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 B25?
A. 5,33 Ω
B. 3,07 Ω
C. 3,20 Ω
D. 1,84 Ω
W tym zadaniu kluczowe jest rozpoznanie, że dla ochrony przez samoczynne wyłączenie zasilania sprawdzamy warunek maksymalnej impedancji pętli zwarcia. Dla obwodu 230/400 V bierzemy napięcie względem ziemi, czyli U₀ = 230 V, a nie napięcie międzyfazowe 400 V. Wyłącznik nadprądowy o charakterystyce B musi zadziałać w zakresie bezzwłocznym przy prądzie do 5 × In. Dla B25 mamy więc prąd zapewniający zadziałanie Ia = 5 × 25 A = 125 A. Stosujemy warunek $Z_s \le \frac{U_0}{I_a}$, czyli 230 V / 125 A = 1,84 Ω. To jest największa dopuszczalna wartość impedancji pętli zwarcia. W praktyce, podczas pomiarów instalacji, wynik powinien być jeszcze trochę niższy, bo dochodzą tolerancje wyłącznika, temperatura przewodów i niepewność miernika. Moim zdaniem to jedno z tych obliczeń, które warto mieć dobrze wyćwiczone, bo często pojawia się przy odbiorach instalacji i protokołach pomiarowych. Zgodnie z zasadami stosowanymi w instalacjach niskiego napięcia, np. według PN-HD 60364, zabezpieczenie ma wyłączyć uszkodzony obwód na tyle szybko, żeby napięcie dotykowe nie utrzymywało się niebezpiecznie długo.
Wartości większe od 1,84 Ω wynikają zwykle z pomylenia kilku pojęć, które na pierwszy rzut oka są podobne, ale w ochronie przeciwporażeniowej robią dużą różnicę. W obwodzie 230/400 V nie podstawia się do wzoru napięcia 400 V, bo przy zwarciu doziemnym albo zwarciu przewodu fazowego z przewodem ochronnym pętla zwarcia zamyka się przez napięcie fazowe względem ziemi, czyli U₀ = 230 V. Użycie 400 V prowadzi do zbyt dużej dopuszczalnej impedancji, na przykład około 3,20 Ω, a to w praktyce mogłoby oznaczać za mały prąd zwarciowy i brak wystarczająco szybkiego wyłączenia. Podobny błąd pojawia się, gdy dla wyłącznika B25 przyjmie się 3 × In zamiast 5 × In. Charakterystyka B ma zakres zadziałania bezzwłocznego 3–5 × In, ale do sprawdzenia warunku ochrony przyjmuje się wartość zapewniającą zadziałanie, czyli górną granicę 5 × In. Przyjęcie 75 A daje wynik około 3,07 Ω, który jest zbyt łagodny. Jeszcze bardziej mylące jest połączenie obu pomyłek: napięcia 400 V i prądu 3 × In, co daje około 5,33 Ω. Taka wartość wygląda kusząco, bo pozwalałaby zaakceptować słabszą instalację, ale technicznie nie spełnia dobrych praktyk i wymagań samoczynnego wyłączenia zasilania. Z mojego doświadczenia najczęstszy błąd jest taki, że ktoś widzi instalację trójfazową i odruchowo bierze 400 V, a tu trzeba myśleć o pętli zwarcia faza–PE i o napięciu 230 V. Poprawny warunek to maksymalnie 1,84 Ω, najlepiej z zapasem na pomiarze.