Pomiary elektryczne

(aktualizacja: 24.03.2009 r.).

Spis treści:

• zasady pomiarów

• sprawdzanie odbiorcze

• sprawdzanie okresowe

• częstość sprawdzania okresowego

• dokumentacja z pomiarów

• dokładność pomiarów

• narzędzia pomiarowe

• przygotowanie pomiarów

• zasady bezpieczeństwa

• pomiary rezystancji

• pomiary rezystancji izolacji

• sprawdzanie środków ochrony

• pomiary rezystancji uziomu

1. Ogólne zasady wykonywania prób i pomiarów

1.1 Wstęp

Sprawdzanie skuteczności instalacji elektrycznej i wyposażenia za pomocą oględzin i prób ma na celu ustalenie zgodności z odpowiednimi wymaganiami wszystkich części HD 60364.

Instalacja elektryczna powinna być sprawdzana w czasie  montażu i po jego ukończeniu, a przed przekazaniem do eksploatacji. Instalacje po rozbudowie lub zmianie istniejącej instalacji  podlegają sprawdzeniom w zakresie zgodności z wymaganiami norm PN-HD 60364  i stanu bezpieczeństwa.

Norma PN-HD 60364-6:2008 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 6: Sprawdzanie, zawiera:

a) wymagania dotyczące sprawdzania odbiorczego za pomocą oględzin i prób instalacji elektrycznej,

    w celu stwierdzenia,  czy wymagania PN-HD 60364 zostały spełnione;

b) wymagania dotyczące sprawdzania okresowego instalacji elektrycznej, by określić, czy instalacja i jej

    wyposażenie znajdują się w stanie pozwalającym na ich dalszą bezpieczną i racjonalną eksploatację.

 

Norma PN-HD 60364-6:2008 ustala następujący zakres prób i pomiarów odbiorczych i okresowych instalacji elektrycznych niskiego napięcia:

- każda instalacja powinna być w miarę możliwości sprawdzana podczas montażu i po jej ukończeniu, a przed

   przekazaniem do eksploatacji;

- sprawdzenie odbiorcze powinno obejmować porównanie wyników z odpowiednimi kryteriami w celu sprawdzenia,

   że wymagania PN-HD 60364 zostały spełnione;

- w czasie wykonywania prób i pomiarów odbiorczych i okresowych, należy zastosować niezbędne techniczne i

   organizacyjne  środki ostrożności tak, aby sprawdzenie nie spowodowało niebezpieczeństwa dla osób lub

   zwierząt, a także uszkodzenia obiektu  i wyposażenia nawet, gdy stwierdzono niezgodności.

 

1.2 Oględziny

 

Oględziny wykonuje się w zasadzie przed próbami; zwykle przed włączeniem zasilania instalacji, w celu potwierdzenia, czy urządzenie elektryczne:

— spełnia wymagania bezpieczeństwa odpowiednich norm wyrobu;

— zostało dobrane prawidłowo zgodnie z wymaganiami norm, przepisów i instrukcji producenta;

— nie ma widocznych uszkodzeń wpływających na pogorszenie bezpieczeństwa.

 

Według PN-HD 69364-6:2008 oględziny zastosowanych w obiekcie instalacji i wyposażenia powinny obejmować co najmniej następujące sprawdzenia:

 

a) sposób ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym;

b) występowanie przegród ogniowych i innych środków zapobiegających rozprzestrzenianiu się ognia oraz ochrony

    przed skutkami działania ciepła (określone w innych częściach PN-HD 60364);

c) dobór przewodów z uwagi na obciążalność prądową i spadek napięcia, uwzględniający przede wszystkim ich

    materiał, sposób zainstalowania i przekrój;

d) dobór i nastawienie urządzeń zabezpieczających i sygnalizacyjnych;

e) występowanie i prawidłowe umieszczenie właściwych urządzeń do odłączania izolacyjnego i łączenia;

f)  dobór urządzeń i środków ochrony, właściwych ze względu na wpływy zewnętrzne;

g) prawidłowe oznaczenie przewodów neutralnych i ochronnych;

h) przyłączenie łączników jednobiegunowych do przewodów fazowych;

i)  występowanie schematów, napisów ostrzegawczych lub innych podobnych informacji (istnienie schematów jest

    szczególnie niezbędne, gdy instalacja zawiera kilaka rozdzielnic tablicowych);

j)  oznaczenie obwodów, urządzeń zabezpieczających przed prądem przetężeniowym, łączników, zacisków itp.;

k) poprawność połączeń przewodów; należy sprawdzić, czy zaciski są odpowiednio dobrane do przewodów i czy

    połączenie jest wykonane poprawnie. W razie wątpliwości zaleca się pomiar rezystancji połączeń. Rezystancja

    ta nie powinna być większa niż rezystancja przewodu o długości 1 m i o przekroju równym najmniejszemu

    przekrojowi łączonych przewodów ;

l)  występowanie i ciągłość przewodów ochronnych, w tym przewodów ochronnych połączeń wyrównawczych

    głównych i połączeń wyrównawczych dodatkowych;

m) dostępność urządzeń, umożliwiająca wygodną obsługę, identyfikację i konserwację. Sprawdzić należy czy

     zastosowane urządzenia manewrowe są rozmieszczone w sposób umożliwiający ich łatwą obsługę

     i konserwację..

Oględziny instalacji i wyposażenia elektrycznego powinny uwzględniać także wszystkie wymagania szczególne, dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji.

 

 

1.3 Sprawdzanie odbiorcze

 

W zależności od potrzeb należy przeprowadzić, następujące próby, w miarę możliwości w następującej kolejności:

a) ciągłość przewodów ochronnych i przewodów połączeń wyrównawczych;

b) rezystancja izolacji instalacji elektrycznej;

c) ochrona za pomocą SELV, PELV i separacji elektrycznej;

d) rezystancja/impedancja podłóg i ścian;

e) samoczynne wyłączenie zasilania;

f)  ochrona uzupełniająca;

g) sprawdzenie  biegunowości;

h) sprawdzenie kolejności faz;

i) wytrzymałości elektrycznej,

j) próby funkcjonalne i operacyjne;

k) spadek napięcia.

 

W przypadku, gdy wynik dowolnej próby wskazuje na niespełnienie wymagań, próbę tę i próbę poprzedzającą, jeżeli wykryte uszkodzenie może mieć wpływ na ich wynik, należy powtórzyć po usunięciu przyczyny niezgodności. Opisane w normie metody wykonywania prób są metodami odniesienia; a zatem nie wyklucza się stosowania innych metod, gwarantujących równie miarodajne wyniki.

1.4. Sprawdzanie okresowe

Sprawdzanie okresowe, obejmujące szczegółowe badanie instalacji, polega na wykonaniu właściwych prób i pomiarów potwierdzających spełnienie wymagań określonych w normach PN-HD 60364, w tym:

 

a) bezpieczeństwo osób i zwierząt domowych przed skutkami porażenia elektrycznego i oparzenia;

b) ochronę mienia przed uszkodzeniem spowodowanym pożarem lub ciepłem powstałym na skutek uszkodzenia

    instalacji;

c) przekonanie, że instalacja nie jest uszkodzona lub obniżone jej właściwości nie pogorszą bezpieczeństwa;

d) identyfikację wad instalacji i odchyleń od wymagań PN-HD 60364-6:2008, które mogą spowodować

    niebezpieczeństwo.

 

Zakres sprawdzania okresowego powinien w szczególności obejmować:

- sprawdzenie dokumentacji eksploatacyjnej obiektu (instrukcje eksploatacji, książki i raporty urządzeń,

  dokumenty z oględzin, przeglądów, konserwacji, napraw bieżących i remontów, protokóły z poprzednich

  i pomiarów okresowych),

- oględziny dotyczące ochrony przed dotykiem bezpośrednim,

- pomiar rezystancji izolacji,

- badanie ciągłości przewodów ochronnych,

- sprawdzenie ochrony przed dotykiem pośrednim,

- próby czasów wyłączania RCD.

1.5 Częstość sprawdzania okresowego

Zgodnie z Ustawą z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane [Dz.U.06.156.1118], obiekty powinny być w czasie ich użytkowania poddawane przez właściciela lub zarządcę okresowej kontroli, co najmniej raz na 5 lat, polegającej na sprawdzeniu stanu technicznego i przydatności do użytkowania obiektu budowlanego, estetyki obiektu budowlanego oraz jego otoczenia; kontrolą tą powinno być objęte również badanie instalacji elektrycznej i piorunochronnej w zakresie stanu sprawności połączeń, osprzętu, zabezpieczeń i środków ochrony od porażeń, oporności izolacji przewodów oraz uziemień instalacji i aparatów.

Częstość sprawdzania okresowego instalacji powinna być ustalana z uwzględnieniem rodzaju instalacji i wyposażenia, jej zastosowania i działania, częstości i jakości konserwacji oraz wpływów zewnętrznych, na które jest narażona.

Zgodnie z PN-HD 60364-6:2008, w protokóle sprawdzenia okresowego należy zamieścić informację dla osoby wykonującej sprawdzanie okresowe -  o ustalonym przedziale czasu do następnego sprawdzenia okresowego.

Przedział ten, zgodnie z ustawą Prawo budowlane wynosi 5 lat, z wyjątkiem podanych niżej przypadków, w których w zależności od warunków środowiskowych może wystąpić większe ryzyko eksploatacji urządzeń i instalacji elektrycznych,  mogą być wymagane krótsze okresy. Do nich w szczególności należą:

- miejsca pracy lub pomieszczenia, w których występuje ryzyko porażenia elektrycznego, pożaru lub wybuchu

  spowodowanego degradacją;

- miejsca pracy lub pomieszczenia, w których znajdują się instalacje zarówno niskiego jak i wysokiego napięcia;

- obiekty komunalne;

- tereny budowy;

- instalacje bezpieczeństwa (np. oświetlenia awaryjnego).

Według normy, dla budownictwa mieszkaniowego można stosować dłuższe okresy (np. 10 lat).

 

Zalecenia 62.2 PN-HD 60364-6:2008 dotyczą częstości sprawdzania okresowego instalacji użytkowanej w pomieszczeniu, w którym może wystąpić większe ryzyko uszkodzenia lub zniszczenia.  Krótsze okresy sprawdzania instalacji, opracowane w oparciu o zasady wiedzy technicznej oraz o traktowane jako zasady, uchylone przepisy w sprawie szczegółowych zasad eksploatacji instalacji, podane są w „Wytycznych wykonywania okresowych badań sprawności technicznej urządzeń  oraz instalacji elektrycznych i piorunochronnych” opracowane przez COBR „Elektromontaż”  Warszawa 1999 (Tablica 1).

Tablica 1  Częstość sprawdzania okresowego

Ustalone w Tablicy 1 okresy między kolejnymi sprawdzeniami   powinny być wykorzystane w instrukcjach eksploatacyjnych instalacji i wyposażenia, użytkowanych w trudnych warunkach środowiskowych.

1.6 Dokumentacja z prób i pomiarów

Po zakończeniu sprawdzania okresowego istniejącej instalacji należy sporządzić protokoły z poszczególnych prób i pomiarów. Dokumentacja powinna zawierać szczegóły dotyczące sprawdzanych części instalacji i ograniczeń w sprawdzeniu objętym protokółem, a także opis oględzin, łącznie z wadami i usterkami oraz wyniki prób.  Wszystkie uszkodzenia, pogorszenia stanu, wady lub niebezpieczne warunki powinny być odnotowane w protokole. Odnotowane powinny być również znaczące ograniczenia zakresu sprawdzenia okresowego w stosunku do normy PN-HD 60364-6:2008 i ich przyczyny.

 

W literaturze Stowarzyszenia Elektryków Polskich dotyczącej Prac pomiarowo-kontrolnych przy urządzeniach elektroenergetycznych o napięciu do 1 kV, podane są wzory protokółów dla poszczególnych rodzajów prób. W przypadkach, gdy protokóły opracowywane są we własnym zakresie, powinny zawierać:

- nazwę badanego urządzenia i jego dane znamionowe,

- miejsce pracy badanego urządzenia,

- rodzaj pomiarów i dat ich wykonania,

- nazwiska osób wykonujących pomiary i rodzaj uprawnień,

- dane o warunkach przeprowadzania pomiarów,

- spis użytych przyrządów i ich numery,

- szkice rozmieszczenia badanych urządzeń,

- liczbowe wyniki pomiarów,

- wnioski, uwagi i zalecenia z pomiarów.

1.7 Dokładność wykonywania pomiarów

Dokładność wykonywania pomiarów jest podstawową cechą narzędzi pomiarowych i wyników pomiarów. Dokładność charakteryzuje się  pośrednio podając właściwość przeciwną: niezgodność (uchybienie) albo niepewność (niedokładność). Niepewność pomiaru to inaczej ryzyko uzyskania błędnego wyniku w pomiarze.

1.6.1. Błąd bezwzględny pomiaru

Elementarną i podstawową miarą liczbową niezgodności jest błąd  bezwzględny (dawniej uchyb). W metrologii błędem bezwzględnym Δ  nazywa się różnicę pomiędzy wartością zmierzoną (W_p ), a wartością dokładną (W_rz ),to jest:

Δ = W_p - W_rz

(W_p )  - jest wartością mierzoną, której błąd wyznacza się, a więc jest wynikiem pomiaru,

(W_rz) - wartość dokładna, jest teoretycznie wartością rzeczywistą (prawdziwą), ustaloną np. jako wynik

          teoretycznych obliczeń, wartość średnia dużej liczby pomiarów lub parametr procesu technicznego.

Błąd bezwzględny zawsze wyrażony jest w jednostkach wartości mierzonej i może przyjmować znak plus lub minus. W praktyce błąd bezwzględny otrzymujemy w przybliżeniu z analizy dokładności pomiaru. Wartość przeciwna błędu bezwzględnego, tzn. − Δ, nazywana jest poprawką:  p = - Δ. Możemy wyznaczyć w przybliżeniu  wartość dokładną:

W_rz = W_p + p

 

1.6.2. Błąd względny pomiaru

Błąd względny to iloraz błędu bezwzględnego Δ  i wartości dokładnej (W_rz).

Błąd względny jest bezwymiarowy, najczęściej wyrażany w procentach. Służy głównie do oceny dokładności przyrządów pomiarowych pracujących na różnych zakresach pomiarowych.

1.6.3. Dokładność urządzeń pomiarowych

Na dokładność wykonywanych pomiarów  głównie wpływają błędy związane z urządzeniem pomiarowym, dokładnością  odczytu oraz  metodą pomiaru. Błąd związany z urządzeniem pomiarowym wynika z klasy dokładności przyrządu.  Klasa dokładności jest to maksymalny błąd bezwzględny Δ popełniany w dowolnym miejscu skali, obliczony jako błąd procentowy w stosunku do pełnego zakresu pomiarowego W_zakr., zaokrąglony do znormalizowanej klasy,  np:   0,1;  0,2;  0,5;  1;  1,5;  2,5;  5;

Do wykonywania pomiarów należy dobierać przyrządy z możliwie największą dokładnością, z błędem pomiaru nie przekraczającym od ±10% do±20% W_rz.

  1.8 Narzędzia pomiarowe

Narzędzia pomiarowe są to środki techniczne przeznaczone do wykonywania pomiarów. Należą do nich:
- wzorce - są to narzędzia pomiarowe odtwarzające jednostki miary lub ich wielokrotności,
- przyrządy pomiarowe - są to narzędzia pomiarowe przeznaczone do wykonywania pomiarów,
- przetworniki pomiarowe, to podzespoły, które przetwarzają wielkość mierzoną na łatwiej mierzalną wielkość,
- układy pomiarowe - zbiory przyrządów i przetworników pomiarowych umożliwiających pomiar wielkości mierzonej    określonej  na podstawie innych wielkości, pomiarowe
- zbiory funkcjonalne przyrządów i przetworników pomiarowych objęte wspólnym sterowaniem umożliwiającym
pobieranie i przetwarzanie informacji.

1.7.1. Mierniki wskazówkowe

Są to mierniki analogowe, w których zmieniający się w sposób ciągły sygnał wejściowy jest odwzorowany na odczyt ciągły, mogący przyjmować w teorii nieskończenie wiele wartości. W tym przypadku są to wychylenia wskazówki miernika określane względem skali przyrządu. W zależności od zasady funkcjonowania możemy spotkać mierniki magnetoelektryczne, elektromagnetyczne i elektrodynamiczne.

W miernikach magnetoelektrycznych mierzony prąd elektryczny płynie przez ruchomą, umieszczoną w polu magnesu stałego cewkę. Zależny od natężenia prądu moment sił elektrodynamicznych obraca cewkę a wraz z nią wskazówkę miernika. Te mierniki służą jedynie do pomiarów prądu stałego.

Mierniki elektrodynamiczne są odmianą mierników magnetoelektrycznych. Magnes stały jest w nich zastąpiony elektromagnesem, przez cewkę którego płynie ten sam prąd co przez ruchomy rdzeń. Mierniki te można wykorzystać do pomiarów zarówno prądów stałych jak i przemiennych.

W miernikach elektromagnetycznych mierzony prąd płynie przez uzwojenia elektromagnesu w szczelinie którego zawieszone są dwa rdzenie ferromagnetyczne (ruchomy i nieruchomy). Pod wpływem powstałego pola magnetycznego rdzenie magnesują się i oddziałują na siebie. Moment siły działającej na ruchomy rdzeń obraca go i zespoloną z rdzeniem wskazówkę. Mierniki elektromagnetyczne można wykorzystywać zarówno do pomiarów prądu stałego jak i przemiennego.

Dla poprawnego odczytania zmierzonej wartości w mierniku wskazówkowym należy:

- dokonać wyboru skali,

- zakresu pomiarowego

- dokładność odczytu

1) Wybór skali

Wybór skali podyktowany jest w pierwszej kolejności rozdzielczością i łatwością dokonywania przeliczeń wartości z uwzględnieniem zakresu. Zwykle skale odpowiadają dostępnym zakresom miernika w  ten sposób, że liczba końcowa skali odpowiada wielokrotności (2x; 3x; 5x; l0x;l00x) lub podwielokrotności (1/2; 1/3; 1/5) zakresów. W niektórych wypadkach skale są dodatkowo opisane wskazując na ich użycie w określonym trybie pracy miernika (np. jako omomierza czy amperomierza, dla pomiarów prądu stałego lub zmiennego. W przypadku wielozakresowych mierników wskazówkowych wyposażonych w kilka podziałek należy podjąć decyzję, z której skali dokonywany będzie odczyt.

2) Zakres pomiarowy

Zakres powinien być tak wybrany by wychylenie wskazówki znajdowało się w obszarze 50 - 90 % skali, co zapewni optymalne wykorzystanie rozdzielczości i dokładności przyrządu,

3) Dokładność odczytu

Pomiary przyrządami analogowymi wymagają starannych odczytów położenia wskazówki względem podziałki. Mierniki wielozakresowe wyposażone są w zasadzie w kilka skal o różnych podziałkach ułatwiających uzyskanie optymalnej rozdzielczości odczytu i określenie wartości mierzonej. Oprócz podziałek skale wyposażone są w lusterko pozwalające na eliminacje efektu paralaksy, który prowadzi do różnych, zależnych od kąta obserwacji, odczytów położenia wskazówki względem skali. W  celu uniknięcia efektu należy tak dobrać pozycję obserwatora aby obraz wskazówki w lusterku znajdował się na jednej linii wzroku ze wskazówką.

1.7.2.Mierniki cyfrowe

Mierniki cyfrowe opierają swe funkcjonowanie na przetwarzaniu ciągłego sygnału wejściowego na  wartość liczbową wielkości mierzonej,  zapisaną w odpowiednim kodzie cyfrowym. Ze względu na stosowaną metodę przetwarzania rozróżniamy przyrządy cyfrowe z miarą czasu lub miarą napięcia. Mierniki cyfrowe pozwalają na bezpośredni odczyt wartości wielkości mierzonej ze wskaźnika cyfrowego lub z rejestratorów, dzięki czemu unika się błędu popełnianego przy odczycie wskazań.  Stąd główną zaletą mierników cyfrowych jest ich duża dokładność. Cyfrowe metody pomiarowe mogą być zastosowane do pomiaru niemal wszystkich wielkości fizycznych zarówno elektrycznych, jak i nieelektrycznych.

   Rozdzielczość i dokładność mierników cyfrowych

Spotykamy dwa rozwiązania wyświetlaczy: pełne, w których na wszystkich miejscach mogą być wyświetlane wszystkie cyfry od 0 do 9 oraz niepełne, na których na najwyższej pozycji (pierwsza cyfra z lewej strony) może być wyświetlana jedynie 1 lub nie wyświetlana żadna cyfra. Dla wyświetlaczy pełnych rozdzielczość odczytu obliczamy korzystając z zależności:

 

gdzie:

N - ilość wyświetlonych cyfr,

Z - wybrany zakres pomiarowy.

Np. dla woltomierza z pełnym wyświetlaczem 4 miejsc na zakresie 100 mV możemy dokonywać pomiarów w przedziale 0- 99,99 mV z rozdzielczością odczytów:

Dla wyświetlaczy niepełnych przy określaniu rozdzielczości bierzemy pod uwagę jedynie liczbę cyfr w pełni wyświetlanych jednocześnie zamiast pełnej wartości  zakresu do rozważań bierzemy rząd wybranego zakresu np. przy wybranym zakresie 20, bierzemy Z = 10

1.9 Dobór metody pomiarowej

Zastosowana metoda wykonania pomiarów powinna być metodą najprostszą, zapewniającą osiągnięcie wymaganej dokładności pomiarów. Wybór metody pomiarów wynika  z uwarunkowań, znajomości obiektów mierzonych i rozpoznania dokumentacji technicznej obiektu. Błąd związany z doborem metody pomiarowej występuje wtedy, gdy zastosowana metoda:          

- nie uwzględnienia uwarunkowań wynikających ze specyfiki badanego obiektu i jego parametrów,

- nie umożliwia pomiaru ściśle tej wartości, która miała być przedmiotem badań i pomiarów.

Wybór miernika do specyfiki planowanego pomiaru

Należy w szczególności ustalić:

1)  rodzaj wielkości mierzonej,

2)  rodzaj pomiaru: pomiar prądu stałego, pomiar prądu zmiennego,

3)  przewidywany zakres wartości mierzonych,

4)  wymagana dokładność pomiaru (klasa przyrządu, rozdzielczość).

Po dokonaniu wyboru miernika należy przygotować go do pomiaru, które polega na:

- ustawieniu trybu pracy (w przypadku multimetrów),

- podłączeniu przewodów do właściwych zacisków,

- wyborze zakresu pomiarowego,

- sprawdzeniu wyzerowania miernika nie podłączonego do sygnału zewnętrznego,

- wykonaniu prawidłowego podłączenia miernika do urządzenia lub obwodu, które będą przedmiotem pomiaru.

   1.10 Przygotowanie pomiarów

Przygotowanie badań i pomiarów urządzeń i instalacji elektrycznych polega na wykonaniu oględzin obiektów i wykonaniu niezbędnych czynności, w czasie których należy:

1)zapoznać się z dokumentacją techniczną i eksploatacyjną obiektu (zakładu) dla ustalenia:
        - aktualnych układów sieci zasilających urządzenia i instalacje będące przedmiotem badań i pomiarów,
        - realizacji wniosków i zaleceń zawartych w protokółach z poprzedniej kontroli okresowej instalacji i urządzeń,
        - poprawności doboru i stosowania urządzeń ochronnych i zabezpieczających.

2) przeprowadzić oględziny badanego obiektu dla potwierdzenia, że zainstalowane na stałe elementy urządzeń:
        - spełniają wymagania dotyczące bezpieczeństwa ludzi i mienia,
        - zostały prawidłowo dobrane i zainstalowane,
        - nie mają widocznych uszkodzeń wpływających na pogorszenie bezpieczeństwa.  

3) dokonać niezbędnych ustaleń i obliczeń warunkujących:
         - wybór poprawnej metody pomiaru,
         - jednoznaczność kryteriów oceny wyników,
         - możliwość popełnienia błędów czy uchybów pomiarowych,
         - konieczność zastosowania współczynników poprawkowych do wartości zmierzonych

Pomiary wykonywać w warunkach identycznych lub zbliżonych do warunków normalnej pracy urządzenia.

  1.11 Podstawowe zasady bezpieczeństwa

Zgodnie z ustawą z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne [Dz.U.06.89.625], osoby zajmujące się eksploatacją sieci oraz urządzeń i instalacji obowiązane są posiadać kwalifikacje potwierdzone świadectwem wydanym przez komisje kwalifikacyjne. Sprawdzenie spełnienia wymogów kwalifikacyjnych powtarza się co 5 lat.

Prace w warunkach szczególnego zagrożenia dla zdrowia i życia ludzkiego, określone w ogólnych przepisach bezpieczeństwa i higieny pracy jako prace szczególnie niebezpieczne, powinny być wykonywane co najmniej przez dwie osoby, z wyjątkiem prac eksploatacyjnych z zakresu prób i pomiarów, konserwacji i napraw urządzeń i instalacji elektroenergetycznych o napięciu znamionowym do 1 kV, wykonywanych przez osobę wyznaczoną na stałe do tych prac w obecności pracownika asekurującego, przeszkolonego w udzielaniu pierwszej pomocy.

 

     2. Pomiary rezystancji przewodów i uzwojeń

Istnieje wiele metod pomiarowych służących do określania rezystancji przewodów i uzwojeń urządzeń i instalacji elektrycznych. Pomiary rezystancji można wykonać:
a) metodą techniczną przy użyciu woltomierza i amperomierza,
b) metodami mostkowymi, np.:
- mostkiem Thomsona do pomiaru rezystancji w zakresie od 10^-6  do 6 Ω,
- mostkiem Wheatstone'a do pomiaru rezystancji w zakresie od 1 do 10⁶ Ω.

Pomiary małych rezystancji wykonuje się przy badaniu, np.:
- uzwojeń urządzeń elektrycznych, takich jak: transformatory  lub silniki,
- połączeń: spawanych, szyn wyrównawczych, styków,
- połączeń kabli oraz cewek o niskiej oporności,
- połączeń lutowanych,
- ciągłości przewodów uziemiających.

Do pomiarów  małych rezystancji zaleca się stosować układ przedstawiony na rys. 1a.

2.1. Pomiar rezystancji małych metodą techniczną

Rys. 1a Układ połączeń do pomiaru małych rezystancji

Mierzoną rezystancję R_x oblicza się ze wzorów:

     jeżeli R_v ≥ 1000 R_x

jeżeli R_v≤ 1000 R_x

gdzie:

 U - napięcie mierzone na zaciskach przewodu lub uzwojenia, 

  I - zmierzony prąd w  A,
        I_v - prąd, który płynie przez ustrój woltomierza,  gdzie I_v = U / R_v

R_v- rezystancja wewnętrzna woltomierza.

2.2. Pomiar rezystancji dużych metodą techniczną

Do pomiarów rezystancji rzędu omów i większych zaleca się stosować układ przedstawiony na rys. 1b.

Rys. 1b Układ połączeń do pomiaru dużych rezystancji

Mierzoną rezystancję  R_x  oblicza się ze wzorów:

jeżeli R _a+ R_p ≤ 0,001 R _x

jeżeli R_a+ R _p > 0,001 R_x

gdzie:

 U - napięcie mierzone na zaciskach przewodu lub uzwojenia w V,

  I - zmierzony prąd w A,

R_a- rezystancja amperomierza w Ω,

R_p- rezystancja przewodów pomiarowych w Ω.

2.3 Pomiar rezystancji metodami mostkowymi

1) Mostek Wheatstone'a - nadaje się do pomiaru rezystancji w zakresie od 1 do 10⁶ Ω.

 

 

Rys. 2 Schemat mostka Wheatstone'a

Cztery gałęzie mostka składają się z rezystorów: R_x, R₂, R₃ i R₄, przez które przepływa prąd z baterii umieszczonej w jednej z gałęzi przekątnej. W drugiej gałęzi przekątnej włączony jest galwanometr G. Mierzoną rezystancję wylicza się ze wzoru:

gdzie:

R_x - rezystancja mierzona,

R₂, R₃ i R₄ - rezystancje pomocnicze w mostku,

Przy wykonywaniu pomiaru ustalone są zwykle rezystancje R₂ i R₄ , a zmienia się tylko rezystancję R₃, tak długo, aż wskazówka galwanometru ustali się na zerze.

Zależnie od wartości mierzonej rezystancji R_x, stosunek R₂ /R₄ nastawia się na jedną z następujących liczb:

100 : l,   10 : l,    l : l,   l : l 0,   l : 100.

2) Mostek Thomsona

Pomiary małych rezystancji, dla których znaczącą rolę odgrywają rezystancje przewodów doprowadzających oraz rezystancje zestyków w miejscach połączeń, można wykonywać kilkoma metodami. Najpopularniejsze, to metoda techniczna oraz pomiar mostkiem Thomsona (mostkiem sześcioramiennym).

W konstrukcji mostka Thomsona  wyeliminowano wpływ przewodów pomiarowych na wynik pomiaru, przez zastosowanie osobnych zacisków prądowych i napięciowych przy rezystorach R_x i R₃,natomiast wszystkie pozostałe rezystory mają rezystancję 1000-krotnie większą niż oporności przewodów doprowadzających.

Rys. 3 Schemat mostka Thomsona

Rezystancja połączenia „b" zostaje w mostku Thomsona zbocznikowana rezystorem R' ₂ + R'₄ podzielonym w punkcie A w stosunku R'₂ : R'₄. Rezystancje pozostałych doprowadzeń zostały usunięte przez wyeliminowanie ich z układu mostka.  W związku z wyeliminowaniem wpływu doprowadzeń na wyniki pomiaru, mostek Thomsona nadaje się do pomiaru bardzo małych rezystancji, w zakresie od 10^-6 do 6 Ω. Prąd  w chwili równowagi mostka jest sprowadzony do zera. Mierzona rezystancję wylicza się ze wzoru:

gdzie: R_x - rezystancja mierzona, R₂, R_3,R₄ to rezystancje pomocnicze w mostku.

Mostek Thomsona jest budowany w dwóch odmianach: z drutem ślizgowym do pomiarów o mniejszym stopniu dokładności oraz jako precyzyjny mostek z rezystorami skrzynkowymi do pomiarów laboratoryjnych.

 

3. Pomiary rezystancji izolacji

3.1 Wstęp

Wykonywanie badań i pomiarów rezystancji izolacji pozwala na określenie stanu izolacji instalacji, urządzeń i sieci elektroenergetycznych. Stan izolacji przewodów i uzwojeń ma decydujący wpływ zarówno na bezpieczeństwo obsługi jak i prawidłowe funkcjonowanie urządzeń elektrycznych. Systematyczne wykonywanie badań i pomiarów rezystancji izolacji przewodów instalacji i uzwojeń urządzeń elektrycznych oraz ewidencjonowanie uzyskanych wyników badań, pozwala na:

  - wcześniejsze wykrycie pogarszającego się stanu izolacji,
       - zapobiega awariom i pożarom, które mogą  wystąpić wskutek pogorszenia właściwości izolacji,
       - prowadzenie właściwej i bezpiecznej eksploatacji urządzeń, instalacji i sieci elektroenergetycznych.

 

3.2 Czynniki wpływające na stan izolacji

Na eksploatacyjne pogorszenie stanu izolacji mają wpływ: narażenia elektryczne, mechaniczne, termiczne, chemiczne oraz często zanieczyszczenie środowiska.

 

Całkowity prąd płynący przez izolację jest sumą trzech prądów składowych (rys. 4.1), wynikających z:

- przyłożenia napięcia stałego U:

- prądu ładowania pojemności obiektu C,

- prądu upływowego (przewodzenia), składającego się z dwóch składowych:

    a) prądu skrośnego, płynącego przez materiał izolacji (upływność skrośna R_s, zależna od rodzaju materiału,

    b) prądu powierzchniowego, płynącego po powierzchni materiału izolacji (upływność powierzchniowa R_p),

- prądu ładowania pojemności absorpcyjnej C_a.

Schemat zastępczy izolacji (rys.4.2); rezystancja R jest wypadkową rezystancji R_s i R_p połączonych równolegle. Prąd upływowy (przewodzenia) powoduje polaryzację dielektryka zależną od czasu jaki upłynął od chwili przyłożenia napięcia.

Rys. 4.1 Prądy płynące przez izolację 

Oznaczenia: 1- prąd upływowy (przewodzenia);  2- prąd ładowania pojemności;

3- prąd absorpcji; 4- prąd całkowity;

Rys. 4.2 Schemat zastępczy izolacji

Oznaczenia: R - rezystancja izolacji;  C - pojemność izolacji;

Ra, Ca - odpowiednio rezystancja i pojemność absorpcyjna;

Prąd upływowy związany z uszkodzeniem, zawilgoceniem lub zabrudzeniem izolacji, w czasie początkowym narasta szybko do pewnej stałej wartości i nie zmienia jej pod wpływem określonej wartości napięcia probierczego. Wzrost prądu upływowego wskazuje na pogarszający się stan izolacji.

Prąd ładowania pojemności zależy od pojemności badanej izolacji. Np. kable energetyczne, ze względu na dużą pojemność, ładują się przez długi czas.

Prąd absorpcji maleje wolniej w porównaniu z prądem ładowania pojemności, co  zasadniczo związane jest ze zjawiskami fizycznymi  zachodzących w materiałach izolacyjnych.

Rezystancja izolacji zależy od następujących czynników:

• wilgotności,

• temperatury,

• wartości napięcia probierczego,

• czasu pomiaru,

• czystości powierzchni materiału izolacyjnego.

Wpływ wilgotności

Wilgotność ma niewątpliwie wpływ na rezystancję izolacji. Jednak stopień absorbowania wilgoci przez izolację jest różny w zależności od rodzaju i stanu izolacji.  W sytuacji wykonywania pomiaru rezystancji izolacji uzwojeń transformatora suchego, należy uwzględnić wilgotność względną. Zmiany temperatury mogą mieć znaczący wpływ na wyniki pomiarów rezystancji izolacji. Rezystancja izolacji spada znacząco ze wzrostem temperatury (rys.4.3). Każdy typ materiału izolacyjnego ma różny stopień zmiany rezystancji w zależności od temperatury.

Wpływ temperatury (rys. 4.3)

Przy pomiarze izolacji w temperaturze innej niż 20 ^oC wynik pomiaru R_x należy pomnożyć przez współczynnik korekcyjny K_p, według wzoru:

R₂₀ = R_x ∙ K_p

gdzie:

R₂₀- rezystancja przeliczona (rzeczywista),

  R_x- rezystancja w temperaturze t,

K₂₀- współczynnik przeliczeniowy (korekcji temperaturowej).

Pomiar rezystancji izolacji powinien być przeprowadzany w odpowiednich warunkach: temperatura 10 do 25^oC, wilgotność 40% do 70%, urządzenie badane powinno być czyste i niezawilgocone. Dla urządzeń nagrzewających się podczas pracy wykonujemy pomiar rezystancji izolacji w stanie nagrzanym.

Tablica 2. Wartość współczynnika przeliczeniowego K_p

Dla kabli z izolacją polietylenową z uwagi na wysoką wartość rezystancji izolacji nie stosuje się współczynnika przeliczeniowego.

Rys. 4.3 Zależność rezystancji izolacji od:

a) temperatury, b) wartości napięcia probierczego, c) czasu pomiaru

Wpływ napięcia przy jakim przeprowadzamy pomiar (rys.4.3)

Prąd upływu przez izolację  nie  jest proporcjonalny do napięcia w całym zakresie. Ze wzrostem napięcia rezystancja maleje początkowo szybciej, potem wolniej po czym ustala się. Po przekroczeniu pewnej granicy następuje przebicie izolacji i rezystancja spada do małych wartości lub zera. Pomiar należy wykonywać napięciem wyższym od nominalnego zgodnie z wymaganiami norm.

Wpływ czasu pomiaru (rys.4.3)

Przy utrzymywaniu przez pewien czas napięcia podczas pomiaru rezystancji izolacji, jej wartość nie jest stała, lecz stopniowo wzrasta, co spowodowane jest zmianami fizycznymi lub chemicznymi zachodzącymi w materiale izolacyjnym pod wpływem pola elektrycznego i przepływającego prądu. Izolowane części metalowe (np. w kablu ) stanowią kondensator i początkowo płynie prąd pojemnościowy - (ładowanie kondensatora) większy od docelowego prądu upływowego.

Wpływ czystości powierzchni materiału izolacyjnego

Rezystancja izolacji kabla elektroenergetycznego to połączona równolegle rezystancja skrośna - zależna od rodzaju materiału  izolacyjnego i powierzchniowa - zależna od czystości powierzchni. W przypadku materiałów o dużej rezystywności, rezystancja powierzchniowa może być znacznie mniejsza od skrośnej. Przy pomiarach należy wyeliminować prąd powierzchniowy jako niemiarodajny dla oceny izolacji. 

3.3 Wymagania PN-HD 60364-6:2008

Rezystancję izolacji należy zmierzyć miedzy przewodami czynnymi a przewodem ochronnym, przyłączonym do układu uziemiającego. W układach sieci TN-C pomiar wykonuje się miedzy przewodami czynnymi a przewodem PEN.

 

W pomieszczeniach zagrożonych pożarem, pomiar rezystancji izolacji powinien być wykonany także między przewodami czynnymi. W praktyce, pomiary rezystancji izolacji przewodów wykonuje się podczas montażu instalacji, przed przyłączeniem wyposażenia. Do celów pomiarowych przewód neutralny N odłącza się, na czas pomiaru, od przewodu ochronnego.

Minimalne wartości rezystancji izolacji podane są w Tablicy 6A.

 

Tablica 6A  Minimalne wartości rezystancji izolacji

 

 

Rezystancja izolacji mierzona przy napięciu pomiarowym o wartościach podanych w Tablicy 6A  jest zadowalająca, jeżeli jej wartość dla każdego obwodu z odłączonym osprzętem jest nie mniejsza od wartości minimalnych podanych w  Tablicy 6A. Jeżeli zmierzona rezystancja jest mniejsza niż wymieniona w Tablicy 6A, to należy ustalić drogą kolejnych prób, miejsce i  przyczynę niższej od wymaganej rezystancji izolacji. W tym celu instalację można podzielić na szereg grup obwodów i zmierzyć rezystancję izolacji  każdej grupy. Jeżeli dla pewnej grupy obwodów zmierzona wartość jest mniejsza niż podana w Tablicy 6A, to należy zmierzyć rezystancję  izolacji każdego obwodu tej grupy.

Jeżeli w instalacji elektrycznej zastosowane ograniczniki przepięć (SPD) lub inne urządzenia mogą mieć wpływ na na próbę sprawdzającą lub mogą się uszkodzić,   takie urządzenia należy odłączyć od przewodów czynnych na czas wykonania pomiarów. Po pomiarze ochronniki należy ponownie podłączyć. Jeżeli odłączenie urządzeń przeciwprzepięciowych jest w sposób uzasadniony niemożliwe, napięcie probiercze dotyczące tego obwodu może być obniżone do 250 V d.c., przy zachowaniu wymaganej rezystancji izolacji co najmniej 1 MΩ.

Wartości podane w Tablicy 6A należy także stosować do sprawdzania rezystancji izolacji między nieuziemionymi przewodami ochronnymi a ziemią.

Przy urządzeniach elektrycznych z układami elektronicznymi pomiar rezystancji izolacji należy wykonać między przewodami czynnymi połączonymi razem  a ziemią, celem uniknięcia uszkodzenia elementów elektronicznych. Bloki (panele) zawierające elementy elektroniczne, o ile to możliwe należy na czas pomiarów wyjąć z obudowy urządzenia.

 

3.4 Wykonywanie pomiarów rezystancji izolacji

1) Stan izolacji ma decydujący wpływ na bezpieczeństwo obsługi i prawidłowe funkcjonowanie wszelkiego rodzaju urządzeń elektrycznych

Mierząc rezystancję izolacji sprawdzamy stan ochrony przed dotykiem bezpośrednim.

2) Pomiar rezystancji izolacji opiera się na pomiarze natężenia prądu płynącego przez izolację pod wpływem przyłożonego napięcia pomiarowego. Najprostszym sposobem kontroli stanu izolacji jest pomiar punktowy. Polega on na pomiarze rezystancji badanej izolacji, raz na określony czas. Pomiar wykonujemy prądem stałym, aby wyeliminować wpływ pojemności na wynik pomiaru. Odczyt wyniku pomiaru następuje po ustaleniu się wskazania (po ok. 0,5 do 1 min). Odczytujemy wtedy natężenie prądu płynącego przez izolację pod wpływem  przyłożonego napięcia na skali przyrządu wyskalowanej w MΩ. Wymagana dokładność pomiaru rezystancji wynosi do 20%.

 

3) Pomiary rezystancji izolacji wykonujemy:

- miernikami rezystancji izolacji o własnym źródle napięcia probierczego d..c. (induktor lub bateria z przetwornicą

  elektroniczną) - dla uniknięcia wpływu pojemności. Stosuje się napięcia 250 V, 500 V, 1000 V i 2500 V,

  a odpowiednie do tych napięć zakresy pomiarowe wynoszą 50 MΩ, 200 MΩ, 1 GΩ, 20 GΩ.

- napięciem sieciowym za pomocą miliamperomierza (w instalacjach d.c.),

- innymi metodami specjalnymi.

 

4) Pomiar rezystancji skrośnej lub powierzchniowej układu izolacyjnego wymaga odpowiednich połączeń tak wykonanych, aby prąd mierzony był prądem płynącym przez skrośną rezystancję izolacji (rys. 4.4). Przy pomiarach dużych rezystancji stosuje się ekranowanie. W tym celu umieszcza się na powierzchni izolacji dodatkową elektrodę połączoną z tzw. zaciskiem ekranującym miernika. Zacisk ten jest połączony z biegunem dodatnim źródła napięcia pomiarowego. Wysoki potencjał ekranu powinien uniemożliwiać przepływ prądu na niepożądanej drodze (np. po zawilgoconej lub uszkodzonej powierzchni przewodu, izolatora). Przyrządy do pomiaru dużej rezystancji mają wyprowadzony zacisk ekranu - oznaczony literą E.

Rys. 4.4 Przykład ekranowania i układ połączeń przy pomiarach rezystancji izolacji skrośnej żył kabla

Oznaczenia: 1,2 - żyły kabla, 3 - ekran pomiarowy

5) Przewody ochronne PE i PEN należy traktować jako ziemia, a przewód neutralny N - jako przewód czynny.

6) Ze względów bezpieczeństwa, pomiary rezystancji izolacji powinny być wykonywane w instalacji odłączonej od zasilania. Pomiar izolacji  wykonywany jest od strony zasilania (np. przy złączu instalacji).

7) Rezystancję izolacji mierzy się przykładając napięcie stałe między żyły przewodów, mierząc prąd płynący przez izolację. Mierzoną rezystancję oblicza się z prawa Ohma:

gdzie:

 R_x - rezystancja izolacji,

  U - napięcie probiercze,

   I - prąd płynący przez izolację

 

3.5 Pomiar rezystancji izolacji uzwojeń transformatorów

Przygotowanie pomiarów

Przed przystąpieniem do pomiarów transformator należy wyłączyć spod napięcia i odłączyć wszystkie zaciski uzwojeń od sieci. Oczyścić izolatory z brudu i osuszyć. Zmierzyć temperaturę uzwojeń przez pomiar temperatury oleju. Na czas pomiaru kadź uziemić.

Pomiary rezystancji izolacji uzwojeń transformatora (zgodnie z normą PN-E-04700:1998/Az1:2000 Urządzenia i układy elektryczne w obiektach elektroenergetycznych -- Wytyczne przeprowadzania pomontażowych badań odbiorczych), należy wykonywać dla następującej kombinacji połączeń:   

- uzwojenie GN - uziemiona kadź połączona z uzwojeniem DN,

- uzwojenie DN - uziemiona kadź połączona z uzwojeniem GN,

- uzwojenie GN - uzwojenie DN.

Wartości rezystancji izolacji uzwojeń odczytujemy po 60 s.

Sprawdzenie stanu dielektrycznego oleju transformatorowego

Wartość rezystancji uzwojeń odczytujemy po 15 s - R₁₅  i po 60 s.- R₆₀. Obliczamy współczynnik absorpcji ze wzoru: K_A = R₆₀/R₁₅. Wartość K_A nie powinna być  mniejsza niż:

- 1,15 dla transformatorów III grupy, - o mocy 1,6 MV.A i mniejszej,

- 1,2  dla rezystancji uzwojeń w stosunku do ziemi  i 1,4 dla rezystancji pomiędzy uzwojeniami transformatorów

         II grupy, o mocy większej od 1,6 MVA a nie należących do grupy I,

- 1,3  dla rezystancji uzwojeń w stosunku do ziemi i 2,0 dla rezystancji pomiędzy uzwojeniami transformatorów

         I grupy, o napięciu znamionowym 220 kV  i mocy 100 MVA i większej.

Po zakończeniu każdego pomiaru transformator należy rozładować w czasie nie krótszym niż czas trwania pomiaru.

Ocena wyników pomiarów

Wymagane wartości rezystancji izolacji wynoszą:

a) dla transformatorów olejowych o mocy do 315 kVA:

- o napięciu znamionowym do 10 kV              - 70 MΩ,

- o napięciu znamionowym powyżej 10 kV     - 100 MΩ

b) dla transformatorów olejowych o mocy od 315 kVA do 1,6 MVA:

- o napięciu znamionowym do 10 kV             - 35 MΩ,

- o napięciu znamionowym powyżej 10 kV     - 50 MΩ,

c) dla transformatorów suchych w temp. 20^oC przy wilgotności wzgl. 65 %:

- o napięciu znamionowym do 10 kV             - 15 MΩ,

- o napięciu znamionowym powyżej 10 kV     - 25 MΩ.

Rezystancje zmierzone w innych temperaturach niż u wytwórcy, ale zawartych w przedziale  od 5 do 35 ^oC, należy przeliczyć według zasady: obniżenie temperatury o 15 ^oC. spowoduje dwukrotny wzrost rezystancji, a podwyższenie temperatury o 5 ^oC. spowoduje dwukrotne zmniejszenie rezystancji izolacji.

Dla pomontażowych badań odbiorczych rezystancja izolacji uzwojeń transformatora olejowego o mocy mniejszej niż 1,6 MVA zmierzona po 60 s od chwili przyłożenia napięcia nie powinna być mniejsza niż 70% wartości zmierzonej w wytwórni przy temperaturze oleju 20 ^oC.

3.6 Pomiar rezystancji izolacji kabli

Pomiar rezystancji izolacji linii kablowej wykonuje się po wyłączeniu  jej spod napięcia  i rozładowaniu.

1) Pomiar wykonuje się: 

  - miernikiem rezystancji izolacji o napięciu 1000 V - dla linii kablowych o napięciu znam.  do   250 V,
       - miernikiem rezystancji izolacji o napięciu 2500 V- dla linii kablowych do 1 kV
       - miernikiem rezystancji izolacji o  napięciu co najmniej 2500 V- dla linii kablowych powyżej 1 kV,

Przed odłączeniem przewodów miernika od żył kabla, kabel należy rozładować. Wskazanie miernika izolacji należy odczytać po 1 minucie od chwili rozpoczęcia pomiaru.

2) Ocena wyników pomiarów

Zgodnie z normą SEP- E- 004   Elektroenergetyczne i sygnalizacyjne linie kablowe. Projektowanie i budowa (zamiast PN-76/E-05125) , rezystancja izolacji każdej żyły kabla względem pozostałych zwartych i uziemionych, przeliczona na temperaturę 20 ^oC , w linii o długości do 1 km", nie powinna być mniejsza niż:

1) w linii kablowej o napięciu znamionowym do 1 kV:

  75 MΩ - w przypadku kabla o izolacji gumowej,

  20 MΩ - w przypadku kabla o izolacji papierowej,

  20 MΩ - w przypadku kabla o izolacji polwinitowej,

100 MΩ - w przypadku kabla o izolacji polietylenowej,

 

2) linii kablowej o napięciu znamionowym powyżej 1 kV:

    50 MΩ -  w przypadku kabla o izolacji papierowej,

    40 MΩ -  w przypadku kabla o izolacji polwinitowej,

  100 MΩ -  w przypadku kabla o izolacji polietlenowej,

1000 MΩ -  w przypadku kabla o napięciu znamionowym 110 kV.

 

Interpretacja wyników: 

Jeżeli wymaga się rezystancji izolacji wymienionych w punktach 1) i 2) dla odcinka o długości 1 km, to wymaga się tej samej wartości również dla odcinków krótszych.

3) Wymagania pomontażowe:

Rezystancja żył roboczych i powrotnych powinna być zgodna z danymi producenta. Przy pomiarze rezystancji izolacji w temperaturze innej niż 20 ^oC wynik pomiaru R_x  należy przeliczyć do temperatury odniesienia 20^oC, przez zastosowanie odpowiedniego współczynnika przeliczeniowego K₂₀ zgodnie ze wzorem:

 

R₂₀ = K₂₀ ∙ R_x

gdzie:

R₂₀ - rezystancja przeliczona do temperatury odniesienia,

R_x  - wynik pomiaru w temperaturze t,

K₂₀ - współczynnik przeliczeniowy (współczynnik korekcji temperaturowej)

Dla kabli z izolacją polietylenową z uwagi na wysoką wartość rezystancji izolacji nie stosuje się współczynnika przeliczeniowego K₂₀.

5) Rezystancja izolacji w kablu o długości powyżej 1 km.

Można przyjąć, że rezystancje izolacji poszczególnych odcinków kabla są ze sobą połączone równolegle. Dla odcinka kabla o długości L wyrażonej w kilometrach, wymaga się rezystancji izolacji  w megaomach nie mniejszej niż:

 

R_iz.1km / L   w MΩ/km

 

gdzie:  R_iz.1km - rezystancja izolacji odcinka kabla o długości do 1 km,
                       L - długość kabla w km,

    3.7 Pomiary rezystancji izolacji uzwojeń silników 

1) Pomiary rezystancji izolacji uzwojeń silników wykonuje się po odłączeniu od nich przewodów  zasilających
         i urządzeń pomocniczych.

2) Temperatura izolacji w czasie pomiaru powinna być ≥ 10 ⁰C.

Dla pomiarów wykonywanych przed rozruchem maszyn zainstalowanych w pomieszczeniach, po ich postoju dłuższym niż 7 dni, można przyjąć, że temperatura jest równa temperaturze występującej w pomieszczeniu.

Wykonywanie pomiarów:

1) Pomiary rezystancji izolacji uzwojeń silników oraz urządzeń pomocniczych wykonuje się miernikami izolacji o napięciu znamionowym probierczym:

- 500 V   - dla uzwojeń maszyn  na napięcie znamionowe do 500 V.

- 1000 V - dla uzwojeń  maszyn na napięcie znamionowe od 500 do 1000 V.

- 2500 V - dla uzwojeń maszyn i urządzeń pomocniczych na napięcie znamionowe powyżej 1000 V.

 

2) Przed przystąpieniem do pomiaru badane uzwojenie na napięcie do 1 kV należy uziemić na okres 1 minuty, a uzwojenie na napięcie powyżej 1 kV - na okres 5 minut.

3) Pomiar rezystancji izolacji przeprowadza się w następujący sposób; mierzy się:

a) rezystancję miedzy między danym uzwojeniem a zaciskiem ochronnym maszyny, do którego jednocześnie

    przyłącza się pozostałe uzwojenia,

b) rezystancje między poszczególnymi uzwojeniami (które maja zaciski wyprowadzone na zewnątrz).

Uzwojenie trzech faz wirnika silnika pierścieniowego traktuje się jako jedno uzwojenie. Po wykonaniu pomiaru rezystancji izolacji badane uzwojenie należy rozładować.

Ocena wyników pomiarów:

a) Silniki asynchroniczne o napięciu znamionowym do 1 kV.

Rezystancja izolacji uzwojeń stojana nie powinna być mniejsza niż 5 MΩ.  W przypadku niespełnienia wymagania w skutek zawilgocenia uzwojeń silnik należy wysuszyć (np. na biegu jałowym, jeżeli rezystancja izolacji jest większa niż 1 MΩ), a następnie ponownie sprawdzić spełnienie wymagania.

b) Silniki prądu stałego o napięciu znamionowym do 1 kV

Pomiar wykonać miernikiem rezystancji  izolacji o napięciu 1000 V. Rezystancja izolacji uzwojeń w temperaturze odniesienia 75 ^oC, wyrażona w kiloomach, nie powinna być liczbowo mniejsza niż wartość napięcia znamionowego, wyrażona w woltach.

Jeżeli pomiar wykonany był w innej temperaturze niż  75 ^oC, lecz w zakresie temperatur od 10 ^oC do 85^oC, rezystancje należy przeliczyć do temperatury odniesienia według następującej reguły: obniżenie/podwyższenie temperatury o 10 ⁰C  powoduje 1,5 - krotne zwiększenie/obniżenie rezystancji.

c) Silniki asynchroniczne o napięciu znamionowym powyżej 1 kV

Rezystancja izolacji uzwojeń  w temperaturze odniesienia 75 ^oC,  wyrażona w kiloomach, nie powinna być liczbowo mniejsza niż wartość napięcia znamionowego, wyrażona w woltach. Rezystancja izolacji zmierzona w temperaturze t nie powinna być mniejsza  niż wartość wyznaczona ze wzoru ze wzorem:

R_iz.t = R_iz.75 ∙ k_t

 

gdzie: k_t - współczynnik zależny od temperatury izolacji podczas pomiaru.

Tablica 4  Współczynniki przeliczeniowe rezystancji izolacji uzwojeń silników

Negatywne wyniki pomiarów świadczyć mogą o zawilgoceniu, zabrudzeniu lub uszkodzeniu izolacji uzwojeń silnika albo urządzeń pomocniczych.

 

4. Sprawdzanie środków ochrony przeciwporażeniowej

4.1 Ciągłość przewodów

Należy wykonać próbę ciągłości elektrycznej:

a) przewodów ochronnych w tym przewodów ochronnych w połączeniach wyrównawczych głównych i dodatkowych

    oraz

b) przewodów czynnych - w przypadku pierścieniowych obwodów odbiorczych (czyli obwodów ukształtowanych w

    formie pierścienia przyłączonego do jednego punktu obwodu zasilania).

Próbę tę wykonuje się przy użyciu źródła prądu stałego lub przemiennego o niskim napięciu od 4 do 24 V oraz prądem co najmniej 0,2 A. Prąd stosowany podczas próby powinien być dostatecznie mały, aby nie stwarzał ryzyka pożaru lub wybuchu. Sprawdzenie może być również wykonane przy użyciu mostka lub omomierza z wbudowanym źródłem napięcia pomiarowego lub metodą techniczną.

Pomiar rezystancji przewodów ochronnych w połączeniach wyrównawczych głównych polega na przeprowadzeniu pomiaru rezystancji R  między każdą częścią przewodzącą dostępną a najbliższym punktem głównego przewodu wyrównawczego, który ma zachowaną ciągłość z uziomem. Pomierzona rezystancja R powinna spełniać następujący warunek:

gdzie:

    U_c- spodziewane napięcie dotykowe podane w tabeli 5, określone na podstawie IEC 479 -1,

    I_a - prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego w wymaganym czasie 0,2; 0,4 lub 5 s.

Tablica 5 Spodziewane napięcie dotykowe

 

Pomiar rezystancji przewodów ochronnych w połączeniach wyrównawczych dodatkowych oraz we wszystkich przypadkach budzących wątpliwość co do wartości napięcia dopuszczalnego długotrwale, należy sprawdzać czy rezystancja R  między równocześnie osiągalnymi częściami przewodzącymi dostępnymi i częściami przewodzącymi obcymi spełnia warunek:

gdzie:

U_L - dopuszczalne długotrwale napięcie dotyku: 50 V-warunki normalne, 25 V- plac budowy,

I_a -prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego w wymaganym czasie.

 

Układ do sprawdzania ciągłości elektrycznej i pomiaru rezystancji przewodów instalacji elektrycznej  zasilany z obcego źródła o napięciu przemiennym do 24 V - metoda techniczna (Rys.5). Pomiar rezystancji przewodów można również wykonać przy użyciu mostka Wheatstone'a lub mostka Thomsona, albo np. z wykorzystaniem miernika do pomiaru małych rezystancji.

Rys. 5 Układ do pomiaru rezystancji przewodów ochronnych

Oznaczenia: U₁- napięcie w stanie bezprądowym; U₂- napięcie pod obciążeniem; I - prąd obciążenia;

R_L- rezystancja przewodów pomiarowych; T - transformator zasilający 150 VA;
  P - potencjometr regulacyjny; GSU - główna szyna uziemiająca; W - wyłącznik

Rezystancję połączeń ochronnych obliczamy ze wzoru:

4.2 Samoczynne wyłączenie zasilania

Skuteczność środków ochrony przy uszkodzeniu (ochrona przed dotykiem pośrednim) za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania jest sprawdzana w następujący sposób:

4.2.1 W układzie TN

Wszystkie części przewodzące dostępne instalacji powinny być przyłączone do uziemionego punktu sieci za pomocą przewodów ochronnych PE lub PEN, jak na rys. 6.

Rys. 6 Przykład sieci o układzie mieszanym TN-C-S

W  przypadku układu TN należy sprawdzić zgodność z postanowieniami PN-HD 60364-4-41:2007, dokonując:

1) pomiaru impedancji pętli zwarciowej (po przeprowadzeniu próby ciągłości elektrycznej zgodnie z pkt. 4.1);

2) sprawdzenie charakterystyk i/lub skuteczności współdziałającego urządzenia ochronnego:

   - w przypadku zabezpieczeń przetężeniowych, wykonując oględziny nastawienia krótkozwłocznego lub

     bezwłocznego wyzwalania wyłączników, prądu znamionowego i typu bezpieczników;

- w przypadku urządzeń RCD, wykonując oględziny i wymagane próby.

 

 

Sprawdzenie skuteczności ochrony przez samoczynne wyłączenie zasilania w układzie TN polega na sprawdzeniu, czy zmierzona impedancja pętli zwarciowej spełnia wymagania  411.4.4 PN-HD 60364-4-41:2007. Powinien być spełniony jest warunek:

Z_s x I_a ≤ U

 

gdzie:  Z_s - impedancja pętli zwarciowej obejmującej źródło zasilania, przewód czynny  aż do punktu zwarcia,

                 i przewód ochronny między punktem zwarcia a źródłem,

           I_a - prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia wyłączającego, w określonym w tab. 6 czasie,

          U_o - wartość skuteczna napięcia znamionowego prądu przemiennego względem ziemi.

 

Tok postępowania

1)  ustala się prąd znamionowy I_n urządzenia ochronnego (wkładki topikowej, wyłącznika nadmiarowo prądowego, oraz prąd znamionowy różnicowy I_Δn w przypadku urządzenia różnicowoprądowego)

2)  z charakterystyki czasowo - prądowej  (praktycznie z tabeli) wyznaczamy prąd I_a powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego tak, aby wyłączenie nastąpiło w wymaganym czasie 0,2; 0,4; lub 5 s;

3)  oblicza się impedancję dopuszczalną w badanym obwodzie:

4)  wykonuje się pomiar impedancji pętli zwarciowej; Z_pom.

5) spełnienie warunku potwierdza, że impedancja pętli zwarciowej L- PE ma wartość nie większą niż największa dopuszczalna dla danego obwodu: Z_pom.≤ Z_dop.

Skuteczność ochrony przeciwporażeniowej będzie spełniona ( oczywiście po uwzględnieniu pozytywnych wyników innych prób i pomiarów, np.: sprawdzeniu ciągłości elektrycznej przewodów ochronnych i wyrównawczych,  wyłączników ochronnych różnicowoprądowych itp.).

Tablica 6 Maksymalne czasy wyłączenia w układzie TN

Umowny czas wyłączenia nie dłuższy niż 5 s może być przyjęty w obwodach rozdzielczych.

 W układzie TN mogą być stosowane następujące urządzenia ochronne:

   - urządzenia ochronne przetężeniowe;
        - urządzenia ochronne różnicowoprądowe (poza TN-C od strony obciążenia).

4.3 Pomiar impedancji pętli zwarciowej

1) metodą techniczną

Pomiar ten wykonuje się przy użyciu woltomierza i amperomierza (praktycznie tej metody obecnie nie stosuje się). Przy tej metodzie osobno mierzymy i obliczymy: rezystancję Rx a następnie reaktancję Xx badanej pętli zwarcia. Impedancja pętli zwarcia Zs jest sumą geometryczną rezystancji i reaktancji i wynosi:

    

Stosowanie tej metody grozi pojawieniem się niebezpiecznego napięcia dotykowego na chronionych odbiornikach, które może wystąpić przy przerwie w przewodzie ochronnym. Dlatego przed właściwym pomiarem należy włączyć w badaną pętlę rezystor kontrolny R rzędu 6 kΩ

2) metodą spadku napięcia.

Rys. 7 Pomiar impedancji pętli zwarciowej metodą spadku napięcia

Impedancję pętli zwarcia sprawdzanego obwodu należy zmierzyć załączając na krótki okres obciążenie o znanej rezystancji. Impedancja pętli zwarcia obliczana jest ze wzoru:

gdzie:

- Z_S  -  impedancja pętli zwarciowej; 

- U₁ - napięcie pomierzone bez włączonej rezystancji obciążenia;

- U₂ - napięcie pomierzone z włączoną rezystancją obciążenia;

 - I_R - prąd płynący przez rezystancję obciążenia.

Uwaga: różnica pomiędzy U₁ i U₂ powinna być znaczna. Na tej metodzie oparta jest zasada działania prawie wszystkich mierników impedancji pętli zwarciowej.

Zaleca się, ażeby przed wykonaniem pomiaru impedancji pętli zwarciowej wykonać próbę ciągłości  między głównym zaciskiem uziemiającym a dostępnymi częściami przewodzącymi.

 

Jeżeli pomiary impedancji pętli zwarciowej są wykonywane  w temperaturze pokojowej, przy małych prądach, to należy uwzględnić zwiększenie rezystancji przewodów ze wzrostem temperatury na skutek zwarcia, aby potwierdzić w przypadku  układu TN  zgodność zmierzonej wartości impedancji pętli zwarciowej  z wymaganiami 411.4  normy PN-HD 60364-4-41:2007. Wymagania te będą spełnione jeżeli zmierzona impedancja pętli zwarciowej spełnia następującą zależność:

gdzie:

- Z_s(m) - zmierzona impedancja pętli zwarciowej, rozpoczynającej się i kończącej  w miejscu zwarcia, w (Ω);

- U_o- napięcie przewodu fazowego względem uziemionego punktu neutralnego, w (V);

- I_a - prąd powodujący samoczynne zadziałanie zabezpieczenia w czasie określonym w Tablicy 6A, lub w ciągu 5 s,

       zgodnie z warunkami określonymi w 411.4, w (A).

 

Jeżeli zmierzona w tych warunkach wartość Zs_(m)>2U_o/3I_a, to zgodność z 411.4  można określić mierząc:

a) impedancję pętli zwarciowej Ze przy złączu, obejmującej przewód fazowy i uziemiony punkt neutralny;

b) rezystancję przewodu fazowego i przewodu ochronnego w obwodzie rozdzielczym;

c) rezystancje przewodu fazowego i przewodu ochronnego w obwodzie odbiorczym;

d) rezystancje zmierzone według a), b) i c) zwiększyć na podstawie wzrostu temperatury, uwzględniając przy tym,

    w przypadku prądów zwarciowych, energię przepuszczoną przez urządzenie zabezpieczające;

e) zwiększone wartości rezystancji są dodawane do impedancji pętli zwarciowej Ze, obejmującej przewód zasilający

    fazowy i uziemiony punkt neutralny, tak aby otrzymać realną wartość Zs w warunkach zwarcia.

3) przy zastosowaniu oddzielnego zasilania

Pomiar impedancji pętli zwarciowej w układzie jak na rys. 8 przy zastosowaniu oddzielnego źródła zasilania, należy wykonać: po wyłączeniu zasilania podstawowego i zwarciu uzwojenia pierwotnego transformatora.

Rys. 8 Pomiar impedancji pętli zwarciowej przy zastosowaniu oddzielnego zasilania

Impedancja pętli zwarcia obliczana jest ze wzoru:

gdzie:

Z - impedancja pętli zwarcia;

U - napięcie zmierzone podczas próby,

 I - prąd zmierzony podczas próby.

4.2.2 W układzie TT

Wszystkie części przewodzące dostępne instalacji w układzie TT, powinny być przyłączone z uziomem

i przewodem  ochronnym RA,  jak na rys. 9.

W  przypadku układu TT należy sprawdzić zgodność z postanowieniami PN-HD 60364-4-41:2007, dokonując:

1) pomiaru rezystancji R_A  uziomu dostępnych części przewodzących instalacji;

2) sprawdzenie charakterystyk i/lub skuteczności współdziałającego urządzenia ochronnego:

   - w przypadku zabezpieczeń przetężeniowych, wykonując oględziny nastawienia krótkozwłocznego lub

     bezwłocznego wyzwalania wyłączników, prądu znamionowego i typu bezpieczników;

- w przypadku urządzeń RCD, wykonując oględziny i próbę.

Rys. 9 Przykład sieci o układzie TT.

Sprawdzenie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w układzie TT, gdy urządzeniem samoczynnego wyłączenia zasilania jest  zabezpieczenie nadmiarowo-prądowe, może polegać na sprawdzeniu czy spełniony jest następujący warunek:

Z_s x I_a ≤ U_o

Jeżeli urządzeniem ochronnym jest urządzenie ochronne różnicowoprądowe, to należy sprawdzić, czy spełniony jest warunek obniżenia napięcia dotykowego poniżej wartości dopuszczalnej długotrwale:

R_A x I_a ≤ U_L

gdzie:

R_A - jest suną rezystancji uziomu i przewodu ochronnego części przewodzących dostępnych,

Ia - jest prądem powodującym samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego.

Przeprowadzamy pomiar rezystancji uziomu i przewodu ochronnego R_A, aby sprawdzić czy rezystancja zastosowanego uziomu jest dostatecznie mała i czy spełniony jest warunek skuteczności ochrony przez obniżenie napięcia dotyku poniżej wartości dopuszczalnej długotrwale.

Jeżeli urządzeniem ochronnym jest zabezpieczenie przetężeniowe powinno być ono:

- urządzeniem o zależnej charakterystyce czasowo-prądowej, a prąd I_a powinien być prądem zapewniającym

  samoczynne zadziałanie w czasie nie dłuższym niż 5 s, lub

- urządzeniem z działaniem natychmiastowym, a prąd I_a powinien być minimalnym prądem zapewniającym

  natychmiastowe wyłączenie zasilania.

 

Wymagania:

Wszystkie części przewodzące dostępne chronione wspólnie przez to samo urządzenie ochronne powinny być połączone ze sobą przewodami ochronnymi i przyłączone do tego samego uziomu.

1) Jeżeli stosuje się kilka urządzeń ochronnych połączonych szeregowo, wymaganie to odnosi się oddzielnie do

    wszystkich części przewodzących dostępnych, chronionych przez każde z tych urządzeń.

2) Punkt neutralny lub, w razie jego braku, jeden z przewodów fazowych powinien być uziemiony w każdej

   prądnicy lub stacji transformatorowej.

3) W układach TT mogą być stosowane następujące urządzenia ochronne:

   - urządzenia ochronne różnicowoprądowe;

   - urządzenia ochronne przetężeniowe,

   - urządzenia przeciwprzepięciowe.

3) W układzie IT

Wszystkie części przewodzące dostępne instalacji powinny być przyłączone z uziomem i przewodem ochronnym R_A, jak na rys.10.

Prąd pojedynczego zwarcia z ziemią ma charakter prądu pojemnościowego (zwykle poniżej 1 A) nie wystarcza do spełnienia warunku samoczynnego wyłączenia zasilania, ale za to z reguły występuje skuteczne obniżenie napięcia dotykowego do bezpiecznego w danych warunkach środowiskowych, zwykle 50 V lub 25 V.

Rys. 10 Przykład sieci o układzie IT

Sprawdzenie zgodności z wymaganiami PN-HD 60364-4-41:2007 w układzie IT, wykonuje się poprzez obliczenie lub wykonanie pomiaru prądu I_d  w przypadku pierwszego doziemienia przewodu czynnego lub neutralnego.

W układach IT części czynne powinny być odizolowane od ziemi lub połączone z ziemią za pośrednictwem impedancji o odpowiednio dużej wartości. Takie połączenie może być wykonane albo w punkcie neutralnym układu, albo w sztucznym punkcie neutralnym.  Żaden przewód czynny instalacji nie powinien być bezpośrednio połączony z ziemią.

Części przewodzące dostępne powinny być uziemione  indywidualnie, grupowo lub zbiorowo. Powinien być spełniony warunek:

R_A x I_d ≤ U_L

gdzie:

 R_A - jest rezystancją uziemienia części przewodzących dostępnych;

  I_d - jest prądem pierwszego doziemienia przy pomijalnej impedancji między przewodem  fazowym i częścią

        przewodzącą dostępną.

U_L - napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale: 50 V - dla warunków środowiskowych normalnych, 25 V

      i więcej dla warunków o zwiększonym niebezpieczeństwie.

 

Przy wyznaczaniu wartości prądu I_d należy uwzględnić:

- prądy upływowe,

- całkowitą impedancję uziemień w układzie,

- rezystancje pomiędzy przewodami fazowymi a ziemią oraz impedancję pomiędzy punktem neutralnym

  transformatora a ziemią (o ile istnieje).

Zaleca się, aby pojedyncze zwarcie z ziemią było usuwane możliwie szybko, przy zachowaniu szczególnej ostrożności. Zwarcie takie powoduje wzrost napięcia w pozostałych fazach w stosunku do ziemi o √3 i stwarza zagrożenie porażeniem, w przypadku zwarcia z ziemią drugiej fazy. Przy zwarciu z ziemią drugiej fazy, które może wystąpić w zupełnie innym miejscu układu, zwarcie przekształca się w podwójne zwarcie z ziemią, podczas którego przepływający prąd osiąga dużą wartość.

Warunki wyłączenia podwójnego zwarcia z ziemią zależą od sposobu uziemienia części przewodzących dostępnych, podanego na rysunku:

Rys.11 Sposoby uziemień

- Przy uziemieniu indywidualnym lub grupowym, warunki ochrony są analogiczne jak dla układu  TT.

- Przy uziemieniu zbiorowym, warunki ochrony są analogiczne jak dla układu TN.

 

Dla zapewnienia szybkiego wyłączenia zasilania przy podwójnym zwarciu doziemnym w układzie IT, muszą być spełnione następujące warunki:

 

- jeżeli nie jest stosowany przewód neutralny:

- jeżeli jest stosowany przewód neutralny:

gdzie:

Z_s   - impedancja pętli zwarcia obejmująca przewód fazowy i przewód ochronny obwodu,

Z ^'_s - impedancja pętli zwarcia obejmująca przewód neutralny i przewód ochronny obwodu,

 I_a -  prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego w czasie określonym w Tablicy 7, lub

       w czasie nie dłuższym niż 5 s, gdy taki czas jest dopuszczalny,

U_o - znamionowe napięcie prądu przemiennego między fazą a punktem neutralnym.

Dłuższe niż podane w tablicy czasy wyłączenia, lecz nie dłuższe niż 5 s można przyjmować w przypadkach jak dla układu TN.

Tablica 7. Maksymalne czasy wyłączenia w układzie IT

W układach IT mogą być stosowane następujące urządzenia kontrolne i ochronne:

- urządzenia do stałej kontroli stanu izolacji, powodujące wyłączenie układu w przypadku pojedynczego zwarcia

  z ziemią,

- urządzenia ochronne przetężeniowe (nadprądowe),

- urządzenia ochronne różnicowoprądowe.

 

    4.4 Ochrona za pomocą SELV, PELV lub separacji elektrycznej

1) Ochrona za pomocą SELV

Rys. 12 Separacja części czynnych SELV

Ten rodzaj ochrony polegający na separacji części czynnych obwodu SELV od części czynnych innych obwodów i od ziemi, według PN-HD 60364-4-41:2007 należy sprawdzić, mierząc rezystancję izolacji. Uzyskane wartości rezystancji powinny być zgodne z podanymi w Tablicy 6A.

2) Ochrona za pomocą PELV

Rys. 13 Separacja części czynnych PELV

Ten rodzaj ochrony polegający na separacji części czynnych obwodu PELV od części czynnych innych obwodów i od ziemi, według PN-HD 60364-4-41:2007 należy sprawdzić, mierząc rezystancję izolacji. Uzyskane wartości rezystancji powinny być zgodne z podanymi w Tablicy 6A.

3) Ochrona za pomocą separacji elektrycznej

Separacja elektryczna polega zwykle na zasilaniu pojedynczego odbiornika przez transformator separacyjny o przekładni 1:1, wykonany w drugiej klasie ochronności, lub z przetwornicy separacyjnej.

Separacja elektryczna pojedynczego obwodu ma na celu zabezpieczenie przed prądem rażeniowym przy dotyku do części przewodzących dostępnych, które mogą znaleźć się pod napięciem w wyniku uszkodzenia izolacji podstawowej obwodu.

Zaleca się, aby w obwodzie separowanym, iloczyn napięcia znamionowego U ( nie przekraczającego 500 V) i łącznej długości przewodów łączących L (nie przekraczającej 500 m), spełniał warunek:

U ∙ L ≤ 100 000

Jeżeli z obwodu separowanego jest zasilanych kilka urządzeń, to ich dostępne części przewodzące powinny być połączone ze sobą nieuziemionymi połączeniami wyrównawczymi (środek ochrony przy dotyku pośrednim), a zasilające je gniazda wtyczkowe muszą być wyposażone do tego celu w styki ochronne.

Rys. 14. Schemat separacji elektrycznej

Oznaczenia: CC - nieuziemione połączenie wyrównawcze,

 

Separację części czynnych jednego obwodu od części czynnych innych obwodów i od ziemi, według PN-HD 60364-4-41:2007 należy sprawdzić, mierząc rezystancję izolacji. Uzyskane wartości rezystancji powinny być zgodne z podanymi w Tablicy 6A.

 

W celu dokonania badań i pomiarów ochrony przez zastosowanie separacji elektrycznej należy:

a)  obliczyć iloczyn napięcia znamionowego obwodu separowanego i łącznej długości przewodów tego obwodu,

     który nie powinien przekraczać 100 000 V·m;

b)  zmierzyć ciągłość i rezystancję nieuziemionych połączeń wyrównawczych;

c)  sprawdzić stan przewodów oraz gniazd wtyczkowych;

d)  w przypadku separacji elektrycznej obwodów z odbiornikami zainstalowanymi w więcej niż jednym obwodzie,

     sprawdzić drogą pomiarów lub metodą obliczeniową dla przypadku dwóch przypadkowych uszkodzeń o

     pomijalnej impedancji między różnymi przewodami czynnymi, a  także między przewodem ochronnym połączeń

     wyrównawczych lub częściami przewodzącymi dostępnymi przyłączonymi do niego. Co najmniej jeden z

     uszkodzonych obwodów powinien być odłączony. Czas odłączenia powinien być zgodny z czasem

     samoczynnego odłączania urządzeń ochronnych w układzie TN,

e)  dokonać oceny wyników badań i oceny skuteczności ochrony przez zastosowanie środków ochrony

     dodatkowej.

4.4. Pomiar rezystancji / impedancji izolacji podłóg i ścian

Pomiar impedancji lub rezystancji podłóg i ścian izolacyjnych należy przeprowadzić przy napięciu sieci względem ziemi i nominalnej częstotliwości lub przy niższym napięciu takiej samej częstotliwości, w powiązaniu z pomiarem rezystancji izolacji. Pomiar impedancji lub rezystancji izolacji podłóg i ścian można wykonać zarówno przy napięciu przemiennym jak i przy napięciu stałym,  następującymi metodami:

1) Pomiar przy napięciu przemiennym a.c.

a) pomiar przy znamionowym napięciu,

b) pomiar przy niższych napięciach (minimum 25 V) i dodatkowo próba izolacji przy napięciu pomiarowym o

  wartości minimum:

  -  500 V - dla napięć znamionowych instalacji nie przekraczających 500 V oraz

  - przy napięciu pomiarowym 1 000 V  - dla napięć znamionowych układu powyżej 500 V.

 

Mogą być stosowane zamienne następujące źródła napięcia:

a) napięcie układu uziemionego (napięcie względem ziemi), występujące w miejscu pomiaru;

b) napięcie wtórne transformatora dwuuzwojeniowego;

c) niezależne źródło napięcia o nominalnej częstotliwości układu.

W przypadkach wyszczególnionych w b) i c) źródło napięcia pomiarowego należy uziemić na czas pomiaru.

Jeżeli napięcia pomiarowe przekraczają 50 V, to ze względów bezpieczeństwa należy ograniczyć maksymalny prąd wyjściowy do 3,5 mA.

 

2) Pomiar przy napięciu stałym d.c:

a) próba izolacji z użyciem napięcia probierczego minimum 500 V, w przypadku układu o napięciu znamionowym

    nie przekraczającym 500 V;

b) próba izolacji z użyciem napięcia probierczego minimum 1 000 V,  w przypadku układu o napięciu znamionowym

    większym niż 500 V;

4.4.1 Metoda probiercza pomiaru impedancji podłóg i ścian przy napięciu przemiennym

Prąd I  z zewnętrznego źródła napięcia lub z przewodu liniowego L płynie przez amperomierz do elektrody probierczej. Napięcie U_x na elektrodzie względem przewodu PE mierzy się woltomierzem o wewnętrznej rezystancji równej co najmniej 1 MΩ.  Impedancja izolacji podłogi wyniesie wówczas:  

Można zastosować dowolny z niżej podanych typów elektrod probierczych. W przypadkach spornych zalecana jest metoda wykorzystująca elektrodę probierczą 1.

1) Pomiar przy użyciu elektrody probierczej 1

Elektroda probiercza 1 jest metalowym statywem trójnożnym, którego elementy, spoczywające na podłodze tworzą wierzchołki trójkąta równobocznego. Każdy z podtrzymujących punktów jest wyposażony w elastyczną podstawę zapewniającą, po obciążeniu, dokładny styk z badana powierzchnią o powierzchni około 900 mm², przedstawiającym rezystancję mniejsza niż 5 000 Ω.

Przed pomiarami badana powierzchnię czyści się przy użyciu płynu czyszczącego. W przypadku wykonywania pomiarów podłóg do trójnogu przykłada się siłę 750 N, a w przypadku ścian 250 N.

 

Rys. 15 Metoda probiercza przy napięciu przemiennym 

(źródło PN-HD 60364-6:2008)

 

2) Pomiar przy użyciu elektrody probierczej  2

 

Rys. 16 Metoda probiercza przy napięciu przemiennym

4.4.2 Metoda probiercza pomiaru impedancji podłóg i ścian przy napięciu stałym

Jako źródło prądu stałego stosuje się omomierz induktorowy lub próbnik izolacji z zasilaniem bateryjnym, wytwarzające w stanie bez obciążenia napięcie o wartości około 500 V (lub 1 000 V przy napięciu znamionowym instalacji przekraczającym 500 V). Rezystancję mierzy się między elektrodą probierczą a przewodem ochronnym instalacji.

Rys. 17 Metoda probiercza przy napięciu stałym

Wartość rezystancji izolacji stanowiska odczytujemy ze wskazania induktora IMI, po 60 s od chwili przyłożenia napięcia probierczego.

Dla sprawdzenia wymagań podanych w PN-HD 60364-4-41:2007 należy  wykonać przynajmniej trzy pomiary w tym samym pomieszczeniu, z czego:

- jeden w odległości  ok. 1 m od dostępnych części przewodzących obcych występujących w tym pomieszczeniu,

- pozostałe dwa pomiary wykonać dla większych odległości.

  Przy pomiarze rezystancji stanowiska prądem przemiennym uzyskujemy  jako wynik nieco większą wartość, gdyż wynikiem jest wartość impedancji mierzonego obwodu  a interesuje nas wartość rezystancji izolacji stanowiska.

Wyniki badań należy uznać za pozytywne, jeżeli spełnione są wszystkie wymagania dotyczące skuteczności ochrony przez stosowanie izolowania stanowiska oraz jeżeli uzyskane wyniki mieszczą się w  granicach dopuszczalnych:

  -  50 kΩ, jeżeli napięcie znamionowe instalacji nie przekracza 500 V,

  - 100 kΩ, jeżeli napięcie znamionowe instalacji przekracza 500 V.

 

Po zakończeniu badań należy sporządzić wymaganą dokumentację.

 

4.6 Nieuziemione połączenia wyrównawcze miejscowe

Nieuziemione połączenia wyrównawcze miejscowe mają na celu zapobieżenie pojawieniu się niebezpiecznych napięć dotykowych. Istota tej ochrony polega na łączeniu między sobą wszystkich części przewodzących jednocześnie dostępnych oraz części przewodzących obcych za pomocą nieuziemionych miejscowych połączeń wyrównawczych.

Rys. 18 Zasada działania nieuziemionych połączeń wyrównawczych

Oznaczenia: A - część przewodząca dostępna z uszkodzoną izolacją, B - część przewodząca obca,

T - transformator separacyjny, I - największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia,

 CC - przewód ochronny połączenia wyrównawczego.

System połączeń wyrównawczych miejscowych nie powinien mieć połączenia elektrycznego z ziemią przez części przewodzące dostępne lub przez części przewodzące obce.

Rezystancja połączeń wyrównawczych powinna być tak dobrana, aby największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia zasilania, wywoływał na niej spadek napięcia nie przekraczający dopuszczalnej w danych warunkach środowiskowych wartości napięcia dotykowego bezpiecznego. Powinien być spełniony warunek:

gdzie:

  I - największy spodziewany prąd nie powodujący samoczynnego wyłączenia,

 R - rezystancja połączenia wyrównawczego,

U_L- napięcie bezpieczne dopuszczalne długotrwale, np. 50 V, 25 V w zależności od warunków środowiskowych

Należy przewidzieć środki ostrożności zapobiegające narażeniu na niebezpieczną różnicę potencjałów osób wchodzących do przestrzeni z połączeniami wyrównawczymi miejscowymi, szczególnie w przypadku, gdy przewodząca podłoga izolowana od ziemi jest połączona z nieuziemionym systemem połączeń wyrównawczych.

 

4.7 Pozostałe sprawdzenia odbiorcze i okresowe

1) Ochrona uzupełniająca

Skuteczność środków zastosowanych do ochrony uzupełniającej należy sprawdzić poprzez oględziny i wykonanie prób. Jeżeli do ochrony uzupełniającej zastosowano wymagane urządzenia różnicowoprądowe, to skuteczność samoczynnego wyłączania zasilania zasilania przez RCD należy sprawdzić  zgodnie z wymaganiami Części 4-41.

 

2) Sprawdzenie biegunowości

Jeżeli przepisy zabraniają instalowania łączników jednobiegunowych w przewodzie neutralnym, należy sprawdzić czy wszystkie te łączniki są włączone jedynie w przewody fazowe.

 

3) Próby funkcjonalne

Zespoły, takie jak rozdzielnice i sterownice, napędy, urządzenia sterownicze i blokady, powinny być poddane próbie działania w celu stwierdzenia, czy są one właściwie zamontowane, nastawione i zainstalowane zgodnie z odpowiednimi wymaganiami normy PN-HD 60364-6:2008.

 

4) Sprawdzenie kolejności faz

W przypadku obwodów wielofazowych należy sprawdzić czy kolejność faz jest zachowana.

 

5) Spadek napięcia

W razie potrzeby należy sprawdzić zgodność z Rozdziałem 525 Części 5-52. Spadek napięcia może być

 określony:

- na podstawie pomiaru impedancji obwodu;

- na podstawie diagramu, którego przykład podano w Załączniku D normy PN-HD 60364-6:2008..

 

5. Rezystancja uziomu

Pomiar rezystancji uziomu powinien być wykonany odpowiednią metodą techniczną lub kompensacyjną. Rezystancję uziomu mierzy się prądem przemiennym, ze względu na elektrolityczny charakter przewodności gruntu. Prąd dopływający do uziomu rozpływa się w gruncie promieniście na wszystkie strony. Gęstość prądu jest największa koło uziomu, powodująca powstanie lejowatej krzywej potencjału, której kształt jest zależny od rezystywności gruntu.

5.1 Pomiar metodą techniczną

Pomiar rezystancji uziomu metodą techniczną należy wykonać  z użyciem dwóch uziomów pomocniczych. Układ do pomiaru rezystancji uziomu metodą techniczną ( rys.24) tworzą:

Obwód prądowy układu pomiarowego składa się z amperomierza o większym zakresie od spodziewanego prądu i

wysokiej klasy dokładności., uziomu  badanego T i uziomu pomocniczego T₁.

Obwód napięciowy układu pomiarowego składa się z woltomierza o dużej rezystancji wewnętrznej, min. 200 Ω/V,

magnetoelektryczny lub lampowy wysokiej klasy dokładności do 0,5 i uziomu pomocniczego T_2.

 

Przygotowanie układu sond pomocniczych względem badanego uziomu polega na:

- pogrążeniu w gruncie sond pomocniczych T₁ i T₂ na głębokość co najmniej 0,5 m, zachowując odległości ≥ 20 m

  między uziomem badanym T a sondą pomocniczą T₂ oraz między  sondami T₁  i T₂, niezależnie od konfiguracji

  ich rozmieszczenia względem uziomu badanego T;

- rezystancja sondy pomocniczej nie powinna przekraczać 30 Ω;

- sondę pomocniczą  T₂ pogrążyć w przestrzeni o potencjale zerowym ( V = 0).

Rys. 24 Pomiar rezystancji uziomu metodą techniczną

Oznaczenia: T- uziom badany,  T₂ - uziom pomocniczy (sonda napięciowa),   T₁ - uziom pomocniczy (sonda prądowa, Tr - transformator, V - przebieg potencjału między uziomem badanym i uziomem pomocniczym prądowym.

 

W czasie pomiaru prąd przemienny o stałej wartości przepływa między uziomem badanym T a uziomem pomocniczym  T₁  umieszczonym w takiej odległości od uziomu badanego, że oba uziomu nie oddziaływają na siebie.

Wartość rezystancji uziomu jest równa napięciu między uziomem badanym T  a  uziomem pomocniczym T₂, podzielonemu przez prąd przepływający między uziomem badanym T a sondą pomocnicza T₁: 

Metoda techniczna pomiaru rezystancji uziomu nadaje się do pomiaru małych rezystancji w granicach

od 0,01-1Ω.

 

Wadami metody technicznej są:

a) konieczność stosowania pomocniczych źródeł zasilania;

b) na wynik pomiaru mogą mieć wpływ prądy błądzące;

c) niemożliwość bezpośredniego odczytu mierzonej rezystancji.

Rys. 25 Pomiar rezystancji uziomu

Oznaczenia: T: uziom badany, odłączony od wszystkich innych źródeł zasilania; T₁ T₂:uziomy pomocnicze,

X - usytuowanie T₂ zmienione do sprawdzenia pomiaru,

Y - kolejne usytuowanie  T₂ zmienione do drugiego sprawdzenia pomiaru 

Aby sprawdzić, że rezystancja uziomu jest wartością prawidłową należy wykonać dwa dalsze pomiary z przesuniętym drugim uziomem pomocniczym T₂ (o 6 m). Jeżeli rezultaty tych trzech pomiarów są do siebie zbliżone, w granicach dokładności technicznej, to średnią z tych trzech pomiarów przyjmuje się jako rezystancję uziomu T. Jeżeli nie ma takiej zgodności, próby należy powtórzyć, przy zwiększając odległość pomiędzy T a T₁.

5.2 Pomiar metodą kompensacyjną

Rys. 26 Czołowa płyta miernika IMU

 

Rys. 27. Układ do pomiaru rezystancji uziomu metodą kompensacyjną

 Do pomiaru rezystancji uziomu używany jest induktorowy miernik IMU oparty na metodzie kompensacyjnej. Metoda ta stosowana jest do pomiarów rezystancji uziomów od kilku do kilkuset Ω.

Źródłem pomiarowym jest prądnica  (induktor korbkowy z napędem ręcznym) generująca napięcie o częstotliwości 65 Hz przy 160 obr./min. Napięcie znamionowe wynosi kilkadziesiąt woltów i nie musi być regulowane. Napięcie uziomu T względem elektrody napięciowej  kompensuje się spadkiem napięcia na potencjometrze R_r. Wskazania odczytuje się na podziałce potencjometru R_r  wycechowanej w Ω , po skompensowaniu napięcia na rezystancji uziomu T napięciem na potencjometrze i uzyskania zerowego wskazania galwanometru. Ze względu na małą moc źródła prądu miernika IMU wymuszony prąd jest niewielki  i miernik ma ograniczony zakres zastosowania.

Znamionowe wartości zakresów pomiarowych miernika IMU wynoszą: 5 - 50 - 500 Ω lub 10 - 100 - 1000 Ω przy znamionowym napięciu pomiarowym wynoszącym 300 V.

 

Tok postępowania:

- przygotowanie układu sond pomocniczych względem badanego uziomu - jak przy metodzie technicznej;

- sprawdzić poprawność działania miernika zgodnie z instrukcją producenta;

- ustawić przełącznik zakresów w pozycji odpowiadającej przewidywanej wartości pomiaru;

- obracając korbką przyrządu (160 obr./min.) regulować potencjometrem do czasu uzyskania zerowego wskazania

  galwanometru;

- odczytać wartość wskazaną na podziałce potencjometru w omach, pomnożyć przez ustawiony mnożnik

  przełącznika zakresów.

- wartość zmierzoną R_x należy pomnożyć przez współczynnik korekcyjny K_p (współczynnik sezonowych zmian

  rezystywności gruntu), według wzoru:

R₂₀ = R_x ∙ K_p

 

Wartości współczynnika korekcyjnego K_p podane są w Tablicy 2.

Rezystancja uziemienia uziomu zależy od sposobu jego wykonania, głównie od głębokości pogrążenia. Przez zwiększenie głębokości pogrążenia uziomu uzyskuje się zmniejszenie jego rezystancji. Głębokość pogrążenia uziomu wpływa również na niezmienność rezystancji w czasie. Rezystancja uziomu głębokiego jest stabilna, gdyż nie wpływa na nią wysychanie ani zamarzanie gruntu.

5.3 Pomiar rezystancji pętli uziemienia z użyciem zacisków prądowych

Przedstawiona metoda pomiarowa ma zastosowanie do istniejących pętli uziemienia w obrębie kratowego układu uziemiającego jak przedstawiono na rys. 28.

Rys. 28 Pomiar rezystancji pętli uziemienia z użyciem zacisków prądowych

Oznaczenia: R_T- uziemienie transformatora, R_x- nieznana rezystancja uziomu, którą należy zmierzyć,

R₁...R_n- równoległe uziemienia połączone połączeniem wyrównawczym lub przewodem PEN

W metodzie tej pierwszy zacisk wprowadza w pętli zwarciowej napięcie pomiarowe U, które wymusza przepływ prądu I w pętli, natomiast drugi zacisk dokonuje pomiaru tego prądu. Rezystancja pętli zwarciowej obliczana jest jako iloraz napięcia U i prądu I.

Wypadkowa rezystancja połączonych równolegle rezystancji R₁...R_njest zazwyczaj wartością małą i nie wpływa praktycznie na wynik pomiarów. Zmierzona rezystancja pętli uziemienia jest równa rezystancji zmierzonej lub nieznacznie niższa.

W praktycznych rozwiązaniach każdy zacisk może być indywidualnie podłączony do miernika cęgowego lub zespolony w jeden specjalny zacisk.

Ten sposób pomiarów rezystancji pętli uziemienia t.j. z użyciem zacisków prądowych stosuje się bezpośrednio do układów TN oraz w obwodach pętli zwarciowej układów TT.

W układach TT, w których istnieje tylko połączenie z uziemieniem o nieznanej rezystancji, pętla w czasie pomiaru może zostać zamknięta przez krótkotrwałe połączenie przewodu neutralnego z uziemieniem (instalacja quasi TN). Dla zapewnienia bezpieczeństwa w czasie wykonywania pomiarów, a w szczególności uniknięcia ryzyka wystąpienia prądu spowodowanego różnicą potencjałów pomiędzy przewodem neutralnym a uziemieniem, układ powinien być wyłączony podczas przyłączania i odłączania zacisków miernika cęgowego.

6.4 Pomiar rezystywności gruntu

Mierniki rezystancji uziomów realizują także funkcję  pomiaru rezystywności. Pomiar rezystywności gruntu np. metodą Wennera może być wykonany induktorowym miernikiem IMU. Przy wyznaczaniu rezystywności gruntu miernikiem IMU należy:

- zdjąć płytkę zwierająca zaciski R_d i R_x miernika,

- pogrążyć  w gruncie sondy  w linii prostej,  z zachowaniem jednakowych odstępów “a” (odstępy między sondami

  wynoszą zwykle kilka metrów);

- rozmieszczone sondy połączyć z zaciskami miernika, jak na rys. 29.

 

 Zmierzona wartość jest wartością średnią rezystywności gruntu w obszarze półkuli o średnicy równej 3a.

Rys. 29 Układ do pomiaru rezystywności gruntu

Pomiary wykonujemy, jak przy pomiarze rezystancji uziomu, a odczytaną wartość R_x mnożymy przez 2 π a. Szukana rezystywność gruntu wynosi:

ρ = 2 π a R_x ,  w Ωm

---