Pomiary elektryczne - jak badać bezpieczeństwo instalacji?

Zgodnie z europejskimi normami badanie bezpieczeństwa instalacji elektrycznych opiera się na wykonaniu następujących pomiarów:

• Rezystancji izolacji
• Ciągłości przewodów ochronnych i połączeń wyrównawczych
• Wyłączników różnicowoprądowych
• Impedancji pętli zwarcia i linii
• Uziemienia (metoda dwuprzewodowa bez sond, metoda 3 i 4-przewodowa z dwiema sondami, metoda cęgowa z dwiema sondami, metoda dwucęgowa)
• Rezystywności gruntu
• Kolejności faz, napięcia, częstotliwości

Pomiary te wykonywane są celem potwierdzenia że spełnione są wszelkie wymagania dotyczące zabezpieczenia osób, inwentarza i majątku przed ryzykiem porażenia prądem elektrycznym oraz sprawdzenia prawidłowego działania systemu odłączającego automatycznie zasilanie.

Rezystancja izolacji
Izolacja zabezpiecza przed bezpośrednim kontaktem z elementami pod napięciem i zwiększa wytrzymałość obciążeń mechanicznych, chemicznych, elektrycznych oraz termicznych. Pomiar rezystancji izolacji ujawnia ewentualne pogorszenie izolacji, zużycia wynikające z zanieczyszczeń, wilgoci czy też zastosowanego materiału izolacyjnego. Sposób przeprowadzania pomiarów rezystancji izolacji oraz wartości graniczne określa norma PN-HD-60364-6. Wymagania stawiane przyrządom pomiarowym do mierzenia rezystancji izolacji określa norma PN-EN 61557-2.

Przed wykonaniem pomiaru zasilanie główne musi być wyłączone, wszystkie łączniki zamknięte, a wszystkie odbiorniki odłączone od instalacji, tak aby zagwarantować, że napięcie pomiarowe nie zostanie przyłożone do żadnego z urządzeń w sieci, w szczególności tych wrażliwych na przepięcia.

Rezystancja izolacji powinna być zmierzona pomiędzy:

• Przewodami fazowymi
• Przewodami fazowymi a ochronnym
• Przewodami fazowymi a neutralnym
• Przewodem neutralnym a ochronnym

Pomiaru rezystancji izolacji dokonuje się napięciem stałym w systemie odłączonym od zasilania. Zmierzona rezystancja musi być wyższa niż minimalne wartości graniczne określane przez odpowiednie normy i przepisy.
Wartości graniczne dla instalacji elektrycznej zgodnie z normą PN-IEC 60364-6:

Znamionowe napięcie w instalacji (V)	Napięcie pomiarowe (V)	Rezystancja izolacji (MΩ)
Obwody niskiego napięcia	250	≥0.5
Obwody o napięciu 500V lub niższym	500	≥1.0
Wyższe	1.000	≥1.0

Wskazówka METRELa:
Mierniki EurotestAT i EurotestXA mają wbudowaną funkcję “Insulation ALL”, która pozwala na wykonanie potrójnego testu izolacji (L-N, L-PE, N-PE lub L1-L2, L1-L3, L2-L3) w jednym pomiarze. Funkcja ta znacznie skraca czas pomiaru.

Ciągłość przewodów ochronnych i połączeń wyrównawczych
Celem pomiaru jest sprawdzenie ciągłości przewodów ochronnych i połączeń wyrównawczych. Test realizowany jest za pomocą przyrządu generującego napięcie bez obciążenia o wartości 4 - 24 V (DC lub AC) o minimalnym natężeniu 200mA.

Sposób przeprowadzania pomiarów ciągłości przewodów ochronnych i połączeń wyrównawczych określa norma PN-HD-60364-6.

Wymagania stawiane przyrządom do pomiaru ciągłości określa norma PN-EN 61557-4.

Zmierzona rezystancja musi być niższa niż wartość graniczna określona w normie dla danej instalacji, wartość ta z reguły wynosi 2 Ω. Ponieważ wartość rezystancji jest mała konieczna jest kompensacja rezystancji przewodów pomiarowych, zwłaszcza w przypadku gdy są one długie.

Wskazówka METRELa:
Mierniki EurotestAT i EurotestXA mogą wykonać test pętli N-PE pomiędzy złączami N i PE przyrządu. Pozwala to na pomiar za pomocą wtyczki w gniazdku.

Badanie wyłączników RCD
Wyłączniki różnicowo-prądowe służą do ochrony przed niebezpiecznymi napięciami i prądami zwarciowymi. Do weryfikacji poprawności działania wyłączników RCD niezbędne jest wykonanie badań i pomiarów, które określa norma PN-HD-60364-6.

Wymagania stawiane przyrządom do badania wyłączników RCD określa norma PN-EN 61557-6.

Celem pomiaru wyłączników różnicowo-prądowych jest:

• weryfikacja poprawnego działania i efektywności RCD
• weryfikacja czasu i prądu zadziałania
• sprawdzenie obecności prądów upływu w instalacji

Możliwe jest wykonanie następujących pomiarów RCD:

• napięcia dotykowego
• czasu zadziałania
• prądu zadziałania
• autotest RCD

Wskazówka METRELa:
Mierniki instalacji posiadają wbudowaną funkcję “RCD AUTO”, która bada wyłącznik prądem o mnożniku x1/2, x1 i x5 przy 0° i 180°. Dzięki tej funkcji wszystkie niezbędne testy wyłącznika RCD mogą być wykonane w jednym kroku co znacząco ułatwia i przyśpiesza procedurę pomiarową.

Wybór wyłącznika RCD z uwzględnieniem jego czułości:
Impedancja linii

Impedancja linii mierzona jest w pętli zawierającej źródło napięcia zasilającego oraz przewody połączeniowe (tzn. pomiędzy przewodami fazowym L i neutralnym N lub przewodami fazowymi w systemie 3-fazowym L 1-2-3). Sposób przeprowadzania pomiarów impedancji linii określono w normie PN-HD-60364-6.

Wymagania stawiane przyrządom do pomiaru impedancji linii określono w normie PN-EN-61557-3. Celem pomiaru impedancji linii jest:

• weryfikacja poprawności działania zabezpieczeń nadprądowych
• weryfikacja impedancji wewnętrznej dla celów zasilania

Pętla zwarciowa L-N składa się z:

• • Impedancji uzwojenia wtórnego transformatora ZT,
• • Impedancji przewodu fazowego L od źródła do punktu zwarcia ZL,
• • Impedancji przewodu N od źródła do punktu zwarcia ZN.

Impedancja między przewodem L a przewodem neutralnym N jest sumą wszystkich impedancji i rezystancji które tworzą pętlę od L do N. W systemach trójfazowych, wyróżniamy trzy takie impedancje L do N
(ZL1-N, ZL2-N, ZL3-N).

ZLN = ZL+ ZN+ZTLN

Przewidywany prąd zwarciowy Ipsc zdefiniowany jest jako:
IPSC musi być większy niż prąd określony dla czasu wyłączenia urządzenia będącego zabezpieczeniem nadprądowym. Impedancja połączenia linia (L) - neutralny (N) (lub linia - linia) powinna być wystarczająco niska, np. przewidywany prąd zwarciowy musi być wystarczająco wysoki, tak aby zainstalowane urządzenie zabezpieczające odłączyło pętlę zwarciową w określonym przedziale czasowym.

Wskazówka METRELa:
Testery parametrów instalacji METREL posiadają wbudowaną charakterystykę parametrów bezpieczników i wyłączników RCD. W czasie pomiaru linii, wartość mierzona jest automatycznie porównywana z maks. wartościami określonymi w normie (PN-EN 61557) i po zakończeniu pomiaru, zostaje wyświetlona ocena DOBRY/ZŁY informująca o przekroczeniu lub zgodności z wartościami referencyjnymi.

Impedancja pętli zwarcia
Pętla zwarcia jest pętlą zawierającą źródło zasilania, przewody połączeniowe oraz połączenie wyrównawcze PE wracające do źródła zasilania. Sposób wykonania pomiarów określony został przez normę PN-HD-60364-6.

Urządzenia do pomiaru impedancji pętli zwarcia muszą spełniać wymagania normy PN-EN 61557-3.

Celem pomiaru impedancji pętli jest:

• weryfikacja poprawności działania zabezpieczeń nadprądowych i różnicowoprądowych
• weryfikacja impedancji pętli zwarcia, wartości przewidywanego prądu i napięcia zwarciowego

W systemie zasilania TN pętla zwarcia ZL-PE składa się z:

• impedancji uzwojenia wtórnego transformatora ZT
• podłączenia L od źródła do zwarcia ZL
• podłączenia PE/PEN od zwarcia do źródła RPE

Impedancja pętli zwarcia jest sumą impedancji oraz rezystancji tworzących pętlę zwarciową.

ZLPE = ZL+ RPE+ZT

Przewidywany prąd zwarciowy IPSC zdefiniowany jest jako:
Wskazówka METRELa:
Mierniki instalacji METREL posiadają wbudowaną charakterystykę parametrów bezpieczników i wyłączników RCD. W czasie pomiaru linii, wartość mierzona jest automatycznie porównywana z maks. wartościami określonymi w normie (PN-EN 61557) i po zakończeniu pomiaru, zostaje wyświetlona ocena DOBRY/ZŁY informująca o przekroczeniu lub zgodności z wartościami referencyjnymi.

Rezystancja uziemienia
Pomiar rezystancji uziemienia wykonywany jest w systemach zasilania typu TN, TT oraz IT w celu zweryfikowania czy rezystancja elektrod uziemiających jest na tyle niska, że w przypadku awarii niebezpieczne napięcie nie pojawi się na żadnym z elementów instalacji lub urządzeń, które są podłączone do uziemienia.

Sposób przeprowadzania pomiarów impedancji linii określono w normie PN-HD-60364-6.
Wymagania stawiane przyrządom do pomiaru impedancji linii określono w normie PN-EN-61557-6

Celem pomiaru rezystancji uziemienia jest:

• weryfikacja czy w przypadku uszkodzenia, napięcie pojawiające się na przewodzących elementach podłączonych do uziemienia pozostaje poniżej niebezpiecznego poziomu.

W instalacjach typu TN uziemienie podłączone jest do źródła i / albo punktów zasilających co powoduje, że z reguły wartość rezystancji jest bardzo niska (poniżej 1Ω).
Instalacja TT posiada własne uziemienie. Wartość rezystancji jest przeważnie wyższa niż w instalacjach TN (od kilku Ω do kilku tysięcy Ω). W konsekwencji groźne napięcia uszkodzeniowe oraz prądy upływowe mogą występować przy relatywnie niskim prądzie. Z tego powodu systemy TT posiadają dodatkowe zabezpieczenie w postaci wyłączników RCD.

Dostępne są następujące metody pomiarowe rezystancji uziemienia:

• Standardowa metoda 3-przewodowa (albo 4-przewodowa) wykorzystywana do pomiaru rezystancji uziemienia (albo rezystywności gruntu);
• 3-przewodowa (albo 4-przewodowa) metoda z zastosowaniem cęgów wykorzystywana do pomiaru indywidualnych uziomów (bez konieczności rozpinania uziomu);
• 2-cęgowa metoda wykorzystywana do pomiaru rezystancji uziemienia pojedynczych uziomów (rekomendowana w PN-EN 60364-6 dla zurbanizowanych terenów)
• Rezystywność gruntu (pomiary wykonywany w celu dokładniejszego obliczenia wartości brzegowych systemu uziemiającego, np. w słupów wysokiego napięcia, dużych obiektach przemysłowych, systemach odgromowych itd).

Schematy połączeniowe Metody pomiaru rezystancji uziemienia
Instalacja TN Instalacja TT Instalacja IT Przewód odgromowy Wartości graniczne:
2 Ω – powyżej uziemienia
10 Ω – pełny system
20 Ω – uziemienia indywidualne lub 8% rezystywności gruntu

Kolejność faz, napięcie, częstotliwość
Sprawdzanie kolejności faz jest istotne do oceny kolejności przewodów fazowych w systemach 3-fazowych, mające wpływ na kierunek obrotów silników i generatorów.

Sposób wykonania pomiarów określony został przez normę PN-HD-60364-6.

Urządzenia do pomiaru kolejności faz, napięcia, częstotliwości muszą spełniać wymagania normy PN-EN 61557-3. Wskazówka METRELa:
Przyrządy firmy Metrel posiadają monitoring napięcia, który przy wszystkich funkcjach pomiarowych wyświetla na ekranie wartości napięcia pomiędzy L i PE, L i N, N i PE (systemy 1-fazowe) oraz L1 do L2, L2 do L3 i L1 do L3 (systemy 3-fazowe). Funkcja pozwala na błyskawiczną identyfikację sposobu podłączenia lub odłączenia przewodów.

Zacisk pomiarowy PE
W przypadku pojawienia się niebezpiecznego napięcia na przewodzących elementach metalowych podłączonych do przewodu PE może wystąpić bardzo groźne zjawisko dla użytkowników. Najczęstszym powodem jest niewłaściwe podłączenie przewodów. Przyrządy Metrel wyposażone zostały w specjalną elektrodę dotykową PE umieszczoną w przycisku TEST. Wszystkie funkcje pomiarowe, które wymagają zasilania sieciowego zostają automatycznie sprawdzone przez przyrząd na obecność niebezpiecznego napięcia na połączeniu wyrównawczym PE po naciśnięciu przez operatora przycisku TEST. Kategorie przepięciowe
Kategorie przepięciowe określają najwyższe napięcia zasilające, które przyrząd potrafi wytrzymać elektrycznie bez zagrożenia dla operatora i mierzonego obiektu (bądź wynikłe od uderzenia pioruna, bądź spowodowane złym użyciem przyrządu). Normy określają cztery kategorie przepięciowe. Kategorie przepięciowe mają wpływ na wielkość stosowanych komponentów elektrycznych na płycie i odległość między nimi. Im wyższa kategoria tym większa odległość od źródła zasilania.

CAT I - urządzenia elektryczne, poziom sygnalizacyjny.
CAT II - urządzenia domowe, urządzenia przenośne, gniazda, obciążenia 1-fazowe (>10 m - CAT III; > 20 m - CAT IV).
CAT III - 3-fazowe systemy zasilania, instalacje oświetleniowe w dużych budynkach, panele dystrybucyjne zasilania.
CAT IV - 3-fazowe systemy zasilania, instalacje zewnętrzne i źródłowe kable zasilające.

AUTOSEKWENCJA®
To unikalna i opatentowana przez Metrel procedura która pozwala na wykonywanie serii pomiarów i testów wymaganych dla instalacji elektrycznych za jednym naciśnięciem przycisku TEST. Wyniki pomiaru są automatycznie porównywane z referencyjnymi a następnie wyświetlana jest ocena DOBRY / ZŁY.

AUTOSEKWENCJA® pozwala na wydajne, szybkie i proste pomiary instalacji elektrycznych gwarantując absolutne bezpieczeństwo dla operatora przez automatyczne wykrywanie błędów i uszkodzeń w instalacjach elektrycznych.

Do pamięci wprowadzone zostały gotowe sekwencje pomiarowe. Ponadto operator może stworzyć i zapisać swoje własne sekwencje.

Operator może wybrać właściwą procedurę AUTOSEKWENCJI® w oparciu o następujące kryteria:

• która część instalacji elektrycznej będzie testowana,
• który system zasilania zastosowano (TN, TT czy IT),
• czy instalacja jest 1- czy 3-fazowa,
• czy instalacja zawiera wyłączniki RCD.

W celu ułatwienia wyboru właściwej sekwencji, do przyrządu dołączony jest szczegółowy diagram.
Po wyborze AUTOSEKWENCJI® i wartości granicznych operator naciska tylko przycisk TEST, a sekwencja wykona wszelkie niezbędne pomiary. Po zakończeniu pomiarów miernik wyświetli ocenę DOBRY / ZŁY wszystkich pomiarów w sekwencji. Wszystkie wyniki można zapisać w pamięci miernika w celu dalszej oceny i modyfikacji oraz wykonania raportu lub protokółu z wykorzystaniem programu PC SW Eurolink PRO.

Rewolucyjna procedura AUTOSEKWENCJI® pozwala na wykonywanie do 5 razy szybszych pomiarów w porównaniu do klasycznych metod.

Przewodnik po pomiarach w niskonapięciowych instalacjach elektrycznych: PN-EN 60364-6