Jaką największą wartość może mieć impedancja pętli zwarcia w trójfazowym obwodzie elektrycznym o napięciu znamionowym 230/400 V, aby skuteczna była ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu izolacji, jeśli wiadomo, że wyłączenie zasilania tego obwodu ma zapewnić instalacyjny wyłącznik nadprądowy B10?
A. 2,3 Ω
B. 8,0 Ω
C. 7,7 Ω
D. 4,6 Ω
Pytanie z egzaminu CKE, styczeń 2022 (arkusz EE.05-SG-22.01).
W tym zadaniu kluczowe jest to, że ochrona przeciwporażeniowa przez samoczynne wyłączenie zasilania musi zadziałać przy zwarciu doziemnym, np. faza L do przewodu PE albo części przewodzącej dostępnej. Dla instalacji 230/400 V do obliczeń bierze się napięcie fazowe względem ziemi, czyli U₀ = 230 V, a nie napięcie międzyfazowe 400 V. Warunek z normy PN-HD 60364-4-41 zapisuje się jako $Z_s \cdot I_a \le U_0$, czyli $Z_s \le \frac{U_0}{I_a}$. Dla wyłącznika nadprądowego o charakterystyce B przyjmuje się prąd zapewniający szybkie zadziałanie równy 5 × Iₙ. Dla B10 mamy więc Iₐ = 5 × 10 A = 50 A. Stąd maksymalna impedancja pętli zwarcia wynosi 230 V / 50 A = 4,6 Ω. To właśnie dlatego poprawna jest odpowiedź 4,6 Ω. W praktyce pomiarowej dobrze jest nie celować idealnie w granicę, bo przewody się nagrzewają, impedancja może wzrosnąć, a pomiar też ma swoją niepewność. Moim zdaniem rozsądny elektryk zostawia zapas, szczególnie w długich obwodach gniazdowych albo oświetleniowych. Jeśli podczas pomiaru pętli zwarcia dla obwodu B10 wyjdzie np. 3,2 Ω, to jest w porządku. Jeśli wyjdzie 4,55 Ω, formalnie jeszcze się mieści, ale ja bym już mocno sprawdził długość przewodów, przekroje, połączenia w puszkach i zaciski zabezpieczenia.
W tym pytaniu łatwo pomylić kilka rzeczy, bo instalacja jest opisana jako trójfazowa 230/400 V. Przy ochronie przeciwporażeniowej przez samoczynne wyłączenie zasilania nie podstawia się jednak napięcia 400 V, bo typowe zwarcie istotne dla ochrony to zwarcie fazy do przewodu ochronnego PE lub do części przewodzącej dostępnej. Napięciem napędzającym prąd zwarcia jest wtedy U₀ = 230 V, czyli napięcie fazowe względem ziemi. Użycie 400 V prowadzi do zbyt dużej dopuszczalnej impedancji, około 8 Ω, a to byłoby niebezpieczne, bo rzeczywisty prąd zwarciowy mógłby nie wymusić szybkiego zadziałania zabezpieczenia. Drugi częsty błąd to przyjęcie dolnej granicy charakterystyki B, czyli 3 × Iₙ. Wyłącznik B10 może zacząć działać magnetycznie już przy 30 A, ale norma i dobra praktyka wymagają wartości gwarantującej zadziałanie, więc przyjmuje się 5 × Iₙ, czyli 50 A. Z tego powodu wynik około 7,7 Ω nie daje pewności ochrony. Z kolei wartość 2,3 Ω jest bardziej rygorystyczna i technicznie taki obwód miałby zapas, ale pytanie dotyczy największej dopuszczalnej impedancji, a nie wartości bardzo bezpiecznej. Taki wynik może wynikać z przyjęcia prądu 100 A, jak dla innej charakterystyki albo z pomylenia współczynników. W pomiarach elektrycznych to rozróżnienie jest ważne: za mała wartość graniczna może prowadzić do niepotrzebnego odrzucania sprawnej instalacji, a za duża do zostawienia obwodu bez skutecznej ochrony. Najbezpieczniej zapamiętać schemat: dla B10 bierzemy 5 × 10 A, czyli 50 A, i liczymy z 230 V, nie z 400 V.