Danas je nabavljen instrument za testiranje i mjerenje ispravnosti strujnih i naponskih zaštitnih elemenata na mrežnim instalacijama 220/380 V. Uređaj naziva Merilnik zaščite 0100 je proizvodila slovenska Iskra po licenci austrijske tvrtke Goerz i njihovog instrumenta Revitester 100 (Revitestgerät Modell 100 Elektro Schutzfunktionsprüfgerät Fi / Fu). Elektroničke komponente u našem primjerku datiraju iz razdoblja 1977-1978. godine, tako da su prvi primjerci ovog instrumenta svakako bili na tržištu do 1980. godine.
Vrlo sličan mjerni instrument sa gotovo istim mogućnostima mjerenja opisali smo u objavi REVITESTER Goerz. To su specijalni instrumenti za mjerenja na mrežnim instalacijama te osim što je potrebno poznavati proceduru, ograničenja i tolerancije mjerenja sa konkretnim instrumentom, također je potrebno poznavati određene standarde i način funkcioniranja zaštitnih elemenata i sklopova na električnim instalacijama. Merilnik zaščite Iskra 0100 opisati ćemo kroz njegove kontrole i skale do one razine da se može shvatiti čemu ovakav instrument zapravo služi.
Povezivanje instrumenta na mrežne vodove
Instrument Iskra 0100 dolazi sa dva mjerna kabla. Jedan je pripremljen za izravno povezivanje preko šuko utičnice kućne mrežne instalacije, a drugi ima odvojene žice za spajanje na fazu, nulu i uzemljenje preko krokodil-stezaljki (za mjerenje na električnim aparatima i trofaznim sistemima).
Za spajanje instrumenta na mrežne vodove je odabran standardni IEC 60320 C13/C14 priključak. Preko istog kabla se vrši ujedno i napajanje mjerne elektronike instrumenta. Baterija AA 1,5 V služi za zadržavanje prikaza izmjerenih vrijednosti kod testiranja rada (isklapanja) mrežnih strujnih i naponskih zaštitnih elemenata. Rastalni osigurač (0,1 A brzi) je na primaru mrežnog transformatora preko kojeg se napaja mjerna elektronika instrumenta. Ukoliko osigurač pregori, moguća su samo mjerenja mrežnih napona na opsezima UN Mp.
Da bi mjerenje instrumentom bilo moguće i ispravno, važno je na pravilan način instrument spojiti na mrežne vodove (faze, nula, uzemljenje). Ispravnost spajanja (i ujedno prisutnosti mrežnih vodova) može se provjeriti pomoću indikacijskih signalnih lampi na prednjoj ploči (iznad gumba za odabir vrste mjerenja) i na skali instrumenta (Si, W). Evo tablice za sve moguće kombinacije spajanja.
Iz svega proizlazi da kod ispravnog povezivanja instrumenta na mrežne vodove mora svijetliti samo zelena signalna lampica i niti jedna druga uz nju.
Radi lakše orjentacije, fazni kontakt na šuko utikaču je označen crvenom točkom.
Zaštita mjernog instrumenta od preopterećenja
Instrument ima zaštitu od pojave prevelikog napona između faznog i nultog priključka i faznog priključka i uzemljenja, kao i zaštitu od pregrijavanja instrumenta kod strujnih mjerenja.
Između faznog i nultog priključka ne smije se pojaviti napon veći od 260 V inače pregori brzi rastalni osigurač 0,1 A. Isto tako, između faznog priključka i priključka uzemljenja ne smije se pojaviti napon veći od 280 V inače se aktivira relejna prenaponska zaštita unutar instrumenta koja prekida priključak uzemljenja. Ove zaštite se najčešće aktiviraju ako se primjerice mjerne žice kod testiranja zaštitnih elemenata nehotice spoje na dva fazna priključka (380 V). U tom slučaju zasvijetli crvena lampica Si na skali instrumenta. Kada su ove zaštite aktivirane, moguće je samo mjerenje mrežnih napona (UN Mp) i mjerenje napona baterije (BAT) dok su sva ostala mjerenja isključena.
Osim toga, instrument ima i internu temperaturnu zaštitu od pregrijavanja izlaznih tranzistora kod mjerenja struja, odnosno testiranja funkcioniranja strujnih zaštitnih sklopki. Ako sklopka ne izbaci i kroz instrument duže vrijeme teče maksimalna mjerna struja od 1,2 A onda će se temperaturna zaštita aktivirati i upaliti crvena lampica W na skali instrumenta. Kada je ova zaštita aktivirana nije moguće daljnje mjerenje strujnih zaštita, dok su sva ostala mjerenja moguća.
Mjerenje mrežnih napona 220/380 V
Prije svakog novog mjerenja potrebno je pritisnuti sklopku BRISANJE kako bi se poništile eventualno zadržane (spremljene) vrijednosti prethodnih mjerenja.
- Za mjerenje napona između faze i nule preklopnik je na položaju UN – Mp, a vrijednost se očitava na skali UN (0-420 V). Za mjerenje se koristi smeđa mjerna žica (faza) i plava mjerna žica (nula).
- Za mjerenje napona 380 V u trofaznom sistemu koristi se poseban sistem. Naime, napon od 380 V između faza se ne može mjeriti izravno jer će proraditi prenaponska zaštita instrumenta. Zato se mjeri napon između faza i uzemljenja koji je u trofaznom sistemu oko 220 V. Preklopnik je stoga na položaju „UN – znak uzemljenja“, a za mjerenje se koristi smeđa mjerna žica (faza) i žuto/zelena mjerna žica (uzemljenje). Plava žica ne smije biti spojena nigdje i mora biti izolirana od dodira. U svakom drugom slučaju će se aktivirati prenaponske zaštite. Isti napon od oko 220 V je naravno i između faza i nule, no kod ovog instrumenta je mjerenje između faze i nule kalibrirano za 220 V, a mjerenje između faze i uzemljenja za 380 V iako se na oba priključka dovodi napon od 220 V.
Provjera funkcioniranja naponskih i strujnih zaštitnih elemenata na mrežnim instalacijama
Brzi test funkcioniranja naponskih i strujnih zaštitnih elemenata može se napraviti preko ispitnih sklopki FJ ODČITEK – JΔ i UD. Pritisak na ove sklopke mora aktivirati zaštitne sklopke na mrežnim instalacijama.
Napon dodira (UD, UB) i struja kvara ili curenja (JΔ)
Napon dodira je maksimalni napon koji se može pojaviti između dvije točke električne opreme s kojima čovjek može doći u kontakt. Struja kvara pak je maksimalna struja koja smije curiti s faznog voda na dijelove električne opreme s kojima čovjek može doći u kontakt. Obično se to odnosi na napone i struje koje se javljaju između faze i uzemljenja.
Naponske zaštitne sklopke (ZNS) rade na principu izravnog mjerenja struje curenja kroz zaštitni vod (žicu uzemljenja) i to obično na induktivnom principu. To znači da žica uzemljenja mora biti na jednom mjestu prekinuta da se serijski u krug ubaci senzorska zavojnica koja isključuje elektromagnetsku sklopku. Ta zavojnica onda stvara i određeni induktivni otpor na zaštitnom vodu, pogotovo kod pojave viših harmonika u mreži, a ZNS sklopka kod izbacivanja isključuje sve vodove, faze, nulu i uzemljenje. Prekidi na vodu uzemljenja svakako nisu dobri, a osim toga može se dogoditi kvar na kontaktima sklopke sa opasnim posljedicama. Ako u trofaznom sistemu dođe do kvara na kontaktima sklopke koji prekidaju nulu, onda se na jednofaznim utičnicama može pojaviti napon viši od 220, čak i blizu 380 V. Ako dođe do kvara i prekida kontakata uzemljenja, onda čitava mreža ostaje bez zaštite. Stoga su ovakve sklopke u 1980-tim godinama zabranjene i povučene iz upotrebe, no one već ugrađene na razvodne ploče zadržale su se ponegdje i desetljećima kasnije.
Diferencijalne strujne sklopke (FID) rade na principu mjerenja razlika struja između faznih vodova i nultog (neutralnog) voda. Ove struje u ispravnom sistemu moraju biti jednake (odlazne struje jednake povratnima), a razlika će se pojaviti ako dio struje počne curiti izvan faznih i nultog voda, odnosno na uzemljenje. FID sklopka prekida samo fazne vodiče, nulti vodič je uvijek trajno spojen, a vod uzemljenja se ne dira. Time su izbjegnuti opasni kvarovi uslijed lošeg preklapanja nule ili uzemljenja.
Sa našim instrumentom mogu se odabrati dva mjerna opsega za dvije standardne najveće dopuštene vrijednosti napona dodira od 50 V ili 24 V. Koji ćemo opseg odabrati ovisi o samom mjestu gdje se instalacija koristi, odnosno o propisanim normama za tu vrstu instalacije. Općenito gledano, za normalne uvjete dozvoljen je napon dodira od 50 V, dok se u otežanim uvjetima gdje je okolina više električki vodljiva (mokri skučeni prostori, velike metalne plohe) napon dodira ograničava na 24 V.
Što se tiče struje curenja, danas se koriste strujne zaštitne sklopke (FID) sa različitim maksimalnim strujama curenja što naravno opet ovisi o mjestu primjene. Načelno se mogu svrstati u tri kategorije:
- Visoko osjetljive (HS): 6 mA, 10 mA, 30 mA
- Srednje osjetljive (MS): 100 mA, 300 mA, 500 mA, 1000 mA
- Nisko osjetljive (LS): 3 A, 10 A, 30 A
Općenito su najviše u upotrebi FID sklopke od 30 mA do 500 mA te su njima i prilagođeni strujni mjerni opsezi na skali našeg instrumenta (do 120 mA i do 1,2 A).
Mjerenje vrijednosti napon dodira i struje kvara kod kojih dolazi do aktivacije zaštitnih sklopki
Prije mjerenja vrijednosti stvarnih maksimalnih napona dodira i struja kvara u nekom mrežnom sistemu, potrebno izvršiti mjerenje visine tog mrežnog napona. On za naš instrument mora biti u granicama 198-242 V (220 V ±10%), inače će mjerenje imati preveliku pogrešku. Nakon toga se sklopkom za vrstu mjerenja odabere odgovarajući opseg mjerenja prema najvećem dopuštenom naponu dodira i prema najvećoj dopuštenoj struji kvara (struji curenja) specificiranoj za taj mrežni sistem.
Pritiskom na sklopku START započinje mjerenje. Instrument počinje postepeno propuštati sve veći napon iz faznog voda prema vodu uzemljenja (zaštitnom vodu). Taj simulirani porast napona i struje kvara može se pratiti na skalama instrumenta pritiskom tipkala UD (praćenje porasta napona na skali UB) ili tipkala JΔ (praćenje porasta struje na skali JΔ). U jednom trenutku, kad struja kvara dosegne određenu vrijednost, zaštitna sklopka će se aktivirati i isključiti mrežni napon. Instrument tada također ostaje bez napona napajanja, no uz pomoć ugrađene baterije zadržava prikaz dostignutih vrijednosti. Vrijednosti se tada mogu očitati pritiskom tipkala UD (očitanje napona dodira na skali UB) ili tipkala JΔ (očitanje struje kvara na skali JΔ).
Ako kojim slučajem ne dođe do izbacivanja zaštitne sklopke (zbog neispravnosti) instrument će se sam isključiti nakon što napon pređe deklarirane vrijednosti od 50 V ili 24 V i to će signalizirati crvenom lampicom. S druge strane, zaštitne sklopke se mogu smatrati ispravnima ako je do isključenja došlo prije nego je struja kvara dosegla naznačenu vrijednost.
Mjerenje otpora petlje
Otporom petlje se mjere svi otpori prisutni na spojevima, vodovima i uređajima unutar neke električne instalacije. Teži se da ti otpori budu što je moguće manji kako bi strujna i naponska zaštita ispravno funkcionirala ali i kako bi se izbjegle druge neželjene posljedice poput nepotrebne potrošnje struje, povećanog zagrijavanja dijelova električne instalacije i drugo. Najkritičniji je pri tome otpor uzemljenja, odnosno kontaktni otpor između spojeva zaštitnog voda uzemljenja sa uzemljivačem, te električni spoj samog uzemljivača i zemlje. Ne bi nikako bilo dobro da je otpor uzemljenja toliko velik da zaštita ne proradi ni kod velikog curenja struje na masu nekog električnog aparata, te da onda kod slučajnog dodira dio te struje poteče i preko čovjeka.
Vidimo da je na skali našeg instrumenta (RSCH) opseg mjerenja otpora petlje i otpora uzemljenja do 7 Ω. U tablici na zadnjoj strani instrumenta pak su ispisane dozvoljene maksimalne vrijednosti otpora petlje za određene mrežne sisteme po VDE standardu iz 1973. godine.
Na slikama vidimo način spajanja instrumenta za mjerenje otpora petlje u različitim trofaznim sistemima. Sklopka za odabir vrste mjerenja je u položaju RZ.
Mjerenje počinje pritiskom na sklopku START. Mjeri se otpor između faznog voda i uzemljenja. S obzirom da se mjere mali otpori, mjerna struja je jakosti do 10 A. Međutim, kako instrument ima mogućnost memoriranja ili bolje rečeno zamrzavanja izmjerene vrijednosti, onda mjerenje može biti vrlo kratko te ovdje traje svega 20-30 ms. Kazaljka nakon toga ostane na dostignutom otklonu i vrijednost otpora se lako očita sa skale RSCH.
Mjerenje otpora uzemljenja
O mjerenju otpora uzemljenja pisali smo u različitim objavama vezanim uz instrumente koji specijalno služe za tu namjenu. Tamo smo vidjeli da kod mjerenja otpora između uzemljivača i zemlje, ne možemo spoj mjerne sonde sa zemljom napraviti bilo kako, odnosno ne možemo jednostavno jednu pipalicu ommetra zakvačiti na uzemljivač, a drugu staviti ili ubosti bilo kako i bilo gdje na zemlju.
Ovdje se koristi jedna druga metoda. Kad smo već izmjerili otpor čitave petlje, da bismo dobili samo otpor uzemljenja, potrebno je od tog ukupnog otpora oduzeti otpor samih vodova, odnosno unutrašnji otpor instalacije i mjernih vodova, što je svakako puno lakše izmjeriti.
Mjerenje unutrašnjeg otpora mreže između neutralnog voda i uzemljenja
Kod mjerenja dodirnog napona na trofaznim sistemima neutralni vod (nula) se može iskoristiti kao mjerna sonda pod pretpostavkom da je otpor neutralnog voda prema zvjezdištu malen. Provjera unutrašnjeg otpora između neutralnog voda i uzemljenja vrši se sa sklopkom na položaju RZ i pritiskom na tipkalo na gornjem dijelu instrumenta (desno iznad skale).
Ukoliko je otpor mrežnog neutralnog voda velik ili isti nije dostupan, onda se može koristiti vlastita sonda zabodena u zemlju i povezana sa plavom mjernom žicom (priključak nule). Naravno, kako smo vidjeli u objavama za mjerače otpora uzemljenja, sonda mora biti zabodena izvan naponskog lijevka uzemljivača i maksimalni otpor uzemljene sonde ne smije prelaziti 300 Ω.
Elektronika instrumenta Merilnik zaščite Iskra 0100 je prilično kompleksna i nigdje nisam uspio pronaći elektroničku shemu. Ono što sigurno mora biti ugrađeno to je mrežni ispravljač za barem 50 V, sklop koji kontrolira postepeni porast testnog napona/struje od 0-50 V ili od 0-1,2 A, te naravno mjerni krug sa sklopom za zadržavanje postignutog otklona kazaljka i nakon što mjerenje završi i mrežno napajanje instrumenta se isključi.
Na ovoj pločici je mrežni transformator sa sekundarnim namotajima za 20 V i 30 V, mrežni ispravljač, uočavamo prenaponsku zaštitu (iskrište) i tri integrirana kruga: dva timera UA555TC i dvostruko operacijsko pojačalo LM358N.
Na ovoj pločici se ističe zaštitni prenaponski relej te još jedan reed relej. Svih sedam integriranih krugova sadrže operacijska pojačala: UA741TC, UA742DC, LM308N, LM324N, 2 x LM358N i J411.
Preko ovih tranzistora se vjerojatno generira mjerna struja do 1,2 A i napon do 50 V.
Na pločicama se uočavaju nagorjeli i oštećeni otpornici te pokrpane tiskane veze. To znači da je instrument unatoč svim zaštitama jednom doživio neku havariju. Stoga ga radije nećemo spajati na napajanje i testirati prije nego se uklone barem ovi očiti kvarovi.
Instrumenti Revitester 100 su se proizvodili u najmanje dvije inačice koje se razlikuju u opsegu generiranja i mjerenja struja curenja za ispitivanje zaštitnih sklopki. Tako jedna inačica ima struje skale raspona 50 / 500 mA i kod njih se na vrhu nalazi omska skala, a ispod nje strujna skala, nakon čega slijede naponske skale. Druga inačica ima struje skale raspona 0,12 / 1,2 A i kod njih se na vrhu nalaze naponske skale (napon dodira), a ispod njih slijede strujna skala i omska skala. Na dnu je skala za mjerenje mrežnog napona.
Kod naše Iskre pak imamo kombinaciju koja djeluje malo zbunjujuće: skale su raspona 0,12 / 1,2 A ali oznake na preklopniku su 50 mA / 500 mA 🙂 Iako je Iskra uredno kopirala oba tipa instrumenta, ovaj naš je očito sklopljen iz dijelova koji su trenutno bili dostupni, moguće zbog pogrešne narudžbe dijelova ili zbog gašenja proizvodnje i sklapanja instrumenata iz preostalih dijelova na skladištu.
Pomalo zbunjuje i to da je u natpisima prednje ploče promijenjeno samo MERITEV, START, BRISANJE, ODČITEK, dok su oznake i simboli za napone, struje i vrste mjerenja ostali dijelom njemačke kratice, dijelom prevedene na naše uobičajene oznake. Vidimo da kućište sa natpisima s unutrašnje strane nosi oznaku GOERTZ, a s vanjske strane pored osigurača i utičnice za kablove stoji upozorenje otisnuto na njemačkom jeziku „Prije otvaranja poklopca izvadi mjerne kablove!“. Shvatljivo je da se natpise otisnute u plastici vjerojatno nije isplatilo mijenjati (izrada novog kalupa) no ako su se već mijenjani natpisi na aluminijskoj pločici i skali onda su se mogli zamijeniti na jednak način i u potpunosti prilagoditi na naš jezik. Primjerice, za napon dodira se na skali koristi oznaka UB, a na ploči UD. Za otpor petlje je na skali RSCH, a na ploči RZ.
Važno je da znak Iskre ponosno stoji na ovom instrumentu uredno otisnut, iako Iskra sasvim sigurno nema puno veze ni sa njegovim razvojem ni sa njegovim dizajnom 🙂
