Jak wykonać pomiary ochronne w maszynach przemysłowych?

W ostatnich latach nastąpił duży postęp w dziedzinie automatyki i budowy systemów sterowania, szczególnie w zakresie systemów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo maszyn. Oprócz wykonywania analizy ryzyka zgodnie z normą PN-EN ISO 12100, określania wymaganego Performance Level według normy PN-EN ISO 13849-1, należy także wykonać pomiary ochronne.

W obowiązującym stanie prawnym brak jest precyzyjnych przepisów dotyczących czasokresów badań eksploatacyjnych urządzeń elektrycznych. Żaden z niżej wymienionych aktów prawnych nie wymaga badań i pomiarów rezystancji izolacji elektrycznej i pomiarów ochrony przeciwporażeniowej dla nowej maszyny, zainstalowanej i użytkowanej w zakładzie pracy.

Wymagając wykonania okresowych badań i pomiarów, przepisy te również precyzyjnie nie określają, z jaką częstotliwością należy te badania i pomiary wykonać. Nie ulega jednak wątpliwości, że badania i pomiary należy przeprowadzić każdorazowo po wprowadzeniu zmian oraz we wszystkich przypadkach, gdy istnieje podejrzenie, że stan izolacji lub ochrony przeciwporażeniowej uległ pogorszeniu lub wystąpiły uszkodzenia. Jeśli przyjąć postanowienia ustawy z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane (tekst jedn.: Dz. U. z 2010 r. Nr 243, poz. 1623 z późn. zm.) to badania i pomiary należy przeprowadzać co pięć lat, ale postanowienia ustawy dotyczą bardziej obiektów budowlanych niż eksploatowanych w nich maszyn.

W instrukcjach dostarczonych wraz z maszyną, producent powinien określić zasady bezpiecznego montażu i eksploatacji maszyny, w tym wymagane badania i pomiary, a także podać informacje o serwisie, który może takie badania i pomiary wykonać (serwis producenta, upoważnionego przedstawiciela, własny pracodawcy), w zależności od posiadanej maszyny oraz zakresu prac serwisowych. W deklaracji zgodności WE producent powinien zagwarantować, że maszyna spełnia wszystkie odpowiednie przepisy dyrektywy 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. oraz zharmonizowane normy w sprawie maszyn.

Instrukcje powinny być dostarczone użytkownikowi wraz z maszyną. W instrukcji takiej pracodawca powinien również określić częstotliwość wykonywania okresowych pomiarów elektrycznych dla poszczególnych urządzeń technicznych biorąc pod uwagę m.in. warunki środowiskowe, w których pracują.

Wieloarkuszowa norma PN-IEC 60364, z którą należy się zapoznać zawiera między innymi postanowienia dotyczące ochrony przed:

• porażeniem prądem elektrycznym
• skutkami oddziaływania cieplnego
• prądami przetężeniowymi
• prądami spowodowanymi uszkodzeniami,
• przepięciami,
• obniżeniem napięcia

W części 6 pod tytułem „Sprawdzenie” mamy szczegółowo opisane próby i oględziny które są wymagane do wykonania. Norma zawiera wymagania dotyczące sprawdzeń (badań) odbiorczych (rozdział 61) i okresowych (rozdział 62). Ma ona rozszerzony, w stosunku do obecnie obowiązującej normy, zakres tematyczny wiele nowych, bardziej szczegółowych informacji zawartych w załącznikach. Omówienie wszystkich zagadnień zajęłoby sporo czasu a więc nie jest to zbytnio możliwe.

Ogólnie pomiary dzielimy na trzy grupy:

1. Pomiary wykonywane na urządzeniach elektrycznych u wytwórcy
2. Pomiary po montażowe urządzeń elektrycznych tak zwane odbiorcze
3. Pomiary okresowe podczas eksploatacji urządzeń, mające dać odpowiedź jaki jest aktualny stan techniczny urządzeń pod względem niezawodności i bezpieczeństwa pracy, czy nie uległ on pogorszeniu w ostatnim okresie.

Wyniki tych pomiarów mają być podstawą do podjęcia decyzji o dalszej eksploatacji lub dokonaniu odpowiednich napraw, wymian czy remontów generalnych maszyn.

Pomiary powinny być wykonywane poprawnie, tak aby wyciągane wnioski były właściwe. Przed wykonywaniem pomiarów elektrycznych należy odpowiedzieć na pytania:

1. w jaki sposób należy je wykonywać ?
2. kto może wykonywać pomiary ochronne oraz je zatwierdzać ?
3. czym należy wykonywać pomiary ?

Pomiary elektryczne jak wykonać?

Przy wykonywaniu pomiarów elektrycznych należy zwrócić uwagę na warunki mogące mieć istotny wpływ na dokładność pomiaru, mieć świadomość możliwości popełniania błędów i właściwie interpretować uzyskane wyniki.

Czasami sam wynik daję pozytywną ocenę skuteczności ochrony, lecz wliczając błąd pomiarowy wynikający z niepewności przyrządu pomiarowego możemy się zdziwić że nie spełniamy już wymogów. Dlatego zwracam uwagę aby w protokołach uwzględniać i wpisywać błąd pomiarowy.

Częstym błędem jest też pominięcie zakresu pomiarowego miernika, to że miernik wyświetla wartości od 0,0 do pewnej wartości jest sprawą oczywistą, ale posiada też swój zakres pomiarowy.

Zgodnie z normą PN-EN 61557, poniżej tabela odnośnie dopuszczalnych wartości niepewności roboczych pomiarów:

Krótki przykład, mierząc impedancję pętli zwarcia miernikiem Sonel MPI 505 z funkcją RCD (bez wyzwalania wyłącznika RCD) otrzymujemy wynik 0,42Ω do wyniku należy oczywiście doliczyć błąd pomiarowy ±  0,13Ω wynikający z ±(6% w.m. + 10 cyfr),rozdzielczość 0,01Ω

Wynik nie można uznać za prawidłowy ponieważ zakres pomiarowy wg IEC 61557 dla przewodów 1,2m wynosi 0,5…1999Ω.

Każdy wynik poniżej wartości 0,5 Ω jest obarczony niepewnością pomiaru. W przypadku impedancji dopuszczalna niepewność robocza pomiaru to 30%. Należy o tym pamiętać i zwracać uwagę podczas pomiarów !

Kto może wykonywać pomiary ochronne oraz je zatwierdzać ?

Pomiary i badania elektryczne powinny wykonywać osoby posiadające odpowiednią wiedzę i doświadczenie, gdyż tylko to daje gwarancję rzetelnych wyników pomiarów. W praktyce oznacz to, że pomiary mogą wykonywać osoby posiadające świadectwa kwalifikacyjne grupy I: E (eksploatacja) z uprawnieniami do wykonywania pomiarów ochronnych.  Aby sporządzony po pomiarach protokół miał moc prawną, osoba, która go wystawia powinna legitymować się świadectwem kwalifikacyjnym grupy G1 w zakresie dozoru D nad eksploatacją urządzeń, instalacji oraz sieci energetycznych oraz urządzeń kontrolno – pomiarowych.

Czym należy wykonywać pomiary elektryczne?

Całokształt spraw związanych z metrologią i wymaganiami dotyczącymi przyrządów pomiarowych reguluje obowiązująca od 1 I 2003r. ustawa p.t. “Prawo o miarach” z dnia 11 maja 2001 r. Przyrządy pomiarowe wprowadzone do obrotu w państwach członkowskich Unii Europejskiej, zgodnie z dyrektywami Unii Europejskiej, dopuszcza się do obrotu na terytorium Rzeczypospolitej Polskiej.

Tutaj z czystym sumieniem mogę polecić sprzęt polskiej firmy Sonel. Pracuję na nim już kilka ładnych lat, nigdy się nie zawiodłem, jest praktyczny.

Krótka informacja na temat wzorcowania miernika

Obecnie nie istnieją żadne przepisy prawne wyznaczające w sposób precyzyjny okresy wzorcowania (kalibracji) mierników elektrycznych. Stąd brak jest wynikających stąd konkretnych okresów ważności świadectw wzorcowań. Terminy powtórnych kalibracji mogą być ustalane przez samego użytkownika miernika.

Norma PN-ISO 10012:2004P nakłada obowiązek okresowej kontroli urządzeń służących do wykonywania pomiarów. Obowiązek ten odnosi się do firm posiadających System Zarządzania Jakością ISO 9001. Zgodnie z tą normą producent przyrządu pomiarowego może sugerować okresy wzorcowań. Zdecydowana większość producentów zaleca wykonywanie kalibracji mierników co 12 miesięcy. Należy zwrócić uwagę, że zapis ten ma znaczenie raczej teoretyczne niż praktyczne.
W praktyce, dzięki wykonywaniu wzorcowania miernika zgodnie z zaleceniami producentów możemy być pewni, że przyrząd pomiarowy jest sprawny. Jednocześnie nikt nie będzie mógł tego faktu podważyć.

Część praktyczna

Zaczynamy od stworzenia własnych formatek, wzorów, szablonów protokołów elektrycznych. Chyba że jesteście w posiadaniu gotowych programów do tworzenia protokołów takich jak np. Sonel PE5, PROTON+, Krystyn 2000 pomiary elektryczne i inne. Zatem jak wykonać pomiary elektryczne?

Pomiary rozpoczynamy od oględzin. Co to znaczy? Takie pomiary mają nam dać odpowiedź, czy zainstalowane na stałe urządzenia elektryczne spełniają wymagania bezpieczeństwa podane w odpowiednich normach a przede wszystkim w PN-HD 60364, i czy zainstalowanie wyposażenia jest zgodne z instrukcjami wytwórcy tak, aby zapewniało jego poprawne działanie.

W wyżej wymienionej normie mamy ładnie rozpisane na co należy zwrócić szczególną uwagę podczas oględzin:

• Sprawdzenie prawidłowości ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym
• Sprawdzenie prawidłowości ochrony przed pożarem i przed skutkami cieplnymi
• Sprawdzenie prawidłowości doboru przewodów do obciążalności prądowej
• Sprawdzenie prawidłowości ochrony przed obniżeniem napięcia
• Sprawdzenie prawidłowości doboru i nastawienia urządzeń zabezpieczających i sygnalizacyjnych
• Sprawdzenie prawidłowości umieszczenia odpowiednich urządzeń odłączających i łączących
• Sprawdzenie prawidłowości doboru urządzeń i środków ochrony od wpływów zewnętrznych
• Sprawdzenie prawidłowości oznaczania przewodów neutralnych i ochronnych oraz ochronno-neutralnych
• Sprawdzenie prawidłowego i wymaganego umieszczania schematów, tablic ostrzegawczych lub innych podobnych informacji
• Sprawdzenie prawidłowego i kompletnego oznaczenia obwodów, bezpieczników, łączników, zacisków itp.
• Sprawdzenie poprawności połączeń przewodów
• Sprawdzenie dostępu do urządzeń, umożliwiającego ich wygodną obsługę i konserwację

Podchodzimy pod maszynę i sprawdzamy. Postaram się Wam to wyjaśnić na kilku przykładach ze zdjęć.

Krok 1

1. Prawidłowe i wymagane umieszczenie schematów, tablic ostrzegawczych lub innych podobnych.
2. Umieszczenie odpowiednich urządzeń odłączających i łączących.

Krok 2

1. Prawidłowość doboru urządzeń i środków ochrony od wpływów zewnętrznych
2. Prawidłowość ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym:
3. Szafy elektryczne są zamykane, zapewnienie poziomu IP2X dla elementów wewnątrz szafy
4. Prawidłowość doboru i nastawienia urządzeń zabezpieczających i sygnalizacyjnych
5. Umieszczanie odpowiednich urządzeń odłączających i łączących
6. Prawidłowe kompletne oznaczenia obwodów, bezpieczników, łączników, zacisków itp.

Krok 3

1. Sprawdzenie prawidłowości ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym
2. Sprawdzenie prawidłowości doboru przewodów do obciążalności prądowej
3. Sprawdzenie prawidłowości oznaczenia przewodów neutralnych i ochronnych
4. Sprawdzenie prawidłowości poprawności połączeń przewodów
5. Sprawdzenie prawidłowości  kompletnego oznaczenia obwodów, bezpieczników, łączników, zacisków itp.

Krok 4 

1. Sprawdzenie prawidłowości ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym poprzez szynę wyrównawczą GSW
2. Sprawdzenie prawidłowości dostępu do urządzeń umożliwiającego ich wygodną obsługę i konserwację

Po wykonaniu oględzin instalacji elektrycznej na maszynie i stwierdzeniu jej poprawności oraz braku uchybień przystępujemy do prób i pomiarów. Próby i pomiary mają dać odpowiedź czy zachowane są wymagane parametry techniczne i spełnione są podane w normach i dokumentacji wymagania, dotyczące zainstalowanych urządzeń i instalacji elektrycznych. Norma PN-HD 60364 definiuje kilka pomiarów i prób, które należy wykonać:

• Próba ciągłości przewodów ochronnych, w połączeniach wyrównawczych głównych i dodatkowych oraz ciągłość     przewodów czynnych w przypadku pierścieniowych obwodów odbiorczych;
• Pomiar rezystancji przewodów przy ochronie za pomocą obniżenia napięcia dotykowego;
• Pomiar rezystancji izolacji instalacji elektrycznej;
• Sprawdzenie ochrony za pomocą SELV, PELV lub separacji elektrycznej;
• Pomiar rezystancji/impedancji podłóg i ścian;
• Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania;
• Sprawdzenie działania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych
• Pomiar rezystancji uziomów;
• Sprawdzenie biegunowości;
• Sprawdzenie kolejności faz;
• Próba wytrzymałości elektrycznej;
• Próba działania;
• Sprawdzenie skutków cieplnych;
• Pomiar spadku napięcia.

4 główne pomiary elektryczne

Próba ciągłości przewodów ochronnych

Norma PN-IEC 60364-6-61 wymaga, aby próbę ciągłości przewodów wykonywać przy użyciu źródła prądu stałego lub przemiennego o niskim napięciu od 4 do 24 V w stanie bez obciążeniowym i po obciążeniu prądem co najmniej 0,2A. Prąd stosowany podczas próby powinien być tak mały, aby nie stwarzał ryzyka powstania pożaru lub wybuchu.

Pomiar rezystancji przewodów ochronnych polega na przeprowadzeniu pomiaru rezystancji R między każdą częścią przewodzącą dostępną a najbliższym punktem głównego przewodu wyrównawczego, który ma zachowaną ciągłość z uziomem. Według PN-IEC 60364-6-61 zmierzona rezystancja R powinna spełniać następujący warunek:

gdzie:

Uc- spodziewane napięcie dotykowe podane, określone na podstawie IEC 479 -1;

Ia – prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego w wymaganym czasie 0,2; 0,4 lub 5 s.

Dla połączeń wyrównawczych dodatkowych oraz przy ochronie za pomocą obniżenia napięcia dotykowego i we wszystkich przypadkach budzących wątpliwość, co do wartości zapewnienia napięcia dopuszczalnego długotrwale, należy sprawdzać czy rezystancja połączeń wyrównawczych R między częściami przewodzącymi jednocześnie dostępnymi lub rezystancja przewodu PE w przypadku obiektów zasilanych przez urządzenia energoelektroniczne, gdy wymagana jest ochrona przez obniżenie napięcia dotykowego należy sprawdzić czy spełniony jest warunek:

gdzie:

UL – Dopuszczalne długotrwale napięcie dotyku (50 V – warunki normalne, 25 V – warunki o zwiększonym                 niebezpieczeństwie porażenia);

Ia – Prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego w wymaganym czasie.

Pomiary ciągłości przewodów ochronnych oraz wyrównawczych wykonujemy pomiędzy złączem głównym PE a elementami czynnymi dostępnymi, które w normalnych warunkach pracy nie są pod napięciem takimi jak:

• Zacisk na drzwiach szafy,
• GSW,
• Rama spawana,
• Profile aluminiowe,
• Blachy,
• Wymienne oprzyrządowania.

Należy też sprawdzić ochronę  za pomocą obniżenia napięcia dotykowego.  Głównie dotyczy to obwodów zasilanych z urządzeń energoelektronicznych np. przemiennik częstotliwości czy UPS. Jak wiadomo pętla zwarcia na wyjściu takiego urządzenia nie ma sensu więc sprawdzamy warunek obniżenia napięcia dotykowego. Uważam, że nie ma co żałować na „miedzi” na przekroju przewodu ochronnego PE jeżeli chcemy uzyskać zadowalający wynik.

Po więcej wiedzy na ten temat zachęcam do przeczytania:

• książki „Wykonywanie odbiorczych i okresowych sprawdzań instalacji niskiego napięcia oraz wykonywanie innych pomiarów”, autor: Fryderyk Łasak
• artykułu Badanie stanu ochrony przeciwporażeniowej w obwodach urządzeń energoelektronicznych” , autor: Edward Musiał

Pomiar rezystancji izolacji instalacji elektrycznej

Pomiar rezystancji izolacji określa stan izolacji przewodów. Ma on decydujący wpływ na bezpieczeństwo obsługi i prawidłowe funkcjonowanie urządzeń elektrycznych. Dobry stan izolacji to również gwarancja ochrony przed dotykiem bezpośrednim, czyli przed porażeniem prądem elektrycznym, szczególnie podczas pomiaru L-PE, N-PE. Natomiast pomiar między przewodami L-N daję nam informację na temat ochrony przeciwpożarowej.

Pomiary rezystancji izolacji wykonuję się w instalacji odłączonej od zasilania. Rezystancję izolacji należy mierzyć pomiędzy kolejnymi parami przewodów czynnych oraz pomiędzy każdym przewodem czynnym i ziemią. Przewody ochronne PE i ochronno-neutralne PEN traktować należy jako ziemię, a przewód neutralny N jako przewód czynny. Podczas pomiaru rezystancji izolacji kabli w obwodach z przemiennikami częstotliwości i falownikami, przed pomiarem należy kable odłączyć od urządzenia energoelektronicznego.

Norma pozwala przeprowadzić pomiar pomiędzy połączonymi razem przewodami czynnymi a przewodem ochronnym. Jeżeli wynik budził by wątpliwości pomiar należy wykonać dla wszystkich przewodów z osobna i wtedy doszukiwać się usterki. Pomiar obwodów oświetleniowych powinno się wykonywać na obwodzie z wyłączonym zabezpieczeniem, załączonym łączniku i odłączonym punkcie oświetleniowym. Rezystancja izolacji zależy od czynników:

• wilgotności atmosfery,
• temperatury,
• napięcia przy jakim przeprowadzany jest pomiar,
• czasu pomiaru
• czystości powierzchni materiału izolacyjnego.

Przy pomiarze rezystancji izolacji w temperaturze innej niż 20 ℃ należy wyniki przeliczyć do temperatury odniesienia 20 ℃. Wartości współczynnika przeliczeniowego K20 podaje tabela poniżej.

Wartości minimalne rezystancji izolacji podano w tabeli poniżej.

W maszynach przemysłowych najczęściej podczas pomiaru rezystancji izolacji mierzy się przewód zasilający (wlz). Podczas pomiarów u wykonawcy gdzie maszyna nie jest zainstalowana na miejscu docelowym warto zmierzyć „własny” wlz.

Pomiar wykonujemy od puszki przyłączeniowej głównego zasilania aż po sam rozłącznik izolacyjny, oczywiście przy odłączonym zasilaniu sieciowym oraz przy wyłączonym rozłączniku. Kolejne pomiary rezystancji izolacji to pomiary gniazdek oraz oświetlenia.

Uwaga praktyczna ! Jeżeli mierzycie obwody gniazd i nie jesteście pewni czy macie odłączone odbiorniki, ustawcie sobie pomiar napięciem 250V DC. Odbiornikowi, urządzeniu nic się nie stanie a miernik pokaże rezystancje rzędu kilku kΩ więc można się łatwo zorientować że coś jest nie tak. Przy pomiarze napięciem 500V DC można uszkodzić elementy elektroniczne w odbiornikach.

Jeżeli mamy kilka obwodów gniazd sieciowych zabezpieczone jednym wyłącznikiem różnicowoprądowym czy wyłącznikiem nadprądowym można z poziomu szafy sterowniczej zmierzyć te wszystkie obwody razem. Jeżeli wynik będzie dobry wpisujemy w protokół, jeśli nie to szukamy pojedynczo przyczyny.

Obwody gniazd sieciowych. Pomiar Riso między L-N dla wszystkich obwodów. Pomiar Riso miedzy N-PE wykonujemy do złącza PE.

Oczywiście dla przypomnienia pomiar wykonujemy przy odłączonym zasilaniu, należy także wyłączyć wyłącznik nadprądowy w tym przypadku 8FI1

Ochrona za pomocą samoczynnego wyłączenia zasilania (pomiar impedancji pętli zwarcia)

Skuteczność ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu w sieci TN wymaga spełnienia warunków:

• samoczynnego wyłączenia w wymaganym czasie;
• wykonania w sieci zasilającej i w instalacji wymaganych uziemień przewodu PEN (PE);
• wykonania wymaganych połączeń wyrównawczych

Dla układu TN zgodnie z wymogiem normy PN-HD 60364-4-41 powinien być spełniony warunek:gdzie:

Zs – jest impedancją pętli zwarcia,

Ia – prądem powodującym samoczynne wyłączenie zasilania w czasie podanym w Tabeli 4 z uwagami zawartymi w PN-HD 60364-4-41,

Uo – jest znamionowym napięciem AC lub DC w odniesieniu do ziemi.

Aby sprawdzając skuteczność ochrony  przeprowadza się pomiar impedancji pętli zwarciowej i porównuje z obliczoną wartością z powyższego wzoru:

Prąd Ia określa się na postawie charakterystyk czasowo-prądowych zastosowanego urządzenia zabezpieczającego lub znamionowego prądu różnicowego urządzeń ochronnych różnicowoprądowych IΔN. Prąd dobierany jest z charakterystyki zastosowanego urządzenia zabezpieczającego tak, aby wyłączenie następowało w wymaganym czasie określonym poniżej.

Dla układu TT zgodnie z wymogiem normy PN-HD 60364-4-41 powinien być spełniony warunek:lub zgodnie z normą sprawdza się czy spełniony jest warunek obniżenia napięcia dotykowego poniżej wartości dopuszczalnej długotrwale:

gdzie:

Ra – rezystancja uziomu dostępnych części przewodzących;

Ia – prąd zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego w wymaganym czasie;

UL – napięcie dotykowe dopuszczalne długotrwale (50 V – warunki środowiskowe normalne; 25 V i mniej – warunki środowiskowe o zwiększonym niebezpieczeństwie porażenia).

Jeżeli urządzeniem ochronnym jest urządzenie różnicowoprądowe to 5 x znamionowy prąd wyzwalający jest prądem Ia, czyli Ia = 5*IΔN Tylko w układzie TT do samoczynnego wyłączania zasilania w celu zapewnienia ochrony dodatkowej (ochrony przy uszkodzeniu) są bezdyskusyjnie niezbędne urządzenia różnicowoprądowe, ale nie muszą to być urządzenia wysokoczułe (≤ 30 mA). Jeżeli sieć rozdzielcza ma układ TT, to nieuchronnie układ TT mają instalacje odbiorcze z niej zasilane. Rozstrzyga o tym nie zapis w dokumentach operatora sieci rozdzielczej, lecz rzeczywista konfiguracja obwodu zwarcia L-PE. W układzie TT obwód ten zamyka się przez ziemię, czyli zawiera dwa szeregowo połączone uziemienia, czyli prąd zwarciowy przy napięciu fazowym 230 V jest wyraźnie mniejszy niż 50 A, czyli rezystancja pętli zwarciowej wynosi co najmniej kilka omów. Rzadkie są sytuacje, kiedy zabezpieczenie nadprądowe jest w stanie spełnić wymagania stawiane skuteczności ochrony i zwykłym urządzeniem wyłączającym w układzie TT jest wyłącznik różnicowoprądowy.

Dla układu IT zgodnie z wymogiem normy PN-HD 60364-4-41 powinien być spełniony warunek:

• w układzie AC

• w układzie DC

gdzie:

Ra – jest sumą rezystancji w Ω , uziomu i przewodu ochronnego części przewodzących dostępnych;

Id – jest prądem uszkodzeniowym w A, pierwszego zwarcia o pomijalnej impedancji pomiędzy przewodem liniowym i  częścią przewodzącą dostępną. Na wartość Id mają wpływ prądy upływowe i całkowita impedancja uziemienia instalacji elektrycznej.

W układach IT części czynne powinny być izolowane od ziemi lub połączone z ziemią przez odpowiednio dużą impedancję. To połączenie może być wykonane albo w punkcie neutralnym lub w punkcie środkowym układu albo w sztucznym punkcie neutralnym. Po wystąpieniu pierwszego zwarcia, warunki do samoczynnego wyłączenia zasilania w przypadku wystąpienia drugiego zwarcia w innym przewodzie czynnym będą następujące:

•  jeżeli nie jest stosowany przewód neutralny to:

•  jeżeli jest stosowany przewód neutralny to:

gdzie:

Zs – impedancja pętli zwarcia obejmująca przewód fazowy i przewód ochronny [Ω],

Z\’s – impedancja pętli zwarcia obejmująca przewód neutralny i przewód ochronny w Ω,

Ia – prąd [A] zapewniający samoczynne zadziałanie urządzenia ochronnego w wymaganym czasie zależnym od napięcia znamionowego instalacji i od rodzaju sieci.

W maszynach mierzymy impedancję pętli zwarcia na zasilaniu w szafie. Wyłącznik nadprądowy na zasilaniu ma największą wartość prądu  znamionowego bądź wyłączającego Ia, więc jeżeli na nim spełnimy warunek samoczynnego wyłączenia zasilania to każdy kolejny wyłącznik nadprądowy który nie powinien być większy od wyłącznika na zasilaniu spełni również warunek. Warunkiem jest też uprzedni pomiar ciągłości przewodów ochronnych. Ponadto mierzymy wszystkie gniazda sieciowe, oświetlenie czy silniki indukcyjne zasilane bezpośrednio z sieci

Pomiar IPZ dla wyłącznika C10, Ia=100A, miedzy przewodem fazowym a ochronnym PE. Jest to wyłącznik na zasilaniu, ma on największą wartość prądu w zainstalowanej szafie. Przy pomiarze gniazd bardzo przydatnym elementem jest adapter wyzwalający pomiar (wtyk UNI-Schuko) firmy Sonel.

Większość mierników posiada funkcję pomiaru impedancji pętli zwarcia ZL-PE RCD (bez wyzwalania wyłącznika RCD).

Jeżeli mamy w obwodzie wyłącznik różnicowoprądowy i nie chcemy aby zadziałał to używamy tej funkcji. Należy pamiętać że przy tej funkcji pomiar wykonywany jest małą wartością prądu wyniki obarczone są dużymi błędami. Mała wartość prądu nie pozwala na wykrywanie słabych połączeń w instalacji oraz jest daleka od wartości prądu występującego podczas rzeczywistego zwarcia w badanym obwodzie. W nocie katalogowej jednego z badanych mierników wyposażonego w takie właśnie rozwiązanie można przeczytać, że wynik pomiaru mieści się w granicach błędu dopiero powyżej wartości 0,5 Ω. Należy zauważyć, że w instalacjach wartość impedancji pętli zwarciowej może wynosić znacznie mniej niż 0,5 Ω w przypadku niewielkiej odległości od transformatora zasilającego i dużych przekrojów przewodów i kabli. W takim przypadku metoda okazuje się być nieskuteczna.

Pierwszą z opisywanych i jednocześnie najprostszą z metod zapobiegania wyzwalania wyłączników różnicowoprądowych podczas pomiaru impedancji pętli zwarciowej jest zbocznikowanie jego styków. Przy zbocznikowanym wyłączniku RCD można do pomiaru wykorzystać tradycyjny miernik wielkoprądowy pełnofalowy. Jeżeli w sieci rozdzielczej występują inne szeregowo połączone wyłączniki różnicowoprądowe, należy zbocznikować wszystkie wyłączniki poprzedzające oraz ten w badanym obwodzie.

Uwaga praktyczna ! Do wyliczania obliczonej wartości  stosujcie współczynnik korekcyjny – obniży to wartość wymaganej impedancji ale będziecie mieć pewność że ochrona jest spełniona z „zapasem”. Dla czasów wyłączenia 0,2s i 0,4s =0,8 dla czasu 5s =0,66

W obwodach z wyłącznikiem różnicowoprądowym oraz wyłącznikiem nadprądowym jeżeli zostanie przyjęte iż RCD to ochrona uzupełniająca, wykonajcie 2 osobne protokoły. Pierwszy z ochrony poprzez samoczynne wyłączenie zasilania dla wyłącznika nadprądowego, drugi dla bania wyłącznika RCD.

Sprawdzenie działania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych

Najbardziej skutecznymi środkami ochrony przeciwporażeniowej są urządzenia ochronne różnicowoprądowe. Wyłącznik ochronny różnicowoprądowy porównuje prądy dopływające i powracające w obwodzie odbiorczym oraz rozpoznaje powstałą w razie uszkodzenia różnicę między tymi prądami w wyniku płynącego do ziemi prądu różnicowego. Nie może on zapobiec wystąpieniu prądu różnicowego, lecz w przypadku wystąpienia zagrożeń dla ludzi, zwierząt lub powstania szkód materialnych niezwłocznie usunie to zagrożenie poprzez szybkie wyłączenie wszystkich biegunów. Wyłącznik ochronny różnicowoprądowy zapobiega występowaniu niebezpiecznych napięć dotykowych na korpusach urządzeń I klasy ochronności. Gdy z powodu zwarcia z ziemią, zwiększonej upływności lub dotknięcia przewodu fazowego przez człowieka lub zwierzę różnica ta przekroczy wartość prądu uszkodzeniowego (wyzwalającego wyłącznik) to wyłącznik odłącza uszkodzoną część.

Nie reaguje on jedynie na prądy uszkodzeniowe płynące tylko w przewodach czynnych (zwarciowe lub przeciążeniowe), gdyż wtedy suma prądów obwodu nadal wynosi prawie zero. Mogą być stosowane w układach sieci TN, TT oraz IT.

Oznaczenia stosowane na wyłącznikach różnicowoprądowych:

Wyłączniki różnicowoprądowe budowane są na różne wartości prądów w związku z tym przyjął się następujący umowny podział wyłączników w zależności od ich prądu wyzwalającego:

• wysokoczułe – stosowane do ochrony przeciwporażeniowej, wartość prądu tych wyłączników nie przekracza 30 mA,
• średnioczułe – stosowane jako zabezpieczenia przeciwporażeniowe ograniczające możliwość wybuchu pożaru instalacji i przepływu prądów upływowych doziemnych. Te wyłączniki charakteryzują się wartościami prądu powyżej 30 mA do 500 mA,
• niskoczułe – o prądach  powyżej 500 mA

Rozróżnia się:

• RCCB − Wyłączniki różnicowoprądowe bez wyzwalaczy nadprądowych (ang. Residua current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection). Z zasady wymagają one dobezpieczenia bezpiecznikiem.
• RCBO − Wyłączniki różnicowoprądowe z wyzwalaczami nadprądowymi (ang. residualmcurrent operated circuit-breakers with integral overcurrent protection).

Sprawdzenie wyłączników ochronnych różnicowoprądowych powinno obejmować:

• • 1. sprawdzenie działania wyłącznika przyciskiem “TEST”;
    2. sprawdzenie prawidłowości połączeń przewodów L, N, PE;
    3. sprawdzenie napięcia dotykowego dla wartości prądu wyzwalającego IΔN (nie jest wymagane przez przepisy);
    4. pomiar czasu wyłączania wyłącznika tDFI;
    5. pomiar prądu wyłączania IΔN

Zgodnie z wymaganiem nowego wydania PN-HD 60364-4-41, podczas sprawdzania zgodności z wymaganymi maksymalnymi czasami wyłączenia, próba powinna być wykonana przy prądzie 5*IΔN.

Maksymalne i minimalne dozwolone wartości czasu zadziałania wyłączników RCD:

Jeżeli chodzi o pomiar czasu zadziałania to pomiar taki nie jest wymagany przez normę PN-IEC 60364-6-61 dotyczącą badań odbiorczych i nie jest konieczny, zwłaszcza w odniesieniu do nowych wyłączników.

Wyłącznik RCD najlepiej badać na jego zaciskach. Przed pomiarami sprawdzamy zadziałanie przycisku „TEST”.

Uwaga praktyczna ! Jeżeli badamy RCD typu A lub B to pomiary prądu wyłączania   czasu wyłączania wyłącznika wykonujemy nie tylko dla zakresu AC ale i również dla pozostałych A i B.

Podsumowanie

W tym obszernym artykule postarałem się wyjaśnić i przybliżyć teoretyczne i praktyczne wykonywanie pomiarów w maszynach przemysłowych. Myślę że choć po części mi się to udało, może niektórym ta wiedza się przyda i ją dobrze wykorzystają.

Na zakończenie podaje zalecane czasokresy pomiarów eksploatacyjnych urządzeń i instalacji elektrycznych:

W obliczeniach i sprawdzaniu wyników pomaga mi stworzony przeze mnie arkusz kalkulacyjny z Excela.

Poniżej przykładowe formatki z protokołów ochronnych.

Ocena artykułu zgłoszonego do Konkursu iAutomatyka 4.0 pisz artykuły, zdobywaj punkty, wymieniaj je na nagrody.

Kryterium	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Punkty (0-2)	2	2	2	2	1	0	2	2	2	2
Suma zdobytych punktów:										17