Badania stanu ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych z urządzeniami chłodniczymi i klimatyzacyjnymi

1. WSTĘP

Badania stanu ochrony przeciwporażeniowej urządzeń i instalacji elektrycznych odgrywają istotną rolę dla oceny ich stanu technicznego pod względem bezpieczeństwa i niezawodności eksploatacji. Na podstawie wyników badań podejmuje się decyzję o dopuszczeniu urządzeń i instalacji elektrycznych do eksploatacji, przedłużeniu okresu eksploatacji, konieczności dokonania odpowiednich napraw i remontów, a nawet o wycofaniu z eksploatacji. W instalacjach z urządzeniami chłodniczymi i klimatyzacyjnymi badania te powinny być wykonywane ze szczególną starannością i dokładnością, ponieważ w wielu takich obiektach występują czynniki działające szkodliwie na urządzenia i instalacje elektryczne, a także może w nich panować zwiększone zagrożenie porażeniowe.

Wymagania odnośnie do wykonywania badań urządzeń i instalacji elektrycznych są zawarte w ustawie Prawo Budowlane, rozporządzeniach wykonawczych i Polskich Normach. Przystąpienie Polski do Unii Europejskiej spowodowało konieczność wprowadzenia szeregu nowych norm zgodnych z normami europejskimi i międzynarodowymi, niektórych metodą uznaniową w języku oryginału. W kolejnych punktach tego artykułu przedstawiono zagadnienia podstawowe, dotyczące zasad wykonywania badań instalacji elektrycznych niskiego napięcia zgodnie z najnowszymi normami i przepisami.

2. ZAKRES BADAŃ ODBIORCZYCH I OKRESOWYCH INSTALACJI ELEKTRYCZNYCH


2.1. Badania odbiorcze


Bezpieczeństwo elektryczne w nowo wybudowanych instalacjach zależy w dużej mierze od prawidłowo wykonanych badań odbiorczych. W praktyce każda instalacja powinna być poddana oględzinom i próbom (w tym pomiarom) zanim zostanie oddana do eksploatacj. Osoby sprawdzające powinny dokonywać kontroli na podstawie udostępnionej dokumentacji instalacji wraz ze schematami, rysunkami, itp. Jeżeli przeprowadza się ocenę instalacji rozbudowywanej lub takiej, w której wprowadzono istotne zmiany, wówczas należy sprawdzić, czy te zmiany są zgodne z wymaganiami norm i przepisów. Każda modernizacja wiąże się z koniecznością zastosowania nowych przepisów, które obowiązują w czasie wykonywania tej modernizacji. Dotyczy to w głównej mierze układu sieci, stosowania przewodów o odpowiednich przekrojach oraz odpowiednich zabezpieczeń.

Oględziny instalacji powinny być wykonywane przed przystąpieniem do prób i swoim zakresem winny one obejmować sprawdzenie:


- poprawności doboru i zainstalowania poszczególnych aparatów i urządzeń,

- czy nie ma widocznych uszkodzeń instalacji i urządzeń mogących wpływać na pogorszenie bezpieczeństwa,

- zastosowanych środków ochrony przeciwporażeniowej, np. odpowiednich odległości przy stosowaniu umieszczenia poza zasięgiem ręki,

- obecności przegród ogniowych i innych środków zapobiegających rozprzestrzenianiu się pożaru i ochrony przed skutkami oddziaływania cieplnego,

- doboru przewodów,

- doboru i nastaw urządzeń zabezpieczających i sygnalizacyjnych,

- prawidłowego doboru urządzeń odłączających i łączących,

- doboru urządzeń i środków ochrony w zależności od wpływów zewnętrznych,

- oznaczenia przewodów neutralnych, ochronnych i ochronno-neutralnych,

- umieszczenia schematów, tablic ostrzegawczych,

- oznaczenia obwodów, zabezpieczeń, łączników,

- poprawności połączeń przewodów,

- dostępu do urządzeń umożliwiającego właściwą obsługę i konserwację.

Po wykonaniu oględzin należy przeprowadziæ próby, które powinny obejmować sprawdzenie:

- ciągłości przewodów ochronnych,

w tym wyrównawczych i dodatkowych,

- rezystancji izolacji instalacji elektrycznej,

- ochrony przez separację,

- rezystancji podłóg i ścian,

- samoczynnego wyłączenia zasilania,

- biegunowości,

- wytrzymałości elektrycznej,

- działania,

- skutków działania podwyższonej temperatury.

Zaleca się przeprowadzać próby z zachowaniem podanej wyżej kolejności.

2.2. Badania okresowe


Badania okresowe (eksploatacyjne) powinny być wykonywane zgodnie z Prawem Budowlanym, nie rzadziej niż co 5 lat, a jeżeli instalacje są narażone na szkodliwe wpływy atmosferyczne i niszczące działanie czynników występujących podczas użytkowania obiektu, nie rzadziej niż co 1 rok. Niestety Prawo Budowlane nie podaje, co należy rozumieć przez „niszczące działanie czynników występujących podczas użytkowania obiektu". Przy braku takich informacji w obowiązujących przepisach można się posłużyć wiedzą techniczną, która jest zawarta np. w unieważnionych przepisach PEUE (Przepisy Eksploatacji Urządzeń Elektroenergetycznych). Według przepisów PEUE nie rzadziej niż raz w roku należy wykonywać:

- badanie stanu ochrony przeciwporażeniowej - w instalacjach na otwartym powietrzu albo w pomieszczeniach o  wilgotności

względnej około 100 %, o temperaturze powietrza wyższej od + 3 5°C lub o wyziewach żrących,

- badanie rezystancji izolacji przewodów - w instalacjach znajdujących się w pomieszczeniach o wyziewach żrących lub zaliczonych do kategorii I, II i III niebezpieczeństwa pożarowego lub kategorii I, II i III zagrożenia ludzi.

Badania eksploatacyjne nie są tak szerokie jak badania odbiorcze i powinny obejmować: oględziny dotyczące ochrony przed dotykiem bezpośrednim i ochrony przeciwpożarowej,

- pomiary rezystancji izolacji,

- badanie ciągłości przewodów ochronnych,

- badanie środków ochrony przy dotyku pośrednim,

- badanie urządzeń różnicowoprądowych.

3. ZASADY WYKONYWANIA POMIARÓW W INSTALACJACH ELEKTRYCZNYCH NISKIEGO NAPIĘCIA


3.1. Uwagi ogólne


Pomiary są jednym z najistotniejszych elementów badań odbiorczych i okresowych instalacji elektrycznych. W praktyce, dla oceny stanu ochrony przeciwporażeniowej w instalacji, wykonuje się następujące pomiary:

- ciągłości przewodów ochronnych,

- rezystancji izolacji,

- rezystancji podłóg i ścian,

- skuteczności samoczynnego wyłączenia zasilania,

- poprawności działania urządzeń różnicowoprądowych.

W następnych punktach omówiono zasady wykonywania wymienionych pomiarów.

3.2. Pomiar ciągłości przewodów ochronnych


Pomiar ciągłości przewodów ochronnych zaleca się wykonać z użyciem źródła prądu przemiennego lub stałego o napięciu od 4 V do 24 V w stanie bezobciążeniowym, prądem o wartości nie mniejszej niż 0,2 A [3]. Do takiego pomiaru nadaje się np. bateria o napięciu 4,5 V z żarówką o napięciu 3,5 V (rys. 1).

Sprawdzenie ciągłości należy wykonać pomiędzy częściami przewodzącymi np. metalową instalacją wodociągową, chłodniczą czy ciepłowniczą obudową odbiorników i zaciskami ochronnymi gniazd wtyczkowych. Wynik pomiaru jest zadowalający, jeżeli żarówka zaświeci się jasnym światłem.

3.3. Pomiar rezystancji izolacji przewodów instalacyjnych


Pomiary rezystancji izolacji wykonywane są induktorowymi lub elektronicznymi miernikami izolacji. Pomiary należy wykonywać prądem stałym, w celu wyeliminowania pojemności izolacji, pomiędzy poszczególnymi parami przewodów czynnych (przewody czynne, to przewody fazowe L1, L2, L3 i przewód neutralny N) oraz między każdym przewodem czynnym a ziemią, czyli przewodem PEN (ochronno-neutralnym) lub PE (ochronnym). W jednofazowym układzie TN-C wykonuje się 1 pomiar: L-PEN, w trójfazowym 6 pomiarów L1-L2, L2-L3, L1-L3, L1-PEN, L2-PEN, L3-PEN. W jednofazowym układzie TN-S oraz TT wykonuje się 3 pomia¬ry L-N, L-PE, N-PE, trójfazowym 10 pomiarów L1-L2, L2-L3, L1-L3, L1-N, L2-N, L3-N, L1-PE, L2-PE, L3-PE, N-PE.

Dopuszcza się na czas pomiarów zwarcie wszystkich przewodów czynnych ze sobą i wykonanie pomiaru pomiędzy tymi zwartymi przewodami a przewodem PE (PEN). Taki pomiar może być konieczny w obwodach z odbiornikami elektronicznymi w celu uniknięcia ich uszkodzenia.

Napięcie pomiarowe oraz wymagana minimalna wartość rezystancji izolacji zależy od napięcia znamionowego instalacji i powinna być nie mniejsza od odpowiednich wartości podanych w tablicy 2.

3.4. Pomiar rezystancji podłóg i ścian


Pomiar rezystancji podłóg i ścian wykonuje się w instalacjach, w których zastosowano izolowanie stanowiska jako środek ochrony przy dotyku pośrednim. W każdym pomieszczeniu należy wykonać co najmniej trzy pomiary, w tym jeden pomiar w odległości około 1 m od części przewodzących obcych.

Pomiary mogą być wykonane z użyciem miernika izolacji induktoro-wego lub elektronicznego o napięciu 500 V (1000 V jeżeli napięcie znamionowe instalacji przekracza 500 V). W praktyce stosuje się też metodę woltomierzową lub techniczną.

Układ jest zasilany napięciem sieci 230/400V. Rezystancję mierzy się pomiędzy elektrodą probierczą a prze¬wodem ochronnym instalacji (uziemioną konstrukcją). Elektroda powinna mieć wymiary 25 cm x 25 cm i być dociśnięta siłą 750 N. Do stanowiska powinna przylegać miękka część elektrody, np. z gumy przewodzącej lub wilgotnej tkaniny.

W metodzie tej mierzy się dwa napięcia:

U1 -   napięcie względem ziemi - łącznik W w położeniu 1, 

U2 -   napięcie na rezystancji wewnętrznej woltomierza R_v - łącznik W w położeniu 2. 

Szukaną rezystancję stanowiska można obliczyć ze wzoru:

Wartość napięcia U₂ zaleca się odczytywać po upływie 60 s od obciążenia elektrody.

Rezystancję ściany mierzy się analogicznie jak rezystancję podłogi z tą różnicą, że elektrodę należy docisnąć do ściany siłą 250 N (rys. 3).

Do pomiaru rezystancji podłóg można użyć również innego rodzaju elektrody. Elektroda ta jest metalowym statywem trójnożnym, którego elementy spoczywające na podłodze tworzą wierzchołki trójkąta równobocznego. Każdy z podtrzymujących elementów jest wykonany jako elastyczna podstawa zapewniająca, po obciążeniu, odpowiedni styk z badaną powierzchnią na płaszczyźnie wynoszącej około 900 mm², o rezystancji mniejszej niż 5000 Ω

Rezystancja podłóg i ścian nie powinna być mniejsza niż:

a) 50 kΩ jeżeli napięcia znamionowe instalacji nie przekracza 500 V,

b) 100 kΩ jeżeli napięcie znamionowe instalacji przekracza 500 V.

Jeżeli warunki podane powyżej nie są spełnione, to - z punktu widzenia ochrony przeciwporażeniowej, te podłogi i ściany traktuje się jak części przewodzące obce.

3.5. Sprawdzanie warunku samo­czynnego wyłączenia zasilania


W najczęściej stosowanym układzie TN dla sprawdzenia warunku samo­czynnego wyłączenia zasilania wyko­nuje się pomiar impedancji pętli zwar­ciowej. Zmierzona wartość impedan­cji pętli zwarciowej nie może być większa od impedancji Z_s opisanej wzorem poniżej:

gdzie:

Uo - napięcie względem ziemi w [V],

Zs - impedancja pętli zwarcia przewodu fazowego z przewodem ochronnym w[Ω]

Ia - prąd wyłączający zabezpieczenia w [A].

Powszechnie dostępne mierniki impe­dancji pętli zwarciowej wykorzystują do pomiaru impedancji pętli zwarcio­wej tzw. metodę spadku napięcia. Za­sada pomiaru jest przedstawiona na rysunku 4.

Mierzone jest napięcie U0 = E przed załączeniem obciążenia pomiarowego miernika Z0 oraz napięcie U1 po załączenia obciążenia pomiarowego.

Wyznaczana impedancja pętli zwarciowej jest określona zależnością wektorową:

Jednak ze względu na trudności tech­niczne w realizacji miernika pozwala­jącego mierzyć wektory napięć U0 i U1 w praktyce wykorzystuje się zależność przybliżoną, która wykorzystuje pomiar modułów tychże napięć:

Dobierając metodę pomiaru należy uwzględnić stosunek X/R impedancji pętli zwarciowej w miejscu pomiaru. Do badania impedancji pętli zwarciowej w pobliżu transformatora nie nadają się mierniki mierzące tylko rezystancję, można nimi mierzyć impedancję pętli w głębi sieci w obwodach z przewodami o małym przekroju, gdzie dominującą rolę pełni rezystancja obwodu zwarciowego.

Najprostszymi przyrządami do pomiaru impedancji pętli zwarciowej są: woltomierz, amperomierz oraz rezystor, przez który dokonuje się sztuczne zwarcie. Należy jednak pamiętać, że w przypadku przerwanego przewodu ochronnego PE, podczas sztucznego zwarcia na obudowach urządzeń może pojawić się niebezpieczne napięcie dotykowe. Profesjonalne mierniki impedancji dokonują kontroli ciągłości przewodu ochronnego przed sztucznym zwarciem i w przypadku przerwanego przewodu ochronnego PE uniemożliwiają dalszy pomiar.

3.6. Badanie zabezpieczeń różnicowoprądowych


Stosując w instalacji zabezpieczenia różnicowoprądowe, oprócz sprawdzenia warunku samoczynnego wyłączenia zasilania, należy sprawdzić czy wyłącznik różnicowoprądowy zadziała pod wpływem wymuszenia prądu o określonych wartościach.

Norma wymaga, aby wartość prądu różnicowego I∆ przy której zadziała zabezpieczenie różnicowoprądowe nie była większa od znamionowego różnicowego prądu zadziałania I∆n.

W praktyce należy ustalić, czy rzeczywisty prąd zadziałania nie tylko nie jest większy od I∆n ale również czy nie jest mniejszy od 0,5 I∆. Jeżeli wyzwalanie wyłącznika następuje przy prądzie mniejszym od 0,5 I∆ wówczas może dochodzić do częstych zbędnych zadziałań, co również jest niepożądane. Wyłącznik różnicowoprądowy można uznać za sprawny, jeżeli jego rzeczywisty różnicowy prąd zadziałania jest zawarty w przedziale od 0,5 I∆ndo I∆n. Powinien on również zadziała pod wpływem naciśnięcia przycisku TEST.

Sprawdzeni minimalnej wartości prądu, przy której zadziała wyłącznik różnicowoprądowy może odbywać się z wykorzystaniem prostego układu, jak na rysunku 5.

Po odłączeniu instalacji odbiorczej od wyłącznika, należy wymusić prąd różnicowy wykorzystując do tego rezystor o regulowanej rezystancji. Miliamperomierz w obwodzie regulowanego rezystora wskazuje wartość prądu różnicowego. Zmniejszając wartość rezystancji w obwodzie regulowanego rezystora, zwiększa się wartość prądu różnicowego aż do zadziałania wyłącznika różnicowoprądowego. Rezystor powinien być tak dobrany, aby umożliwiał wymuszanie prądu różnicowego w zakresie od 0,3 I∆n  do 1,2 I∆n . Na rynku istnieje wiele mierników i testerów zabezpieczeń różnicowoprądowych, które pomiar wykonują w sposób automatyczny, wyświetlając wartość prądu, przy której zadziałał wyłącznik różnicowoprądowy.

Pomiary rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych mogą być obarczone znacznym błędem, jeżeli w instalacji występują ustalone prądy upływowe. Gdy pomiary są dokonywane w obwodzie jednofazowym, wynik pomiaru rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania wyłącznika jest zaniżony, natomiast w obwodzie trójfazowym prąd upływowy może oddziaływać w obydwu kierunkach, czyli może zaniżać lub zawyżać wynik pomiaru rzeczywistego prądu zadziałania. Nie należy więc oceniać pochopnie stanu wyłącznika różnicowoprądowego, gdyż w rzeczywistości może być on sprawny, a przyczyna negatywnego wyniku pomiaru leży po stronie instalacji. Może też wystąpić sytuacja odwrotna, na podstawie wyniku pomiaru niesprawny wyłącznik może zostać oceniony jako działający prawidłowo. Z tego względu podczas pomiarów rzeczywistego różnicowego prądu zadziałania wyłączników różnicowoprądowych należy odłączyć od nich instalację odbiorczą.

4. WNIOSKI


Pomiary odbiorcze i eksploatacyjne są niewątpliwie jednym z kryteriów oceny stanu instalacji elektrycznej pod kątem spełnienia wymagań bezpieczeństwa i niezawodności. Od właściwie wykonanych pomiarów zależy dopuszczenie jej do eksploatacji. Pomiary te powinny być wykonane z należytą starannością i zakończone właściwymi, czytelnymi protokołami, które umożliwią porównanie wyników pomiarów podczas następnych badań kontrolnych.

dr inż. Stanisław Czapp