Ćwiczenie 24 Pomiary wybranych parametrów instalacji elektrycznych. Program ćwiczenia: 1. Pomiar rezystancji izolacji w instalacji elektrycznej 2. Pomiar rezystancji uziomów 3. Pomiar rezystywności gruntu 4. Badanie wyłącznika różnicowoprądowego Wykaz przyrządów Model dydaktyczny instalacji elektrycznej, zabudowany na stanowisku Cyfrowy miernik rezystancji izolacji typu UT-512 Cyfrowy miernik rezystancji uziemienia typu DT 5300 Przyrząd do badania wyłączników różnicowoprądowych TES-1900A Literatura: [1] M. Markiewicz Instalacje elektryczne [2] J. Salata Pomiary parametrów instalacji elektrycznych w teorii i praktyce [3] W. Orlik Egzamin kwalifikacyjny elektryka w pytaniach i odpowiedziach [4] J.Strzałka, T.Wojsznis Zasady wykonywania pomiarów uziemień i oceny wyników pomiarów [4] PN-IEC 60364-6-61 Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Sprawdzanie. Sprawdzanie odbiorcze. Polski Komitet Normalizacyjny, 2000 (wycofano bez zastąpienia 2004). Dokumentacja techniczna przyrządów pomiarowych: Kopie dokumentacji technicznej przyrządów znajdują się na stanowisku laboratoryjnym. Informacja na temat niniejszej instrukcji: Czcionką pogrubioną zaznaczono rzeczy, na które należy zwrócić szczególną uwagę, a czcionką pochyloną najistotniejsze zagadnienia do przemyślenia po wykonaniu danego punktu ćwiczenia. Odpowiedzi na te zagadnienia powinny stanowić podstawę przy formułowaniu wniosków z przeprowadzonych eksperymentów. str. 1
Zakres wymaganych wiadomości do testu: Pomiar rezystancji izolacji: metody, zakresy napięć probierczych, sposób przeprowadzenia pomiaru. Pomiar rezystancji uziomu: metody pomiarowe techniczna i kompensacyjna, sposób przeprowadzenia pomiaru, prądy probiercze (natężenia i częstotliwości). Pomiar rezystywności gruntu: definicja rezystywności gruntu, sposób pomiaru, sposób umieszczenia sond i zależność interpretacji wyniku od umieszczenia sond, zastosowania pomiarów rezystywności gruntu. Wyłączniki różnicowoprądowe: właściwości i sposób działania, prąd znamionowy a prąd wyłączenia, parametry charakteryzujące wyłącznik. str. 2
1. Model instalacji elektrycznej Obiektem badania jest dydaktyczny model instalacji elektrycznej zabudowany w tablicy na stanowisku laboratoryjnym. Model wykonał inż. Adam Kiełtyka jako pracę dyplomową. Panel czołowy modelu przedstawia rysunek 1. Rysunek 1 Tablica dydaktycznego modelu instalacji elektrycznej Model jest wyposażony w wyłącznik nadmiarowo-prądowy typu B16 (szybki 16 A), wyłącznik różnicowo-prądowy typu CF16-25/2/0.1, AC o prądzie znamionowym 0 ma, gniazdo 230 V typu CEE7/7 oraz szereg zacisków bananowych umożliwiających podłączanie przyrządów pomiarowych i zmianę konfiguracji badanej instalacji. Podczas ćwiczenia model jest skonfigurowany dla symulowania instalacji TT, z oddzielnym uziomem dla głównej szyny uziemiającej i oddzielnym uziomem odgromowym. Nie należy zmieniać tej konfiguracji. Model umożliwia wykonywanie pomiarów rezystancji izolacji, ciągłości przewodów, impedancji pętli zwarcia, parametrów wyłączników różnicowoprądowych, rezystancji uziomów oraz rezystywności gruntu. Po prawej stronie tablicy znajduje się pięć przełączników oznaczonych W1-W5, służących do symulowania nieprawidłowości oraz wyłącznik zasilania tablicy wyposażony w kontrolkę zasilania. Przełącznik nieprawidłowości jest wyłączony w pozycji dolnej. Przed rozpoczęciem ćwiczenia należy upewnić się, że wszystkie przełączniki nieprawidłowości i zasilanie tablicy są wyłączone. str. 3
2. Pomiar rezystancji izolacji Pomiaru rezystancji izolacji dokonuje się za pomocą miernika UT-512, wyposażonego w przewody pomiarowe zmodyfikowane do potrzeb ćwiczenia przez podłączenie wtyczki w miejsce standardowo stosowanych zacisków krokodylkowych. Miernik znajduje się w czarnym pojemniku z tworzywa sztucznego na stanowisku; proszę nie wyjmować go z pojemnika. Panel czołowy miernika przedstawia rysunek 2. Rysunek 2 Panel czołowy cyfrowego miernika rezystancji izolacji typu UT-512 1) Przed przystąpieniem do pomiaru rezystancji izolacji należy wyłączyć zasilanie tablicy oraz wyłącznik nadmiarowo-prądowy i różnicowoprądowy (dźwignie wyłączników w pozycji dolnej, kontrolki zielone), oraz upewnić się, że przełączniki nieprawidłowości W1-W5 są w pozycji wyłączone (dolnej). 2) Przewody pomiarowe należy podłączyć do miernika w następujący sposób: przewód czerwony z podwójnym zaciskiem do gniazd LINE, przewód czarny do gniazda GUARD, a przewód zielony do gniazda EARTH. Wtyczkę, którą są zakończone przewody pomiarowe włączyć do gniazda w tablicy modelu instalacji. 3) Włączyć miernik przyciskiem ON/OFF. 4) Przyciskiem IR załącz funkcję pomiaru rezystancji izolacji, a następnie przyciskiem COMP funkcję pomiaru porównawczego. 5) Przyciskami ustaw napięcie probiercze 500 V. Wartość napięcia probierczego jest wyświetlana na środku ekranu, poniżej podziałki. 6) Minimalna rezystancja izolacji dla instalacji o napięciu do 500V podana jest w tabeli na ósmej stronie normy PN-IEC 60364-6-61:2000 znajdującej się na stanowisku. Przyciskami ustawić taką wartość graniczną, lub najmniejszą możliwą do ustawienia (o ile nie da się osiągnąć wartości z normy). Ustawiona wartość jest wyświetlana w lewym dolnym narożniku wyświetlacza. Jeżeli przyrząd stwierdzi, że mierzona rezystancja jest większa od tej wartości, poza wynikiem pomiaru wyświetli komunikat GOOD; w przeciwnym razie wyświetli komunikat NG (Not good). 7) Po upewnieniu się, że nikt nie dotyka przewodów pomiarowych ani tablicy modelu instalacji można rozpocząć pomiar przytrzymując przycisk TEST przez około 1 s. Podczas pomiaru przycisk TEST jest podświetlony na czerwono. Pomiar nie powinien trwać dłużej niż sekund; należy zapisać lub zapamiętać wynik i zakończyć pomiar ponownie naciskając przycisk TEST. Jeżeli podczas pomiaru zajdzie sytuacja niebezpieczna, należy wyłączyć zasilanie przyciskiem E-STOP w lewym górnym rogu panelu przyrządu i wezwać prowadzącego. STOSOWANE NAPIĘCIA PROBIERCZE SĄ NIEBEZPIECZNE DLA ŻYCIA! str. 4
8) Zapisać wynik pomiaru w tabelce w sprawozdaniu. Następnie należy załączyć symulację nieprawidłowości przełącznikiem W1 (przełączając w położenie górne) i powtórzyć pomiar. Uzyskany wynik zapisać w tabeli i ponownie policzyć niepewność. Jak duża jest niepewność względna przy pomiarze małych rezystancji tym miernikiem? Czy pomiar jest użyteczny? Podpowiedź: ile wynosi graniczna wartość rezystancji izolacji wg normy? 9) Po zakończeniu ćwiczenia należy wyłączyć miernik UT-512 przyciskiem ON/OFF, odłączyć go od gniazda zasilającego a przewody pomiarowe i zasilacz ułożyć w pojemniku z miernikiem. 3. Pomiar rezystancji uziomu Przy pomiarze rezystancji uziomu wykorzystuje się cyfrowy miernik rezystancji uziemienia typu DT 5300. Znajduje się on na stanowisku w czarnym futerale z nieprzemakalnego materiału, wraz z kompletem przewodów pomiarowych, w których zaciski krokodylkowe zastąpiono dla potrzeb ćwiczenia wtykami bananowymi. Panel miernika DT 5300 przedstawia rysunek 3, a jego zaciski pomiarowe rysunek 4. Rysunek 3 Panel czołowy cyfrowego miernika rezystancji uziemień typu DT 5300 Rysunek 4 Wejścia pomiarowe miernika DT 5300 str. 5
Sposób podłączenia miernika DT 5300 przy pomiarze rezystancji uziomu przedstawia rysunek 5. E1 E2 P2 P1 P2 lub P4 S-d S S+d H Rysunek 5 Sposób podłączenia miernika DT 5300 do tablicy modelu instalacji podczas pomiaru rezystancji uziomów P2 i P4 1) Przed rozpoczęciem pomiarów upewnić się, że wyłącznik zasilania tablicy, wyłącznik nadmiarowoprądowy i różnicowoprądowy oraz wszystkie przełączniki nieprawidłowości są wyłączone. 2) W celu zmierzenia rezystancji uziomu roboczego podłączyć miernik do zacisków tablicy oznaczonych P2, S-d oraz S+d. Odpowiada to podłączeniu miernika do głównej szyny uziemiającej instalacji (P2) oraz do wbitych w grunt elektrody prądowej (w punkcie S +d) i pomiarowej (w punkcie S-d). 3) Ustawić zakres pomiarowy 00Ω i wykonać pomiar, wciskając i przytrzymując przycisk TEST. Ze względu na duży pobór energii przez miernik pomiar jest wykonywany tylko przy wciśniętym przycisku TEST. Aby wynik był wyświetlany po zakończeniu pomiaru, należy wcisnąć przycisk HOLD. Pomiar powinien trwać tylko tyle, ile jest potrzebne do zapisania wyniku. 4) Jeżeli wynik był poniżej 0Ω, przełączyć miernik na zakres 0Ω i powtórzyć pomiar. Ze względu na bardzo wysoką niepewność pomiaru na zakresie Ω, nie należy wykorzystywać tego zakresu. 5) Wynik uzyskany dla najniższego zakresu pomiarowego zapisać w tabeli w sprawozdaniu i policzyć niepewność, a następnie wyznaczyć maksymalną wartość rezystancji uziomu, zakładając, że mamy do czynienia z uziomem pionowym o długości 7 m, a grunt podczas pomiarów był wilgotny. Maksymalną rezystancję uziomu wyznacza się, mnożąc wartość zmierzonej rezystancji uziomu przez współczynnik poprawkowy. REmax = Rekρ (1) Wartość współczynnika poprawkowego kρ należy pobrać z tabeli 1 dla zadanych warunków. Tabela 1 Wartości współczynnika poprawkowego dla uziomów pionowych Wartość kρ Rozmiar uziomu grunt w czasie pomiarów suchy wilgotny mokry L=2,5 5 m 1,2 1,6 2,0 L>5 m 1,1 1,2 1,3 6) Przełączyć przełącznik nieprawidłowości W4 w pozycję załączony (górną) i powtórzyć procedurę z punktów 3-5. 7) Przewód pomiarowy dotychczas włączony do punktu P2 podłączyć do punktu P4, wyłączyć przełącznik nieprawidłowości W4 i powtórzyć pomiar (punkty 3-5). Podłączenie przyrządu odpowiada teraz podłączeniu przy badaniu uziomu odgromowego na zewnątrz budynku. str. 6
8) Policzyć maksymalne wartości uziemień ochronnych według wzoru: RA UL/IA gdzie UL to najwyższe dopuszczalne długotrwałe napięcie dotykowe (przyjąć 50 V), a IA to prąd powodujący samoczynne wyłączenie zasilania (przyjąć równy prądowi znamionowemu wyłącznika różnicowo-prądowego zainstalowanego w modelu instalacji, czyli In=0,1 A). Uzyskaną wartość wpisać do rubryki RA w tabeli dla pomiarów 1 i 2, a następnie zaznaczyć czy badane uziemienia spełniają wymogi bezpieczeństwa. 9) Po wykonaniu następnego punktu ćwiczenia z tabeli 2 pobrać dopuszczalną wartość rezystancji uziemienia odgromowego dla II poziomu ochrony i wpisać do rubryki RA dla pomiaru 3. Zaznaczyć czy badane uziemienie spełnia wymogi bezpieczeństwa. Tabela 2 Wartości równoważnych rezystancji uziemienia zależnych od rezystywności gruntu. Równoważna rezystancja uziemienia odniesiona do poziomów ochrony ρ [Ωm] I II III-IV 0 4 4 4 200 6 6 6 500 00 15 20 2000 15 40 3000 15 60 4. Pomiar rezystywności gruntu Pomiaru rezystywności gruntu dokonuje się w układzie czteroprzewodowym, za pomocą cyfrowego miernika rezystancji uziemienia DT 5300. Sposób podłączenia miernika do tablicy modelu instalacji przedstawia rysunek 4. E1 E2 P2 P1 P2 lub P4 S-d S S+d H Rysunek 6 Sposób podłączenia miernika DT 5300 do tablicy modelu instalacji podczas pomiaru rezystywności gruntu. 1) Przed rozpoczęciem pomiarów upewnić się, że wyłącznik zasilania tablicy, wyłącznik nadmiarowoprądowy i różnicowo-prądowy oraz wszystkie przełączniki nieprawidłowości są wyłączone. str. 7
2) Podłączyć miernik DT 5300 do zacisków S -d, S, S+d oraz H, w sposób przedstawiony na rysunku 4. Odpowiada to podłączeniu miernika do sond wbitych w grunt w jednej linii w odległości d jedna od drugiej. 3) Ustawić zakres 00Ω i wykonać pomiar, przytrzymując przycisk TEST i wciskając przycisk HOLD po około dwóch-trzech sekundach. Wynik zapisać w tabeli w sprawozdaniu. 4) Uzyskany wynik zapisać w tabeli i policzyć wartość rezystywności gruntu według wzoru: ρ=2πdr (2) gdzie R to zmierzona rezystancja, a d odległość między sondami pomiarowymi. Należy przyjąć d=2 m (mała odległość wynika z konstrukcji tablicy; w pomiarach tego rodzaju sondy zwykle umieszcza się w odległości powyżej 20 m). Dla wyliczonego wyniku policzyć niepewność korzystając z instrukcji przyrządu. Czy zmiana odległości d zmieni wartość zmierzonej rezystywności gruntu w sposób znaczący (np. kilkanaście razy)? Podpowiedź: czy R zależy od odległości? 5) Uzupełnić podpunkt 9 poprzedniego punktu ćwiczenia. 6) Po zakończeniu pomiarów miernik DT 5300 wyłączyć i wraz z przewodami pomiarowymi schować do futerału. 5. Badanie wyłącznika różnicowoprądowego Badanie wyłącznika różnicowoprądowego (RCD, residual current device) polega na wyznaczeniu czasów wyłączania dla zadanych wartości prądu różnicowego: 1/2I n, In oraz 5In, gdzie In to znamionowy prąd różnicowy wyłącznika. Badanie należy przeprowadzać przy przesunięciach fazowych 0 o oraz 180o (prąd w przeciwfazie względem napięcia). Do badania wyłącznika na stanowisku laboratoryjnym wykorzystywany jest miernik parametrów wyłączników różnicowoprądowych typu TES-1900A. Znajduje się on w żółtym plastikowym futerale na stanowisku. Miernik podłącza się do gniazda badanego obwodu standardowym przewodem zasilającym. 1) Upewnić się, że wszystkie przełączniki nieprawidłowości są w pozycji wyłączone (dolnej), a następnie załączyć kolejno: wyłącznik różnicowoprądowy, wyłącznik nadmiarowo-prądowy oraz zasilanie tablicy. Od tego momentu w gnieździe tablicy jest napięcie! 2) Miernik TES-1900A podłączyć do gniazda tablicy. 3) Z panelu badanego wyłącznika odczytać jego różnicowy prąd znamionowy I n. Wartość prądu ustawić przełącznikiem obrotowym na panelu miernika. 4) Ustawić przesunięcie fazowe na 0o (przyciskiem 0o/180o). 5) Ustawić prąd testowy 1/2 In (lewym przyciskiem nastawy prądu). 6) Wykonać pomiar wciskając przycisk TEST. Komunikat O.L. oznacza, że wyłącznik nie zadziałał. Jest to oczekiwany rezultat. 7) Ustawić przesunięcie fazowe na 180o i ponowić pomiar. Wyłącznik ponownie nie powinien zadziałać. 8) Ustawić prąd testowy 1 I n i wykonać pomiary dla przesunięć fazowych 0 o i 180o. Dla tej wartości prądu wyłącznik powinien zadziałać. Miernik wyświetla czas zadziałania wyłącznika, jednak ze względu na brak źródła zasilania po zadziałaniu wyłącznika wynik jest wyświetlany tylko przez kilka sekund. Każdorazowo należy zanotować wynik w tabeli w sprawozdaniu, a następnie ponownie włączyć wyłącznik. 9) Pomiary z punktu 8 powtórzyć dla prądu testowego równego 5 I n. Wyniki zapisać w tabelce w sprawozdaniu. ) Dla uzyskanych wyników policzyć niepewności. 11) Po zakończeniu wszystkich punktów miernik TES-1900A schować do futerału i odłożyć na miejsce. Czy badany wyłącznik można zastosować do zabezpieczenia ludzi przed porażeniem? Podpowiedź: jaka wartość prądu stanowi zagrożenie dla życia? str. 8