Измерения в электроустановках. Руководство компании Metrel для инженеров-электриков (страница 1)

1. ПРЕДИСЛОВИЕ

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ РУКОВОДСТВА «Измерения в электроустановках в теории и на практике»

Руководство предназначено для инженеров-электриков, которые имеют дело с измерениями в новых или модернизированных низковольтных электроустановках  зданий или с обслуживанием таких установок. В руководстве пользователь может найти объяснение многих практических проблем, возникающих при выполнении измерений, и наставления как решать эти проблемы, используя измерительные приборы, произведенные фирмой METRELd.d.

Главные цели руководства:
1. Представить новый Европейский стандарт 61557 так, чтобы объяснить безопасность измерительных приборов для проведения измерений в низковольтных установках. Этот стандарт обязателен для государств–членов Европейского Союза (ЕС) начиная с 01.12 1997.
2. Описать выполнение характерных измерений в электрических установках. Освещены обязательные и необязательные измерения, которые помогают устранить ошибки, обслуживать установку, подсоединять нагрузку и т.п. Для каждого определенного типа измерений продемонстрировать принцип измерения и практическое выполнение измерения при различных конфигурациях установок. Кроме того, рассмотрены другие параметры измерений, различные предупреждения и граничные значения измеряемых параметров. Все измерения сопровождаются иллюстрациями.
3. Описать технологический подход к выполнению измерений в испытуемой цепи или приборе. Мы полагаем, что предлагаемая информация поможет пользователю сократить время, которое необходимо для подготовки и выполнения самих измерений и регистрацию результатов измерений.
4. Дать совет всем потенциальным покупателям и пользователям измерительных приборов, как осуществить правильный выбор измерительного оборудования.

В конце этого руководства представлено полное семейство новейших измерительных приборов, произведенных фирмой METRELd.d. для испытаний безопасности электрических установок.

Фирма имеет 42-летний опыт в разработке и производстве измерительного и регулировочного оборудования. Самая последняя программа производства – мультитестеры для испытаний на безопасность низковольтных электрических установок, систем заземления и электрических аппаратов.
На фирме трудятся 240 рабочих, половина из них - по программе измерений, 17 инженеров заняты в отделе исследований и разработки.
Один из лучших аспектов METREL – скорость, с которой она завершает разрабатываемые проекты. Как правило, требуется до 12 месяцев от идеи до выпуска первой серии.
Что касается конструирования испытательного оборудования, то METREL взаимодействует с университетом в Любляне и Министерством науки и техники. Результаты нашей деятельности в области исследований и разработки отражены в многочисленных патентах, зарегистрированных как внутри нашей страны, так и в странах ЕС.
Новые изделия, произведенные METREL, выпускаются на рынок каждый год, в 1999 будет начато серийное производство 6 новых измерительных приборов. Наша лаборатория калибровки проверяет каждое изделие после завершения процесса производства и прилагает к каждому изделию соответствующие сертификаты калибровки.
METREL уделяет огромное внимание отношениям с их партнерами и качеству своих изделий. Так, была проведена сертификация по ISO 9001.
Создана дистрибьюторская сеть в большинстве стран мира.

Это руководство было написано, чтобы дать конечным пользователям лучшее понимание проблем, связанных с измерениями в низковольтных электрических установках.
METREL выпустил демонстрационную установку, которая моделирует практическую электрическую установку. Эта установка предназначена главным образом для дистрибьюторов измерительных приборов для демонстрации потенциальным покупателям проведения измерений в установках.

METREL также использует эту установку на семинарах, которые организуются для обучения и подготовки пользователей.

2. ЕВРОПЕЙСКИЕ СТАНДАРТЫ НА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
С целью гарантирования условий безопасного использования электрической энергии, безопасности электрических установок, испытаний на безопасность и обслуживания, много усилий было приложено при подготовке соответствующих стандартов.
Весьма частыми во время подготовки единого стандарта были изменения к существующим стандартам, предлагаемые производителями и пользователями измерительного оборудования.
Хотя основной стандарт по безопасности IEC 1010-1 и позже согласованный европейский стандарт 61010 и обращаются к общей безопасности приборов для электрических измерений, но точка зрения по безопасности для использования этих приборов в низковольтных установках была ошибочной.
Для гарантированного использования унифицированных принципов в измерительных приборах, предназначенных для измерений в электрических установках до 1000 В переменного тока и 1500 V постоянного тока IEC и CENELEC подготовили и выпустили семейство стандартов 61557, которые в основном следуют немецкому семейству стандартов DINVDE 0413. EN 61557 принес важное решение в этой области работы.
Для национальных комитетов отдельных стран Европейского Союза новые стандарты имеют значение следующим образом:
• EN61557 станет Европейским стандартом, и любой национальный стандарт, который не согласуется или противоречит EN61557, будет выведен из употребления.
Введение нового стандарта ознаменовало различные изменения в подходах к конструированию и производству измерительных приборов. В соответствии с соглашением и из-за того, что каждое изменение требует определенного времени для ввода в действие, было решено ввести изменения с первого декабря 1997.
METRELтакже учел требования нового стандарта при разработке последнего семейства измерительных приборов.
Стандарт 61557 разделен на несколько частей; каждая часть имеет дело с определенным измерением по безопасности в электрических установках в соответствии со следующим:

• EN 61557 Часть 2 - Сопротивление Изоляции
• EN 61557 Часть 3 – Импеданс петли при неисправности
• EN 61557 Часть 4 - Непрерывность соединений заземления и эквипотенциальных связей
• EN 61557 Часть 5 – Сопротивление заземления
• EN 61557 Часть 6 - Устройства дифференциального тока (RCD) в TT и TN системах заземления
• EN 61557 Часть 7 - Последовательность фаз
• EN 61557 Часть 8 - Устройства контроля изоляции в IT системах заземления

Рассмотрим основные требования отдельных частей стандарта EN 61557, касающиеся проведения измерений и конструкции измерительных приборов.

EN 61557 Часть 2 - Сопротивление изоляции

• Максимальная погрешность не должна превышать +/- 30 %.
• Должно использоваться испытательное напряжение постоянного тока.
• Если подключить конденсатор 5 мкФ параллельно измеряемому сопротивлению (Ri = Un 1000 Ом / В), результат испытаний не должен отличаться от результата испытаний без конденсатора более, чем на 10 %.
• Испытательное напряжение не должно превышать 1.5 Un.
• Сила испытательного тока, текущего по проверяемому сопротивлению Un 1000 Ом / В, должна быть не меньше 1 мA.
• Сила испытательного тока не должна превышать 15 mAp, а переменная составляющая силы тока не должна превышать 1,5 mA.
• Внешнее переменное или постоянное напряжение до 1,2 Un, поданное на испытательное оборудование в течение 10 с не должно повреждать это оборудование.

EN 61557 Часть 3 - Импеданс петли повреждения

• Максимальная погрешность не должна превышать +/- 30 %.
• Испытательный прибор должен иметь индикацию того, что сопротивление испытательных проводников скомпенсировано.
• Во время измерения не должно появиться напряжение прикосновения, превышающее 50 В, или воздействие напряжения должно длиться не более 30 мс.
• Внешнее напряжение до 120 % номинального напряжения сети, поданное на испытательное оборудование, не должно повредить оборудование или причинять любую опасность для оператора. Кроме того, плавкий предохранитель в испытательном оборудовании не должен расплавиться.
• Внешнее напряжение до 173 % номинального напряжения сети, поданное на испытательное оборудование в течение 1 минуты, не должно повредить оборудование или вызывать любую опасность для оператора, однако плавкий предохранитель в цепи напряжения испытательного оборудования может расплавиться.

EN 61557 Часть 4 - Сопротивление заземляющих проводников и проводников системы уравнивания потенциалов

• Максимальная погрешность не должна превышать +/- 30 %.
• Может использоваться испытательное напряжение переменного или постоянного тока в пределах от 4 до 24 В.
• Испытательное оборудование должно давать возможность изменять полярность испытательного напряжения при использовании испытательного напряжения постоянного тока.
• Сила испытательного ток должна быть не ниже, чем 200 мA, в пределах минимального диапазона измерения.
• Минимальный диапазон измерения должен включать диапазон от 0,2 до 2 Ом.
• Должно быть обеспечено разрешение 0,01 Ом в цифровых приборах. В простых приборах должна быть ясная индикация превышения указанного предела.
• Должна быть обеспечена индикация компенсации как испытательных проводников, так и дополнительного внешнего сопротивления.

EN 61557 Часть 5 - Сопротивление заземления
•  Максимальная погрешность не должна превышать +/- 30 % при следующих условиях:
• Напряжение шума 3 В / 400 Гц, 60 Гц, 50 Гц, 16,66 Гц или постоянного тока, поданного между E(ES) и S испытательными зажимами.
• Сопротивление вспомогательных зондов - 100 Re или 50 кОм (в зависимости от того, какая величина меньше).

• Должно использоваться переменное испытательное напряжение.
• Испытательное напряжение не должно превышать 50 Вэфф (70 Впик), или сила испытательного тока должна быть меньше, чем 3,5 мАeffэфф (5 мАпик), или испытательный сигнал должен быть приложен не более, чем на 30 мс.
• Испытательный прибор должен индицировать избыточное сопротивление вспомогательных испытательных электродов
• Внешнее напряжение до 120 % номинального напряжения сети, поданное на испытательное оборудование, не должно повредить оборудование или вызывать любую опасность для оператора. Кроме того, плавкий предохранитель в испытательном оборудовании не должен расплавиться.

EN 61557 Часть 6 – Испытание устройств защитного отключения, реагирующих на дифференциальный ток (RCD)

• Испытание должно быть проведено с использованием переменного синусоидального испытательного тока.
• Испытательное оборудование должно давать возможность измерить напряжение прикосновения или, по крайней мере, иметь индикацию значения, превышающего заданную границу. Измерение может быть проведено с или без вспомогательного испытательного электрода. При измерении тока срабатывания напряжение прикосновения должно быть сопоставлено току срабатывания и сравнено с граничной величиной.
• Погрешность измерения напряжения прикосновения должно быть в пределах от 0 до +20 % граничной величины
• Испытательное оборудование должно позволить измерять время срабатывания и/или, по крайней мере, индицировать превышение граничной величины.
• Если испытание проводится при 0,5 IDN, то испытание должно длиться по крайней мере 0,2 с, RCD не должен срабатывать в течение испытания.

Испытательные приборы, имеющие цель проверить RCD устройства при номинальной силе дифференциального тока 30 mA или меньше, должны также позволять проводить испытания при 5 IDN, причем длительность ограничена 40 мс. Этот предел не используется, если контактная разность потенциалов ниже граничной величины (50 или 25 В).

• Погрешность измерения времени срабатывания не должна превышать +/- 10 % граничной величины
• Испытательное оборудование должно давать возможность измерять время срабатывания и показывать или по крайней мере индицировать превышение граничной величины.
• Сила испытательного тока при измерении тока срабатывания должна быть равна IDN и 1,1 IDN.
• Сила испытательного тока при испытании RCD при половине номинального дифференциального тока должна быть в пределах от 0,4 IDN до 0,5IDN.
• Погрешность измерения тока срабатывания не должна превышать +/- 10 % номинального дифференциального тока.

• Нет никакого напряжения на PE (нулевом защитном) проводнике.
• Напряжение сети стабильно в течение измерения.
• Нет никаких токов утечки на испытуемой установке.
• Величина напряжения сети в течение измерения должна быть в пределах от 85 % до 110 % номинального напряжения сети.
• Сопротивление любого вспомогательного электрода находится в пределах диапазона, указанного производителем испытательного оборудования.

• Напряжение прикосновения не должно превышать 50 Вэфф (70 Впик) при проведении любого испытания, или сила испытательного тока не должна превышать 3,5 мАэфф (5 мАпик), или напряжение должно прикладываться не более, чем на 30 мс.
• Внешнее напряжение до 120 % номинального напряжения сети, поданное на испытательное оборудование, не должно повредить оборудование или вызывать любую опасность для оператора. Кроме того, плавкий предохранитель в испытательном оборудовании не должен расплавиться.
• Внешнее напряжение до 173 % номинального напряжения сети, поданное на испытательное оборудование в течение 1 мин, не должно повредить оборудование или вызывать любую опасность для оператора, однако, плавкий предохранитель в цепи напряжения испытательного оборудования может расплавиться.

EN 61557 Часть 7 – Последовательность фаз

• Испытательный прибор должен обеспечивать отчетливую индикацию последовательности фаз в диапазоне напряжений от 85 % до 110 % номинального напряжения сети и в диапазоне частот от 95 % до 105 % номинальной частоты
• Испытательный прибор должен обеспечивать либо отчетливую акустическую индикацию (даже в присутствии уровней звука более 75 дБ) либо отчетливую визуальную индикацию (видимую на расстоянии 50 см) даже при уровнях внешнего освещения от 30 до 1000 люкс.
• Индикация последовательности фаз должна быть непрерывной.
• Испытательный прибор должен быть портативным даже, если испытание проводится непрерывно. Он должно быть произведен с применением изолирующих материалов по классификации двойной изоляции.
• Если один или два из испытательных проводников связаны с землей, в то время как другой проводник присоединен к фазному напряжению, сила тока утечки должен быть не более, чем 3,5 мА (при 110 % номинального напряжения сети).
• Внешний диаметр испытательных проводников должен быть по крайней мере 3,5 мм, сечение проводника по крайней мере 0,75 мм2 с диаметром отдельных жил макс. 0,07 мм. В тестовых проводниках должна использоваться двойная изоляция.

Как можно заметить из изложенного выше, нормы EN 61557 предлагают точные требования для создания измерительных приборов. Некоторые требования уже выполняются, в то время как другие полностью новые по сравнению с предыдущими инструкциями. Именно поэтому очень важно для всех конечных пользователей и дистрибуторов проверить, что их испытательное оборудование соответствует нормам EN 61557.

3. ЕВРОПЕЙСКИЕ СТАНДАРТЫ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
На международном уровне эта область охвачена нормами IEC 60364-x, в то время как на европейском уровне соответствующие нормы выпущены в гармонизированном виде как стандарт HD 384-х.
Отдельные страны имеют свои собственные национальные нормы, некоторые из них приведены ниже

• ГерманияVDE 0100-x (эти нормы в основном идентичны с отдельными частями европейских гармонизированных норм HD 384-x)
• Англия                           BS 7671: RequirementsforElectricinstallations (Требования к электрическим установкам)
  IEEWiringRegulations
  16-ое издание
  Брошюры интерпретации

HB 10011
HB 10116 - HB 10121
HB 10123

• Австрия                       ONORM B 5430 - ONORM B 5435
• Франция                       NF C15 -100
• Испания                       UNE 20 - 460 - x - x
• ИталияCEI 64 - 8
• Чешская республика  CSN 33 2130

CSN 2000 –x-x

• ФинляндияSF S 5825
• НорвегияTH 30995

4. ОБЩИЕ КОММЕНТАРИИ ОТНОСИТЕЛЬНО ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

На рисунке ниже показана установка, которая будет подробно рассмотрена. Разграничивающие линии разделяют электрическую сеть питания и электрическую установку в здании.

Рис.1. Разделение между электрической установкой и сетью питания

Некоторые измерения, которые выполняются в установке, включают в себя также часть сети и источник питания (например, измерение импеданса петли линии и петли повреждения, измерение сопротивления заземления в TNсистемах и т.п.)

Создание электрической установки определяется стандартами. В целом установки подразделяются на группы по использованию, роду напряжения, типу системы заземления и т.д.

По отношению к использованию установки можно разделить на:

• Низковольтные установки в зданиях для переменных напряжений до 250 В относительно земли (жилые помещения, административные здания, меблированные комнаты, школы, общественные места, сельскохозяйственные строения и т.д.).
• Низковольтное установки в промышленности для переменных напряжений до 600 В относительно земли или для постоянных напряжений до 900 В (электрические приводы, электромеханические обрабатывающие станки, системы нагрева и т.д.).
• Установки для безопасных напряжений, это - напряжения до 50 В переменного тока или до 120 В постоянного тока (телефония, общественные системы сигнализации, воздушные линии связи, оборудование с использованием искусственного интеллекта, системы безопасности, системы речи, местная сеть и т.д.).

Что касается рода напряжения, то различают следующие виды установок:
•   Установки для переменных напряжений
•   Установки для постоянных напряжений