Impedance poruchové smyčky – 3. díl

Typografie
  • Nejmenší Malé Střední Velké Největší
  • Výchozí Helvetica Segoe Georgia Times

Jedním z nejdůležitějších způsobů ochrany před nepříznivými účinky elektrického proudu je samočinné odpojení elektrického obvodu od zdroje v případě, kdy se vlivem poruchy izolace dostane nebezpečné napětí na neživé části obvodu.

Tím dojde ke změně v síti, obvykle k průtoku poruchového proudu jinou cestou než pracovními vodiči, což uvede v činnost jistící prvek, který odpojí elektrický obvod od zdroje.

Ověření jištění proti nadproudům

Předpoklady pro správnou funkci jištění
Charakteristiky jistících přístrojů a impedance PE obvodu musí být takové, aby v případě vzniku poruchy mezi fázovým vodičem L a obvodem PE došlo k automatickému odpojení napájení ve stanovené době. Impedance poruchové smyčky tedy musí odpovídat podmínce: ZSUO/Ia

Ia proud, který vyvolá vypnutí jištění v předepsané době
UO jmenovité AC napětí proti zemi (efektivní hodnota)
ZS impedance poruchové smyčky (od zdroje k místu uzemnění PE přes místo poruchy)

V reálných podmínkách se ovšem hodnota impedance poruchové smyčky mění v závislosti na okolních podmínkách. Z toho důvodu je třeba při ověřování předpokladů pro správnou funkci jištění změřenou hodnotu impedance poruchové smyčky zvýšit vynásobením koeficientem 1,5 jak bylo popsáno v předcházející kapitole. V případě měření malých impedancí, kdy je třeba kalkulovat s nejistotou měření, se násobení provede až u hodnoty s přičtenou nejistotou měření tak, jak je popsáno v praktických příkladech v následující kapitole.
Při praktickém provedení ověření měřením pomocí měřiče impedance je třeba dbát na to, aby impedance byla měřena co nejblíže místu vzniku předpokládané poruchy. V elektrické instalaci je třeba měřit v koncových bodech instalace, tedy v zásuvkách, na svorkovnicích elektrických spotřebičů apod.
Při ověřování ochrany automatickým odpojením od zdroje u spotřebičů připojených k instalaci dlouhým vedením je třeba do změřené impedance zahrnout i odpor přívodního napájecího kabelu. To se týká především různých strojních a silových zařízení jištěných ochrannými prvky s velkým vypínacím proudem, kdy odpor vodičů napájecího kabelu od místa připojení k instalaci až po výkonové prvky (motory, topidla apod.) je řádově srovnatelný s maximální požadovanou impedancí poruchové smyčky.
Pokud konstrukce zařízení, např. stroje neumožňuje provést měření impedance přímo na svorkách silových částí, je možné provést měření impedance v místě připojení k elektrické instalaci, odpor ochranného obvodu a fázového vodiče změřit vhodným ohmmetrem (s parametry podle normy ČSN EN 61557–4) a k výpočtu celkové impedance použít součtu naměřených hodnot (obr. 10).

impedance smycky 3 1
Minimální doby odpojení pro elektrická zařízení mohou být stanoveny v normách platných pro dané zařízení nebo je stanovuje ČSN 33 2000-4-41 ed. 2 v kapitolách 411.3.2.2. až 411.3.2.5. Přehledně jsou shrnuty v tab. 2.

impedance smycky 3 2

Příklad ověření funkčnosti jištění prvkem s velkým vypínacím proudem
Nyní si ukažme, jak v praxi postupovat při ověření jištění u konkrétního ochranného obvodu. Aby z příkladu vyplynula i úvaha o vhodnosti volby měřicího přístroje z hlediska přesnosti měření, byl zvolen případ ověření jištění u stroje, který je napájen ze sítě o napětí 400 V / 50 Hz, tedy 3 x 230 V proti zemi. Stroj je jištěn pojistkami o jmenovitém vypínacím proudu In = 200 A.
Předepsaná doba odpojení pro stroje je 5 s (ČSN EN 60204-1 ed. 2 kap 18). Z charakteristiky pojistek se zjistí proud Ia, který vyvolá vypnutí jištění v předepsané době (viz obr. 11).
Výpočtem podle příslušného vzorce zjistíme, jakou maximální hodnotu může mít impedance smyčky: ZS ≤ 230 V / 1150 A = 0,20 Ω

impedance smycky 3 3

Vypočtenou hodnotu je třeba ověřit měřením pomocí vhodného měřiče impedance s dostatečnou přesností. Při výběru přístroje je vhodné vycházet z požadavku normy ČSN EN 61557–3, která stanovuje použít přístroj, který požadovanou hodnotu dokáže změřit s maximální relativní nejistotou do 30 %.
Srovnáme-li technické parametry tří různě přesných měřičů impedance, například přístroje ZEROLINE 60, EUROTEST 61557 a ZEROTEST 46 (viz tab. 3), zjistíme porovnáním spodních hranic jejich jmenovitých rozsahů, že pro měření stroje s popsaným jištěním jsou vhodné přístroje ZEROLINE 60 a EUROTEST 61557. Přístrojem ZEROTEST 46 by bylo možno měření sice také provést, ale z hlediska požadavků ČSN EN 61557 je přístroj pro měření impedance poruchové smyčky v obvodech s takovým jištěním nevhodný, neboť požadovaná maximální hodnota 0,20 Ω, kterou máme měřením ověřit, je mimo jmenovitý rozsah přístroje.

impedance smycky 3 5
Provedeme tedy měření přístrojem EUROTEST 61557 a naměříme u stroje hodnotu impedance poruchové smyčky 0,11 Ω (obr. 12). Při vyhodnocení musíme ovšem kalkulovat s nejistotou měření a do výsledku zahrnout i bezpečnostní koeficient:

  • Nejistota měření je ± (3 % z MH + 3 D) = 3 % z 0,11 Ω + 3 D = 0,003 + 0,03 = ± 0,033 Ω
  • Skutečná hodnota impedance se nalézá někde v intervalu: ZS = 0,11 Ω ± 0,033 Ω = 0,077 Ω ÷ 0,143 Ω
  • Po zahrnutí bezpečnostního koeficientu získáme interval možné skutečné impedance v době vzniku poruchy: ZS = 0,11 Ω ± 0,033 Ω = (0,077 Ω ÷ 0,143 Ω) x 1,5 = 0,12 Ω ÷ 0,22 Ω
  • Pro vyhodnocení funkčnosti jištění musíme uvažovat nejméně příznivý případ, tedy nejvyšší možnou impedanci 0,22 Ω. To je více než vypočtená maximální impedance 0,20 Ω a impedanci poruchové smyčky stroje musíme prohlásit za nevyhovující.

Vzhledem k intervalu, ve kterém se může nacházet skutečná impedance smyčky, (0,12 Ω ÷ 0,22 Ω) lze ovšem se značnou mírou pravděpodobnosti předpokládat, že impedance poruchové smyčky stroje může být menší než 0,20 Ω a tedy vyhovující. Interval nejistoty měření lze zmenšit použitím přesnějšího měřicího přístroje. Provedeme měření přístrojem ZEROLINE 60
a naměříme stejný výsledek, tedy 0,110 Ω:

  • Nejistota měření je ± (3 % z MH + 10 D) = 3 % z 0,110 Ω + 10 D = 0,003 + 0,010 = ± 0,013 Ω
  • Skutečná hodnota impedance se nalézá někde v intervalu: ZS = 0,110 Ω ± 0,013 Ω = 0,097 Ω ÷ 0,123 Ω
  • Po zahrnutí bezpečnostního koeficientu získáme interval možné skutečné impedance v době vzniku poruchy: ZS = 0,110 Ω ± 0,013 Ω = (0,097 Ω ÷ 0,123 Ω) x 1,5 = 0,146 Ω ÷ 0,185 Ω
  • Pro vyhodnocení funkčnosti jištění vezmeme v úvahu nejvyšší možnou impedanci 0,185 Ω. To je méně než vypočtená maximální hodnota 0,20 Ω a impedance poruchové smyčky stroje je vyhovující.

Pro zvýšení přesnosti výpočtu impedance z naměřené hodnoty by bylo možné využít údaj o nejistotě měření z kalibračního listu přístroje, a pro výpočet nejistoty měření použít odchylku vyčtenou z kalibračního listu namísto nejistoty měření uvedené v technických parametrech přístroje. V tom případě je ovšem nutno vzít v úvahu možný vliv okolních podmínek na přesnost měření, a pokud se výrazně liší od referenčních podmínek, za kterých byla provedena kalibrace přístroje, nelze tuto možnost použít.

impedance smycky 3 4

Příklad ověření funkčnosti jištění prvkem s malým vypínacím proudem
Jednodušší situace při vyhodnocení funkčnosti jištění nastává v případě, kdy je elektrická instalace jištěna jistícím prvkem s malým vypínacím proudem. Pro jeho vybavení stačí menší zkratový proud a impedance poruchové smyčky tedy může být větší. Přesnost měření potom nemá na výsledek rozhodnutí o funkčnosti jištění takový vliv.
Příkladem může být běžná domovní elektroinstalace jištěná jističem B 16 A. Doba odpojení pro elektrická zařízení do velikosti jištění 32 A v sítích TN je 0,4 s (viz tab. 2). Z vypínací charakteristiky jističů odečteme minimální vybavovací proud, který je u jističů B pro požadovanou dobu odpojení pětinásobkem jmenovitého vypínacího proudu.
Výpočtem pak stanovíme maximální velikost impedance poruchové smyčky: ZS ≤ 230 V / 80 A =2,88 Ω

Je zřejmé, že pro ověření takové hodnoty impedance stačí svojí přesností kterýkoliv z přístrojů uvedených v tab. 3 a pravděpodobně nebude ani třeba kalkulovat s nejistotou měření, neboť pokud naměříme impedanci hluboko pod vypočtenou mezní hodnotou, připočtení nejistoty měření nebude mít na výrok o funkčnosti jištění vliv.

impedance smycky 3 6
Některé měřiče impedance již dokážou pomocí tabulky jištění uložené v paměti přístroje automaticky vyhodnotit, zda je naměřená impedance pro dané jištění dostatečně malá. Příkladem může být přístroj EUROTEST XC. V menu přístroje lze vybrat požadované jištění a nastavit vypínací čas. Do vyhodnocení lze zahrnout i bezpečnostní koeficient. Přístroj ovšem počítá s násobkem zkratového proudu. Je třeba tedy v menu nastavit převrácenou hodnotu 1,5 násobku impedance, tedy koeficient 0,67 ISC.

impedance smycky 3 7
Na obrázku 14 lze vidět dva výsledky měření impedance přístrojem EUROTEST XC, z nichž je zřejmé, že naměřenou impedanci cca 0,90 Ω přístroj pro jištění jističem B / 16 A vyhodnotil jako vyhovující, kdežto pro jištění D / 16 A (IPSC ≥ 320 A) je tato hodnota vyhodnocena již jako nevyhovující.

Aktuální číslo časopisu

ElektroPrumysl cz leden 2018s

ElektroPrůmysl.cz, leden 2018

Lednové číslo je tematicky zaměřené na inteligentní elektroinstalace a dále na průmyslové komunikační sítě, Průmysl 4.0 a IoT.

Najdete nás na Facebooku

Bezplatný odběr časopisu

Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.

Zajímavé odkazy

Elektrotechnický velkoobchod Spustili jsme nový elektrotechnický velkoobchod. Dlouhodobě podporujeme elektrotechnické projekty našich partnerů od nápadů až po realizaci.
www.elektroprogramy.cz Kompletní softwarová výbava nejen pro elektrikáře, revizní techniky a projektanty.
Průmyslové klávesnice pro každého Odolné klávesnice do prašného prostředí a vodě odolné.
Český výrobce měřicích přístrojů Panelové měřící přístroje, sloupcové zapisovače, velkoplošné displeje, převodníky na DIN lištu, bezpapírové zapisovače, PLC
Nová norma pro požární klasifikaci kabelů Jste připraveni na nový standard? Nová norma EN 50575 se vztahuje na silové, telekomunikační a sdělovací kabely pro trvalé instalace v budovách.
Jednoduché Řešení s IO-link S IO-Link sběrnicovým modulem a kompetentním poradenstvím společnosti Murrelektronik sázíte na individuální řešení.
Bezplatný odběr časopisu
Chcete odebírat časopis ElektroPrůmysl.cz zdarma? Napište Vaše jméno a e-mail, poté klikněte na tlačítko odebírat.
Časopis vychází 1x měsíčně.