Impedancja pętli zwarcia – pomiar i wzór

Impedancja pętli zwarcia (IPZ) - co to jest?

Impedancja pętli zwarcia to miara całkowitego oporu elektrycznego (łącznie z rezystancją i reaktancją) w obwodzie elektrycznym, w którym doszło do zwarcia. Jest to suma rezystancji przewodów i impedancji uzwojeń transformatora. Innymi słowy, określa ona, jak łatwo prąd płynie w pętli zwarcia. Jej wartość oraz napięcie robocze instalacji pozwalają na określenie spodziewanego prądu zwarciowego.

Celem pomiaru impedancji pętli zwarcia jest określenie, czy zabezpieczenie realizujące samoczynne wyłączenie zasilania zadziała w określonym czasie opisanym w normie PN-HD 60364-4:41. W materiale tym omówimy zarówno wymogi prawne, jak i sposób pomiaru impedancji pętli zwarcia.

Czym jest norma Norma PN-HD 60364-6?

Ustawa o prawie budowlanym z roku 1994r z późniejszymi poprawkami wymaga odbiorczego i okresowego sprawdzania stanu technicznego budynku, w tym instalacji elektrycznej i środków ochrony przed porażeniem. Norma PN-HD 60364-6 mówi o tym, iż sprawdzenie środka ochrony przed dotykiem pośrednim, mianowicie samoczynne wyłączenie zasilania dokonujemy poprzez pomiar impedancji pętli zwarcia.

Wzór na impedancję pętli zwarcia

Zgodnie z normą PN-HD 60364-4-41, może być ono realizowane wykorzystując wyłącznik nadprądowy lub wyłącznik nadprądowy razem z wyłącznikem różnicowoprądowym. Aby ocenić skuteczność ochrony, dokonuje się pomiaru pętli zwarcia i sprawdza spełnienie podstawowego warunku ochrony w zależności od układu sieci.

Impedancja pętli zwarcia wzór:  

1. Układ sieci TN: Z_s ≤    U0Ia
2. Układ sieci TT: Z_s x I_a ≤ U₀  lub  R_A X I_∆N ≤ 50V
3. Układ sieci IT: 2I_AZ_S ≤ U

Przykład sprawdzenia skuteczności SWZ dla układu TN

Badany obwód zabezpieczony jest wyłącznikiem nadprądowym o prądzie znamionowym 16A typ B, a napięcie sieci wynosi 230V. Prąd I_A wyznaczamy z charakterystyki czasowo prądowej wyłącznika, w tym przypadku zakres zadziałania dla typu B to 3 do 5 krotności prądu ciągłego I_N. Wybieramy górną granicę zadziałania wyłącznika nadprądowego czyli 5-krotność prądu ciągłego.

Obliczenie: dopuszczalna impedancja pętli zwarcia:

Z_S= 230:80 = 2,875 Ω

Jeśli zmierzona wartość impedancji pętli zwarcia nie przekracza powyższej wartości, uznajemy że warunek jest spełniony, a środek ochrony skuteczny.

Pomiar impedancji pętli zwarcia – metoda techniczna i spadku napięć

Metoda techniczna wykorzystuje amperomierz i woltomierz, gdzie dokonuje się osobno pomiaru rezystancji i reaktancji pętli zwarciowej.  Impedancja będzie więc sumą geometryczną tych dwóch wartości.

Najczęściej wykonuje się pomiar pętli zwarcia metodą spadku napięć, którą to metodę wykorzystują profesjonalne mierniki obliczają pętlę zwarcia. Metoda ta polega na pomiarze spadku napięcia bez dodatkowego obciążenia a następnie drugim pomiarze z wykorzystaniem dodatkowego, regulowanego obciążenia elektrycznego.

Kiedy wykonuje się pomiar pętli zwarcia?

Pomiar impedancji pętli zwarciowej (IPZ) ma na celu sprawdzenie skuteczności samoczynnego wyłączenia napięcia zasilającego w przypadku wystąpienia awarii instalacji.

Ściślej ujmując, każdorazowe uszkodzenie urządzenia elektrycznego może powodować powstanie napięcia na obudowie przewodzącej, która dotknięta przez człowieka może zacząć przewodzić prąd.

Samą impedancję pętli zwarcia można porównać do drogi, która zostaje pokonana przez prąd podczas wystąpienia zwarcia. Wchodzący w jej skład przewód ochronny pozwala na zamknięcie obwodu zwarciowego, a zatem umożliwia zadziałanie zabezpieczeń nadprądowych. Innymi słowy, w momencie wystąpienia zwarcia, urządzenie samoistnie wyłącza się w ciągu kilku milisekund, zapewniając bezpieczeństwo osobom znajdującym się w pobliżu.

Ma to zastosowanie zarówno w przypadku budynków mieszkalnych, jak i obiektów użyteczności publicznej i pozwala na uniknięcie wystąpienia pożaru lub porażenia prądem. Należy zauważyć, iż wykonanie tego pomiaru w domkach jednorodzinnych i mieszkaniach jest konieczne do uzyskania odbioru instalacji elektrycznej. Niemniej, choć nie jest to obowiązkowe, warto upewniać się regularnie, czy instalacja elektryczna działa poprawnie. W tym celu co około 5 lat rekomenduje się przeprowadzenie kolejnych pomiarów impedancji pętli zwarcia.

Warto pamiętać, że w przypadku braku tego typu pomiarów przy ewentualnym pożarze spowodowanym zwarciem instalacji, właściciel domu nie może ubiegać się o odszkodowanie z tego tytułu.

Ile kosztuje pomiar impedancji pętli zwarciowej?

Cena pomiaru impedancji pętli zwarcia waha się od kilku do kilkunastu złotych, w zależności od liczby faz w obwodzie i ilości wykonywanych pomiarów. Co istotne, kosztów tych nie należy jednak rozpatrywać w sposób jednostkowy. Wynika to z faktu, iż pomiar pętli zwarcia powinien wchodzić w skład szerszego pomiaru kontroli stanu technicznego całej instalacji elektrycznej w danym budynku.

Taka kontrola, zgodnie z polskim prawem, powinna odbywać się minimum co pięć lat. Cena usług w tym zakresie różni się w zależności od metrażu budynku. Dla przykładu, w domu jednorodzinnym, którego powierzchnia wynosi około 150 m², koszt przeglądu instalacji elektrycznej oscyluje w granicach od 200 do 400 zł.

Znaczenie impedancji pętli zwarcia:

• Bezpieczeństwo: Niska impedancja jest kluczowa dla szybkiego wyłączenia zasilania, co chroni przed porażeniem elektrycznym.
• Dobór zabezpieczeń: Odpowiednie zabezpieczenia muszą być w stanie przerwać prąd zwarciowy, aby zapobiec uszkodzeniom instalacji.
• Diagnostyka: Wysoka impedancja może wskazywać na problemy w instalacji, takie jak luźne połączenia.

Impedancja pętli zwarcia dla B20

Pomiar impedancji pętli zwarcia służy sprawdzeniu stanu instalacji elektrycznej oraz poziomu bezpieczeństwa jej i jej użytkowników.

Dlaczego impedancja pętli zwarcia jest tak ważna?

W przypadku uszkodzenia lub zwarcia, w układzie powstaje ryzyko dotknięcia części przewodzących dostępnych urządzenia, które podczas normalnej ich eksploatacji nie powinny być pod napięciem. W takiej sytuacji jest wymagana ochrona dodatkowa przed dotykiem pośrednim. Aby ją zapewnić w instalacji, zamontowane są zabezpieczenia nadprądowe lub bezpieczniki topikowe, które mają za zadanie wyłączyć uszkodzony obwód w przypadku nie tylko przeciążenia, ale także uszkodzenia. Czas samoczynnego wyłączenia zasilania – bo tak nazywa się ten środek ochrony przeciwporażeniowej, jest określony przez normę, PN-HD 60364-4-41:2017-09.

Dla instalacji o napięciu znamionowym 230 V i najczęściej spotykanego układu sieci TN czas ten wynosi 0,4s.

Rzadziej spotykanym układem sieci jest układ TT, dla którego ten czas wynosi 0,2s.

Aby zabezpieczenia mogły zadziałać w odpowiednio krótkim czasie w przypadku uszkodzenia (zwarcia), musi popłynąć odpowiednio duży prąd zwarciowy, który spowoduje zadziałanie zabezpieczenia.

Oznaczenie B20 co to właściwie jest?

Litera B oznacza charakterystykę czasowo-prądową wyłącznika nadprądowego.

Natomiast liczba za nią oznacza prąd znamionowy zabezpieczenia. W tym przypadku 20 amperów.

W zależności od prądu znamionowego i charakterystyki zabezpieczenia wymagana do szybkiego wyłączenia zasilania Impedancja Pętli Zwarcia (IPZ) będzie się różnić.

Ponieważ charakterystyki wyłączników nadprądowych są pasmowe, tzn. w zależności od konkretnego aparatu wyłączenie w tym samym czasie może odbyć się dla różnych wartości prądów, jako współczynnik charakterystyki przyjmuje się jej górny zakres.

Tak więc charakterystyka B, pomimo że znajduje się w zakresie od 3 do 5 krotności prądu znamionowego, za współczynnik przyjmuje się wartość 5.

Dla wyłącznika B20 prąd powodujący natychmiastowe wyłączenie obliczymy ze wzoru:

Maksymalna dopuszczalna impedancja pętli zwarcia dla obwodu zabezpieczonego wyłącznikiem nadprądowym B20.

Z prawa Ohma możemy obliczyć teraz maksymalną impedancję pętli zwarcia dla obwodu zabezpieczonego wyłącznikiem B20.

Jeśli impedancja pętli zwarcia będzie mniejsza, to nie ma problemu ze spełnieniem warunku samoczynnego wyłączenia zasilania, ponieważ większy prąd zwarciowy również spowoduje natychmiastowe zadziałanie zabezpieczenia, jednak trzeba zwrócić uwagę, że IPZ nie może być zbyt małe, ponieważ typowe aparaty montowane w rozdzielnicach mieszkaniowych mają zdolność łączeniową do 6000A. Próba wyłączenia większego prądu może spowodować zapalenie się łuku elektrycznego w komorze gaszeniowej wyłącznika i wskutek tego niewyłączenie zwarcia. Nie należy się jednak zbytnio przejmować tym problemem, ponieważ tak duże prądu zwarciowe mogą wystąpić tylko w bardzo bliskiej odległości od transformatora.

Dopuszczalna impedancja pętli zwarcia B16

Pomiar impedancji pętli zwarcia służy sprawdzeniu stanu instalacji elektrycznej oraz poziomu bezpieczeństwa jej i jej użytkowników.

Dlaczego impedancja pętli zwarcia jest tak ważna?

W przypadku uszkodzenia lub zwarcia, w układzie powstaje ryzyko dotknięcia części przewodzących dostępnych urządzenia, które podczas normalnej ich eksploatacji nie powinny być pod napięciem. W takiej sytuacji jest wymagana ochrona dodatkowa przed dotykiem pośrednim. Aby ją zapewnić w instalacji, zamontowane są zabezpieczenia nadprądowe lub bezpieczniki topikowe, które mają za zadanie wyłączyć uszkodzony obwód w przypadku nie tylko przeciążenia, ale także uszkodzenia. Czas samoczynnego wyłączenia zasilania – bo tak nazywa się ten środek ochrony przeciwporażeniowej, jest określony przez normę, PN-HD 60364-4-41:2017-09.

Dla instalacji o napięciu znamionowym 230 V i najczęściej spotykanego układu sieci TN czas ten wynosi 0,4s.

Rzadziej spotykanym układem sieci jest układ TT, dla którego ten czas wynosi 0,2s.

Aby zabezpieczenia mogły zadziałać w odpowiednio krótkim czasie w przypadku uszkodzenia (zwarcia), musi popłynąć odpowiednio duży prąd zwarciowy, który spowoduje zadziałanie zabezpieczenia.

Oznaczenie B16 co to właściwie jest?

Litera B oznacza charakterystykę czasowo-prądową wyłącznika nadprądowego.

Natomiast liczba za nią oznacza prąd znamionowy zabezpieczenia. W tym przypadku 16 amperów.

Odczytywanie charakterystyk

W zależności od prądu znamionowego i charakterystyki zabezpieczenia wymagana do szybkiego wyłączenia zasilania Impedancja Pętli Zwarcia (IPZ) będzie się różnić.

Ponieważ charakterystyki wyłączników nadprądowych są pasmowe, tzn. w zależności od konkretnego aparatu wyłączenie w tym samym czasie może odbyć się dla różnych wartości prądów, jako współczynnik charakterystyki przyjmuje się jej górny zakres.

Tak więc charakterystyka B, pomimo że znajduje się w zakresie od 3 do 5 krotności prądu znamionowego, za współczynnik przyjmuje się wartość 5.

Dla wyłącznika B16 prąd powodujący natychmiastowe wyłączenie obliczymy ze wzoru:

Maksymalna dopuszczalna impedancja pętli zwarcia dla obwodu zabezpieczonego wyłącznikiem nadprądowym B16.

Z prawa Ohma możemy obliczyć teraz maksymalną impedancję pętli zwarcia dla obwodu zabezpieczonego wyłącznikiem B16.

Jeśli impedancja pętli zwarcia będzie mniejsza, to nie ma problemu ze spełnieniem warunku samoczynnego wyłączenia zasilania, ponieważ większy prąd zwarciowy również spowoduje natychmiastowe zadziałanie zabezpieczenia.

Impedancja pętli zwarcia dla B10

Pomiar impedancji pętli zwarcia służy sprawdzeniu stanu instalacji elektrycznej oraz poziomu bezpieczeństwa jej i jej użytkowników.

Dlaczego impedancja pętli zwarcia jest tak ważna?

W przypadku uszkodzenia lub zwarcia, w układzie powstaje ryzyko dotknięcia części przewodzących dostępnych urządzenia, które podczas normalnej ich eksploatacji nie powinny być pod napięciem. W takiej sytuacji jest wymagana ochrona dodatkowa przed dotykiem pośrednim. Aby ją zapewnić w instalacji, zamontowane są zabezpieczenia nadprądowe lub bezpieczniki topikowe, które mają za zadanie wyłączyć uszkodzony obwód w przypadku nie tylko przeciążenia, ale także uszkodzenia. Czas samoczynnego wyłączenia zasilania – bo tak nazywa się ten środek ochrony przeciwporażeniowej, jest określony przez normę, PN-HD 60364-4-41:2017-09.

Dla instalacji o napięciu znamionowym 230 V i najczęściej spotykanego układu sieci TN czas ten wynosi 0,4s.

Rzadziej spotykanym układem sieci jest układ TT, dla którego ten czas wynosi 0,2s.

Aby zabezpieczenia mogły zadziałać w odpowiednio krótkim czasie w przypadku uszkodzenia (zwarcia), musi popłynąć odpowiednio duży prąd zwarciowy, który spowoduje zadziałanie zabezpieczenia.

Oznaczenie B10 co to właściwie jest?

Litera B oznacza charakterystykę czasowo-prądową wyłącznika nadprądowego.

Natomiast liczba za nią oznacza prąd znamionowy zabezpieczenia. W tym przypadku 10 amperów.

Odczytywanie charakterystyk

W zależności od prądu znamionowego i charakterystyki zabezpieczenia wymagana do szybkiego wyłączenia zasilania Impedancja Pętli Zwarcia (IPZ) będzie się różnić.

Ponieważ charakterystyki wyłączników nadprądowych są pasmowe, tzn. w zależności od konkretnego aparatu wyłączenie w tym samym czasie może odbyć się dla różnych wartości prądów, jako współczynnik charakterystyki przyjmuje się jej górny zakres.

Tak więc charakterystyka B, pomimo że znajduje się w zakresie od 3 do 5 krotności prądu znamionowego, za współczynnik przyjmuje się wartość 5.

Dla wyłącznika B10 prąd powodujący natychmiastowe wyłączenie obliczymy ze wzoru:

Maksymalna dopuszczalna impedancja pętli zwarcia dla obwodu zabezpieczonego wyłącznikiem nadprądowym B10.

Z prawa Ohma możemy obliczyć teraz maksymalną impedancję pętli zwarcia dla obwodu zabezpieczonego wyłącznikiem B10.

Jeśli impedancja pętli zwarcia będzie mniejsza, to nie ma problemu ze spełnieniem warunku samoczynnego wyłączenia zasilania, ponieważ większy prąd zwarciowy również spowoduje natychmiastowe zadziałanie zabezpieczenia.