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: ZS ≤ UO/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).
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
