Mierniki wielofunkcyjne parametrów instalacji elektrycznych

Czwartek, 12 Listopad 2009

Fot. 1 Eurotest 61557 – przyrząd przeznaczony do kompleksowego sprawdzania instalacji elektrycznych.

Na rynku przyrządów pomiarowych spotyka się zarówno mierniki specjalizowane wykonujące tylko jedną z powyższych funkcji; jak i wielofunkcyjne łączące kilka z ww. funkcji lub wszystkie. Decydując się na wybór przyrządu pomiarowego stoi się przed nie lada problemem, czy kupić kilka mierników specjalizowanych czy tylko jeden wielofunkcyjny. Każde z rozwiązań ma swoje zalety, ale też i wady. Przyrząd wielofunkcyjny zajmuje mało miejsca – można go zwykle zmieścić w niedużym neseserze. Łatwo też z jednego typu pomiaru przełączyć się na inny. Za to w razie awarii i konieczności oddania do serwisu pojawia się brak możliwości wykonywania jakichkolwiek pomiarów. Tego problemu nie ma w przypadku przyrządów specjalizowanych. W razie awarii jednego są dostępne pozostałe. Wadą takiego rozwiązania jest mniejszy w porównaniem z przyrządem wielofunkcyjnym komfort, gdy trzeba korzystać jednocześnie z kilku.
Rosnąca stale niezawodność przyrządów pomiarowych, wprowadzane przez producentów nowe zabezpieczenia chroniące przyrząd przed uszkodzeniem w wyniku błędu obsługi, duża wygoda obsługi i przenoszenia oraz nowe funkcje pomiarowe i użytkowe sterowane mikroprocesorem powodują, że przyrządy wielofunkcyjne zyskują coraz więcej zwolenników.
Kompletny przyrząd wielofunkcyjny łączy w sobie właściwości czterech samodzielnych urządzeń: miernika rezystancji izolacji, rezystancji uziemienia, rezystancji (ew. impedancji) pętli zwarciowej oraz testera wyłączników różnicowoprądowych. Na rynku są też przyrządy zawierające tylko trzy lub dwie z ww. funkcji podstawowych.

Pomiar rezystancji izolacji

Jest to funkcja, którą ma większość przyrządów wielofunkcyjnych. Użytkownik ma do dyspozycji kilka napięć pomiarowych stałych. Niezbędne wartości 250, 500, 1000 V, choć spotyka się też napięcia mniejsze. Napięcia większe od 1000 V, np. 2,5 kV lub 5 kV spotyka się w specjalizowanych miernikach rezystancji izolacji. W miernikach takich oprócz rezystancji można zmierzyć jeszcze m.in. indeks polaryzacji i stosunek absorpcji dielektrycznej, można też regulować napięcie pomiarowe z pewnym skokiem. Takich funkcji w mierniku wielofunkcyjnym raczej się nie znajdzie.
Przy pomiarze rezystancji izolacji napięcie pomiarowe wytwarza przetwornica tranzystorowa. Napięcie to powoduje przepływ przez badany obiekt prądu upływowego, który mierzy przyrząd. Na podstawie danych: napięcia pomiarowego i wyniku pomiaru prądu upływowego przyrząd oblicza i wyświetla wartość rezystancji izolacji. Po zakończeniu pomiaru układ wewnętrzny przyrządu rozładowuje ładunek elektryczny zgromadzony na testowanym obiekcie umożliwiając tym samym wykonanie następnego pomiaru. Wewnętrzny układ zabezpieczający uniemożliwia też wykonanie pomiaru, gdy na badanych obiekcie panuje napięcie.

Zakres pomiarowy rezystancji izolacji zależy w dużym stopniu od wybranego napięcia pomiarowego. Maksymalna rezystancja izolacji mierzona przez miernik jest dostępna zwykle przy wybraniu najwyższego lub dwóch najwyższych napięć pomiarowych.

Test wyłączników różnicowoprądowych

Fot. 2 KEW 6050 – miernik impedancji pętli zwarciowej, rezystancji izolacji i parametrów wyłączników różnicowoprądowych.

Funkcje pomiarowe dostępne obecnie standardowo w przyrządach sprawdzających wyłączniki różnicowoprądowe to pomiar czasu i prądu wyłączania. Użytkownik wybiera przed pomiarem typ wyłącznika (np. normalny, selektywny, d.c.), wartość znamionowego prądu różnicowego oraz początkowy półokres napięcia przemiennego (dodatni lub ujemny), w którym następuje pomiar. Przy sprawdzaniu prądu wyłączania układ pomiarowy przyrządu zwiększa skokowo wartość prądu pomiarowego do momentu, gdy wyłącznik wyłączy.

Rezystancja i impedancja pętli zwarciowej

Rezystancja/impedancja pętli zwarciowej jest rezystancją/impedancją pętli uszkodzeniowej, która powstaje, gdy pojawia się zwarcie między elementami przewodzącymi instalacji np. połączenie przewodzące między przewodem fazowym a przewodem ochronnym (L-PE).
Obecność funkcji pomiarowej impedancji pętli zwarciowej świadczy o wyższej klasie przyrządu (tzw. budżetowe wersje mierzą tylko rezystancję). Niektóre zaawansowane mierniki wyświetlają oprócz impedancji pętli zwarciowej, poszczególne jej składowe tj. rezystancję i reaktancję. Znając wartość impedancji pętli zwarciowej można też w przybliżeniu określić rezystancję uziemienia. Pomiar rezystancji/impedancji pętli zwarciowej podobnie jak test wyłącznika różnicowoprądowego i rezystancji izolacji jest wykonywany automatycznie. Aby zmierzyć rezystancję/impedancję pętli przyrząd wymusza przepływ przez nią prądu 2–3 A. W pętlę tę są włączone przewody instalacji L i PE (lub L i L, zależnie od wyboru) oraz wewnętrzny rezystor pomiarowy przyrządu. Choć operacja ta trwa bardzo krótko (od kilkudziesięciu do kilkuset milisekund - zależnie od wybranego podzakresu), przez rezystor płynie duży prąd powodujący silne jego grzanie. Stąd też przyrząd z tą funkcją ma zwykle wewnętrzny układ zabezpieczający przed przegrzaniem, monitorujący stale temperaturę wnętrza przyrządu. Gdy temperatura przekroczy wartość dopuszczalną, układ pomiarowy jest odłączany, uniemożliwiając dalszy pomiar.
Przy pomiarze rezystancji/impedancji pętli zwarciowej jest często ważne, aby prąd pomiarowy nie spowodował wyzwolenia wyłącznika różnicowoprądowego. Stąd też producenci przyrządów z tą funkcją wyposażają je w podzakresy charakteryzujące się niewielkim prądem pomiarowym (np. 15 mA), dostępnym zwykle na wyższych podzakresach pomiarowych rezystancji/ impedancji.
Drugą funkcją dostępną w każdym mierniku z funkcją pomiaru impedancji/rezystancji pętli zwarciowej jest obliczanie przewidywanej wartości prądu zwarciowego IPSC. Wartość tego prądu oblicza wewnętrzny procesor przyrządu na podstawie wyniku pomiaru rezystancji/impedancji.

Pomiar rezystancji uziemienia

Funkcja ta nie zawsze jest dostępna w mierniku wielofunkcyjnym. Jeśli już ona jest, to umożliwia pomiar metodą tradycyjną dwulub trójprzewodową z użyciem prętowych uziomów pomocniczych dostarczanych w komplecie z przyrządem. Przyrządy bardziej zaawansowane pozwalają również na pomiar metodami pośrednimi z użyciem cęgów prądowych. Jedna z nich wykorzystuje trzy przewody pomiarowe, przy czym dwa są dołączone do uziomów a jeden zakończony cęgami mierzącymi prąd płynący przez uziom badany. Druga z metod wykorzystuje cztery przewody pomiarowe, z których dwa zakończone cęgami.

Inne funkcje

Niektóre z przyrządów wielu funkcyjnych zaskakują różnorodnością dostępnych dodatkowych funkcji pomiarowych, inne z kolei ograniczają się tylko do niezbędnych.
Z ważnych funkcji należy wymienić test ciągłości obwodu z sygnalizacją dźwiękową tego stanu dostępny standardowo w specjalizowanych miernikach rezystancji izolacji. Bardziej zaawansowane przyrządy wielofunkcyjne umożliwiają też test przewodu ochronnego przy dwóch polaryzacjach prądu pomiarowego.
Z innych funkcji warto wymienić wskazywanie napięcia dotykowego realizowane „przy okazji” testowania wyłącznika różnicowoprądowego oraz pomiaru rezystancji/ impedancji pętli zwarciowej.
Wygodną funkcją jest też test kolejności faz (odpada konieczność stosowania specjalizowanego testera) oraz pomiar napięcia i częstotliwości sieci. Zaawansowane mierniki wielofunkcyjne pozwalają też mierzyć prąd (za pomocą cęgów), moc jednofazową (czynną, bierną i pozorną) i energię, lokalizować uszkodzone bezpieczniki i przewody, analizować harmoniczne, a nawet sprawdzać natężenie oświetlenia (po dołączeniu przystawki luksometrycznej).
Realizacja wszystkich tych funkcji nie byłaby możliwa bez zastosowania mikroprocesora sterującego sekwencjami pomiarowymi i nadzorującego ich bezpieczne wykonanie. Mikroprocesor współpracuje też z pamięcią wyników pomiarów, które może w razie potrzeby przesłać do komputera. Oprogramowanie dostarczane przez producentów wraz z przyrządem standardowo lub opcjonalnie umożliwia obróbkę danych pomiarów, ich archiwizację, przeglądanie oraz tworzenie protokołów pomiarowych.

Leszek Halicki