3 - Rezyst_pętli_zw

POMIAR IMPEDANCJI PĘTLI ZWARCIA
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z ochroną przed dotykiem pośrednim, realizowaną przez
samoczynne wyłączenie zasilania. W ćwiczeniu możliwe jest pomiarowe sprawdzenie skuteczności
ochrony w sieci TN poprzez wykonanie pomiaru impedancji pętli zwarcia.
2. Ochrona przed dotykiem pośrednim.
Samoczynne wyłączenie zasilania jest najbardziej rozpowszechnionym środkiem ochrony przed
dotykiem pośrednim. Stosowanie tej ochrony jest możliwe we wszystkich układach sieciowych TN, TT
oraz IT. Ochrona ta polega na spowodowaniu w szybkiego samoczynnego wyłączenia chronionego
obwodu lub urządzenia w przypadku uszkodzeń – zwarć między częścią czynną i częścią przewodzącą
dostępną lub przewodem ochronnym tego obwodu albo urządzenia – wywołujących napięcie dotykowe
na częściach przewodzących dostępnych o wartościach niebezpiecznych dla zdrowia i życia.
2.1. Ochrona przed dotykiem pośrednim w sieciach TN.
W układach sieci TN wszystkie części przewodzące dostępne instalacji powinny być przyłączone do
uziemionego punktu sieci zasilającej za pomocą przewodów ochronnych uziemionych na każdym
transformatorze.
W układach TN jako urządzenia nadprądowe powodujące samoczynne wyłączenie stosowane są:
– urządzenia ochronne przetężeniowe ( bezpiecznik, wyłącznik samoczynny ),
– urządzenia ochronne różnicowoprądowe.
Skuteczność działania zabezpieczenia określa następujący warunek:
Zs × Ia ≤ Uo ,
(6.1)
gdzie:
Zs – impedancja pętli zwarciowej obejmującej źródło zasilania, przewód czynny do punktu zwarcia i przewód
ochronny między punktem zwarcia a źródłem,
Ia – prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia wyłączającego w określonym czasie, wyznaczony na
podstawie charakterystyki czasowo – prądowej zabezpieczenia,
Uo – skuteczna wartość napięcia znamionowego względem sieci.
W przypadku urządzeń ochronnych różnicowoprądowych za prąd Ia przyjmuje się wartość znamionowego prądu
różnicowego zadziałania urządzenia ochronnego w wykonaniu normalnym Ia = I∆N oraz podwojoną wartość tego
prądu dla urządzeń selektywnych Ia = 2I∆N. Urządzenie zabezpieczające powinno spowodować samoczynne
wyłączenie zasilania w czasie, którego wartości podano w tab.1.
Tab. 1 Najdłuższe dopuszczalne czasy wyłączenia w sieciach i instalacjach typu TN
Napięcie znamionowe
Najdłuższe dopuszczalne czasy wyłączenia
względem ziemi Uo
[s]
[V]
50 V~, 120 V25 V~, 60 V120
0,8
0,35
230
0,4
0,20
277
0,4
0,20
400
0,2
0,05
480
0,1
0,05
0,02
580
0,1
Dotyczy urządzeń odbiorczych I klasy ochronności ręcznych lub przenośnych,
przeznaczonych do ręcznego przemieszczania w czasie użytkowania
2.2. Ochrona przed dotykiem pośrednim w sieciach TT.
W układzie TT punkt neutralny sieci powinien być uziemiony w każdej stacji transformatorowej.
Niezależnie od uziemienia punktu neutralnego sieci wymaga się bezpośredniego połączenia z ziemią
podlegających ochronie dostępnych części przewodzących. Części przewodzące jednocześnie dostępne
powinny być przyłączone do tego samego uziemienia indywidualnie, grupowo lub zespołowo.
W układzie TT mogą być stosowane następujące urządzenia ochronne:
- urządzenia ochronne różnicowoprądowe,
- urządzenia ochronne przetężeniowe.
Działanie tych urządzeń uznaje się za skuteczne wówczas, gdy spełniony jest następujący warunek:
R A × I a ≤ 50 V
(2)
gdzie:
RA – suma rezystancji uziomu i przewodu ochronnego części przewodzących dostępnych,
Ia – prąd powodujący samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego.
Jeżeli urządzeniem ochronnym jest wyłącznik różnicowoprądowy Ia jest znamionowych prądem
różnicowym zadziałania I N.
Jeżeli natomiast urządzeniem ochronnym jest urządzenie o zależnej charakterystyce czasowo - prądowej
prąd Ia powinien być prądem zapewniającym samoczynne zadziałanie w czasie nie dłuższym niż 5 s. Dla
urządzenia z działaniem natychmiastowym prąd Ia powinien być minimalnym prądem zapewniającym
natychmiastowe wyłączenie.
3. Pomiar impedancji pętli zwarcia.
Pomiar impedancji pętli zwarciowej jest podstawowym pomiarem kontrolującym poprawność
działania ochrony przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania.
Wyróżnia się następujące metody pomiaru impedancji pętli zwarcia:
- metoda techniczna,
- metoda z zastosowaniem specjalistycznych mierników, np. typu MZC-2, MZC-300
Pomiaru impedancji pętli zwarcia w tych metodach dokonuje się przez wykonanie celowego zwarcia
pomiarowego podczas normalnej pracy badanego urządzenia.
Pomiar metodą techniczną wykonuje się za pomocą woltomierza i amperomierza (rys.1).
Rys.1. Pomiar impedancji pętli zwarcia metodą techniczną.
2
Badanie polega na dwukrotnym pomiarze napięcia: U1– przed zwarciem, U2– podczas sztucznego
zwarcia przez rezystor R, które wymusza przepływ prądu zwarciowego I2. Różnica wskazań
woltomierza U1 – U2 to spadek napięcia na rezystancji pętli zwarcia wywołany przepływem prądu
sztucznego zwarcia. Rezystancję pętli zwarcia możemy wyznaczyć z zależności:
Rs =
∆U
I2
(3)
Jeżeli rezystancja badanego obwodu jest duża w stosunku do reaktancji (w obwodach odbiorczych
gdzie w skład pętli zwarcia zalicza się przewody i kable), można uznać, że impedancja pętli zwarcia Zs
równa jest wartości zmierzonej rezystancji. Jeżeli natomiast nie można pominąć wpływu reaktancji Xs
na wartość impedancji Zs (np. elementami pętli zwarcia są linie napowietrzne lub pomiar odbywa się w
pobliżu stacji o dużym udziale impedancji transformatora ) to wykonuje się dodatkowo celowe zwarcie
za pomocą dławika lub kondensatora o impedancji X2 .
Wówczas:
Xs =
U x1 − U x 2 ∆U x
=
I x2
I x2
(4)
Impedancję pętli zwarcia wyznacza się wówczas ze wzoru:
Z s = Rs2 + X s2
(5)
W praktyce, w instalacjach niskiego napięcia składową reaktancyjną impedancji pętli zwarciowej
można pominąć i bez obawy popełnienia znaczącego błędu stosuje się metodę sztucznego zwarcia z
wykorzystaniem elementu rezystancyjnego.
Spodziewaną wartość prądu zwarcia jednofazowego wyznacza się z zależności:
I k1 =
U1
Zs
(6)
Następnie porównuje się otrzymaną wartość z prądem Ia powodującym działanie urządzeń
zabezpieczających w określonym czasie. Warunek samowyłączenia uważa się za spełniony, jeżeli:
I k1 ≥ I a
(7)
3. Program ćwiczenia.
Na stanowisku laboratoryjnym jest możliwy pomiar impedancji pętli zwarcia w układzie TN. Po
zapoznaniu się z instrukcją obsługi cyfrowych mierników impedancji pętli zwarcia wykonać odpowiedni
pomiar.
4. Literatura
[1] PN HD 60364-6 - Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 6: Sprawdzanie
[2] H.Markiewicz „Instalacje elektryczne, WNT W-wa 2003
[3] L.Danielski, W.Jabłonski, S.Osiński, M.Szuba „Labboratorium bezpieczeństwa elektrycznego”
Oficyna PWr, 2001
3