Czym jest pomiar impedancji pętli zwarcia i jak go wykonać?

Pomiar impedancji pętli zwarcia służy sprawdzeniu poziomu bezpieczeństwa instalacji elektrycznych i jej użytkowników. Dowiedz się, na czym polega oraz jak go poprawnie wykonać.

Spis treści:
1.   Impedancja pętli zwarcia – słowniczek. Poznaj ważne pojęcia
2.   Pomiar impedancji pętli zwarcia – wymagania normatywne oraz uwarunkowania prawne
3.   Jak wykonać pomiar impedancji pętli zwarcia? Instrukcja krok po kroku
4.   Pomiar impedancji pętli zwarcia nie będzie już stanowił dla Ciebie wyzwania

Impedancja pętli zwarcia – słowniczek. Poznaj ważne pojęcia

Zgodnie z prawem każda instalacja elektryczna powinna posiadać skuteczną ochronę przed porażeniem. W normalnych warunkach eksploatacyjnych wystarczy zwykle ochrona podstawowa (przy dotyku bezpośrednim), czyli izolacja części przewodzących. Jest ona skuteczna wówczas, gdy wszystkie urządzenia podłączone do instalacji oraz ją chroniące działają sprawnie.

W przypadku uszkodzenia lub zwarcia, w układzie powstaje ryzyko dotknięcia części przewodzących dostępnych urządzenia, które podczas normalnej ich eksploatacji nie powinny być pod napięciem. Sytuacja taka wymaga ochrony dodatkowej (przed dotykiem pośrednim). By ją zapewnić, w instalacji montuje się wyłączniki – zabezpieczenia nadprądowe – dzięki którym podczas awarii dochodzi do samoczynnego wyłączenia zasilania obwodu w określonym przez normę czasie. Ochrona obejmuje nie tylko użytkownika instalacji, ale też urządzenia, którym podczas zwarcia grozi poważne uszkodzenie czy nawet pożar.

Z tym opisanym w maksymalnym uproszczeniu mechanizmem większość z nas miała do czynienia wielokrotnie, np. podczas zadziałania zabezpieczeń w tablicy rozdzielczej w mieszkaniu. Ich skuteczność sprawdza się, wykonując pomiar impedancji pętli zwarcia.

Szczegóły tego pomiaru omówimy w dalszej części artykułu. Wcześniej jednak przybliżmy sobie kilka użytecznych pojęć:

pętla zwarcia – zamknięty układ elektryczny, w którym dochodzi do zwarcia,
impedancja pętli zwarcia (Z_S) – impedancja mierzona pomiędzy zaciskami zasilającymi odbiornik, obejmująca: źródło, przewód liniowy do miejsca zwarcia, przewód ochronny części przewodzących dostępnych, przewód uziemiający, uziom instalacji oraz uziom źródła,
prąd znamionowy (I_n) – wartość prądu płynącego przez urządzenie podczas normalnego użytkowania,
prąd zwarciowy (I_k) – wartość prądu płynącego w obwodzie podczas zwarcia, czyli nagłego, znacznego zmniejszenia rezystancji obwodu elektrycznego (np. na skutek uszkodzenia izolacji),
prąd wyłączający (I_A) – najmniejsza wartość prądu płynącego w uszkodzonym obwodzie, która powoduje samoczynne wyłączenie zasilania w czasie określonym w normie,
napięcie znamionowe (U₀) – wartość napięcia w układzie sieci.

Pomiar impedancji pętli zwarcia – wymagania normatywne oraz uwarunkowania prawne

Mówiąc najprościej, pomiar impedancji pętli zwarcia pozwala określić, czy zabezpieczenia nadprądowe w obwodzie elektrycznym zadziałają w odpowiednim, określonym normą czasie, nie narażając wrażliwych elementów instalacji na długotrwały wpływ niebezpiecznego napięcia dotykowego.

Maksymalne czasy wyłączenia określa norma PN-HD 60364-4-41:2017-09 i odnoszą się one do obwodów odbiorczych:

gniazd wtyczkowych o prądzie znamionowym nieprzekraczającym 63A,
z odbiornikami zainstalowanymi na stałe o prądzie znamionowym ≤ 32 A (w zależności od układu sieci – TN lub TT)

Największy dopuszczalny czas wyłączania zasilania w sekundach zgodny z powyższą normą obrazuje poniższa tabela:

Układ	50 V < U0 ≤ 120 V	120 V < U0 ≤ 230 V	230 V < U0 ≤ 400 V	U0 > 400 V
Prąd	AC / DC	AC / DC	AC / DC	AC / DC
TN	0,8 s / UWAGA 1	0,4 s / 1 s	0,2 s / 0,4 s	0,1 s / 0,1 s
TT	0,3 s / UWAGA 2	0,2 s / 0,4 s	0,07 s / 0,2 s	0,04 s / 0,1 s

UWAGA 1: Wyłączenie może być wymagane z innych przyczyn niż ochrona przeciwporażeniowa.
UWAGA 2: W praktyce w celu określenia prądu wyłączającego RCD mogą być wymagane inne krotności różnicowego prądu znamionowego.

Warto dodać, że jeśli w układzie TT wyłączenie uzyskiwane jest dzięki zabezpieczeniu nadprądowemu, natomiast połączenie wyrównawcze przyłączono do części przewodzących w instalacji, to można stosować maksymalne czasy wyłączenia przewidziane dla układu TN.

Jak wykonać pomiar impedancji pętli zwarcia? Instrukcja krok po kroku

Pomiar impedancji pętli zwarcia dotyczy obwodów prądu przemiennego. Aby go właściwie przeprowadzić, musisz wykonać trzy kroki.

1. Wyznaczanie prądu wyłączającego I_A

Najpierw wstępnie wyznacz prąd wyłączający IA. Weź pod uwagę:

Układ sieci (TN, TT, IT).
Prąd znamionowy sieci I_n.
Czas wyłączenia zgodny z normą (odczytany z tabeli wyżej).

Do wyznaczenia I_A posłuży Ci charakterystyka pasmowa danego typu zabezpieczenia – wyłącznika nadprądowego typu B, C lub D. Aby obliczyć prąd wyłączający, skorzystaj ze wzoru i tabeli:

I_A = I_n * k

Rys. 1. Zobrazujmy to sobie na jakimś przykładzie.

Przyjmij, że sprawdzasz wyłącznik nadprądowy typu C 16 A w obwodzie prądu przemiennego, w układzie TT, gdzie napięcie sieci wynosi 230 V.

Aby wyznaczyć I_A, potrzebna Ci krotność (k). By ją poznać, najpierw na osi rzędnych charakterystyki odczytaj czas, w jakim zabezpieczenie musi zadziałać (kolor niebieski dla AC, żółty dla DC – będzie to zatem 0,2 sek.). Następnie na osi odciętych sprawdź, jaka jest krotność prądu znamionowego powodującego uruchomienie ochrony. Zobaczysz dwie skrajne wartości: 5 i 10.

Dla bezpieczeństwa zawsze przyjmij wartość największą. Tutaj będzie to 10. Tak samo postępuj w przypadku wyłączników typu B i D.

Zatem, znając krotność oraz I_n i korzystając z powyższego wzoru, możesz wyznaczyć prąd wyłączający:

I_A = 16 A * 10 = 160 A

2. Obliczenie impedancji pętli zwarcia ze wzoru

Kolejny krok to sprawdzenie, czy spełniony zostanie warunek, zgodnie z którym można uznać obwód za skutecznie chroniony. Opisuje go wzór na impedancję pętli zwarcia:

Z_S ≤ U₀ / I_A

gdzie:

Z_S- impedancja pętli zwarcia,
I_A- prąd wyłączający,
U₀- napięcie znamionowe sieci względem ziemi.

W zależności od układu sieci wzory te mogą wyglądać następująco:

Układ TN: Z_S ≤ (U₀/ I_A)
Układ TT: Z_S * I_A ≤ U0
Układ IT: 2I_AZ_S ≤ U

Zatem, przy obliczaniu impedancji dla układu, o którym pisaliśmy wyżej, sprawdź warunek wzorem:

Z_S ≤ 230 V / 160 A

Wartość impedancji pętli zwarcia w Twoim przypadku to ≤ 1,4375 Ω.
Co dalej?

3. Pomiar impedancji pętli zwarcia

Znając dopuszczalną wartość impedancji, możesz przejść do pomiaru. Wykonuje się go najczęściej metodą techniczną, wywołując tzw. sztuczne zwarcie. Urządzenie mierzy wówczas napięcie bez obciążenia i podczas krótkotrwałego obciążenia rezystorem zwarciowym. Impedancję pętli zwarcia wylicza się na podstawie różnicy spadków napięć.

Wartość impedancji musi być na tyle mała (a wartość prądu zwarciowego na tyle duża), by w obwodzie mógł popłynąć prąd pozwalający na zadziałanie zabezpieczenia nadprądowego i odłączenie zasilania w czasie nie dłuższym, niż maksymalny dopuszczalny normą.

Jeśli wykonałeś pomiar impedancji pętli zwarcia, uzyskując wartość nieprzekraczającą tej otrzymanej w powyższych obliczeniach (1,4375 Ω), możesz uznać, że ochrona przeciwporażeniowa jest skuteczna.

Rys. 2. Pomiar Z_L-PE wykonywany miernikiem impedancji pętli zwarcia Sonel MZC-304.

Pomiar impedancji pętli zwarcia nie będzie już stanowił dla Ciebie wyzwania

Podsumowując, celem pomiaru impedancji pętli zwarcia jest określenie skuteczności dodatkowej ochrony przeciwporażeniowej w instalacji elektrycznej. Dzięki niemu możesz stwierdzić, czy gdy w układzie dojdzie do zwarcia, wyłącznik zasilania zadziała w odpowiednim czasie. Aby poprawnie wykonać pomiar impedancji pętli zwarcia, musisz wcześniej wyznaczyć prąd wyłączający oraz obliczyć, jaka jest dopuszczalna impedancja pętli zwarcia.

Wygodne i skuteczne pomiary umożliwia profesjonalny miernik impedancji pętli zwarcia

W naszej ofercie znajdziesz urządzenia dedykowane do pomiarów impedancji pętli zwarcia takie jak:

Sonel MZC-304 oraz w sklepie internetowym e-mierniki.pl,
Sonel MZC-306 oraz w sklepie internetowym e-mierniki.pl,
Sonel MZC-320S oraz w sklepie internetowym e-mierniki.pl.
Sonel MZC-330S oraz w sklepie internetowym e-mierniki.pl.

Posiadamy w sprzedaży również przyrządy wielofunkcyjne, wykonujące pomiary pętli zwarcia:

Sonel MPI-520 oraz w sklepie internetowym e-mierniki.pl,
Sonel MPI-530 oraz w sklepie internetowym e-mierniki.pl,
Sonel MPI-540 oraz w sklepie internetowym e-mierniki.pl.