METRA BLANSKO a.s.

98

IZOLAČNÍ A ZEMNÍ ODPOR

(praktická měření s přístroji METRA BLANSKO a.s.)

Ing. Antonín Ševčík

1. Úvod METRA BLANSKO a.s. má dlouholetou tradici ve výrobě měřicích přístrojů.Tyto přístroje plně odpovídají požadavkům příslušných norem jak z hlediska měřících metod, konstrukce, bezpečnosti, napájení, chyb, podmínek používání aj. Revizní přístroje mají zakomponovány všechny potřebné měřicí úlohy se zaručenými parametry a elegantní obsluhou. Umožňují provést v krátkém čase velký počet měření. Pro větší komfort uživatele jsou nové revizní přístroje vybaveny jednak pamětí pro ukládání naměřených dat, dále možností nastavení limitů pro jednotlivá měření, akustickou nebo optickou signalizací. K moderním revizním přístrojům lze zakoupit též software pro zpracování naměřených dat. 2. Měření izolačních odporů Standardní měřicí přístroje určené k měření izolačních odporů jsou konstruovány v souladu s EN 61557-2. Princip měření – připojením stejnosměrného napětí (u megmetů z produkce Metra Blansko a.s. - 50 až 2500V) na testovaný objekt, měřící proud při jmenovitém rozsahu napětí nesmí klesnout pod hodnotu 1mA. 2.1 Měření izolačního odporu – revize el. sítí Měření izolačního odporu elektrické instalace je jedno z měření, které předepisuje norma při revizi elektrických sítí.

Příklad měření izolačního odporu el. instalace přístrojem PU195

Výchova a vzdelávanie elektrotechnikov

99

Izolační odpor v instalacích nn (sítě TN, TT, IT) se nejčastěji provádí vždy mezi dvěma pracovními vodiči (po skončení prací na rozvodech a rozvaděčích), nebo mezi každým pracovním vodičem a ochranným vodičem (zemí). U instalací s napětím do 500 V je izolační odpor měřen napětím 500V a hodnota izolačního odporu má být minimálně 0,5 MΩ. U obvodů s napětím nad 500V je požadován izolační odpor minimálně 1 MΩ. Při měření izolačního odporu si musí obsluha uvědomit:

• Může přijít do styku s napětím, které může dosáhnout hodnoty až 2500V.

• Izolační odpor lze měřit pokud se na měřeném objektu nevyskytuje cizí napětí vyšší než cca 30V dle typu megmetu. Při výskytu cizího napětí se megmety automaticky přepnou do režimu měření napětí (AC, DC)

• Při měření izolačních odporů s kapacitním charakterem (např. dlouhé kabely, kompenzační kondenzátory apod.), se údaj na displeji ustálí až po úplném nabití kapacity, což může trvat dlouhou dobu. Proto doporučujeme – pokud je to možné – tyto kapacity odpojit. Urychlí se tím měření a šetří se napájecí články.

• Elektrický náboj se může na těchto kapacitách udržet poměrně dlouho, proto je nutné tento náboj z bezpečnostních důvodů vybít. Vybíjení probíhá automaticky přes vnitřní odpor měřicího přístroje po uvolnění „startovacího tlačítka“. Průběh vybíjení lze pak sledovat na displeji.

• Při měření izolačních odporů s kapacitním charakterem a automatické volbě rozsahu dochází k opakovanému přepínání rozsahů a údaj na displeji se nemůže ustálit. Proto se doporučuje při kapacitním charakteru zátěže měřit s pevně zvoleným měřícím rozsahem, popřípadě zvolit speciální typ megmetu PU580, který dokáže měřit izolační odpor i v silně zarušeném prostředí.

• Při vkládání, výměně nebo dobíjení NiCd akumulátorů nesmí být megmet připojen k měřenému objektu. Nabíjet lze pouze akumulátory. Při pokusu o nabíjení suchých článků může dojít k jejich explozi !

• Megmety z produkce METRA BLANSKO a.s. jsou vybaveny digitálními displeji.

Displej rozliší maximálně 1999 úrovní u 3 1/2 (třiapůlmístného) displeje nebo 3999 úrovní u 3 3/4 (třiatřičtvrtěmístného) displeje. Tím je tvořena horní limitace pro zobrazení naměřených hodnot přístroje. Podle typu displeje se pak uvádějí rozsahy přístrojů. Pro izolační odpor jsou to rozsahy např. 200 MΩ, 2 GΩ a 20 GΩ ( ve skutečnosti 199,9 MΩ, 1,999 GΩ nebo 19,99 GΩ). Pokud je při měření překročen zvolený rozsah (měřená hodnota je vyšší než zvolený rozsah), je na displeji zobrazen symbol pro překročení (přetečení) rozsahu. Ten se liší dle typy přístroje – viz. návod k obsluze ( většinou symbol 1 - - -, OL).

• Izolační odpor nelze měřit od nuly, ale od „nějaké“ jmenovité hodnoty (v praxi cca

řádově 100kΩ). Pokud měříme izolační odpor pod hranicí jmenovitého rozsahu, začne se zvyšovat jmenovitý měřící proud (1mA) a tím se začíná snižovat měřící napětí. Tato závislost je vyobrazena na přiloženém grafu, který je součástí manuálů.

Bezpečnosť práce na elektrických zariadeniach 2008

100

Příklad: při zvoleném měřícím napětí 1000 V ukazuje přístroj hodnotu izolačního odporu 0,50 MΩ. Dle grafu bude napětí na měřeném odporu asi 500 V.

Závislost velikosti měřicího napětí na měřeném odporu pro PU187.2

Této závislosti měřícího napětí na měřeném odporu (pokud megmet současně zobrazuje údaj izolačního odporu a měřícího napětí) lze využít též k zjišťování stavu přepěťových ochran. Výkonným prvkem ve svodičích přepětí jsou speciální polovodiče, které se otevírají (ztrácejí maximální odpor) při dosažení stanovené hodnoty napětí (zapalovací napětí). Je to horní mez intervalu napětí při proudu 1mA (miliampérový bod). Poněvadž tyto speciální polovodiče nemají dlouhodobě stálé parametry je třeba je kontrolovat. Při svodech vyšší energie může docházet k „vypalování“ vodivých cest, tím k zvyšování vodivosti a snižování hodnoty miliampérového bodu – tzn. otevírání při nižším napětí než stanoveném. 2.2 Měření izolačního odporu – el. nářadí, spotřebiče Měření izolačního odporu el. spotřebičů je jedním ze způsobů zjišťování stavu a kvality izolace mezi živými a neživými částmi. Kvalita izolace z hlediska bezpečnosti uživatele spotřebiče se zjišťuje měřením:

• izolačního odporu • měřením unikajících proudů

o ochranným vodičem u spotřebiče třídy ochrany I o dotykového proudu u spotřebiče třídy ochrany II a u vodivých

dostupných částí spotřebičů třídy ochrany I nespojených s ochranným vodičem.

Izolační odpor je jedním z kritérií pro posuzování kvality izolace, zatímco unikající proudy udávají nebezpečí ohrožení uživatele při některých poruchách izolace nebo přerušení ochranného vodiče u spotřebiče třídy I. V takovém případě by unikající proud procházel tělem obsluhy do země. Používáním filtrů a odrušovacích kondensátorů u spotřebičů vzniká ohrožení kapacitními proudy, které mohou být podstatně vyšší, než unikající proudy vzniklé zhoršenou kvalitou izolace.

Výchova a vzdelávanie elektrotechnikov

101

Příklad měření izolačního odporu spotřebiče bez vidlice přístrojem PU194

ČSN 33 1610 (STN 33 1610) předepisuje měření izolačního odporu Riso stejnosměrným proudem se zdroje, jehož jmenovité napětí je nejméně 500V při zatížení 1mA. Tento způsob ověřování spotřebičů při použití měřícího napětí 500V je poměrně drastický a u některých spotřebičů nepoužitelný bez rizika jejich poškození. Izolační odpor se měří při odpojeném napájení spotřebiče. Odpojené napájení spotřebiče způsobí, že elektronické spínání a regulace, různé časovače, relé, stykače se přestaví do polohy „Vypnuto“ i při mechanickém zapnutí síťového vypínače spotřebiče. Z tohoto důvodu není pak ověřen stav všech izolací spotřebiče. Proto jsou v normě ČSN 331610 (STN 33 1610) pro měření při revizi elektrických spotřebičů doporučeny další metody ověřování stavu izolace elektrického spotřebiče:

• proud protékající ochranným vodičem IPE (spotřebiče třídy ochrany I) • rozdílový proud I∆ • dotykový proud IF (spotřebiče třídy ochrany II a u vodivých dostupných částí

spotřebičů třídy ochrany I, nespojených s ochranným vodičem) 3. Měření zemních odporů Měřící přístroje určené k měření zemních odporů a specifického odporu půdy jsou konstruovány podle EN 61557-5 Mezi vybrané podmínky, ve vztahu k normě pro výrobce lze zařadit :

nejistota měření může být max. +/-30% ve vztahu k podmínkám uvedeným v normě

testovací napětí je střídavé napětí během měření by nemělo překročit hodnotu 50 VEF nebo testovací

proud IMAX 3,5 mA, průběh testu by měl být omezen 30 ms přístroje indikují mezní, popř. nastavené hodnoty další specifikace jsou opět uvedeny v příslušné části normy

Bezpečnosť práce na elektrických zariadeniach 2008

102

S

A

H E

d d

zdroj proudu

V

Definice - zemní odpor RA zemniče umístěného v zemi je činný odpor mezi připojovací svorkou zemniče a určitým místem země v okolí zemniče, kde je již vliv zemniče neuplatňuje. Je to součet odporu svorky, odporu svodu, odporu zemniče, přechodového odporu mezi zemničem a půdou a odporu půdy obklopující zemnič až do vzdálenosti, kde je již vliv zemniče neuplatní. Na velikost zemního odporu má největší vliv odporu půdy. Ten je velmi závislý na vodivosti půdy její kvalitě a druhu. Kolem zemniče, kterým prochází proud do země (např. při poruše či úderu blesku) se v půdě vytvoří elektrické pole. Jeho maximum se nachází nad zemničem. Se vzdáleností od zemniče klesá a od určité vzdálenosti od zemniče se již neuplatňuje. Pro zemniče běžných rozměrů a provedení je tato vzdálenost cca 20m. 3.1 Princip měření zemního odporu- klasická metoda Ze zdroje proudu, který je součástí měřiče zemního odporu se vytvoří přes měřený zemnič E a sondu H proudový okruh. Mezi sondou S a E se změří napětí. Zemní odpor RA=U/I. Jedná se o nejpřesnější metodu měření zemního odporu.

E …měřený zemnič S, H… pomocné sondy d… vzdálenosti sond

Praktická ukázky zapojení s přístrojem PU 183.1

Třívodičové připojení Čtyřvodičové připojení

Výchova a vzdelávanie elektrotechnikov

103

IE

IE Vysílač Přijímač

RE RH

RP

UM IE = ---------------------- RE + RH + RP

RE - zemní odpor měřeného zemniče RH - zemní odpor pomocného zemniče RP - odpor půdy mezi oběma zemniči UM - naindukované měřicí napětí z vysílače IE - proud uzavřeným okruhem

Postup při měření: Nutno vždy rozpojit zemnící svorku. Přístroj se připojí k měřenému zemniči E, pomocnému zemniči H a sondě S pomocí příslušenství PD183. Lze-li zanedbat odpor vodiče mezi svorkou E a měřeným zemničem, je možné použít třívodičové připojení. Při třívodičovém měření se propojí svorky E a ES zkratovací spojkou z příslušenství přístroje. Není-li odpor vodiče, vzhledem k měřenému zemnímu odporu, zanedbatelný, pak je třeba propojit navíc svorku ES s měřeným zemničem. Mezi svorkami E a ES nesmí být při čtyřvodičovém připojení zkratovací propojka. Před vlastním měřením je nutné přesvědčit se o velikosti odporu měřicího obvodu - stisknutím tlačítka TEST Rs.

Při měření nesmí svítit žádná z LED diod.

Svítící dioda RH znamená, že odpor pomocného zemniče H je větší než přípustný. Je nutné okolí elektrody H navlhčit a tím snížit odpor. Svítící dioda Us znamená přítomnost sériového rušivého napětí vyšší než 3V a může ovlivnit výsledek měření. Je nutné umístit sondu S do jiného místa. Dále svítící dioda Us může znamenat, že nejsou vodiče na svorkách S a ES připojeny k měřicím sondám (brumové napětí). Zemní odpor změří přístroj i tehdy, když některý z odporů RS , RH je větší než maximální přípustný V tomto případě není zaručena přesnost měření. 3.2 Princip měření zemního odporu- klešťová metoda Ze zdroje proudu, který představují vysílací kleště se vytvoří přes měřený zemnič E a sondu H proudový okruh. Součástí tohoto okruhu jsou i přijímací kleště, na kterých se naindukuje napětí UM, které je přímo úměrné protékajícímu proudu. Zemní odpor RA= RE + RH + RP.

Svítící: RH - velký odpor pomocného zemniče H Us - sériové rušivé napětí větší než 3V, nebo při

přepínači nastaveném v poloze LOAD indikace dobíjení

Blikající RH + Us - indikace velkého odporu napěťové sondy S

Bezpečnosť práce na elektrických zariadeniach 2008

104

Z uvedeného principu je zřejmé, ze zobrazený (změřený) zemní odpor je dán součtem (odpor měřeného zemniče je tedy vyšší o hodnotu odporu pomocného zemniče RH ) + odporem půdy mezi zemniči RP. Praktická ukázka zapojení s přístrojem PU 193

Není nutné rozpojovat zemnící svorku. Naměřený odpor RA je součtem zemních odporů RA1 a RC. RC = RA2 x RA3 / RA2 + RA3 Rc = paralelní hodnota zemního odporu zbývajících zemničů Je-li odpor RC << RA1, pak přibližně platí RA = RA1.

K měření jednoduchého zemniče je nutné zřídit pomocný zemnič, případně využít blízkého náhodného zemniče. Totéž platí pokud jsou jednotlivé zemniče zemnící soustavy v zemi pospojovány. Postup při měření: Vysílací a měřicí kleště se připojí do konektorů OUT a IN přístroje PU193. Čelistmi kleští se obemkne přívod měřeného zemniče. Zvolí se příslušná měřící metoda (PK) a stiskne se klávesa START. Přístroj otestuje zda měřeným zemničem neprotéká rušivý střídavý proud větší než 120mA. Pokud neprotéká pak se na displeji zobrazí měřený zemní odpor. Naměřená hodnota, zobrazená na displeji, je automaticky uložena do paměti, což je indikováno krátkým zvukovým signálem. Při rušivém proudu větším než 120mA je měření zemního odporu přerušeno a přístroj se přepne do režimu měření proudu.

Výchova a vzdelávanie elektrotechnikov

105

3.3 Princip měření zemního odporu- selektivní metoda Tato metoda je kombinace dvou předcházejících metod. Je nutné použít pomocné zemniče, nemusí se rozpojovat zemnící svorka. Zemní odpor je vypočítám z naměřeného napětí na pomocné sondě a proudu procházejícího kleštovým přístrojem. Klešťový přístroj musí být umístěn pod vodiči E (ES). Pokud bude umístěn nad těmito vodiči, pak se změří paralelní hodnota zemního odporu zbývajících vodičů zemní soustavy. Praktická ukázka zapojení s přístrojem PU 193

Postup při měření: Přístroj PU193 se připojí k měřenému zemniči a pomocné napěťové a proudové sondě.Lze-li zanedbat odpor vodiče mezi svorkou E a měřeným zemničem, je možné použít třívodičové připojení (3WS). Není-li odpor vodiče vzhledem k měřenému zemnímu odporu zanedbatelný, pak je třeba propojit navíc svorku ES s měřeným zemničem (čtyřvodičové připojení 4WS). Měřicí kleště PKM193 se připojí do konektoru IN přístroje PU193 a čelistmi kleští se obemkne měřený zemnič. PKM193 musí být umístěný pod bodem připojení svorky E k zemniči. Zvolí se příslušná měřící metoda 3WS (4WS) a stiskne se klávesa START. Přístroj nejdříve změří sériové rušivé napětí US. Pokud je efektivní hodnota US větší než 3V, měření zemního odporu se ukončí a na displeji se zobrazí naměřená hodnota US. Dále přístroj automaticky zvolí měřicí rozsah a zkontroluje max. velikost odporů sondy RS a pomocného zemniče RH. Jsou-li odpory RS a RH větší než dovolené jsou indikovány na displeji. Přístroj měří zemní odpor i tehdy, když některý z odporů RS , RH je větší než maximální. Na displeji se zobrazí blikající symbol RS resp. RH a obsluha je upozorněna zvukovým signálem.V tomto případě není zaručena přesnost měření. Pokud je to možné zajistěte zmenšení odporu sondy případně pomocného zemniče zvlhčením půdy v jeho okolí. Přístroj dále otestuje zda měřeným zemničem neprotéká rušivý střídavý proud větší než 120mA. Pokud ne pak se na displeji se zobrazí měřený zemní odpor.

Bezpečnosť práce na elektrických zariadeniach 2008

106

Naměřená hodnota, zobrazená na displeji, je automaticky uložena do paměti, což je indikováno krátkým zvukovým signálem. Při rušivém proudu větším než 120mA / AC je měření zemního odporu přerušeno a přístroj se přepne do režimu měření proudu. 3.4 Měření rezistivity půdy Definice – rezistivita půdy je vyjádřená v Ω.m; číselně je to odpor válce země s průřezem 1 m2 o délce 1 m.

Mnoho dalších informací naleznete na www.metra.cz Ševčík Antonín – METRA BLANSKO a.s.

ρ = 2π a R [Ωm; m, Ω] a – vzdálenost mezi elektrodami R – naměřený zemní odpor