaru również w specyficznych obwodach pomiarowych - a wraz z przyrządem Metrel MI 3144 (z sześcio-stopniową regulacją prądu pomiarowego i funkcją uśredniania wyników), którym mogą bezpośrednio sterować zdalnie (wykorzystując technologię Bluetooth i jednocześnie zwiększając bezpieczeństwo operatora, który może odsunąć się na bezpieczną odległość zachowując najwyższy poziom BHP) tworzą kompletne rozwiązanie pomiarowe umożliwiające pomiar pętli zwarcia niemal w każdym obwodzie niezależnie od stopnia skomplikowania.

W razie problemów i wszelkich wątpliwości związanych z doborem sprzętu pomiarowego - prosimy o kontakt z Działem Handlowym firmy Merserwis: 22 831 25 21 / Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Artykuł został opracowany na podstawie materiałów Sonel S.A. oraz własnych - Merserwis Sp. z o.o. Sp. k.

Kamil Turowski

Masz pytania lub potrzebujesz doboru rozwiązania kontrolno-pomiarowego?