Měření impedance smyčky
Rozlišuje se ověřování dvou smyček v elektrických sítích a instalacích. Jedná se o měření impedance smyčky mezi:
-
fázovým vodičem a ochranným vodičem,
-
fázovým vodičem a středním vodičem.
Požadavky na ověřování impedance vypínací smyčky jsou v ČSN zařazeny především v souvislosti s ochranou automatickým odpojením. Ty se týkají téměř výhradně ověřování impedance vypínací smyčky mezi fázovým a ochranným vodičem. Prvým předpokladem, který musí být splněn, je zajištění bezpečnosti z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem. Druhým uplatňovaným požadavkem je zajištění ochrany před nebezpečím požáru, tj. především nadměrným oteplením vedení. Jako třetí připadá v úvahu samotná funkčnost elektrického zařízení.
Impedance smyčky z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem
Vidíme tedy, že měření impedance smyčky poruchového proudu spadá do ověření prvého předpokladu. To znamená, že je důležité z hlediska ověření ochrany před úrazem elektrickým proudem. Alternativním k ověření impedance smyčky je vlastně též ověření spojitosti a odporu ochranného vodiče. Pokud provedeme toto měření a ověříme, že odpor ochranného vodiče je v takovém vztahu k předřazenému jištění nebo proudovému chrániči, zaručíme, že na neživých částech při jakékoliv poruše nevznikne vyšší dotykové napětí, než je předepsáno. Přesto však měření impedance smyčky dáváme přednost. Je to jednak proto, že měření impedance smyčky je jednoduché, nemusíme totiž měřicí přístroj spojovat s jednotlivými body, ve kterých je ochranný vodič přístupný, ale postačí připojit měřicí přístroj v bodě, v němž impedanci smyčky měříme. Je zde však ještě druhý důvod – viz dále.
Impedance smyčky z hlediska spojitosti vodičů obvodu
Při měření impedance smyčky totiž ověřujeme nejen spojitost a odpor ochranného vodiče, ale i spojitost a odpor fázového vodiče, a to vlastně od zdroje až k místu, v němž máme měřicí přístroj zapojen. Neověřujeme tedy jenom ochranu před úrazem elektrickým proudem zajišťovanou automatickým odpojením, ale vlastně též funkčnost obvodu. Jestliže se impedance smyčky měřila v síti TN-C, jejím ověřením se též prokázalo, že samotný obvod je funkční. To znamená, že je v pořádku jak vodič PEN, tak fázový vodič k místu měření.
Obr. 1: Měření impedance smyčky fázový vodič L - vodič PEN
Impedance smyčky v síti TN-S
Provádíme-li stejné měření v síti TN-S, tak již tuto záruku funkčnosti ověřovaného obvodu nemáme. Prokazujeme vlastně jenom to, že obvod je v pořádku z hlediska funkce ochranného přístroje zajišťujícího automatické odpojení části obvodu, v níž došlo ke spojení živé a neživé části. Pokud je však uvedeným přístrojem proudový chránič, jak jsme uvedli, a řídíme-li se jenom pravidly, která nám pro ověření impedance smyčky stanoví technické normy, můžeme dospět k závěru, že je ochrana zajištěna, i když samotný obvod poruchového proudu vykazuje odpor řádově stovky ohmů.
Obr. 2: Měření impedance smyčky fázový vodič L - ochranný vodič PE
Ověření obvodu z hlediska jeho funkčnosti a nebezpečí požáru
V uvedeném případě je sice zajištěno automatické odpojení, ne však řádná funkce daného obvodu. Takový obvod může při svém zatížení vykazovat značné úbytky napětí. Podstatnější však je to, že tento obvod neodpovídá z hlediska ochrany před nadproudy, a to především před zkraty. Při zkratu mezi vodiči L a N v takovém obvodu nedojde k včasnému odpojení, obvod se v místě slabého spoje zahřívá, a to se může stát zárodečným místem vzniku požáru. Závadu neodhalí ani proudový chránič, ani nadproudový jisticí přístroj. Proud, a to i při zkratu, totiž nadále prochází vodiči L a N, tedy snímacím (magnetickým) obvodem chrániče a přitom je menší než proud, na který by měl reagovat jisticí prvek. Obvod tedy nesplňuje požadavek čl. 434.3.2 ČSN 33 2000-4-43 ed. 2, protože jisticí prvek zřejmě nevypne obvod včas. K tomu však nedojde při ověřování impedance smyčky v síti TN-C, kde je k automatickému odpojení použit nadproudový ochranný přístroj (obvykle jistič nebo pojistka). V tomto případě se spolu s automatickým odpojením ověří též funkčnost daného obvodu i jeho schopnost být vypnut při zkratu.
Obr. 3: Toto měření neodhalí poruchu v pracovním obvodu
Jak ověřovat obvod v síti
Jak jsme si již řekli, revizní zpráva udávající, že obvod poruchového proudu je v pořádku, a to jenom na základě zjištění jeho impedance z hlediska automatického odpojení citlivým proudovým chráničem, přinejmenším nemusí být kompletní. Takový obvod není zcela ověřen z hlediska dobré vodivosti, zejména v místech propojení, z hlediska své funkčnosti a především z hlediska zajištění jeho včasného odpojení v případě zkratu mezi vodiči L a N. Takový obvod s jedním slabým místem může být ostatně nebezpečný požárem i při svém normálním provozu. Je-li v jednom slabém místě obvodu, kterým může být spoj ve svorce, přechodový odpor 0,3 Ω, pak průchodem i jenom pracovního proudu 15 A v něm dochází k vývinu tepelného výkonu téměř 70 W. A to je moc. Zkusme si představit žárovku 70 W, které se, když je zapnutá, nikdo raději nedotkne (povrchovou teplotu má na některých místech i vyšší než 200 °C) vtěsnanou do malého prostoru elektroinstalační krabice. Celá její energie, která by se rozptylovala pouze v nepatrném prostoru elektroinstalační krabice, bude destruovat nejprve izolace vodičů, které jsou v blízkosti, potom materiál krabice a nakonec též okolní materiály a podklady. To už představuje vážné nebezpečí, zejména tehdy, jsou-li v blízkosti hořlavé předměty nebo podklady. Revizní zpráva, která by uvedené měření impedance obvodu fázový vodič – nulový vodič neuváděla, by nebyla úplná. Proto je o měření takzvaného vnitřního odporu sítě nutno hovořit.
Obr. 4: Teplo vyvíjené v nedokonalém spoji
Měření impedance smyčky
Jestliže se při měření impedance smyčky Zs zjistí příliš vysoká hodnota, je zřejmé, že se jedná o nějakou poruchu. Tady je možno při měření vnitřního odporu sítě, kdy se měří vlastně stejná hodnota, jakou by měla mít impedance smyčky (při stejné délce a průřezu vodičů), získat hodnotu, s kterou je možno impedanci smyčky porovnat. Aby bylo možno si udělat představu o tom, jakou hodnotu bychom asi měli (ve studeném stavu obvodu) naměřit, je níže uvedena tabulka udávající odpor vodičů z mědi, resp. z hliníku o průřezu od 1,5 mm2 do 300 mm2. (Hodnoty uvedené v tabulce vycházejí z hodnoty rezistivity – dříve měrného odporu – pro měď 0,018 Ω mm2/m, pro hliník 0,028 Ω mm2/m při teplotě 20 °C.)
Při přibližném odhadu impedance smyčky z údajů uvedených v této tabulce je nutno sečíst odpor fázového i ochranného vodiče. To znamená, že do průřezu 16 mm2 je nutno počítat s dvojnásobkem hodnoty uvedené v tabulce násobené poměrem délky obvodu v metrech dělené stem. (Je-li tedy např. délka obvodu tvořeného kabelem s vodiči Cu 1,5 mm2 30 m, pak jeho impedance je 1,200 × 2 × 30/100 = 2,4 × 0,3 = 0,72 Ω .) Pro větší průřezy, kdy vodiče ochranné a nulové, resp. vodiče PEN mají jiný průřez než vodiče fázové, je nutno pro zjištění impedance příslušné smyčky sečíst odpor fázového vodiče a odpor ochranného nebo nulového nebo PEN vodiče, podle toho, o jakou smyčku se nám jedná. Je-li tedy např. délka obvodu tvořeného kabelem s vodiči Cu 50 m, kdy průřez fázového vodiče je 35 mm2 a průřez vodiče PEN je 25 mm2, pak jeho impedance je (0,051 + 0,072) × 50/100 = 0,123 × 0,5 = 0,0615 Ω . U kabelů s průřezem fázových vodičů od 120 mm2 může být naměřená impedance o něco vyšší než odpovídá výpočtu (řádově o 10 %). Je to způsobeno induktivní reaktancí.
Zdroje
- KOUPÝ, ING., Leoš. Oč jde při měření impedance smyčky. Oč jde při měření impedance smyčky [online]. [cit. 2014-11-15]. Dostupné z: http://diskuse.elektrika.cz/index.php/topic,30434.0.html
- KŘÍŽ, ING., Michal. http://www.in-el.cz/?t=201&p=102438. POŽADAVKY NA IMPEDANCI SMYČKY PRACOVNÍHO PROUDU [online]. 2011 [cit. 2014-11-07]. Dostupné z: http://www.in-el.cz/?t=201&p=102438
Obrázky:
- Obr. 1: KŘÍŽ, ING., Michal. Požadavky na impedanci smyčky pracovního proudu. Požadavky na impedanci smyčky pracovního proudu [online]. IN-EL, spol. s r.o., 2011 [cit. 2015-01-26]. Dostupné z: http://www.in-el.cz/images/341.jpg
- Obr. 2: KŘÍŽ, ING., Michal. Požadavky na impedanci smyčky pracovního proudu. Požadavky na impedanci smyčky pracovního proudu [online]. IN-EL, spol. s r.o., 2011 [cit. 2015-01-26]. Dostupné z: http://www.in-el.cz/images/342.gif
- Obr. 3: KŘÍŽ, ING., Michal. Požadavky na impedanci smyčky pracovního proudu. Požadavky na impedanci smyčky pracovního proudu [online]. IN-EL, spol. s r.o., 2011 [cit. 2015-01-26]. Dostupné z: http://www.in-el.cz/images/343.gif
- Obr. 4: KŘÍŽ, ING., Michal. Požadavky na impedanci smyčky pracovního proudu. Požadavky na impedanci smyčky pracovního proudu [online]. IN-EL, spol. s r.o., 2011 [cit. 2015-01-26]. Dostupné z: http://www.in-el.cz/images/344.gif
- Obr. 5: KOUPÝ, ING., Leoš. Oč jde při měření impedance smyčky. Oč jde při měření impedance smyčky [online]. ILLKO, s.r.o, 2014 [cit. 2015-01-26]. Dostupné z: http://elektrika.cz/data/clanky/resolveUid/48b42645de2f6e27465c126bc4ba3e12
Čti také
Oč jde při měření impedance smyčky
Jedním z nejdůležitějších způsobů ochrany před nepříznivými účinky elektrického proudu je samočinné odpojení elektrického obvodu od zdroje v případě, kdy se vlivem poruchy izolace dostane nebezpečné napětí na neživé části obvodu. Tím dojde ke změně v síti, obvykle k průtoku poruchového proudu jinou cestou než pracovními vodiči, což uvede v činnost jisticí prvek, který odpojí elektrický obvod od zdroje.
Velikost poruchového proudu je ovlivněna vlastnostmi obvodu, kterým proud proteče. Vzhledem k tomu, že síťové napětí způsobující poruchový proud lze v rámci určité tolerance považovat za stále stejně velké, je zřejmé, že na velikost poruchového proudu má především vliv velikost odporu, který poruchový obvod klade protékajícímu proudu. Odpor poruchového obvodu neboli poruchové smyčky lze tedy považovat za nejdůležitější vlastnost ovlivňující správnou funkci ochrany samočinným odpojením od zdroje.
Pokud dochází u sítí TN a TT k průtoku poruchového proudu obvodem, jehož součástí je PE vodič nebo uzemnění, je nutno zajistit, aby odpor tohoto obvodu nebyl natolik velký, že způsobí omezení poruchového proudu na hodnotu, která již nedokáže vybavit jistící prvek (jistič nebo pojistku). Z toho důvodu je nutno při revizích elektrických instalací měřit odpor PE obvodu (TN) a zjistit, zda je dostatečně malý, aby poruchový proud jím protékající způsobil bezpečné vybavení jistícího prvku v předepsaném čase.
Odpor, který ochranný obvod klade průchodu poruchového proudu, je nazýván impedancí poruchové smyčky, neboť nemusí obsahovat pouze reálnou (odporovou) složku, ale i induktivní nebo výjimečně i kapacitní složku. V praxi ovšem bývají tyto složky většinou tak malé, že je lze vzhledem k velikosti činného odporu zanedbat. Přestože tedy naprostá většina měřicích přístrojů měří pouze odpor ochranného obvodu, a nikoliv skutečnou impedanci, je pro toto měření vžitý a v normách i uváděný pojem - měření impedance poruchové smyčky.
Na obrázku je naznačen průtok proudu obvodem poruchové smyčky při poruše izolace mezi živou a neživou částí elektrického zařízení. Je zřejmé, že v okamžiku vzniku poruchy se fázové napětí připojí na PE obvod a průtok poruchového proudu způsobí na všech částech s PE obvodem spojených vznik napětí. Pokud je toto takzvané dotykové napětí příliš velké, může způsobit úraz osob, které se v té chvíli dotýkají elektrických zařízení, například spotřebičů připojených k PE vodiči sítě.
Poruchová smyčka tedy musí mít takové parametry, aby při poruše izolace mezi živou a neživou částí elektrického zařízení jistící prvky odpojily chráněnou část natolik rychle, aby nedošlo k jejímu dalšímu poškození a na chráněných částech nevzniklo nebezpečné dotykové napětí. Toto je zajištěno tehdy, pokud není poruchová smyčka přerušená a pokud je její impedance dostatečně malá (čím menší impedance, tím větší poruchový proud a tím rychlejší vybavení jistících prvků). Velikost dotykového napětí lze pak omezit dobrým uzemněním PE obvodu.
