Ile wynosi maksymalna dopuszczalna wartość impedancji pętli zwarcia w trójfazowym obwodzie elektrycznym o napięciu znamionowym 230/400 V, aby skuteczna była w nim ochrona przeciwporażeniowa przy uszkodzeniu izolacji, jeśli wyłączenie zasilania tego obwodu ma zapewnić instalacyjny wyłącznik nadprądowy C20?
A. 2,00 Ω
B. 1,15 Ω
C. 3,83 Ω
D. 2,30 Ω
Pytanie z egzaminu CKE, styczeń 2023 (arkusz EE.05-SG-23.01).
W tym zadaniu kluczowe jest skojarzenie charakterystyki wyłącznika C20 z prądem, który na pewno spowoduje szybkie samoczynne wyłączenie zasilania. Dla ochrony przeciwporażeniowej przy uszkodzeniu izolacji w układach niskiego napięcia stosuje się warunek z normy PN-HD 60364: impedancja pętli zwarcia musi być na tyle mała, żeby prąd zwarciowy uruchomił zabezpieczenie w wymaganym czasie. Zapisuje się to jako $Z_s \le \frac{U_0}{I_a}$. W instalacji 230/400 V przy zwarciu do części przewodzącej dostępnej bierzemy napięcie fazowe względem ziemi, czyli U₀ = 230 V, a nie 400 V. Wyłącznik nadprądowy typu C ma człon elektromagnetyczny działający pewnie przy 10 × In. Dla C20 będzie to 10 × 20 A = 200 A. Stąd 230 V / 200 A = 1,15 Ω. Taka maksymalna impedancja pętli zwarcia daje pewność, że zabezpieczenie zadziała szybko. W praktyce pomiar Zs wykonuje się miernikiem pętli zwarcia i dobrze jest mieć jeszcze zapas, bo temperatura przewodów i stan połączeń potrafią trochę zmienić wynik. Moim zdaniem to jedno z bardziej praktycznych obliczeń, bo od niego realnie zależy bezpieczeństwo człowieka przy przebiciu izolacji.
Warto tu uważać, bo bardzo łatwo pomylić kilka podobnych wielkości i wtedy wynik wychodzi pozornie sensowny, ale technicznie nie spełnia warunku ochrony przeciwporażeniowej. Dla obwodu 230/400 V przy sprawdzaniu samoczynnego wyłączenia zasilania nie podstawia się napięcia międzyfazowego 400 V, tylko napięcie fazowe do ziemi U₀ = 230 V. Zwarcie przy uszkodzeniu izolacji zwykle zamyka się przez przewód fazowy i przewód ochronny PE albo PEN, więc właśnie ta wartość napięcia jest istotna dla obliczenia prądu zwarciowego.
Typowy błąd to przyjęcie zbyt małego prądu zadziałania wyłącznika C20. Charakterystyka C oznacza, że człon elektromagnetyczny działa w zakresie 5-10 × In, ale do obliczeń gwarantujących skuteczną ochronę przyjmuje się górną granicę, czyli 10 × In. Dla wyłącznika 20 A daje to 200 A. Jeżeli ktoś przyjmie tylko 5 × In, dostanie większą dopuszczalną impedancję, na przykład okolice 2,30 Ω, ale wtedy nie ma pewności natychmiastowego wyłączenia. To jest trochę za optymistyczne podejście.
Wyniki takie jak 2,00 Ω często biorą się z podstawienia 400 V zamiast 230 V, czyli z pomylenia napięcia międzyfazowego z napięciem względem ziemi. Z kolei jeszcze większe wartości, typu 3,83 Ω, sugerują użycie nieodpowiedniej charakterystyki zabezpieczenia albo zbyt małego prądu wyzwalającego, jak dla innego typu wyłącznika. W pomiarach odbiorczych i okresowych liczy się nie teoria „mniej więcej”, tylko spełnienie warunku normowego. Z mojego doświadczenia, dobry elektryk zawsze patrzy na typ zabezpieczenia, jego prąd znamionowy oraz realnie zmierzoną impedancję pętli zwarcia, a nie tylko na sam przekrój przewodu czy długość obwodu.
Typowy błąd to przyjęcie zbyt małego prądu zadziałania wyłącznika C20. Charakterystyka C oznacza, że człon elektromagnetyczny działa w zakresie 5-10 × In, ale do obliczeń gwarantujących skuteczną ochronę przyjmuje się górną granicę, czyli 10 × In. Dla wyłącznika 20 A daje to 200 A. Jeżeli ktoś przyjmie tylko 5 × In, dostanie większą dopuszczalną impedancję, na przykład okolice 2,30 Ω, ale wtedy nie ma pewności natychmiastowego wyłączenia. To jest trochę za optymistyczne podejście.
Wyniki takie jak 2,00 Ω często biorą się z podstawienia 400 V zamiast 230 V, czyli z pomylenia napięcia międzyfazowego z napięciem względem ziemi. Z kolei jeszcze większe wartości, typu 3,83 Ω, sugerują użycie nieodpowiedniej charakterystyki zabezpieczenia albo zbyt małego prądu wyzwalającego, jak dla innego typu wyłącznika. W pomiarach odbiorczych i okresowych liczy się nie teoria „mniej więcej”, tylko spełnienie warunku normowego. Z mojego doświadczenia, dobry elektryk zawsze patrzy na typ zabezpieczenia, jego prąd znamionowy oraz realnie zmierzoną impedancję pętli zwarcia, a nie tylko na sam przekrój przewodu czy długość obwodu.