Samoczynne wyłączenie zasilania w chwili zwarcia - sposoby weryfikacji ochrony

Eksploatacja instalacji i urządzeń elektrycznych może powodować zagrożenie związane z porażeniem prądem, zwłaszcza przy wystąpieniu uszkodzenia w obwodzie zasilającym lub zasilanym z niego sprzęcie. Zapewnienie ochrony osobom znajdującym się w chwili zwarcia w bezpośredniej bliskości urządzeń elektrycznych polega na samoczynnym wyłączeniu zasilania.

Na czym polega ochrona przez samoczynne wyłączenie zasilania?

Sposób weryfikacji, czy ten rodzaj ochrony jest zapewniony, polega na sprawdzeniu, czy prąd, który pojawi się na skutek uszkodzenia, będzie większy od prądu powodującego zadziałanie zabezpieczenia zastosowanego w sprawdzanym obwodzie. 

Norma HD 60364-4-41 określa, iż wyłączenie w przypadku zwarcia powinno nastąpić w czasie 0,4 s (układ sieci TN, 230-400 V AC). Wielkość prądu powodującego samoczynne wyłączenie zasilania w takim czasie wynika z charakterystyki pasmowej zastosowanych wkładek topikowych lub bezpieczników innego rodzaju.

Prąd uszkodzeniowy a charakterystyka zabezpieczeń nadprądowych

Dla powszechnie używanych zabezpieczeń nadprądowych wielokrotnego użytku, mocowanych na szynę TH, jest to proste do ustalenia i odpowiednio dla charakterystyk B, C i D wynosi 5, 10 i 20 krotności prądu nominalnego zabezpieczenia, niezależnie od jego producenta. 

Faktyczny prąd uszkodzeniowy obliczany jest na podstawie zmierzonej impedancji pętli zwarcia. Dla obwodów odbiorczych wykonanie takiego badania jest stosunkowo proste i można do tego celu wykorzystać każdy dostępny na rynku miernik pętli zwarcia. Prąd uszkodzeniowy będzie ilorazem napięcia nominalnego w badanej sieci i zmierzonej impedancji. 

Porównanie opisanych prądów pozwala na stwierdzanie, czy ten rodzaj ochrony jest zachowany, czy też nie.

Problemy pomiarowe w przemysłowych sieciach rozdzielczych

Ten sam rodzaj ochrony nie jest jednak już tak prosty do sprawdzenia w instalacjach rozdzielczych, gdzie występują dużo wyższe prądy zwarciowe i tym samym zdecydowanie mniejsze impedancje pętli zwarcia przy napięciach wyższych niż 400 V (np. 690 V). 

Powszechnie stosowane mierniki do tego rodzaju pomiarów mają zakres pomiarowy ok. 0,13 Ω w górę przy rozdzielczości 0,01 Ω, co jest jednak niewystarczające do badań w przemysłowych sieciach rozdzielczych ze względu na maksymalne dopuszczalne niepewności pomiarowe (EN IEC 61557-1).

Silnoprądowe mierniki impedancji pętli zwarcia Sonel – rozwiązanie dla przemysłu

W odpowiedzi na te potrzeby firma Sonel S.A. opracowała unikalne silnoprądowe mierniki impedancji pętli zwarcia Sonel MZC-320S, Sonel MZC-330S i Sonel MZC-340-PV. W celu zwiększenia rozdzielczości pomiaru, a tym samym zakresu pomiarowego, zastosowano w tych urządzeniach obwody pomiarowe zwarcia, pozwalające na wymuszenie prądu zwarciowego ok. 130 A dla napięcia sieciowego 230 V (pomiar obwodu jednofazowego) i maksymalnie ok. 300 A dla napięcia do 750 V (pomiar pętli faza-faza, rezystor zwarciowy 2,5 Ω). Takie podejście pozwoliło na uzyskanie zakresu pomiarowego od 7,2 mΩ przy rozdzielczości 0,1 mΩ. Badanie wykonywane jest metodą czteroprzewodową, co eliminuje wpływ rezystancji przewodów pomiarowych na wynik pomiaru. 

Ograniczenia pomiarów przy bardzo dużych prądach zwarciowych i kryteria alternatywne

W niektórych przypadkach nawet tak wysokie parametry metrologiczne mogą być niewystarczające. Dotyczy to obwodów o bardzo wysokich prądach zwarciowych przy zabezpieczeniach bardzo dużej mocy.

 
Zdjęcie 1. Pomiar wykonywany miernikiem impedancji pętli zwarcia Sonel MZC-330S

W takich sytuacjach może się okazać, że nie będziemy potrafili określić właściwego prądu uszkodzeniowego lub że warunek samoczynnego wyłączenia zasilania nie będzie spełniony. Dlatego Sonel MZC-320S, Sonel MZC-330S i Sonel MZC-340-PV przy pomiarze impedancji pętli zwarcia potrafią zmierzyć również napięcie rażeniowe i dotykowe, co pozwala na dopuszczenie badanego obiektu do eksploatacji na podstawie kryterium napięć.

Obecnie mierniki Sonel MZC-320S, Sonel MZC-330S oraz MZC-340-PV wyróżniają się na tle konkurencji, gdyż mogą być wykorzystywane w sieciach o napięciu znamionowym (międzyfazowym) 500 V, 690 V oraz do 900 V.

Miernik	Sonel MZC-320S	Sonel MZC-330S	Sonel MZC-340-PV
Zakres pomiaru napięcia	0 V…550 V	0 V…750 V	0 V…900 V
Metoda 4p – pomiar impedancji dużym prądem wg EN IEC 61557 (maksymalny prąd 300 A)	7,2 mΩ…1999 mΩ	7,2 mΩ…1999 mΩ	7,2 mΩ…1999 mΩ
Kategoria pomiarowa wg IEC 61010-2-030:2023	CAT IV 600 V	CAT IV 600 V	CAT IV 1000 V

      

Bezpieczeństwo pomiarów i system chłodzenia przy dużych prądach

Duże prądy zwarciowe, wymuszane podczas pomiaru (nawet 300 A), powodują wydzielanie się ogromnych ilości energii, co z kolei wymusiło opracowanie nowatorskiego, wydajnego systemu chłodzenia. Gwarantuje on wykonanie nawet dziesięciu pomiarów na minutę. 

  
Zdjęcie 2. Miernik Sonel MZC-320S oraz Sonel MZC-340-PV

Komunikacja, ergonomia i odporność środowiskowa mierników

Mierniki standardowo wyposażone są w pamięć i możliwość transmisji danych do komputera za pomocą USB lub bezprzewodowo. Miernik MZC-340-PV to urządzenie w pełni sterowane z dowolnego urządzenia posiadającego wbudowaną komunikację Wi-Fi (telefon, tablet, komputer).

Ze względu na przeznaczenie, walizkowe obudowy mierników mają stopień ochrony IP67. W MZC-320S i MZC-330S podświetlany wyświetlacz pozwala na wygodną i intuicyjną obsługę. Z kolei MZC-340-PV wyświetlacza nie ma, gdyż – jak już wspomniano – jest sterowny wyłącznie z zewnętrznego urządzenia. 

Zastosowanie mierników Sonel w instalacjach odbiorczych i rozdzielczych

Wymienione wyżej unikalne cechy mierników MZC-320S, MZC-330S oraz MZC-340-PV powodują, iż jako jedyne obecnie na świecie mogą być stosowane do pomiarów małych pętli zwarcia (poniżej 0,13 Ω) w sieciach przemysłowych o napięciach międzyfazowych 500 V, 690 V oraz 900 V. 

Oczywiście właściwości metrologiczne i użytkowe gwarantują przydatność tych mierników przy pomiarach impedancji pętli zwarcia dla każdego rodzaju instalacji elektrycznej, zarówno o charakterze odbiorczym i rozdzielczym, niezależnie od rodzaju zastosowanych zabezpieczeń.

 

Autorzy:
Roman Domański
Wojciech Siergiej
Sonel S.A.