Weź i poczytaj :
Dr inż. Edward MUSIAŁ
Katedra Elektroenergetyki
Politechnika Gdańska
BADANIA STANU OCHRONY
PRZECIWPORAŻENIOWEJ W INSTALACJACH
Z WYŁĄCZNIKAMI RÓŻNICOWOPRĄDOWYMI
Wyłączniki różnicowoprądowe mogą być elementem systemów ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej i/lub ochrony przeciwporażeniowej uzupełniającej i/lub ochrony przeciwpożarowej i stosownie do
tego spełniają nieco inną rolę. Mogą być stosowane w układach TN, TT oraz IT, co stwarza zupełnie różne
sieciowe warunki pracy, wpływa na skuteczność i na niezawodność ochrony. Wyłączniki różnicowoprądowe
w instalacji wymagają koordynacji między sobą, a także z zabezpieczeniami zwarciowymi i urządzeniami
ochrony przeciwprzepięciowej. Poprawne ich stosowanie w bardziej złożonych sytuacjach wymaga dużej
wiedzy, a sprawdzanie i badanie skuteczności ochrony − wiedzy jeszcze większej i wiąże się z dużą odpowiedzialnością. Od sprawdzającego stan instalacji oczekuje się nie tylko umiejętności operowania miernikiem, lecz przede wszystkim intuicji i wprawy w wykrywaniu niezliczonych możliwych błędów popełnianych przy doborze i instalowaniu wyłączników oraz niesprawności powstałych w eksploatacji.
1. Zasady ogólne
Zastanawiając się nad procedurą badań stanu ochrony w instalacjach z wyłącznikami różnicowoprądowymi [1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 18, 23, 24, 25] od początku dobrze mieć na względzie następujące wskazówki:
a) Wymagania stawiane układowi ochrony i samemu wyłącznikowi zależą od przewidywanego zakresu ochrony (ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa i/lub uzupełniająca, ochrona przeciwpożarowa) i od układu sieci lub instalacji (TN, TT, IT).
b) Badanie stanu ochrony nie powinno ograniczać się do badania samego wyłącznika;
jest on ważnym, ale tylko jednym z elementów układu ochrony.
c) Często spotykanym błędem są nierozważne połączenia w obwodach za wyłącznikiem:
przewodów N i PE, przewodów N różnych obwodów (wspólna szyna N dopuszczalna, jeśli nie ma
wyłączników różnicowoprądowych), uziemienie przewodu N; trzeba je wytrwale tropić, bo wpływ
ich może ujawniać się tylko sporadycznie poprzez brak zadziałania wyłącznika lub zadziałania
zbędne i łatwo je przeoczyć w trakcie badań.
d) Zważywszy dużą zawodność wyłączników różnicowoprądowych sprawdzanie, choćby
bardzo uproszczone i dotyczące samego wyłącznika, np. przez naciśnięcie przycisku T, powinno się
odbywać znacznie częściej niż w przypadku innych środków ochrony.
e) Poza zbadaniem, że wyłącznik poprawnie zadziała w razie zagrożenia, trzeba umieć zaradzić zbędnym zadziałaniom, jeśli takowe dokuczają użytkownikom; w przeciwnym razie poradzą
sobie sami i uczynią to jak najgorzej, zwierając wyłącznik. Są sytuacje, kiedy wyjściem najwłaściwszym jest rezygnacja ze stosowania wyłączników różnicowoprądowych i takie radykalne orzeczenie trzeba umieć wydać i uzasadnić.
f) Wyzwalanie wyłączników podczas normalnego użytkowania obiektu może być niedopusz1
czalne i skłaniać do wykonywania badań o takiej porze, by nie dezorganizować pracy użytkownikom instalacji.
Potrzebne są kompletne wytyczne określające zasady wykonywania odbiorczych i okresowych badań stanu ochrony w instalacjach z wyłącznikami różnicowoprądowymi oraz sposób przedstawiania ich wyników w postaci ujednoliconych protokółów. Norma PN-IEC 60364-6-61, dotycząca badań odbiorczych, nie określa nawet pełnego zakresu badań w najprostszych sytuacjach
i nie wspomina o żadnych trudniejszych zastosowaniach [8, 17, 18].
Nie ma norm ani przepisów dotyczących częstości i zakresu badań okresowych w różnorodnych warunkach użytkowania urządzeń. Na forum IEC trwają prace nad ostateczną wersją arkusza
IEC 60364-6-62 „Przeglądy i badania okresowe” [27]. Projekt normy zawiera dwa rozdziały: postanowienia ogólne oraz częstość przeglądów i badań okresowych. Potwierdza się zasadę ochrony
zastanej, tzn. że od urządzeń istniejących wymaga się, aby spełniały wymagania przepisowe z
okresu ich projektowania i budowy, dopóki nie dochodzi do ich gruntownej naprawy, przebudowy
bądź modernizacji. Najwięcej emocji podczas ankietyzacji projektu normy wzbudza sprawa częstości przeglądów i badań okresowych. W projekcie zaproponowano na ten temat, co następuje:
Częstość przeglądów i badań okresowych powinna być ustalana stosownie do rodzaju urządzeń,
ich trybu pracy, częstości i jakości zabiegów konserwacyjnych oraz warunków środowiskowych.
Największe dopuszczalne odstępy czasu między kolejnymi przeglądami i badaniami mogą być
określone w przepisach krajowych; jako właściwy można uznać okres trzech lat.
Okres krótszy niż trzy lata powinien być przyjęty w warunkach zwiększonego zagrożenia, jak
urządzenia narażone na przyspieszone zużycie, urządzenia w miejscach niebezpiecznych pod
względem pożarowym i/lub wybuchowym, place budowy oraz miejsca, w których są jednocześnie użytkowane urządzenia niskiego i urządzenia wysokiego napięcia.
Okres dłuższy niż trzy lata może być przyjęty dla budynków mieszkalnych.
Przeglądy i badania okresowe można zastąpić stałym monitorowaniem stanu technicznego urządzeń.
Strona polska, jak zwykle, nie miała żadnych uwag. Inne komitety krajowe wnosiły o częstość badań co pięć lat (co dwa lata w warunkach zwiększonego zagrożenia) albo opowiadały się za
skreśleniem tego zapisu. W odniesieniu do budynków mieszkalnych proponowały badania co dziesięć lat albo tylko w razie zmiany właściciela (ew. użytkownika) mieszkania.
Są kraje, jak Niemcy, mniej zainteresowane normą międzynarodową, bo od dawna mają
szczegółowe uregulowania dla przeglądów i badań okresowych urządzeń elektrycznych. Według
normy DIN VDE 0702:1995-11 częstość sprawdzania skuteczności ochrony przeciwporażeniowej
powinna być uzależniona od warunków środowiskowych określających stopień narażenia urządzeń
elektrycznych na uszkodzenia i stopień zagrożenia ludzi porażeniem. Okresowe sprawdzanie skuteczności ochrony w pełnym zakresie przez osoby uprawnione powinno odbywać się w odstępach
czasu nie większych niż:
1 miesiąc − w instalacjach zasilających odbiorniki ręczne i przenośne, użytkowane w warunkach wymagających ochrony z użyciem wyłączników różnicowoprądowych,
½ roku − w instalacjach publicznych basenów kąpielowych, łaźni i saun,
1 rok − w warunkach szczególnego zagrożenia (arkusze 700) poza wymienionymi wyżej,
2 lata − w instalacjach biurowców,
4 lata − w innych instalacjach.
Niezależnie od tego, sprawdzania sprawności wyłączników różnicowoprądowych przez naciśnięcie przycisku kontrolnego T sami użytkownicy (osoby poinstruowane) powinni dokonywać nie
rzadziej niż:
co ½ roku − w instalacjach stałych,
2
co miesiąc − w instalacjach ruchomych w warunkach zwiększonego zagrożenia porażeniem,
codziennie − w instalacjach ruchomych w warunkach ekstremalnego zagrożenia porażeniem
(posługiwanie się narzędziami ręcznymi w miejscach mokrych i/lub w ograniczonych przestrzeniach przewodzących).
Przed trzema laty pojawiły się wyłączniki różnicowoprądowe z układem autotestu, czyli
„samosprawdzające się” (niem. selbstüberwachende FI-Schutzschalter). Nie licząc wcześniejszych
zapowiedzi i fotografii prototypów, pierwsza ekspozycja wykonań przemysłowych miała miejsce w
marcu 2000 r. na targach „Light + Building”. Były to wyłączniki NSFI Schupa o znamionowym
prądzie ciągłym 25, 40 i 63 A i znamionowym różnicowym prądzie zadziałania 30 i 300 mA. Moduł elektroniczny autotestu sprawdza zdatność ruchową wszystkich istotnych części wyłącznika bez
jego otwierania. Odbywa się to po każdym zamknięciu wyłącznika, po każdym zaniku napięcia i
chociażby raz dziennie, jeśli wyłącznik jest stale zamknięty. Pozytywny wynik badania jest potwierdzony stałym świeceniem zielonej diody, w razie wyniku negatywnego zaświeca się czerwona
dioda, a wyłącznik otwiera się samoczynnie. To kosztowne wykonanie ma zapewniać wypełnienie
obowiązku częstego sprawdzania stanu samego wyłącznika bez udziału zawodnego człowieka i bez
choćby krótkotrwałego wyłączania obwodów wymagających absolutnej ciągłości zasilania. Zachodzi pytanie, czy z formalnego punktu widzenia wolno zrezygnować ze sprawdzania stanu wyłącznika przez naciśnięcie przycisku kontrolnego T, jeżeli ten wyłącznik ma układ autotestu.
W braku właściwych norm przedmiotowych, na przełomie lat 2001/2002 BGFE (Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik w Kolonii), instytucja najbardziej kompetentna
w tym zakresie, w porozumieniu z wytwórcami wyłączników przygotowała kompletny zestaw wymagań technicznych dla wyłączników „samosprawdzających się”. Dopełnienie ich powinna potwierdzać akredytowana jednostka.
Aktualnie nie ma na rynku żadnego wyłącznika z układem autotestu spełniającego wszystkie
stawiane wymagania i dlatego na razie wolno zrezygnować z okresowego sprawdzania stanu takich
wyłączników tylko w tych zastosowaniach, w których nie jest wymagana ochrona przeciwporażeniowa uzupełniająca, tzn. nie jest wymagany wyłącznik różnicowoprądowy wysokoczuły (o znamionowym różnicowym prądzie zadziałania nie przekraczającym 30 mA). Takie stanowisko BGFE
zostało potwierdzone [11] w końcu roku 2002.
2. Oględziny i badania stanu ochrony przeciwporażeniowej podstawowej
Badania odbiorcze nowych i przebudowanych instalacji oraz badania okresowe o pełnym zakresie powinny obejmować ogólną ocenę stanu ochrony, również ochrony podstawowej, a zatem
sprawdzenie:
a) rezystancji izolacji przewodów i urządzeń odbiorczych, poprzez pomiary, przy czym w
przypadkach kłopotliwych (komputery i inne urządzenia elektroniczne) pomiar rezystancji izolacji
można zastąpić pomiarem prądu upływowego,
b) stanu technicznego osłon urządzeń, zgodności ich stopnia ochrony IP z warunkami użytkowania [17],
c) prawidłowości doboru klas ochronności urządzeń [17],
d) poprawności przyłączenia urządzeń [21],
e) wykonania wymaganych napisów ostrzegawczych i informacyjnych,
f) przygotowania poprawnych instrukcji eksploatacji zawierających m.in. zasady bezpiecznej
obsługi urządzeń oraz terminy przeglądów i badań okresowych.
3. Oględziny elementów ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej
3
Sprawdzeniu podlegają wszelkie elementy zastosowanego systemu ochrony dodatkowej, poczynając od najprostszych:
a) Czy są przestrzegane zasady koordynacji gniazd wtyczkowych i wtyczek [17] i czy łączniki wtyczkowe są w należytym stanie, nieuszkodzone.
b) Czy są poprawnie wykonane połączenia ochronne i wyrównawcze. Czy przewody mają
wymagany przekrój, są odpowiednio ułożone, czy − w razie potrzeby − są chronione od uszkodzeń
mechanicznych [21]. Czy w przewodach ochronnych nie ma łączników. Czy przewody ochronne
PE i neutralne N są należycie oznakowane (tabl. 1). Czy w miejscu przyłączenia przewodów, do
zacisków odbiorników, gniazd wtyczkowych i wtyczek, przewód ochronny PE (PEN) ma większy
nadmiar długości niż przewody czynne [17].
Tablica 1. Oznakowanie przewodów w instalacjach prądu przemiennego według wymagań norm EN
Oznaczenie
alfanumeryczne
L1,
L2,
L3
Wyróżnienie
barwne
dowolne jednobarwne za wyjątkiem barwy żółtej i zielonej
(oraz barwy jasnoniebieskiej, jeśli występuje przewód N)
N
zalecane:
jasnoniebieskie
PE
wymagane: żółto-zielone
PEN
wymagane: żółto-zielone
(zalecane dodatkowo jasnoniebieskie przy końcówkach)
4. Oględziny i sprawdzenie poprawności doboru wyłączników różnicowoprądowych
Na wstępie trzeba sprawdzić, jaką funkcję spełnia układ ochronny różnicowoprądowy: ochrony przeciwporażeniowej dodatkowej, ochrony przeciwporażeniowej uzupełniającej, czy ochrony
przeciwpożarowej, czy też ma łączyć niektóre z wymienionych funkcji. Stosownie do tego mogą
występować pewne wymagania co do wartości znamionowego różnicowego prądu zadziałania i co
do sposobu wyzwalania [21, 20]. Zwięzłe informacje podaje tabl. 2.
Wyjaśnienia wymaga pojęcie ochrony uzupełniającej (ochronę podstawową), tzn. ochrony
zapobiegającej groźnemu porażeniu w razie dotknięcia części czynnej. Jest ona domyślnie wymagana przez normy bądź przepisy, ilekroć wymagają one użycia wysokoczułego wyłącznika różnicowoprądowego (I∆n ≤ 30 mA).
W myśl tabl. 2 pożarom od doziemnych prądów upływowych zapewnia wyłącznik o znamionowym różnicowym prądzie zadziałania I∆n ≤ 500 mA, ale niemieckie firmy ubezpieczeniowe żądają wyłącznika I∆n ≤ 300 mA, a w przypadku elektrycznego ogrzewania sufitowego nowa norma
DIN VDE żąda wyłącznika I∆n ≤ 30 mA.
4
Tablica 2. Zakres przydatności wyłączników różnicowoprądowych w zależności od wartości znamionowego
różnicowego prądu zadziałania I∆n
10 mA
30 mA
100 mA 300 mA 500 mA
1A
≥3A
Ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa poza warunkami szczególnego zagrożenia. Wymagany wyłącznik o wyzwalaniu bezpośrednim (niezależnym od obecności i wartości napięcia
w obwodzie), wymagany przewód ochronny PE.
Ochrona przeciwporażeniowa dodatkowa oraz
ochrona uzupełniająca (w warunkach szczególnego zagrożenia). Wymagany wyłącznik o
wyzwalaniu bezpośrednim, wymagany przewód
ochronny PE.
Tylko ochrona przeciwporażeniowa uzupełniająca. Nie jest wymagany wyłącznik
o wyzwalaniu bezpośrednim, nie jest wymagany
przewód ochronny PE1.
Ochrona przeciwpożarowa (od pożarów wywołanych zwarciami doziemnymi).
Wymagany wyłącznik o wyzwalaniu bezpośrednim i przewód ochronny PE.
Trzeba następnie sprawdzić czy zostały spełnione podstawowe warunki doboru [20] każdego
z wyłączników różnicowoprądowych do sieciowych warunków pracy, warunki obowiązujące przy
doborze jakichkolwiek rozłączników bądź wyłączników:
a) Czy napięcie znamionowe wyłącznika pokrywa się z napięciem znamionowym instalacji.
Napięcie znamionowe wyłącznika nie powinno być mniejsze ze względu na zdolność łączenia. Nie
powinno być znacznie (np. ponad 20 %) większe ze względu na działanie członu kontrolnego z
przyciskiem T.
b) Czy prąd znamionowy ciągły wyłącznika (z ewentualną korektą z tytułu podwyższonej
temperatury otoczenia, np. w wyniku skupienia wielu aparatów w ciasnej obudowie) jest nie mniejszy niż szczytowe obciążenie obwodu.
c) Czy znamionowa częstotliwość prądu, na którą został wykonany wyłącznik, jest odpowiednia; ma to wpływ na nagrzewanie toru prądowego, na zdolność łączenia, a przede wszystkim −
na działanie różnicowego układu wyzwalającego. Wyłącznik bez oznaczonej częstotliwości prądu
nadaje się do obwodów 50 Hz (60 Hz); w obwodach prądu zwiększonej częstotliwości są potrzebne
wyłączniki do tego przystosowane i odpowiednio oznaczone (400 Hz). Problem występuje również
w obwodach zawierających przemienniki częstotliwości, gdzie częstotliwość składowej przemiennej prądu upływowego może być zawarta w szerokim przedziale, z dominującym udziałem 3. i 6.
harmonicznej (prądu wyjściowego o regulowanej częstotliwości) oraz częstotliwości sterowania
(impulsowania) falownika.
d) Czy nie jest przekroczona obciążalność zwarciowa wyłącznika, co grozi jego uszkodzeniem, zwłaszcza sczepieniem styków i brakiem zadziałania po wystąpieniu prądu różnicowego. Z
tego punktu widzenia rozróżnia się:
RCCB − Wyłączniki różnicowoprądowe bez wyzwalaczy nadprądowych (ang. residual
current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection), o zdolności wyłączania
nie mniejszej niż 10-krotna wartość prądu znamionowego ciągłego i nie mniejszej niż 500 A. Z
zasady wymagają one dobezpieczenia bezpiecznikiem.
RCBO − Wyłączniki różnicowoprądowe z wyzwalaczami nadprądowymi (ang. residual
current operated circuit-breakers with integral overcurrent protection), o zdolności wyłączania
1
Te odstępstwa należy traktować jako dopuszczalne w okresie przejściowym, do czasu pełnej modernizacji
instalacji. W Niemczech były one akceptowane do 1 marca 2002 r.
5
porównywalnej z wyłącznikami nadprądowymi. Wymagają dobezpieczenia, jeśli warunki zwarciowe w miejscu zainstalowania przekraczają ich zwarciową zdolność łączenia. Trzeba też sprawdzić
poprawność doboru wyzwalaczy zwarciowych: typu charakterystyki (B, C, D) i prądu znamionowego wyłącznika rzutującego na prąd nastawczy wyzwalaczy.
W obu wypadkach wytwórca podaje na wyłączniku jako obciążalność zwarciową największy
dopuszczalny prąd zwarciowy początkowy w miejscu zainstalowania wyłącznika. Jeśli dobezpieczenie jest konieczne, dodaje się symbol graficzny bezpiecznika (tabl. 3). Jeśli największy dopuszczalny prąd znamionowy wkładki bezpiecznikowej gG jest większy niż 63 A, wartość jego jest
podana przy symbolu bezpiecznika. Jako wykonanie normalne traktuje się obciążalność zwarciową
6000 A przy dobezpieczeniu wkładką bezpiecznikową gG 63 A; bywają wyłączniki o obciążalności
zwarciowej 3000 A, 10000 A i większej. Na razie niektórzy wytwórcy podają, a w przyszłości
wszyscy będą obowiązani podawać wytrzymywane przez wyłącznik wartości całki Joule’a [A2s]
oraz prądu szczytowego [kAmax].
Tablica 3. Ważniejsze symbole graficzne umieszczane na wyłącznikach różnicowoprądowych
Symbol
Interpretacja
AC
lub
lub
lub
A
B
250 A
G
VSK lub
KV lub KVP
lub
Układ wyzwalający działa przy prądzie różnicowym przemiennym.
Układ wyzwalający działa przy prądzie różnicowym przemiennym i przy
prądzie jednokierunkowym pulsującym o składowej stałej nie przekraczającej 6 mA.
Układ wyzwalający działa przy prądzie różnicowym przemiennym, stałym pulsującym i stałym o niedużym tętnieniu.
Wyłącznik (bezzwłoczny) odporny na udarowy prąd różnicowy 250 A
o przebiegu 8/20 µs
Wyłącznik krótkozwłoczny, o czasie przetrzymywania 10 ms (odporny
na udarowy prąd różnicowy 3 kA 8/20 µs)
Wyłącznik wybiorczy (odporny na udarowy prąd różnicowy 3 lub 5 kA
8/20 µs)
S
6000
10000
160
Obciążalność zwarciowa 6 kA przy dobezpieczeniu bezpiecznikiem
gG 63 A (Ibn ≤ 63 A)
Obciążalność zwarciowa 10 kA przy dobezpieczeniu bezpiecznikiem
gG 63 A (Ibn ≤ 63 A)
10000
Obciążalność zwarciowa 10 kA przy dobezpieczeniu bezpiecznikiem
gG 160 A
(Ibn ≤ 160 A)
-5°C lub brak oznaczenia Wyłącznik do zainstalowania w nieogrzewanym pomieszczeniu
temperatury
-25
Wyłącznik mrozoodporny, do pracy na wolnym powietrzu. Najniższa
dopuszczalna temperatura otoczenia –25°C
Kontynuując akronimy stosowane w świecie w odniesieniu do urządzeń różnicowoprądowych
warto odnotować następne, poza symbolem ogólnym RCD (ang. residual current protective device):
PRCD − Przenośne urządzenia ochronne różnicowoprądowe (ang. portable residual cur6
rent protective device) stanowiące wyposażenie przenośnych rozdzielnic, gniazd wtyczkowych lub
listew przyłączeniowych.
PRCD-S − Przenośne urządzenia ochronne różnicowoprądowe o rozszerzonym zakresie skuteczności ochrony (ang. portable residual current protective device-safety) o podobnym
przeznaczeniu, jak poprzednie (PRCD), ale z dodatkowymi funkcjami, np. kontrolujące poprawność przyłączenia i ciągłość przewodu ochronnego PE.
SRCD − Urządzenia ochronne różnicowoprądowe w postaci gniazda wtyczkowego
przeznaczonego do instalowania na stałe (ang. fixed socket-outlets residual current protective device).
RCM − Urządzenia do stałej kontroli prądu różnicowego instalacji (ang. residual current operated monitors) sygnalizujące nadmierną wartość prądu różnicowego, ryzykowną ze
względu na zagrożenie porażeniem i/lub pożarem i/lub zakłóceniami elektromagnetycznymi. Takie
urządzenia − działające tylko na sygnał − są rozwiązaniem kompromisowym w instalacjach, w których nadzór wartości prądów różnicowych jest pożądany, ale za wszelką cenę unikać należy zwykłych wyłączników różnicowoprądowych skłonnych do zadziałania zupełnie zbędnego albo przedwczesnego, np. w instalacjach komputerowych i w instalacjach bezpieczeństwa. Urządzenie RCM
może wykrywać prąd różnicowy o dowolnym przebiegu w czasie i ma szeroki zakres nastawczy
prądu i czasu zadziałania [15]. Naganna jest polska praktyka instalowania działających na wyłączenie przekaźników różnicowoprądowych PRP w głównych obwodach dużych budynków, również
tuż za transformatorem wbudowanej stacji zasilającej budynek.
Ważne jest sprawdzenie doboru wyłączników do środowiskowych warunków pracy, bo
błędy w tym zakresie mogą sprawić, że intensywność uszkodzeń wyłączników kilkakrotnie wzrośnie:
1) Czy wyłączniki nie są niepotrzebnie poddawane narażeniom, których łatwo uniknąć, np.
przenosząc do wnętrza budynku wyłącznik zainstalowany na zewnątrz, przenosząc do sąsiedniego
suchego i czystego pomieszczenia tablicę rozdzielczą umieszczoną w pomieszczeniu mokrym albo
zapylonym, przenosząc w inne miejsce rozdzielnicę narażoną na drgania.
2) Czy spodziewana temperatura otoczenia nie wykracza poza zakres dopuszczony przez
wytwórcę. Wyłączniki przeznaczone do pracy na wolnym powietrzu powinny być mrozoodporne,
oznakowane najniższą dopuszczalną temperaturą otoczenia −25°C (tabl. 3).
3) Czy w razie narażenia na działanie wody i/lub pyłu wyłącznik jest zamknięty w obudowie
o wystarczającym stopniu ochrony IP.
5. Sprawdzenie skuteczności ochrony drogą pomiarów
Przy badaniu stanu ochrony z użyciem doraźnie zmontowanego układu pomiarowego o należytej dokładności (tabl. 4) albo specjalnego miernika [9, 12, 13, 22] należy sprawdzić:
a) czy sam wyłącznik działa prawidłowo,
b) czy rezystancja uziemienia przewodu ochronnego PE albo impedancja pętli zwarcia L-PE
ma wartość nie większą niż największa dopuszczalna dla badanego obwodu,
c) czy wszystkie części przewodzące dostępne podlegające ochronie są niezawodnie połączone z przewodem ochronnym.
7
Tablica 4. Największy dopuszczalny błąd mierników do badania skuteczności ochrony w instalacjach
z wyłącznikami różnicowoprądowymi według normy EN 61557
Mierzona wielkość
Największy dopuszczalny błąd [%]
Prąd zadziałania
0...+10 % I∆n
Czas wyłączania
20 % tmax
Napięcie dotykowe
0...+20 %
Przyczyny ewentualnych niesprawności wyłączników i innych nieprawidłowości stwierdzanych w toku badań pomoże ustalić tabl. 6, a załączony wzór protokółu z badań pomoże nie przeoczyć żadnej istotnej czynności.
6. Sprawdzenie rzeczywistej wartości różnicowego prądu zadziałania
Od wyłącznika różnicowoprądowego wymaga się, aby rzeczywisty różnicowy przemienny
prąd zadziałania był zawarty w przedziale (0,50÷1,0)·I∆n i to wystarczy sprawdzić, zwłaszcza przy
badaniach odbiorczych, które dotyczą nowo wykonanych instalacji, z nowymi wyłącznikami. Wymagania stawiane rezystancji uziemienia przewodu ochronnego bądź impedancji pętli zwarciowej i
tak zależą od wartości znamionowego różnicowego prądu zadziałania I∆n, a nie od wartości rzeczywistego prądu zadziałania, która w eksploatacji może się zmieniać, chociażby po wymianie
wyłącznika na inny o tej samej czułości. Nie sprawdza się rzeczywistej wartości prądu wyłączającego bezpieczników lub wyłączników nadprądowych, co dla skuteczności ochrony byłoby ważniejsze, nie należy więc przesadzać z obowiązkiem i precyzją pomiaru tego prądu w przypadku urządzeń ochronnych różnicowoprądowych.
Nie ma powodu, aby przy rutynowych badaniach dyskwalifikować próbniki (testery), które
nie mierzą wartości rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania, a tylko pozwalają sprawdzić czy
nie jest on większy od największej dopuszczalnej wartości (I∆n). Warto też zwrócić uwagę, że chociaż żadna norma nie określa, w jaki sposób prąd probierczy ma narastać [7], to najbardziej miarodajne jest badanie w którym próba zadziałania odbywa się prądem narastającym, natomiast próba
niezadziałania odbywa się prądem nagle przyłożonym, a ponadto obydwie próby odbywają się właśnie w wymienionej kolejności.
Wystarczające jest następujące badanie próbnikiem:
a) przykłada się prąd narastający stopniowo, w ciągu 5 s, od wartości 0,3·I∆n do wartości
1,0·I∆n, sprawdzając, czy wyłącznik zadziała; nagłe przyłożenie prądu I∆n na przeciąg 0,2 s jest
mniej miarodajną wersją tej czynności, bo sprzyja wyzwoleniu wyłącznika, a w rzeczywistych warunkach zagrożenia prąd różnicowy też może płynnie narastać,
b) przykłada się nagle prąd 0,5·I∆n na przeciąg co najmniej 0,2 s sprawdzając, czy wyłącznik
nie zadziała.
Podobnej procedury wypada przestrzegać przy pomiarze miernikiem rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania (rys. 1) zwiększając płynnie wartość prądu od 0,3·I∆n do 1,3·I∆n. Najbardziej prawdopodobna wartość rzeczywistego prądu zadziałania jest zbliżona do wartości średniej
geometrycznej wartości granicznych dopuszczalnego pasma rozrzutu:
(0,5 ⋅ I ∆n ) ⋅ (1,0 ⋅ I ∆n )
≈ 0,71 ⋅ I ∆n .
Jeżeli jednak jest ona szczególnie mała, to łatwo o następujący błąd: przy prądzie probierczym narastającym stwierdza się rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania, np. 0,55·I∆n i niesłusznie
wynik pomiaru uznaje za prawidłowy. W rzeczywistych warunkach użytkowania, przy nagłym wystąpieniu prądu różnicowego mniejszego od 0,50·I∆n, taki wyłącznik może zbędnie wyzwalać i na8
leżałoby dodatkowo sprawdzić, czy tak nie jest.
W przypadku wyłącznika mrozoodpornego (tabl. 3), przeznaczonego do pracy również zimą
na wolnym powietrzu, pomiar należałoby wykonywać w tych najostrzejszych warunkach (–25°C).
Rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania ma prawo być wtedy do 25% większy od wartości znamionowej i taką wartość Ia = 1,25⋅I∆n przyjmuje się za podstawę sprawdzania warunków skuteczności ochrony: wartości rezystancji uziemienia przewodu PE i/lub wartości długotrwale występującego napięcia dotykowego.
a)
L
N
PE
b)
mA
I∆
1,3. I∆N
mA
I∆ & gt;
1,0. I∆n
0,5. I∆n
1
0,3. I∆n
2
czas
0
5
0 0,2
s
Rys. 1. Pomiar rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania (1) oraz badanie niezadziałania przy
prądzie 0,5·I∆n (2): a) układ pomiarowy; b) przebieg prądu probierczego w funkcji czasu
Zarówno przy używaniu miernika, jak i próbnika, wynik pomiaru lub badania może być fałszowany przez prąd różnicowy występujący w instalacji [19].
a) W obwodzie jednofazowym dodaje się on, niekoniecznie arytmetycznie, do prądu probierczego wymuszanego przez miernik lub próbnik i ułatwia wyzwalanie wyłącznika, zaniża wynik
pomiaru rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania.
b) W obwodzie trójfazowym prąd upływowy może oddziaływać w obu kierunkach, ułatwiać
lub utrudniać wyzwalanie, ale jego wykrycie jest łatwe. Jeśli pomiar wykonany trzykrotnie, każdorazowo przy przyłączeniu miernika lub próbnika do innej fazy, daje zbliżony wynik, świadczy to
o pomijalnie małej wartości wypadkowego prądu upływowego instalacji2. W trakcie wspomnianych
trzech pomiarów nie powinna się zmieniać konfiguracja instalacji, zwłaszcza zestaw załączonych
urządzeń.
Jeśli przy pierwszym pomiarze otrzymuje się jako wynik rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania trochę większy od wartości znamionowej I∆n, to wyłącznika nie należy dyskwalifikować,
lecz pomiar powtórzyć. Przy pierwszym zadziałaniu, po miesiącach czy latach nieprzerwanej pracy
w stanie zamkniętym, wyłącznik może wykazywać zwiększony rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania i znacznie większy (o 10÷30 %) czas wyłączania.
Dotychczasowe rozważania o pomiarze rzeczywistego prądu zadziałania dotyczą prądu różnicowego sinusoidalnego i tylko takie sprawdzenie umożliwia część dostępnych mierników, a
zwłaszcza próbników. Wystarcza to w przypadku wyłączników o wyzwalaniu typu AC. Wyzwalanie przy prądzie różnicowym jednokierunkowym pulsującym (wyzwalanie A) zachodzi w wyłączniku za pomocą tego samego układu wyzwalającego i uważa się [24], że osobne sprawdzenie
nie jest konieczne. Wyzwalania przy prądzie wyprostowanym o małym tętnieniu (wyzwalanie
B) dokonuje jednak osobny układ wyzwalający, zasilany z osobnego przekładnika Ferrantiego, co
wymaga odrębnego sprawdzenia. Pomiar taki umożliwia już większość mierników wyższej klasy,
np. miernik MRP-200 firmy SONEL.
2
Może to być wynikiem symetryzacji nawet dużych prądów upływowych poszczególnych faz.
9
7. Pomiar czasu wyłączania wyłącznika
Mierniki przeznaczone do badania stanu ochrony w obwodach z wyłącznikami różnicowoprądowymi umożliwiają pomiar czasu wyłączania, wobec czego jest on chętnie przeprowadzany.
Nie ma w tym nic złego, dopóki nie przypisuje mu się przesadnego znaczenia. 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.
Rys. 2. Zestawienie pasmowych charakterystyk czasowo-prądowych dwóch wyłączników różnicowoprądowych: bezzwłocznego I∆n = 30 mA (pasmo 1) i wybiorczego I∆n = 300 mA (pasmo 2)
Oznaczniki podają wymagania przepisowe co do przebiegu charakterystyki. Nowsze przepisy międzynarodowe [16] nieco zmieniły wymagania dla wyłączników bezzwłocznych: największy dopuszczalny czas wyłączania wynosi 300 ms przy prądzie różnicowym I∆n oraz 150 ms przy prądzie 2⋅I∆n.
Nie ma też norm ani przepisów nakazujących taki pomiar przy badaniach okresowych. Należałoby zatem zapytać, czy aktualny stan wiedzy przemawia za wykonywaniem go w ramach badania skuteczności ochrony w instalacjach z wyłącznikami przez lata używanymi i podlegającymi
degradacji. Można powątpiewać z następujących powodów:
a) Żaden ze znanych mierników nie mierzy czasu wyłączania. Czas wyłączania jest to bowiem czas od chwili wystąpienia różnicowego prądu zadziałania do chwili przerwania łuku we
wszystkich biegunach wyłącznika. Poprawnie interpretowany czas wyłączania zależy od wartości
wyłączanego prądu (prądu wyłączeniowego) i należałoby odpowiedzieć na pytanie, przy jakiej
wartości prądu powinien być mierzony.
b) Dla formalnego stwierdzenia skuteczności ochrony ważny jest czas wyłączania przy znamionowym różnicowym prądzie zadziałania wyłącznika I∆n, a zwykły miernik pomiaru dokonuje
przy rzeczywistym różnicowym prądzie zadziałania wyłącznika. Ponadto, przy tej granicznej wartości prądu zadziałania rozrzut wartości czasu jest szczególnie duży.
c) Przy znamionowym różnicowym prądzie zadziałania I∆n wyłączniki bezzwłoczne mają
czas wyłączania o wartości zbliżonej do 20 ms, a największa dopuszczalna jego wartość wynosi
300 ms. Prawdopodobieństwo, że wyłącznik wyłączy po czasie przekraczającym 300 ms jest bliskie
zero. Albo otworzy się (w czasie znacznie krótszym niż 300 ms), albo nie otworzy się w ogóle. Inaczej mówiąc, sprawdzenie rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania sprawę załatwia.
10
8. Badanie skuteczności ochrony w układzie TN
W układzie TN impedancja Zs nieprzerwanej pętli zwarcia L-PE z całą pewnością jest wystarczająco mała, by umożliwić zadziałanie wyłącznika różnicowoprądowego. Pomiar jej z tego
punktu widzenia nie byłby potrzebny. Podobnie jest z największym długotrwale występującym napięciem dotykowym wywołanym przepływem prądu wyłączającego Ia wyłącznika. Wystarczy
upewnić się, że jest zachowana ciągłość połączeń ochronnych.
N
PE
I∆ & gt;
Rys. 3. Pomiar impedancji pętli zwarciowej w układzie TN-S u końca obwodu
chronionego wyłącznikiem różnicowoprądowym
(wyłącznik zbocznikowany)
Zs
Wypada zalecić, aby – wykraczając poza minimalne wymagania normy − w instalacjach TN,
w obwodach chronionych wyłącznikami różnicowoprądowymi, warunek samoczynnego wyłączania
zasilania spełniały również zabezpieczenia zwarciowe. Chodzi o to, aby − w razie gdyby wyłącznik
różnicowoprądowy zawiódł − zwarcie L-PE mogło być wyłączone przez zwarciowe zabezpieczenie
obwodu. Zważywszy, że będą to zdarzenia rzadkie. projekt nowelizacji przepisów [21] dopuszcza,
aby prąd wyłączający Ia zabezpieczenia zwarciowego był wtedy wyznaczany dla czasu 5 s, niezależnie od stopnia zagrożenia porażeniem.
Chodzi również o to, że zwarcie L-N, nie pobudzające wyłącznika różnicowoprądowego, lecz
wyłączane przez zabezpieczenie zwarciowe, może − poprzez miejsce rozdzielenia przewodu PEN
na przewody PE i N − udzielać napięcia przewodowi PE i przyłączonym do niego częściom przewodzącym dostępnym.
Przy badaniu stanu ochrony w układzie TN należy zatem postąpić następująco:
1) Przeprowadzić czynności omówione wyżej w rozdz. 1÷6.
2) Sprawdzić wszelkie warunki skuteczności zerowania, w tym − po zbocznikowaniu wyłącznika różnicowoprądowego w badanym obwodzie (i ewentualnie poprzedzających go wyłączników
różnicowoprądowych) − zmierzyć impedancję pętli zwarciowej u końca obwodu (rys. 3).
Są mierniki, które mierzą impedancję pętli zwarciowej bez potrzeby bocznikowania wyłączników, bo pomiaru dokonują prądem mniejszym niż połowa znamionowego różnicowego prądu
zadziałania (0,5⋅I∆n) poprzedzającego wyłącznika, czyli prądem skrajnie małym. Z tego powodu
pomiar może być obarczony bardzo dużym błędem. Jest to raczej sprawdzenie ciągłości połączeń
ochronnych, pozytywny wynik gwarantuje zadziałanie wyłącznika w sytuacji zagrożenia. Nie wystarcza to jednak dla potwierdzenia spełnienia warunków skuteczności zerowania, tzn. nie gwarantuje, że gdyby wyłącznik różnicowoprądowy zawiódł, to zadziała w przewidzianym czasie zabezpieczenie nadprądowe.
11
9.
Pomiar rezystancji uziemienia przewodu ochronnego PE i/lub napięcia dotykowego
w układzie TT
Pomiar taki może być wykonany specjalnym miernikiem albo za pomocą doraźnie zmontowanego układu pomiarowego. Rys. 4 i 7 przedstawiają dwie zasady takiego pomiaru w układzie
TT. W obu przypadkach należy liczyć się z możliwością przerwania połączeń ochronnych i pomiary należy rozpocząć od wymuszenia bardzo małego prądu, nie przekraczającego 10 mA, by sprawdzić napięcie dotykowe, jakie on wywołuje.
Układ pomiarowy z uziomem pomocniczym (z sondą napięciową) jest bardziej kłopotliwy,
ale daje dokładniejszy wynik (rys. 4). Uziom pomocniczy Ru powinien znajdować się poza zasięgiem leja potencjału uziomu stanowiącego uziemienie przewodu ochronnego RA, tzn. w odległości
co najmniej równej 5-krotnej wartości wymiaru charakterystycznego [17] tego uziomu. Za najmniejszą dopuszczalną odległość uziomów (części podziemnych, a nie wyprowadzeń przewodów
uziemiających) uważa się 10÷20 m. Rezystancję uziemienia RA mierzy się w sposób najprostszy,
metodą techniczną. Przy użyciu niewielkiego prądu probierczego Ip, o wartości rzędu I∆n wyłącznika, wymusza się napięcie uziomowe UE wskazywane przez woltomierz, o rezystancji wewnętrznej
Rv ≥ 40 kΩ, wobec tego rezystancja uziemienia:
RA =
UE
Ip
a największe występujące długotrwale napięcie dotykowe:
UT = UE ⋅
Ia
Ip
L1
L2
L3
N
I∆ & gt;
RV
Rys. 4. Zasada badania skuteczności
ochrony z użyciem uziomu pomocniczego Ru (sondy napięciowej)
mA
V
Ru
RA
W przypadku oddzielnego uziemienia przewodu ochronnego PE tylko jednego obwodu prąd
wyłączający Ia wynosi Ia = I∆n dla wyłącznika bezzwłocznego lub krótkozwłocznego G,
Ia = 1,25·I∆n dla wyłącznika mrozoodpornego (–25°C) oraz Ia = 2·I∆n dla wyłącznika wybiorczego S
w obwodzie odbiorczym. Jeśli uziemienie jest wspólne dla wielu obwodów jednofazowych zasilanych z tej samej fazy, to jako prąd wyłączający Ia można przyjmować sumę wartości określonych
jak wyżej dla każdego z obwodów. W innych przypadkach wspólnego uziemienia taką sumę oblicza się osobno dla każdej fazy i za podstawę przyjmuje największą z trzech wartości. Projekt nowelizacji przepisów [21] podaje sposób obliczania Ia dający wynik mniejszy, bliższy rzeczywistym
warunkom, a przykłady obliczeń można znaleźć w dostępnych publikacjach [18].
12
mA
V
I∆ & gt;
PE
Rys. 5. Badanie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej w obwodzie wyjściowym przekształtnika,
połączonym galwanicznie z obwodem wejściowym, chronionym wyłącznikiem różnicowoprądowym
o wyzwalaniu typu B
Najprostszy układ pomiarowy z rys. 4 może być użyty również do sprawdzania skuteczności
ochrony w razie wystąpienia prądu różnicowego niesinusoidalnego, prądu o przebiegu odpowiadającym rzeczywistemu prądowi różnicowemu, np. prądu zawierającego składową stałą, prądu o
przebiegu sterowanym fazowo lub prądu przemiennego odkształconego o częstotliwości innej niż
50 Hz. Oczywiście użyć trzeba mierników (rys. 5) zapewniających należytą klasę dokładności przy
występujących w obwodzie przebiegach prądu i napięcia. Przebieg prądu różnicowego może być
rozmaity zależnie od tego, w którym miejscu obwodu i w którym biegunie występuje zwarcie doziemne (rys. 6) i jaki jest stan wysterowania przekształtnika. We wszelkich charakterystycznych
punktach obwodu należałoby zatem wykonać pomiar sprawdzając zarazem reakcję wyłącznika na
prąd różnicowy o nietypowym przebiegu.
przekształtnik
I∆ & gt;
prąd
różnicowy:
PE
odbiornik
sinusoidalny
50 Hz
stały
tętniący
przemienny 5...500 Hz,
stały tętniący
Rys. 6. Przykładowe miejsca uszkodzenia izolacji w obwodzie z przekształtnikiem dające rozmaity
przebieg prądu różnicowego
Pamiętać należy, że obowiązują wtedy inne wymagania co do największego dopuszczalnego
napięcia dotykowego U * i co do różnicowego prądu zadziałania wyłącznika (prądu niezadziałania
L
*
i prądu wyłączającego I a [8]). W układzie z rys. 5 można też zmierzyć rzeczywistą wartość różnicowego prądu zadziałania wyłącznika i można się przekonać, czy przy występującym w obwodzie
przebiegu prądu różnicowego wyłącznik w ogóle zadziała. Jeżeli tak, to można uznać, że chroni on
również obwód pośredniczący oraz obwód wyjściowy przekształtnika i dochodzą dodatkowe wymagania dla rezystancji uziemienia przewodu ochronnego:
U*
RA ≤ *L
Ia
13
L1
L2
L3
N
I∆ & gt;
RV
Rys. 7. Zasada badania skuteczności ochrony
bez użycia sondy pomiarowej napięciowej
(pomiar wykonuje się jednokrotnie przyłączając układ pomiarowy do fazy L1 lub L2
lub L3)
V
mA
RA
Układ pomiarowy bez uziomu pomocniczego (rys. 7) jest najprostszą wersją układu pomiaru rezystancji pętli zwarcia doziemnego. Różnica napięć Uo w stanie jałowym oraz U1 po obciążeniu pętli prądem probierczym Ip pozwala obliczyć rezystancję pętli Rs, którą utożsamia się z wartością rezystancji uziemienia przewodu ochronnego RA.
W układzie TT wynik jest zawyżony o kilka omów (o wartość rezystancji uziemienia roboczego sieci i rezystancji przewodów). Jako rezystancję uziemienia przewodu ochronnego uważa się
wartość:
U o − U1
RA ≈ Rp =
Ip
a za największe długotrwale występujące napięcie dotykowe:
U T = (U o − U 1 )
Ia
Ip
W obu powyższych wzorach występuje różnica napięć (Uo − U1). Jeśli jest ona niewielka i
wyznaczana z osobnych pomiarów obu napięć, wynik jest obarczony dużym błędem. Np. woltomierzem wskazówkowym klasy 1,5 o zakresie 300 V (błąd ± 4,5 V) zmierzono
Uo = 220 V
(wartość rzeczywista 220 ± 4,5 V), a następnie U1 = 210 V (wartość rzeczywista 210 ± 4,5 V).
Różnica napięć (Uo − U1) = 10 V została wyznaczona z błędem ± 9 V, tzn. ± 90 %, a jest to tylko
błąd cząstkowy, na który nakładają się błąd z powodu możliwej zmiany napięcia w sieci między
jednym a drugim pomiarem oraz błąd pomiaru prądu Ip.
Oba pomiary, o których mowa, mogą być wykonane miernikiem o sterowaniu mikroprocesorowym, który po przyłączeniu i uruchomieniu wykonuje wymaganą sekwencję pomiarów, a wyniki wskazuje i/lub zapisuje w pamięci z możliwością wydruku. Każdorazowo sprawdzić jednak
należy, jaki jest przebieg prądu probierczego miernika, a zatem sprawdzić czy do określonego pomiaru on się w ogóle nadaje.
Jeśli wystarcza sam pomiar rezystancji uziemienia przewodu ochronnego, można go oczywiście przeprowadzić dowolną uznaną metodą pomiarową, np. metodą kompensacyjną. Traci się wtedy możliwość jednoczesnego sprawdzenia wyzwalania wyłącznika, pomiaru bądź sprawdzenia
wartości rzeczywistego prądu zadziałania i pomiaru największego długotrwale występującego napięcia dotykowego.
14
Rys. 8. Następstwa zwarcia L-PE
w układzie TT
Wszystkie omówione zabiegi na nic się zdadzą, jeśli w układzie TT pozostawi się możliwość
zwarcia L-PE w jakimkolwiek obwodzie nie chronionym wyłącznikiem różnicowoprądowym
(rys. 8). Zwarcia takiego nie wyłączy zabezpieczenie zwarciowe, bo prąd jest za mały, a napięcie
dotykowe o wartości zbliżonej do napięcia fazowego występuje długotrwale, również w obwodach
z najczulszymi wyłącznikami.
10.
Pomiar rezystancji uziemienia przewodu ochronnego PE i/lub napięcia dotykowego
w układzie IT
W układzie IT badanie skuteczności ochrony przeprowadza się podobnie jak w układzie TT
pod warunkiem wszakże, iż wymuszany prąd probierczy ma zamknięty tor powrotny przez doziemną admitancję rozległej sieci czy instalacji albo przez impedancję pośredniego uziemienia roboczego układu. W przeciwnym razie trzeba − na czas pomiaru i z zachowaniem środków ostrożności −
takie pośrednie uziemienie robocze wykonać.
a)
L1
L2
L3
I ∆ & gt;
b)
L1
L2
L3
I ∆ & gt;
Rys. 9. Nieoczekiwane zachowanie się wyłącznika różnicowoprądowego w układzie IT po pierwszym
zwarciu
doziemnym:
a) wyłącznik nie reaguje na zwarcie w chronionym obwodzie; b)
wyłącznik wyzwala w wyniku
zwarcia poza chronionym obwodem
Nie dość doświadczeni „pomiarowcy” powinni stronić od badania stanu ochrony w układzie
IT. Wiele pułapek kryją w sobie nie tylko pomiary. Rys. 9 wyjaśnia nieoczekiwane zachowanie się
wyłączników różnicowoprądowych w układzie IT przy pierwszym zwarciu doziemnym. Tak bywa,
jeśli doziemna admitancja obwodu, o który chodzi, jest duża w porównaniu z doziemną admitancją
15
pozostałej części układu IT. O tym, czy wyłącznik zadziała decyduje część prądu zwarcia jednofazowego powracająca przez doziemną admitancję sieci lub instalacji po przeciwnej − w stosunku do
miejsca zwarcia − stronie wyłącznika.
11. Zapobieganie zbędnym zadziałaniom wyłączników różnicowoprądowych
Powtarzające się zbędne zadziałania wyłączników różnicowoprądowych mogą być utrapieniem użytkowników, którzy od sprawdzającego stan instalacji będą oczekiwali wyeliminowania ich
przyczyny. Są co najmniej cztery powody zbędnych zadziałań:
1) Zbędne zadziałania są wynikiem błędnych połączeń w chronionym obwodzie, za wyłącznikiem. Na ogół okazuje się wtedy, że przewód neutralny N jest połączony albo bezpośrednio
z przewodem ochronnym PE, albo uziemiony, albo połączony z przewodem neutralnym N innego
obwodu (lub innych obwodów, na wspólnej szynie neutralnej rozdzielnicy).
2) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje, nie przekraczający wartości dopuszczalnej,
ustalony prąd upływowy chronionego obwodu. Przyczyną może być wadliwość wyłącznika, którego rzeczywisty prąd zadziałania jest mniejszy niż połowa znamionowego różnicowego prądu zadziałania (0,5·I∆n). Tak bywa wyjątkowo, na ogół okazuje się, że zastosowano wyłącznik o zbyt
małym znamionowym różnicowym prądzie zadziałania albo użyto wyłącznika różnicowoprądowego w sytuacji, która się do tego nie kwalifikuje, gorzej − jest do tego oczywistym przeciwwskazaniem. Dla postawienia diagnozy trzeba poprawnie zmierzyć prąd różnicowy obwodu [19].
Rys. 10. Przykład prawidłowego usytuowania urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej instalacji zasilanej z sieci napowietrznej: 1 - główne zabezpieczenie nadprądowe, 2 - wyłącznik różnicowoprądowy,
3 - ochronniki gazowyładowcze (I stopień ochrony przeciwprzepięciowej), 4 - warystorowe ograniczniki przepięć (II stopień ochrony), 5 - główna szyna wyrównawcza
3) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje przejściowy prąd różnicowy (przejściowy prąd
upływowy) chronionego obwodu [19]. Zdarza się to przy załączaniu grupy obwodów odbiorczych
wykazujących znaczne pojemności doziemne, np. w filtrach przeciwzakłóceniowych albo przy długich trasach przewodowych z użyciem metalowych rur lub korytek albo przewodów ekranowanych
(0,5÷1 mA na 1 m długości przewodu). Zaradzić temu może użycie wyłącznika krótkozwłocznego
o oznaczeniu, jak w tabl. 3, o czasie przetrzymywania zwiększonym do 10 ms (tabl. 5). Wyłącznik
taki ma największy czas wyłączania identyczny jak wyłącznik bezzwłoczny i na tych samych zasadach działa wybiorczo z poprzedzającym wyłącznikiem wybiorczym (selektywnym) oznaczonym
literą S (rys. 2).
16
Tablica 5. Czas działania wyłączników różnicowoprądowych przy prądzie różnicowym 5·I∆n
Rodzaj wyłącznika
Bezzwłoczny
Krótkozwłoczny G
Wybiorczy S
Najmniejszy czas przetrzymywania
[ms]
nieokreślony ( & lt; & lt; 10)
10
50
Największy czas wyłączania
[ms]
40
40
150
4) Zbędne zadziałanie wyłącznika wywołuje przepięcie i towarzyszący mu przejściowy prąd
różnicowy. Przyczyną może być przepięcie atmosferyczne bezpośrednie lub indukowane albo przepięcie łączeniowe, np. podczas wyłączania zwarcia przez bezpiecznik w sąsiednim obwodzie. Zdarzenia te są częstsze w instalacjach zasilanych linią napowietrzną; są też 2÷4-krotnie częstsze w
układzie TT niż w układzie TN. Takich zbędnych zadziałań unika się instalując wyłączniki (tabl. 3)
o wystarczającej odporności na udarowy prąd różnicowy o przebiegu 8/20 µs :
- bezzwłoczne − 250 A (dawniej), 500 A (obecnie),
- krótkozwłoczne G, KV − 3 kA,
- wybiorcze S − 5 kA (rzadziej 3 kA).
Dla zapobiegania takim zadziałaniom odpowiednio sytuuje się urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej względem wyłączników różnicowoprądowych; I i II stopień ochrony przeciwprzepięciowej
powinien znaleźć się przed wyłącznikiem bezzwłocznym (rys. 10). Pamiętać też trzeba, że dostawca energii tylko w przypadkach koniecznych zgadza się na instalowanie ograniczników przepięć
przed rozliczeniowym pomiarem energii.
17
Tablica 6. Nieprawidłowości w działaniu układu ochrony z wyłącznikiem różnicowoprądowym
Objawy
Możliwe przyczyny
Sposób rozpoznania
a) Uszkodzenie zamka wyłącznika a) Wyłącznik nie daje się otworzyć przy
i/lub sczepienie styków.
użyciu dźwigni napędowej (przycisku
wyłączającego).
b) Brak napięcia co najmniej w
jednej fazie. Co najmniej jeden z
biegunów wyłącznika nie jest
przyłączony (np. wyłącznik 4biegunowy użyty w obwodzie
dwuprzewodowym). Za małe napięcie w obwodzie kontrolnym
1) Zamknięty wyłącz- (np. wyłącznik użyty w obwodzie
nik nie otwiera się po o napięciu znacznie niższym niż
naciśnięciu przycisku napięcie znamionowe wyłącznika).
kontrolnego T
c) Przerwa w obwodzie kontrolnym (uszkodzony rezystor, luźny
zacisk).
b) Sprawdzić obecność i wartość napięcia na zaciskach wejściowych
i wyjściowych zamkniętego wyłącznika.
Sprawdzić sposób przyłączenia wyłącznika.
c) Wywołać przepływ prądu różnicowego przekraczającego I∆n. Przez żarówkę
220 V, 25÷150 W zacisk wyjściowy
zamkniętego wyłącznika uziemić lub
połączyć z zaciskiem wejściowym innego bieguna. Wyłącznik otworzy się.
d) Uszkodzenie wyzwalacza różnicowego: przerwa lub zwarcie w
obwodzie, uszkodzenie sprężyny
zwrotnej wyzwalacza, „przyklejenie” zwory.
a) Uszkodzenie wyłącznika: wada
wyzwalacza różnicowego lub
zamka, sczepienie styków.
2) Wyłącznik nie
otwiera się mimo
wystąpienia na częściach objętych.
ochroną napięcia
d) O uszkodzeniu wyzwalacza świadczy
negatywny wynik zabiegów wymienionych wyżej (a, b, c).
a) Wyłącznik nie daje się otworzyć przy
użyciu przycisku wyłączającego ani
przycisku probierczego T.
b) Błędne połączenia. Przewód
ochronny PE przechodzi przez
przekładnik Ferrantiego. Za wyłącznikiem przewód neutralny N
połączony z przewodem ochronnym.
b) Sprawdzić układ połączeń.
c) Brak przewodu ochronnego
c) Sprawdzić ciągłość przewodu ochronalbo przerwanie jego ciągłości.
nego, stan jego połączeń. Zmierzyć rezyNadmierna rezystancja uziemienia. stancję uziemienia przewodu ochronnego.
dotykowego przekra- d) Napięcie dotykowe przeniesio- d) Otworzyć wyłącznik. Napięcie dotyczającego wartość
ne przez przewód ochronny PE
kowe utrzymuje się nadal.
dopuszczalną
przy zwarciu L-PE w innym obwodzie nie chronionym wyłącznikiem różnicowoprądowym
albo z uszkodzonym wyłącznikiem
(rys. 8).
18
e) Układ zasilający nie ma uziemienia roboczego (układ IT), a
doziemna admitancja układu przed
wyłącznikiem jest mała.
e) Żarówka (o mocy 15÷100 W w instalacji 220 V), włączana kolejno między
jeden z zacisków wejściowych otwartego
wyłącznika a część przewodzącą obcą,
nie świeci. Ściślejsze rozpoznanie −
przez pomiar prądu zwarcia doziemnego
przed otwartym wyłącznikiem.
f) Napięcie dotykowe wywołuje
prąd różnicowy o przebiegu, na
który wyłącznik nie reaguje.
f) Wyłącznik AC użyty w obwodzie z
przekształtnikiem. Wyłącznik A użyty w
obwodzie narażonym na prąd różnicowy
stały o małym tętnieniu.
a) Wadliwy układ połączeń. Przewód neutralny N nie przechodzi
przez przekładnik Ferrantiego i/lub
za wyłącznikiem jest uziemiony
(np. połączony z przewodem
ochronnym PE).
a) Sprawdzić sposób przyłączenia wyłącznika. Sprawdzić megaomomierzem,
czy wszystkie przewody za wyłącznikiem są izolowane od ziemi.
b) Uszkodzenie zamka wyłączni- b) Wyłącznik pozbawiony napięcia nie
ka. Uszkodzenie wyzwalacza róż- daje się zamknąć, bądź otwiera się na3) Wyłącznik często
nicowego, np. zakleszczenie zwo- tychmiast po zamknięciu.
zadziałuje albo otwiery, spadek wartości iloczynu enerra się przy każdej
getycznego (B⋅H)max magnesu
próbie załączenia
trwałego.
obwodu.
c) Uszkodzenie przycisku kontrol- c) Zamknięty wyłącznik odłączony od
nego T lub zwarcie w obwodzie
instalacji nie otwiera się, ale otwiera się
kontrolnym.
natychmiast po podaniu napięcia na zaciski wejściowe.
d) Wyłącznik zbyt czuły, o zbyt
małym I∆n.
d) Zmierzyć ustalony prąd upływowy
chronionego obwodu.
e) Nadmierny przejściowy prąd
e) Sprawdzić wartość przejściowego
upływowy w obwodzie, przy załą- prądu upływowego. Wymienić wyłączczaniu niektórych urządzeń.
nik bezzwłoczny na krótkozwłoczny G.
4) Występują sporadycznie zbędne zadziałania wyłącznika
podczas burzy.
a) Instalacja (zasilana z sieci napowietrznej) nie ma urządzeń
ochrony przeciwprzepięciowej.
a) Sprawdzić, w razie braku zalecić właściwą ochronę przeciwprzepięciową.
b) Wyłącznik nie dość odporny na
przepływ udarowego prądu różnicowego; dotyczy zwłaszcza starszych wyłączników bezzwłocznych.
b) Sprawdzić i ew. zalecić wymianę na
nowszy wyłącznik bezzwłoczny (500 A),
krótkozwłoczny G (3 kA) lub wybiorczy
S (5 kA).
19
str. 1
P r o t o k ó ł nr .............
badania stanu ochrony przeciwporażeniowej przy urządzeniach elektrycznych
z zastosowaniem układu ochronnego różnicowoprądowego
Nazwa obiektu......................................................................................................................
Adres.....................................................................................................................................
Data badania...............................................................
Badanie 1)
odbiorcze
1
) niepotrzebne skreślić
okresowe
doraźne
Termin następnego badania............................................................................
Napięcie znamionowe 1) 3-fazowe, 1-fazowe.....................V...................Hz
Warunki środowiskowe przy wyłączniku: 1) mróz, zapylenie, duża wilgotność powietrza, woda
kapiąca, rozbryzgi wody, drgania.
Warunki środowiskowe przy chronionych urządzeniach: 1) podłoga przewodząca, pomieszczenie
kąpielowe, teren zewnętrzny, plac budowy, pomieszczenie hodowlane, ograniczona przestrzeń przewodząca.
Największe dopuszczalne długotrwale napięcie dotykowe: przemienne 50 V 25 V 12 V
stałe
120V 60 V 30 V
Opis badanego obwodu
Wyłącznik różnicowoprądowy
zastosowany jako 1)
ochrona przeciwporażeniowa ochrona przeciwporażeniowa
dodatkowa
uzupełniająca
Zwarciowe zabezpieczenie
bezpiecznik gG aM............ wyłącznik B C D
1
obwodu ) prąd znamionowy Ibn =.............A
In = ............A
prąd wyłączający Ia = .............A
Ia = .............A
Wyłącznik różnicowoprądowy
Wytwórca................................................ typ.......................................
Napięcie znamionowe
...............V
Częstotliwość znamionowa.
..............Hz
Prąd znamionowy ciągły
..............A
Znamionowy różnicowy prąd zadziałania
............mA
Wyzwalanie AC 1)
bezpośrednie − pośrednie
A
B
Zwłoczność: 1)
bezzwłoczny
G
S
Obciążalność zwarciowa (dobezpieczenie...........A)
...........A
Wytrzymywany udarowy prąd różnicowy
............A
Stopień ochrony obudowy wyłącznika
IP........
Sprawdzenie wyzwalania po naciśnięciu przycisku probierczego T
Pomiar lub sprawdzenie rzeczywistego prądu zadziałania: I∆ = ............mA
20
Ocena
dobrze
źle
str. 2
Ogólna ocena stanu ochrony przeciwporażeniowej
Ocena
dobrze
źle
Rezystancja izolacji przewodów (protokół nr......... z dn.................)
najmniejsza stwierdzona wartość:..............................kΩ
Rezystancja izolacji odbiorników (protokół nr......... z dn.................)
najmniejsza stwierdzona wartość:..............................kΩ
Stan obudów urządzeń elektrycznych
Klasa ochronności zainstalowanych urządzeń: 1)
0
I
II
Koordynacja gniazd wtyczkowych i wtyczek
Przewody ochronne PE: typ.................... przekrój...................mm2
sposób ułożenia, ochrona od uszkodzeń mechanicznych
oznakowanie barwne
1
Układ TN-S
)
Wyniki
pomiarów
Ocena
dobrze
źle
Miejsce pomiaru:..........................................................................................
Zmierzona impedancja pętli
Zs = ........................Ω
Wartość wymagana ze względu na zabezpieczenie zwarciowe obwodu (str. 1)
Zs ≤
Uo
Ia
=
Ω
=
Sprawdzenie ciągłości połączeń ochronnych innych urządzeń
Układ TT
1
)
Wyniki
pomiarów
Ocena
dobrze
źle
Miejsce pomiaru:..........................................................................................
Zmierzona rezystancja uziemienia przewodu PE
RA = .....................Ω
Wartość wymagana ze względu na przyłączone obwody wyłączników
Zs ≤
Uo
I asum
=
=
Ω
Sprawdzenie ciągłości połączeń ochronnych innych urządzeń
Użyta aparatura pomiarowa (nazwa, typ, nr fabryczny):
1. ............................................................................................................................................
2. ............................................................................................................................................
3. ............................................................................................................................................
Przeprowadzający badanie (tytuł, imię i nazwisko, uprawnienia, podpis):
1.............................................................................................................................................
2.............................................................................................................................................
21
Literatura
1. Bödeker K.: Fehler beim Prüfen von FI-Schutzeinrichtungen. Elektropraktiker, 1991, nr 4,
s. 239-242.
2. Bödeker K.: Prüfen von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Elektropraktiker, 1990, nr 11, s. 435438.
3. Bödeker K.: Prüfung der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Elektropraktiker, 1995, nr 6, s. 520522.
4. Bödeker K.: Prüfmethode „Ansteigender Prüfstrom” bei FI-Schutzeinrichtungen. Elektropraktiker, 1994, nr 4, s. 314-322.
5. Bödeker K., Heidbüchel F.-J.: Neue Generation selbstüberwachender FI-Schutzschalter. Der
Elektro- und Gebäudetechniker, 2000, nr 19, s. 18-28.
6. Bödeker K., Kindermann R.: Erstprüfung elektrischer Gebäudeinstallation. Auswahl, Einsatz,
Prüfung. Verlag Technik GmbH, Berlin, 1999.
7. Bödeker K.: Prüfung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Messgeräten ohne ansteigenden
Prüfstrom. Der Elektro- und Gebäudetechniker, 2002, nr 21, s. 16-18.
8. Bödeker K., Kindermann R.: Fehlerstrom-Schutzschalter. Auswahl, Einsatz, Prüfung. Verlag
Technik GmbH, Berlin, 1997.
9. Ferfet M.: Mierniki do badań i pomiarów instalacji elektrycznych. Elektroinstalator, 2002, nr 9,
s. 120-121, nr 10, s. 80-82.
10. Gebhart W.: Bestimmungen für Geräte zum Prüfen von FI-Schutzeinrichtungen. Elektropraktiker, 1997, nr 1, s. 94.
11. Gothsch H.: Prüfen von selbst überwachenden Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen −
Stellungnahme der BGFE. Der Elektro- und Gebäudetechniker, 2002, nr 22, s. 15.
12. Halicki L.: Przyrządy do pomiaru parametrów wyłączników różnicowoprądowych. Elektroinstalator, 1998, nr 12, s. 58-61.
13. Halicki L.: Nowe przyrządy pomiarowe dla elektryków. Elektroinstalator, 2000, nr 7-8, s. 98102.
14. Hering E.: Zur Prüfung der FI-Nullung. Elektropraktiker, 1985, nr 5, s. 149-150.
15. Hofheinz W.: Fehlerstrom-Überwachung in elektrischen Anlagen. VDE-Verlag, BerlinOffenbach, 1998.
16. Kaiser L.: Abschaltcharakteristiken von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Elektromeister +
Deutsches Elektrohandwerk. 1999, nr 20, s. 1641-1649; 1999, nr 23, s. 1983-1990.
17. Musiał E.: Instalacje i urządzenia elektroenergetyczne. WSiP, Warszawa, 2001.
18. Musiał E.: Kłopotliwe przypadki stosowania wyłączników różnicowoprądowych. Konferencja
Naukowo-Techniczna „Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe”, Kraków, 1998. Materiały
konferencyjne, s. 50-57.
19. Musiał E.: Pomiary prądów upływowych i prądów różnicowych w instalacjach elektrycznych. Ogólnopolskie Szkolenie Techniczne „Pomiary ochronne w instalacjach elektrycznych
niskiego i wysokiego napięcia prądu przemiennego oraz prądu stałego”, Tarnowo Podgórne
k/Poznania, 4-5 marca 2003 r.
20. Musiał E. Jabłoński W.: Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać urządzenia elektroenergetyczne niskiego napięcia w zakresie ochrony przeciwporażeniowej. Nowelizacja projektu
przepisów. Biuletyn SEP, INPE „Informacje o normach i przepisach elektrycznych”, nr 24, marzec 1999, s. 3-56.
21. Musiał E.: Zasady doboru wyłączników różnicowoprądowych. Konferencja NaukowoTechniczna „Wyłączniki ochronne różnicowoprądowe”, Kraków, 1998. Materiały konferencyjne, s. 9-16.
22. Nowaczyk A.: Pomiary parametrów instalacji elektrycznych miernikiem MIE-500.
Elektroinstalator, 2002, nr 9, s. 32-34.
23. Winkler A., Lienenklaus E., Rontz A.: Sicherheitstechnische Prüfungen in elektrischen Anlagen
22
mit Spannungen bis 1000 V. VDE-Verlag, Berlin-Offenbach, 1995.
24. Winkler A.: Prüfungen in Netzen mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Elektropraktiker, 1997,
nr 1, s. 95-98.
25. PN-IEC 60364-6-61:2000. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Sprawdzanie.
Sprawdzanie odbiorcze.
26. IEC 1557 (Draft) Part 6: Measuring equipment for testing the operation of residual current devices (RCD) and the effectiveness of protective measures in TT and TN systems.
27. Project IEC 60364-6-62:Electrical installations of buildings. Verification. Periodic inspection
and testing.
Dane bibliograficzne:
Musiał E.: Badania stanu ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach z wyłącznikami różnicowoprądowymi. W: [Materiały] Ogólnopolskie Szkolenie Techniczne „Pomiary ochronne w instalacjach elektrycznych niskiego i wysokiego napięcia prądu przemiennego oraz prądu stałego”
Poznań-Tarnowo Podgórne, marzec 2003 rok. Poznań: ENERGO-EKO-TECH. 2003, s. [1-24].
23