Pomiary instalacji elektrycznych w układzie TN i instalacji odgromowych 1. Instalacje elektryczne w układzie TN Podstawowe wiadomości niezbędne przy pomiarach 1.1. Układy instalacji Układ sieci TN-C-S wg PN-HD 60364-1
Układ instalacji TN-C wg PN-HD 60364-1 Układ instalacji TN-S wg PN-HD 60364-1
Układ instalacji TN-C-S wg PN-HD 60364-1 1.2. Ochrona przeciwporażeniowa w instalacji TN wg PN-HD 60264-4-41 Maksymalne czasy wyłączenia wg PN-HD 60364-4-41
Charakterystyka urządzeń ochronnych i impedancja obwodu powinna spełnić następujący warunek:
Charakterystyki urządzeń ochronnych powodujących samoczynne wyłączenie zasilania - bezpieczników, - wyłączników samoczynnych, - wyłączników różnicowoprądowych (RCD). Przykładowa charakterystyka bezpiecznika 2. Instalacje odgromowe Podstawowe wiadomości niezbędne przy pomiarach 2.1. Elementy instalacji odgromowej Urządzenie piorunochronne LPS jest to kompletne urządzenie stosowane do redukcji szkód fizycznych przy wyładowaniach piorunowych w obiekt. Składa się ono zarówno z zewnętrznego, jak i wewnętrznego urządzenia piorunochronnego. Zewnętrzne urządzenie piorunochronne jest to część LPS składająca się ze zwodów, przewodów odprowadzających i uziomów. Wewnętrzne urządzenie piorunochronne jest to część LPS składająca się z piorunochronnych połączeń wyrównawczych i/lub elektrycznego odizolowania zewnętrznego LPS.
Zwody są częścią zewnętrznego LPS w postaci metalowych elementów, takich jak pręty, przewody tworzące siatkę lub zawieszone łańcuchowo, przeznaczonych do przechwytywania wyładowań piorunowych. Przewody odprowadzające jest to część zewnętrznego LPS przeznaczona do przewodzenia prądu pioruna od zwodów do uziomów. Zacisk probierczy jest to zacisk ułatwiający poddawanie elementów LPS próbie elektrycznej i pomiarowi. Połączenie wyrównawcze EB jest to połączenie z LPS oddzielnych części przewodzących za pomocą bezpośrednich połączeń lub przez SPD w celu zredukowania wywoływanych przez prąd pioruna różnic potencjałów. 2.2. Układy uziemień Układ uziomów jest to część zewnętrznego LPS przeznaczona do doprowadzenia i rozproszenia prądu pioruna w ziemi. Uziom jest to część lub grupa części układu uziomów, która zapewnia bezpośredni kontakt z ziemią i służy rozproszeniu prądu pioruna w ziemi. Układ typu A Ten typ układu zawiera uziomy poziome i pionowe instalowane na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i przyłączane do każdego przewodu odprowadzającego. Układ typu B Ten typ układu zawiera albo uziom otokowy ułożony na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i pozostający w kontakcie z ziemią na długości równej przynajmniej 80 % całkowitej jego długości, albo uziom fundamentowy. Takie uziomy mogą również tworzyć kratę. 3. Podstawowe wiadomości z metrologii 3.1. Podstawowe definicje Metrologia jest nauką o mierzeniu (od greckiego: mètron miara, lògos słowo, nauka) Pomiar jest to doświadczalne porównanie określonej wielkości mierzalnej ze wzorcem tej wielkości przyjętym umownie za jednostkę miary, którego wynikiem jest przyporządkowanie wartości liczbowej mówiącej, ile razy wielkość mierzona jest większa lub mniejsza od wzorca. Pomiary wielkości elektrycznych napięcia, natężenia prądu, mocy, pracy prądu, itd. wykonuje się urządzeniami, w których wykorzystuje się zjawiska towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego, takie jak cieplne, chemiczne i magnetyczne. Metoda pomiarowa określa sposób porównania wielkości mierzonej ze wzorcem tej wielkości zastosowanym w pomiarach w celu wyznaczenia wyniku pomiaru. Przyrząd pomiarowy jest to urządzenie, układ pomiarowy lub jego elementy przeznaczone do wykonania pomiarów samodzielnie lub w połączeniu z jednym lub wieloma urządzeniami dodatkowymi. Wzorce miary i materiały odniesienia są traktowane jako przyrządy pomiarowe.
Prawna kontrola metrologiczna to działanie zmierzające do wykazania, że przyrząd pomiarowy spełnia wymagania określone we właściwych przepisach. Zgodnie z Prawem o miarach prawnej kontroli metrologicznej podlegają przyrządy pomiarowe, które mogą być stosowane: a) w ochronie zdrowia, życia i środowiska, b) w ochronie bezpieczeństwa i porządku publicznego, c) w ochronie praw konsumenta, d) przy pobieraniu opłat, podatków i innych należności budżetowych oraz ustalaniu opustów, kar umownych wynagrodzeń i odszkodowań oraz podobnych należności i świadczeń, e) przy dokonywaniu kontroli celnej, f) w obrocie. Legalizacja to zespół czynności obejmujących sprawdzenie, stwierdzenie i poświadczenie dowodem legalizacji, że przyrząd pomiarowy spełnia wymagania. Wzorcowanie to czynności ustalające relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy, a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych realizowanymi przez wzorzec jednostki miary. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar w skrócie Układ SI obowiązuje w Polsce od 23 czerwca 1966 roku na mocy Rozporządzenia Rady Ministrów w sprawie legalnych jednostek miar ogłoszonego w Dzienniku Ustaw PRL Nr 25/66. Jest to układ jednostek miar oparty na siedmiu jednostkach podstawowych:
Przedrostki jednostek miar Metr jest długością równą 1 650 763,73 długości fali promieniowania w próżni odpowiadającego przejściu między poziomami 2p10 a 5d5 atomu kryptonu 86. Kilogram jest masą międzynarodowego wzorca tej jednostki przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres pod Paryżem. Sekunda jest czasem trwania 9 192 631 770 okresów promieniowania odpowiadającego przejściu między dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133. (od roku 1968) Amper jest natężeniem prądu elektrycznego niezmieniającego się, który, płynąc w dwóch równoległych przewodach prostoliniowych nieskończenie długich o przekroju okrągłym, znikomo małym, umieszczonych w próżni, wywoływałby między tymi przewodami siłę równą 2 10-7 N na każdy metr długości przewodu. Definicja wartości skutecznych przebiegu przemiennego oparta jest na równoważności wykonanej pracy (energii) przez prąd i napięcie przemienne oraz prąd i napięcie stałe. Wartość skuteczna prądu sinusoidalnego jest to wartość równoważnego prądu stałego, który, przepływając przez ten sam opornik w tym samym czasie równym okresowi lub całkowitej krotności okresu, spowodowałby wydzielenie jednakowej ilości ciepła (wykorzystana zależność A = I 2 R t) I = I m / 2 0,707 I m Wartość skuteczna napięcia sinusoidalnego jest to wartość równoważnego napięcia stałego, którym zasilany taki sam opornik w tym samym czasie równym okresowi lub całkowitej krotności okresu spowodowałby wydzielenie jednakowej ilości ciepła (wykorzystana zależność A=(U 2 /R) t) U = U m / 2 0,707 U m
3.2. Błędy pomiarowe 3.2.1. Błąd podstawowy wskazań wynika z niedokładności wykonania jego elementów składowych w procesie wytwórczym. 3.2.1.1. Błędy przyrządów analogowych: Błąd bezwzględny ΔX pomiaru jest algebraiczną różnicą między wartością zmierzoną (wynikiem pomiaru) X, a wartością prawdziwą (rzeczywistą) Xp wielkości mierzonej, czyli: ΔX = X X p X - jest wartością wielkości mierzonej, której błąd wyznacza się, a więc jest wynikiem pomiaru, wskazaniem przyrządu pomiarowego; X p - jest wartością rzeczywistą wielkości mierzonej. W praktyce wartość rzeczywista nie jest znana i zastępowana z dokładnym przybliżeniem wartością prawdziwą X p wielkości mierzonej, akceptowalną w danych okolicznościach, otrzymaną za pomocą wzorca narzędzia pomiarowego. Błąd bezwzględny ΔX zawsze wyrażony jest w jednostkach wartości mierzonej i może przyjmować konkretny znak plus (+) lub minus (-). Błąd bezwzględny ΔX, lecz ze znakiem przeciwnym, nazywa się poprawką. px = ΔX Jeżeli do wartości uzyskanej z pomiarów X dodamy poprawkę px, otrzymuje się wynik równy wartości poprawnej X p: X p = X + px Do wyrażania błędu i niepewności wprowadza się też pojęcie błędu bezwzględnego. Błąd względny δx pomiaru jest to stosunek błędu bezwzględnego ΔX do wielkości rzeczywistej Xp lub wyrażonego w procentach:
Błąd graniczny systematyczny względny jest to największy dopuszczalny błąd względny miernika, który jest podstawą do zaliczenia go do odpowiedniej klasy dokładności oraz określa błąd miernika w normalnych warunkach użytkowania. Błąd względny przyrządu analogowego Błąd bezwzględny przyrządu analogowego 3.2.1.2. Błędy przyrządów cyfrowych Błąd graniczny systematyczny przyrządów cyfrowych Dla cyfrowych przyrządów pomiarowych klasa dokładności nie jest zdefiniowana. Właściwości pomiarowe są opisywane za pomocą błędu systematycznego granicznego bezwzględnego wyrażanego najczęściej w postaci: n liczba cyfr znaczących z ziarno (rozdzielczość na danym zakresie) Δ g X = ± (δ X X + n z) błąd multiplikatywny jest podawany zwykle w %, stanowi on ułamek wartości mierzonej X δ X - błąd względny podstawowy przyrządu (zwany również błędem przetwarzania lub składową analogową błędu), błąd addytywny Δz zależy od zakresu przyrządu, na którym wykonuje się pomiar, wyrażonego w jednostkach wartości mierzonej Δz - błąd addytywny (w jednostkach mierzonej wielkości), minimalna wartość jest równa 1 ziarnu (rozdzielczości przyrządu) Δz = n z Wartość składnika addytywnego jest podawana: - często jako wielokrotność ziarna - n cyfr znaczących - czasem jako ułamek δ z (%) zakresu X z Δz = δ z X z
Błąd względny przyrządu cyfrowego Błąd bezwzględny przyrządu cyfrowego 3.3. Błąd dodatkowy wskazań związany jest z przekroczeniem podczas pomiaru znamionowych warunków pracy przyrządu. Określone mogą one być przez następujące parametry: - temperaturę otoczenia (np. +100 C +300 C) - wilgotność powietrza (np. do 85 %) - natężenie obcych pól magnetycznych (np. do 5 Oe) - częstotliwość znamionową (np. 50 Hz) lub przedział dopuszczalnych częstotliwości (np. 20-50-400 Hz) - współczynnik zawartości harmonicznych, charakteryzujący stopień odkształcenia od sinusoidy krzywej napięcia lub prądu (np. h 5%) - sposób położenia przyrządu podczas pracy (np. pionowe albo poziome albo pod określonym kątem, np.) itp. 3.4. Błąd odczytu wynika ze skończonej rozdzielczości oka ludzkiego. Okazuje się, że dla typowego obserwatora patrzącego z odległości około 20 cm na dwa punkty odległe od siebie o mniej niż 0,2 mm, wydają się być one jednym punktem. 3.5. Błędy nadmierne wynikają np. z nieprawidłowego wykonania pomiarów, użycia, uszkodzonego przyrządu, omyłkowego odczytu wyniku pomiaru, itp. 3.6. Niepewność (niedokładność) pomiaru Praktyczną miarą niepewności (niedokładności) pomiaru są graniczne błędy pomiaru.
Niepewność pomiaru jest nie większa niż graniczny dopuszczalny błąd wynikający z klasy zastosowanego przyrządu. Określa się ją jako najmniejszy przedział wokół zmierzonej wartości X, wewnątrz którego znajduje się wartość rzeczywista X p 4. Rodzaje prac pomiarowych 4.1. Pomiary odbiorcze Zgodnie z Prawem budowlanym do zawiadomienia o zakończeniu budowy obiektu budowlanego należy dołączyć między innymi protokoły badań i sprawdzeń odbiorczych. Pomiary odbiorcze należy wykonać zgodnie z PN-HD 60364-6. Obejmują one: 4.1.1. Oględziny, które powinny obejmować co najmniej następujące sprawdzenia, zgodnie z PN 60364-nr ark. jeśli mają one zastosowanie: a) sposób ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym (4-41) b) występowanie przegród ogniowych i innych środków zapobiegających rozprzestrzenianiu się ognia oraz ochrony przed skutkami działania ciepła (4-42 i 5-52) c) dobór przewodów z uwagi na obciążalność prądową i spadek napięcia (4-43 i 5-52) d) dobór i nastawienie urządzeń zabezpieczających i sygnalizacyjnych (5-53) e) występowanie i prawidłowe umieszczenie właściwych urządzeń do odłączania izolacyjnego i łączenia (5-53) f) dobór urządzeń i środków ochrony, właściwych ze względu na wpływy zewnętrzne (4-42; 5-51i 5-52) g) prawidłowe oznaczenie przewodów neutralnych i ochronnych (5-51) h) przyłączenie łączników jednobiegunowych do przewodów fazowych (5-53) i) obecność schematów, napisów ostrzegawczych lub innych podobnych informacji (5-51) j) oznaczenie obwodów, urządzeń zabezpieczających przed prądem przetężeniowym, łączników, zacisków, itp. (5-51) k) poprawność połączeń przewodów (5-52) l) występowanie i ciągłość przewodów ochronnych, w tym przewodów ochronnych połączeń wyrównawczych głównych i połączeń wyrównawczych dodatkowych (5-54) m) dostępność urządzeń, umożliwiająca wygodną obsługę, identyfikację i konserwację (5-51) Oględziny powinny uwzględniać wszystkie wymagania szczególne, dotyczące specjalnych instalacji i lokalizacji. 4.1.2. Próby Przyrządy pomiarowe oraz urządzenia i metody monitoringu należy dobrać zgodnie z odpowiednimi częściami EN 61557. Jeżeli używa się innych urządzeń pomiarowych, powinny one mieć nie mniejszy stopień sprawności i bezpieczeństwa. W zależności od potrzeb należy przeprowadzić następujące próby i wykonać je najlepiej w następującej kolejności: a) ciągłość przewodów b) rezystancja izolacji instalacji elektrycznej c) ochrona za pomocą SELV, PELV lub separacji elektrycznej d) rezystancja/impedancja podłóg i ścian e) samoczynne wyłączenie zasilania f) ochrona uzupełniająca g) sprawdzenie biegunowości
h) sprawdzenie kolejności faz i) próby funkcjonalne i operacyjne j) spadek napięcia WERSJA SKRÓCONA 4.2. Pomiary okresowe Obiekty budowlane powinny być w czasie ich użytkowania poddawane przez właściciela lub zarządcę kontroli: 4.2.1. okresowej, co najmniej raz w roku polegającej na sprawdzeniu stanu technicznego elementów budynku, budowli i instalacji narażonych na szkodliwe wpływy atmosferyczne i niszczące działania czynników występujących podczas użytkowania obiektu, 4.2.2. okresowej, 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 zostać 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. 5. Kwalifikacje personelu Kontrole instalacji elektrycznej i piorunochronnej przeprowadzają osoby posiadające uprawnienia budowlane w odpowiedniej specjalności oraz posiadające kwalifikacje wymagane przy wykonywaniu dozoru nad eksploatacją urządzeń, instalacji oraz sieci energetycznych. 6. Pomiary instalacji elektrycznych w układzie TN 6.1. Rezystancji izolacji Rezystancję izolacji należy zmierzyć między przewodami czynnymi, a przewodem ochronnym przyłączonym do układu uziemiającego. Do tego pomiaru przewody czynne można połączyć razem. Minimalne wartości rezystancji izolacji wg PN-HD 60364-6: W pomieszczeniach, w których występuje zagrożenie pożarowe, pomiar rezystancji izolacji powinien zostać wykonany między przewodami czynnymi. W praktyce może być konieczne wykonanie tego pomiaru podczas montażu instalacji przed przyłączeniem wyposażenia.
6.2. Ciągłości przewodów Należy wykonać próbę ciągłości elektrycznej: a) przewodów ochronnych, w tym przewodów ochronnych w połączeniach wyrównawczych głównych i dodatkowych, b) przewodów czynnych w przypadku pierścieniowych obwodów odbiorczych. 6.3. Impedancji pętli zwarcia Pomiar impedancji pętli zwarcia metodą spadku napięcia wg PN-HD 60364-6 Z impedancja pętli zwarciowej U 1 napięcie zmierzone z wyłączoną rezystancją obciążenia U 2 napięcie zmierzone z włączoną rezystancją obciążenia I R prąd płynący przez rezystancję obciążenia
- przed pomiarem impedancji pętli zwarciowej należy przeprowadzić próbę ciągłości elektrycznej Zmierzona impedancja pętli zwarciowej powinna spełniać wymagania PN-HD 60364-4-41 (patrz powyżej punkt 1.2.). Sprawdzenie charakterystyk i/lub skuteczności współdziałającego urządzenia ochronnego. w przypadku zabezpieczeń przetężeniowych, wykonując oględziny (tj. oględziny nastawienia krótkozwłocznego lub bezzwłocznego wyzwalania wyłączników, prądu znamionowego i typu bezpieczników); w przypadku urządzeń RCD, wykonując oględziny i próbę. Skuteczność samoczynnego wyłączenia zasilania za pomocą urządzeń RCD należy sprawdzić z użyciem odpowiedniego wyposażenia probierczego, zgodnie z EN 61557-6 potwierdzając, że spełnione zostały stosowne wymagania według Części 4-4. Zaleca się sprawdzenie wymaganych w tabeli pkt 1.2. czasów wyłączenia. Jednak wymagania dotyczące tych czasów należy sprawdzić w przypadku: ponownie użytych urządzeń RCD; rozbudowy lub zmiany istniejącej instalacji, w której istniejące urządzenia RCD mają zostać użyte również do wyłączania obwodów w tej rozbudowanej lub zmienionej instalacji. 6.3.1. Pomiar impedancji pętli zwarciowej jest to uwzględnienie zwiększenia rezystancji przewodów wraz ze wzrostem temperatury. Jeżeli pomiary są wykonywane w temperaturze pokojowej przy małych prądach, to postępowanie opisane dalej może być stosowane, ponieważ uwzględnia zwiększenie rezystancji przewodów ze wzrostem temperatury na skutek zwarcia, aby potwierdzić w przypadku układu TN zgodność zmierzonej wartości impedancji pętli zwarciowej. Z s (m) jest zmierzoną wartością impedancji pętli zwarciowej rozpoczynającej się i kończącej w miejscu zwarcia, w (Ω). U o jest napięciem przewodu fazowego względem uziemionego punktu neutralnego, w (V). I a jest prądem powodującym samoczynne zadziałanie zabezpieczenia w określonym czasie. 6.4. Sprawdzenie kolejności faz W przypadku obwodów wielofazowych należy sprawdzić, czy kolejność faz została zachowana.
6.5. Sprawdzenie spadku napięcia Spadek napięcia może być określony na podstawie: a) pomiaru impedancji obwodu b) diagramu wg PN-HD 60364-6 7. Pomiary instalacji odgromowych 7.1. Układów uziemiających Na ogół zalecana jest mała rezystancja uziemienia (w miarę możliwości mniejsza niż 10 Ω w pomiarach przy małej częstotliwości). Należy wykonać pomiar rezystancji względem ziemi: a) każdego lokalnego uziomu b) całego układu uziomów Każdy lokalny uziom powinien zostać poddany pomiarom oddzielnie z punktem probierczym pomiędzy przewodem odprowadzającym, a każdym uziomem w stanie rozłączonym. Jeżeli ma miejsce znaczny wzrost wartości rezystancji uziemienia, to należy przeprowadzić dodatkowe badania, aby znaleźć przyczynę tego wzrostu i podjąć środki w celu poprawy tej
sytuacji. W przypadku uziomów w gruncie skalistym wymaganie dotyczące 10 Ω nie ma w tym przypadku zastosowania pod warunkiem wyeliminowania napięć rażeniowych. W obszarach, w których występują ekstremalne sezonowe zmiany temperatury i opady deszczu, należy uwzględnić zmiany rezystancji uziemienia, mierząc rezystywność w głębokim profilu i w różnych okresach pogodowych. Należy uznać za korzystne przeprowadzanie badań rezystancji uziemienia w różnych okresach roku tak, aby uchwycić zmiany sezonowe. Pomiar rezystancji uziomu wg PN-HD 60364-6 T uziom badany, odłączony od wszystkich innych źródeł zasilania T1 uziom pomocniczy T2 drugi uziom pomocniczy X usytuowanie T2, zmienione do sprawdzenia pomiaru Y kolejne usytuowanie T2, zmienione do drugiego sprawdzenia pomiaru
Pomiar rezystancji pętli uziemiania z użyciem zacisków prądowych wg PN-HD-60364-6 RT uziemienie transformatora Rx nieznana rezystancja uziomu, którą należy zmierzyć R1 RN równoległe uziemienia połączone połączeniem wyrównawczym lub przewodem PEN