Villanyszerelők Lapja

Méréstechnika

Hurok- és vonalimpedancia-vizsgálati módszerek

Hibavédelem ellenőrzése – műszeres vizsgálatok IV.

2016. május 13. | Furján Attila és Oláh Csaba villamosmérnökök |  3061 | 3 hozzászólás

Hurok- és vonalimpedancia-vizsgálati módszerek

Jelen cikkünk tárgyát a hibavédelem szempontjából a táplálás önműködő lekapcsolásával kialakított védelmi mód ellenőrzésére szolgáló mérések és vizsgálati módszerek képezik.

Ennek a védelemi módnak a működési elve, hogy testzárlat kialakulása esetén a hibaáramkör impedanciája (hurokimpedancia) elegendően kicsi legyen ahhoz, hogy megfelelő nagyságú hibaáram alakulhasson ki, amely az előírt lekapcsolási időn belül a védelmi eszközt működtetni képes. Ezt a hurokimpedancia értékének mérésével tudjuk vizsgálni.

Vonatkozó szabványok

A táplálás önműködő lekapcsolásának ellenőrzéséhez szükséges méréseket az MSZ HD 60364-6:2007 szabvány 61.3.6. pontja és az MSZ 4851-3:1989 szabvány 2. pontja részletezi. A hurokimpedancia vizsgálatára vonatkozó mérésekkel és műszerekkel szemben támasztott követelményeket az MSZ EN 61557-3:2007 szabvány fogalmazza meg. Abban az esetben, ha az aktív vezetők impedanciáját szeretnénk méréssel ellenőrizni (vonalimpedancia-mérés), a fent említett szabványok követelményei a mérési módra szintén érvényesek.

Védelem a táplálás önműködő lekapcsolásával

A táplálás önműködő lekapcsolásával kialakított védelmi mód lényege TN/TT rendszer esetén, hogy a villamos berendezés vagy berendezésrész egyes áramköreiben testzárlat kialakulásakor egy védelmi eszköznek az MSZ HD 60364-4-41:2007 szabvány 411.3.2.1. pontjában előírt 41.1. táblázat szerinti lekapcsolási időn belül, önműködően meg kell szakítania az áramkört vagy a szerkezet fázisvezetőjének táplálását (1. táblázat). Ez a védelmi eszköz az MSZ HD 60364-4-41:2007 411.4.5. szerint abban az esetben, ha TT vagy TN típusú rendszer került kialakításra, lehet túláramvédelmi eszköz (olvadóbiztosító vagy kismegszakító), illetve áram-védőkapcsoló (RCD). TN-C rendszerű hálózat esetén RCD nem alkalmazható hibavédelmi lekapcsoló eszközként. TN-C-S rendszerek esetén áram-védőkapcsoló használata csak abban az esetben megengedett, ha a fogyasztói oldalon nem alkalmazunk PEN vezetőt, a védővezetőt ilyen kialakítás esetén az RCD tápoldalán kell a PEN vezetőhöz csatlakoztatni. Az 1. táblázatban nem tárgyalt, elosztó áramkörökhöz és szakaszokhoz nem tartozó áramkörök esetében, TN rendszerekben a ma×imális lekapcsolási idő 5 s, TT rendszerekben 1 s.
A táblázatban megadott lekapcsolási időkhöz a túláramvédelmi eszköz gyártó által közölt karakterisztikájából meghatározható az áramérték (Ia), amelynek hatására a lekapcsoló eszköz önműködően elvégzi a lekapcsolást. RCD esetében ez a ma×imális lekapcsolási időhöz tartozó áramérték az áram-védőkapcsoló névleges különbözeti kioldó áram- értéke (Ia=IΔn). Ebből a következő képlettel meghatározható a ma×imálisan megengedett hurokimpedancia (Zs) értéke: Zs ≤ U0/Ia

A rendszer típusa 50 V < U0 ≤ 120 V 120 V < U0 ≤ 230 V 230 V < U0 ≤ 400 V U0 > 400 V
  AC DC AC DC AC DC AC DC
TN 0,8 s 0,4 s 5 s 0,2 s 0,4 s 0,1 s 0,1 s
TT 0,3 s 0,2 s 0,4 s 0,07 s 0,2 s 0,04 s 0,1 s

1. táblázat:Legfeljebb 32 A-es végáramkörökhöz tartozó legnagyobb lekapcsolási idők.

Mivel a túláramvédelmi eszközök karakterisztikái gyártónként változnak, a hazai gyakorlat szerint az Ia értékét a túláramvédelmi eszköz névleges árama (In) és a kioldási tényező (α) szorzataként határozzuk meg: Ia = In×α
A kioldási tényező jellemző értékeit a 2. táblázat tartalmazza.

   
A kioldószerv típusa A kioldószerv
névleges árama (In)
TN
rendszer
TT
rendszer
Végáramkörök
In≤32 A
Lekapcsolási idő   5 s 1 s TN: 0,4 s
TT: 0,2 s
Gyors és késleltetett működésű olvadóbetétek: gG/gL, gM ≤ 25 A 3 5 6
≥ 32 A 4 7 8
Különlegesen gyors működésű olvadóbetétek: gR Régebbi típusok: NOR, NOSi, NOGe 2,5 4 6
B jellegörbéjű kismegszakítók 5 5 5
C jellegörbéjű kismegszakítók 5 5 10
D jellegörbéjű kismegszakítók 5 5 20

A hurokimpedancia mérése

Fontos, hogy a hurokimpedancia-mérés megkezdése előtt a mérési ponton az MSZ 4851-1:1988 vagy az MSZ HD 60364-6:2007 szerinti védővezető folytonosság-mérést kell végezni (erről a mérésről a cikksorozat 2. részében volt szó – VL 2016/3). A hurokimpedancia mérése csak abban az esetben kezdhető meg, ha a vizsgálat a védővezető folytonosságát igazolta. A hurokimpedancia mérésének elve a mai korszerű, digitális érintésvédelmi műszerek esetén is az úgynevezett volt–amper mérős módszerre vezethető vissza. Ennek az a lényege, hogy a mérendő ponton a fázisvezető és a védővezető közé terhelő ellenállást kapcsolunk, megmérjük az ennek hatására létrejövő feszültségesést (terhelés nélküli üresjárási feszültség – terhelt állapotban mért feszültség, vagyis ΔU = Uü – Ut) és az ellenálláson átfolyó áram (It) értékét. Ezekből számítással meghatározható a hurokimpedancia (Zs) értéke: Zs = (Uü–Ut)/It

Abban az esetben, ha a méréshez alkalmazott terhelő ellenállás értékét ismerjük, a terhelő áram mérése elhanyagolható (1. ábra), ilyenkor a hurokimpedancia értéke az alábbi képlettel számítható: Zs = Rt × (Uü–Ut)/Ut

1. ábra: Hurokimpedancia mérése

Az említett mérési elrendezés használatakor a terhelő ellenállás melegedését figyelembe kell venni. A korszerű érintésvédelmi műszerek ezt jelzik is, és a mérést nem engedik elvégezni a terhelő ellenállás túlmelegedése esetén. Amennyiben az üzemelő villamos berendezések időszakos felülvizsgálata során, a berendezés kialakítása miatt, a csatlakozó kapcsokhoz nem férünk hozzá, vagy a vizsgálandó berendezés/berendezésrész hozzáférhetővé tétele nem kivitelezhető, alkalmazható az úgynevezett idegen feszültséggel történő hurokimpedancia-vizsgálat. Ebben az esetben a berendezéshez a hálózat szempontjából legközelebb elhelyezkedő fázisvezető csatlakozási pontja és a vizsgált berendezés/berendezésrész megérinthető fémrészei (vizsgált berendezés teste) között végezzük el a hurokimpedancia-mérést. Mivel a vizsgálat nem közvetlenül a villamos hálózathoz fi×en csatlakoztatott eszköz csatlakozó kapcsain történik, ezért a mérővezetékek meghosszabbítása miatt magasabb hurokimpedancia-értéket mérünk, mintha a csatlakoztatás közvetlenül történne.

A hurokimpedancia mérése RCD-vel védett villamos berendezés esetén

Az MSZ HD 60364-6:2007 szabvány 61.3.6.1. pontja szerint TN típusú rendszerek esetében, amennyiben hibavédelmi szempontból lekapcsoló eszközként IΔn < 500 mA-es névleges különbözeti kioldó áramú RCD került beépítésre, a hibahely hurokimpedancia-mérése nem szükséges. Alternatívaként, ha a berendezés kialakítása lehetővé teszi a védővezetők keresztmetszetének és hosszának, illetve anyagának azonosítását (tehát kiszámíthatjuk a védővezető várható ellenállás-értékét), alkalmazható a védővezetők folytonosságának ellenőrzése vizsgálati módszerként. Természetesen a beépített RCD működését és megfelelőségét szemrevételezéssel és műszeres vizsgálattal is ellenőrizni kell.

Cikksorozatunk második részében már foglalkoztunk a védővezetők folytonosságának ellenőrzésével, így ismerős lehet, most emlékeztetőül csak annyit, hogy ne felejtsük el a mérővezetéket kompenzálni a mérések megkezdése előtt! Nézzük meg, miért jó az nekünk, hogy nem kell hurokimpedanciát mérni RCD-vel védett hálózaton! Egy nagyon jó érvet tudunk csak felhozni: gyorsaság. A védővezető ellenállásának mérése kb. 1 másodpercet vesz igénybe egy korszerű érintésvédelmi műszerrel (a mérővezetékek csatlakoztatását, üzemmód kiválasztást most nem számoljuk, hiszen azt mindenfajta mérés esetén el kell végezni, és nagyjából mindegyik esetben ugyanaddig tart). Ugyanezen a mérőponton a kisáramú (hiszen RCD védi az áramkört, ami nagy áram hatására azonnal kikapcsolna) hurokimpedancia-mérés minimum 30 másodperc. Egy mérésnél ez még nem is számít. Egy családi ház esetében, 100 mérőpontnál már igen, és akkor még nem beszéltünk irodaházakról vagy egyéb nagy kiterjedésű, több ezer mérőpontos villamos berendezésekről.

Felmerül a kérdés, hogy miért tart sokkal tovább ugyanaz a mérés RCD „után”, mint „előtt”. A válasz nagyon egyszerű, a műszerek által használt módszer megegyezik az előző részben ismertetettel: nevezetesen a fázis és a védővezető közé kapcsolt, ismert ellenállás-értékű terhelés és az ennek hatására létrejövő feszültségesés értékéből számol a műszer. A különbség csak annyi, hogy ebben az esetben a mérőáram értéke nem haladhatja meg a 15 mA-t (hogy ne oldjon ki az RCD, meghiúsítva ezzel a mérés elvégzését). Igen ám, de a kisebb mérőáramnak megfelelően a feszültségesés is kisebb lesz, mint nagyáramú mérés esetén, így ez gyakorlatilag összemérhető lesz a villamos hálózat feszültségváltozásaival, amit az egyéb, hálózatra csatlakoztatott villamos készülékek kapcsolásai okoznak. A műszer, hogy ezeket a változásokat kiszűrje, több mérést hajt végre a Start gomb megnyomása után, és a mért értékekből átlagot számol. Több mérés = több idő, ráadásul még így is pontatlanabb értéket fogunk kapni, mintha nagy árammal mértünk volna.

Vizsgáljuk meg azt is, hogy miért nem szükséges a hurokimpedanciát mérni RCD-vel védett áramkörön, vagyis mi a magyarázata annak, hogy az MSZ HD 60364-6:2007 szabvány megengedi ezt. Vegyünk egy példát: adott egy végáramkörbe épített egyfázisú dugaszolóaljzat, amit egy B karakterisztikájú, 16 A névleges áramú kismegszakító véd.
Ebben az esetben a megengedett legnagyobb hurokimpedancia: Zs max = U0/(In×α) = 230 V / (16 A × 5) = 2,875 Ω
Ugyanez 30 mA-es RCD esetén: Zs max = U0/IΔn = 230 V / 30 mA = 7666,67 Ω

A fentiek alapján belátható, hogy az RCD érzékenysége olyan nagy, hogy használata esetén a hurokimpedancia értéke több mint 7 kΩ is lehet, miközben jellemzően legfeljebb 1-2 Ω szokott lenni, így gyakorlatilag nincs értelme ezt mérni, a védővezető folytonosságát viszont kötelező ellenőrizni ilyenkor is.

Ezzel egyúttal megoldottuk azt a problémát is, amivel elég gyakran találkozunk: RCD-vel védett háromfázisú motor (nincs nullavezető) hurokimpedanciáját nem lehet megmérni korszerű érintésvédelmi műszerekkel, mert az RCD mindig kiold. Nullavezető hiányában a műszert csak a fázis- és a védővezetőhöz fogjuk tudni csatlakoztatni. A mérést ebben az esetben nem engedi elvégezni a műszer, hiszen azt érzékeli, hogy a nullavezető hiányzik. Hurokimpedancia méréséhez persze nincs is rá szükség, a műszerek azonban biztonságtechnikai megfontolásokból ilyenkor nem engedélyezik a mérés indítását (a műszer nem tudhatja, hogy miért nincs nullavezető, az is lehet, hogy az szakadt, és akkor az egész villamos berendezés nem biztonságos). Ha a műszer N mérővezetékét csatlakoztatjuk a PE-hez, akkor a feszültségviszonyok helyreállnak a bemenet szempontjából, és indítható lesz a mérés, de ebben az esetben az RCD ki fog oldani, akkor is, ha kisáramú hurokimpedancia- mérő üzemmódban vagyunk. A korszerű műszerek minden hurokimpedancia-mérést megelőzően (kisáramú hurokimpedancia-mérés esetében is) először vonalimpedanciát mérnek nagy árammal. Ebből a vonalimpedancia-mérésből a kijelzőn semmit nem látunk, csak a gépkönyvből tudjuk, hogy így működik a műszer. Igen ám, de ebben a példában nincs nullavezetőnk, az N mérővezeték a PE-re van csatlakoztatva, így a műszer a terhelést a PE és a fázis közé fogja kapcsolni, és a terhelésen átfolyó áram ki fogja oldani az áram-védőkapcsolót. Ha ezeket végiggondoljuk, rájövünk, hogy nullavezető hiányában nem fogunk tudni az RCD kioldása nélkül hurokimpedanciát mérni. A megoldást pár sorral feljebb leírtuk már: elegendő a védővezető folytonosságát vizsgálni RCD-vel védett áramkör esetén.

Vonalimpedancia mérése

Az eddigiekből már megtudtuk, hogy vonalimpedanciát akkor is fogunk mérni, ha hurokimpedancia üzemmódban van a műszerünk, csak annak az értéke ilyenkor nem jelenik meg a kijelzőn. Abban az esetben, ha külön is meg szeretnénk mérni, akkor nincs más dolgunk, mint csatlakoztatni a műszert a fázis- és a nullavezetőhöz, majd Zvonal vagy Zline üzemmódban elindítani a mérést. Amennyiben hurok- és vonalimpedanciát is mérünk ugyanannál a mérőpontnál, érdemes összehasonlítani a két értéket, hiszen ha a nulla- és a védővezető keresztmetszete azonos, akkor a két értéknek közel azonosnak kell lennie. Mivel a vonalim-pedancia az aktív vezetők impedanciáját jelenti, így ennek ellenőrzését háromfázisú rendszer esetén nem csak a fázis- és a nullavezető (adott esetben PEN vezető), hanem a fázisvezetők között is el szoktuk végezni (2. ábra). Ebben az esetben a műszerünknek képesnek kell lennie, a csatlakozásból és a mérés elrendezéséből adódóan, a vonali feszültségérték mellett is elvégezni a mérést.

2. ábra: Vonalimpedancia vizsgálata fázisvezetők között, háromfázisú rendszer esetén

A referenciaérték meghatározása

Sugaras kialakítású villamos berendezés esetén ajánlott a hálózat betáplálási pontjánál a hurok- és vonalimpedancia meghatározása, mint referenciaértékek. Ezt a korszerű, digitális érintésvédelmi műszerek esetében rögzíteni is tudjuk a felülvizsgálat idejére. Ennek az eljárásnak az a lényege, hogy ettől a referenciaponttól távolodva a hurok- és vonalimpedancia-értékeknek növekedniük kell (hiszen ebben az esetben a hálózat sorba kapcsolt impedanciákkal jellemezhető, az első soros elem a referencia érték). Amennyiben nem ez történik, úgy az impedanciaváltozás függvényében hibakeresés szükséges. Az impedanciaérték ugrásszerű növekedése laza kötésre vagy rossz keresztmetszetváltásra enged következtetni, ha pedig csökken a mért impedancia értéke, feltehetően tiltott nullázást találtunk. A mért referenciaértékeket (kiterjedt villamos hálózat esetén a betáplálási ponton túl a főbb pontokon – pl. szintielosztók, alelosztók – javasolt a hurokimpedancia és a vonalimpedancia mérése) a táplálás önműködő lekapcsolásának ellenőrzéséről szóló jegyzőkönyvben tájékoztató mérésként lehet feltüntetni.

3. ábra: Hurokimpedancia a gyakorlatban.

Áram-védőkapcsolóHibavédelemMSZ HD 60364



A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.


Hozzászólások


2017. aug. 9. | Kételkedő Jenő

Szeretjük ha van változás, főként ha enyhülnek az elvárások, de ugyanakkor legalább olyan mértékben el is bizonytalanít legalábbis engem. Jó példa erre a hogy nem kell RCD-vel védett áramkörökön hurokimpedanciát mérni. Jó dolog ez, gyors is, de lassan már nem is mérünk szinte semmit. Egyre nagyobb számban vannak jelen kettős szigetelésű lámpatestek, és ezzel most az egyszerű dugaljak is kikerülnek a mérésből. Kérdés hogy akkor mi szerepeljen egy jegyzőkönyv táblázatába. Szeretjük ha a táblázat a lehetőségekhez képest minél több információt szolgáltat, ezért eddig is feltüntettük benne a mért berendezést lehetőleg típusszámmal, a túláramvédelmi eszköz névleges áramát, a táplálás helyét elosztó jele, a túláramvédelmi eszköz jelét az elosztóban, karakterisztikáját, típusát kismegszakító/olvadóbetét, a mért értéket és a megengedett értéket. Az RCD-ket külön lapon szedtük össze, lehetőség szerint elosztókra bontva. Ha a világítási áramkörök zöme lassan teljesen kiesik a mérésből, és a dugaljak esetében már nincs értelme feltüntetni a kismegszakítók adatait, gyakorlatilag az is megtörténhet hogy egyetlen RCD adatai ismétlődnek a teljes jegyzőkönyvben sok esetben egyetlen RCD véd egy teljes csoportleágazást, vagy akár egy egész elosztót. Igy aztán kapunk egy szép részletes, tartalom nélküli jegyzőkönyvet. Van egyáltalán értelme teleírni ezzel a 7666,67-es megengedett értékkel a táblázatot? Vagy egyszerűen csak írjuk be hogy védővezető folytonos? Esetleg az eddig használt RCD-t részletező táblázatot boronáljuk össze a hurokimpedanciát tartalmazó táblázattal? Vagy ha van kedvünk és időnk vállalási pénzünk rá, és a műszert is úgyis bedugtuk már a dugaljba, nyomjuk meg a gombot és mérjünk ugyan úgy mint korábban, a jegyzőkönyvben meg tüntessük fel továbbra is megengedett értéknek túláramvédelmi eszköz adataiból számolt értéket? Vagyis örüljünk az enyhítésnek de ne éljünk vele? Több mint egy év telt el a cikk óta, ki hogy ültette ezt a gyakorlatba?


2017. aug. 9. | Kételkedő Jenő

Szeretjük ha van változás, főként ha enyhülnek az elvárások, de ugyanakkor legalább olyan mértékben el is bizonytalanít legalábbis engem. Jó példa erre a hogy nem kell RCD-vel védett áramkörökön hurokimpedanciát mérni. Jó dolog ez, gyors is, de lassan már nem is mérünk szinte semmit. Egyre nagyobb számban vannak jelen kettős szigetelésű lámpatestek, és ezzel most az egyszerű dugaljak is kikerülnek a mérésből. Kérdés hogy akkor mi szerepeljen egy jegyzőkönyv táblázatába. Szeretjük ha a táblázat a lehetőségekhez képest minél több információt szolgáltat, ezért eddig is feltüntettük benne a mért berendezést lehetőleg típusszámmal, a túláramvédelmi eszköz névleges áramát, a táplálás helyét elosztó jele, a túláramvédelmi eszköz jelét az elosztóban, karakterisztikáját, típusát kismegszakító/olvadóbetét, a mért értéket és a megengedett értéket. Az RCD-ket külön lapon szedtük össze, lehetőség szerint elosztókra bontva. Ha a világítási áramkörök zöme lassan teljesen kiesik a mérésből, és a dugaljak esetében már nincs értelme feltüntetni a kismegszakítók adatait, gyakorlatilag az is megtörténhet hogy egyetlen RCD adatai ismétlődnek a teljes jegyzőkönyvben sok esetben egyetlen RCD véd egy teljes csoportleágazást, vagy akár egy egész elosztót. Igy aztán kapunk egy szép részletes, tartalom nélküli jegyzőkönyvet. Van egyáltalán értelme teleírni ezzel a 7666,67-es megengedett értékkel a táblázatot? Vagy egyszerűen csak írjuk be hogy védővezető folytonos? Esetleg az eddig használt RCD-t részletező táblázatot boronáljuk össze a hurokimpedanciát tartalmazó táblázattal? Vagy ha van kedvünk és időnk vállalási pénzünk rá, és a műszert is úgyis bedugtuk már a dugaljba, nyomjuk meg a gombot és mérjünk ugyan úgy mint korábban, a jegyzőkönyvben meg tüntessük fel továbbra is megengedett értéknek túláramvédelmi eszköz adataiból számolt értéket? Vagyis örüljünk az enyhítésnek de ne éljünk vele? Több mint egy év telt el a cikk óta, ki hogy ültette ezt a gyakorlatba?


2017. aug. 9. | Kételkedő Jenő

Szeretjük ha van változás, főként ha enyhülnek az elvárások, de ugyanakkor legalább olyan mértékben el is bizonytalanít legalábbis engem. Jó példa erre a hogy nem kell RCD-vel védett áramkörökön hurokimpedanciát mérni. Jó dolog ez, gyors is, de lassan már nem is mérünk szinte semmit. Egyre nagyobb számban vannak jelen kettős szigetelésű lámpatestek, és ezzel most az egyszerű dugaljak is kikerülnek a mérésből. Kérdés hogy akkor mi szerepeljen egy jegyzőkönyv táblázatába. Szeretjük ha a táblázat a lehetőségekhez képest minél több információt szolgáltat, ezért eddig is feltüntettük benne a mért berendezést lehetőleg típusszámmal, a túláramvédelmi eszköz névleges áramát, a táplálás helyét elosztó jele, a túláramvédelmi eszköz jelét az elosztóban, karakterisztikáját, típusát kismegszakító/olvadóbetét, a mért értéket és a megengedett értéket. Az RCD-ket külön lapon szedtük össze, lehetőség szerint elosztókra bontva. Ha a világítási áramkörök zöme lassan teljesen kiesik a mérésből, és a dugaljak esetében már nincs értelme feltüntetni a kismegszakítók adatait, gyakorlatilag az is megtörténhet hogy egyetlen RCD adatai ismétlődnek a teljes jegyzőkönyvben sok esetben egyetlen RCD véd egy teljes csoportleágazást, vagy akár egy egész elosztót. Igy aztán kapunk egy szép részletes, tartalom nélküli jegyzőkönyvet. Van egyáltalán értelme teleírni ezzel a 7666,67-es megengedett értékkel a táblázatot? Vagy egyszerűen csak írjuk be hogy védővezető folytonos? Esetleg az eddig használt RCD-t részletező táblázatot boronáljuk össze a hurokimpedanciát tartalmazó táblázattal? Vagy ha van kedvünk és időnk vállalási pénzünk rá, és a műszert is úgyis bedugtuk már a dugaljba, nyomjuk meg a gombot és mérjünk ugyan úgy mint korábban, a jegyzőkönyvben meg tüntessük fel továbbra is megengedett értéknek túláramvédelmi eszköz adataiból számolt értéket? Vagyis örüljünk az enyhítésnek de ne éljünk vele? Több mint egy év telt el a cikk óta, ki hogy ültette ezt a gyakorlatba?