Měření impedance přístrojem Zeroline 60

Měření impedance přístrojem Zeroline 60

Ing. Ivo Lipovský,
Illko Blansko, s. r. o.

Měřicí přístroj Zeroline 60 je nový výrobek firmy ILLKO Blansko, splňující všechny požadavky kladené na moderní přístroj pro měření impedance poruchové smyčky a vnitřní impedance sítě.

Základním požadavkem při jeho vývoji bylo dosažení takové přesnosti a rozlišovací schopnosti, které umožní spolehlivé stanovení impedance v oblasti malých a velmi malých hodnot, tedy pod 0,50 W, kde drtivá většina měřicích přístrojů poskytuje údaje zatížené velkou chybou měření. Právě v rozsahu hodnot od 0,10 do 0,50 W však leží většina měření impedance poruchové smyčky, popř. vnitřní impedance sítě. Zopakujme v krátkosti základy zpracování naměřených hodnot s ohledem na pracovní chybu měřidla.

Obecný měřicí přístroj zobrazí hodnotu např. 0,20 W. V technických podmínkách (návodu) lze najít pracovní chybu ± (5 % z MH + 8 D). Rozkódování tohoto údaje je snadné – vypočítá se 5 % z 0,20 W, což je 0,01 W, a k této hodnotě se přičte 8 D (digitů) z pravé strany údaje v závorce, tedy 0,08 W. Skutečná hodnota by měla s velkou pravděpodobností ležet v mezích 0,20 ± 0,09 W, může tedy nabývat hodnot od 0,11 do 0,29 W. Je zřejmé, že v některých případech je toto rozmezí příliš široké a bylo by velmi žádoucí znát měřenou hodnotu lépe.

Obr. 1. Měřicí přístroj Zeroline 60

Nabízí se otázka, proč je tak obtížné dostatečně přesně měřit impedanci poruchové smyčky – nestačilo by např. jen přidat jedno místo na displeji a tím vyřešit problém s rozlišovací schopností? Bohužel ne. Tak jako není možné jednoduše prohlásit, že digitální měřicí přístroj je přesnější než ručkový, nelze zvýšit rozlišovací schopnost přístroje pouhým přidáním jednoho místa na displeji. Pro zjednodušení je možné měření impedance zredukovat na měření odporu. Tady stačí podle Ohmova zákona znát měřicí proud a úbytek napětí na měřeném odporu – zdánlivě tedy nic obtížného. V praxi je ale možné zjistit úbytek na měřeném odporu pouze nepřímo, měřením napětí mezi L a PE v těchto krocích:

• Změří se napětí označené U₁ mezi L a PE naprázdno – spínač S je rozepnut, zatěžovací odpor není připojen.

• Sepnutím spínače S se připojí zatěžovací odpor R_Z. Změří se napětí U₂ mezi L a PE při připojeném zatěžovacím odporu. Toto napětí bude menší o úbytek napětí na měřeném odporu poruchové smyčky: DU = U₁ – U₂.

• Současně s měřením napětí U₂ se změří i zatěžovací proud I_Z (některé jednodušší přístroje tento proud neměří, ale počítají ze známých hodnot U₂ a R_Z).

Odpor poruchové smyčky je tedy R = (D U)/I_Z (W, V, A)

Pro dosažení co nejpřesnějšího výsledku je dobré, aby úbytek napětí na měřeném odporu byl co největší. Toho lze dosáhnout zvýšením měřicího proudu na maximální únosnou mez (obvykle do 30 A), ale i při nižších hodnotách dochází ke značnému vývinu tepla – např. při měřicím proudu 10 A je výkon mařený na odporech 2 300 W. Proto je tedy doba připojení zatěžovacího odporu omezena obvykle na desítky až stovky milisekund. Protože napětí v měřené síti ani tvar sinusovky nejsou stabilní, je vhodné, aby měření v zatíženém a nezatíženém stavu probíhala co nejtěsněji po sobě – Měří-li přístroj pouze půlvlnou zatěžovacího proudu, střídá se půlvlna v zatíženém a nezatíženém stavu. Jestliže měřicí přístroj zatěžuje síť celovlnně, střídá se jedna celá perioda (20 ms) se zatížením a následuje další perioda bez zatížení. Je tedy zřejmé, že celé měření moderními přístroji je velmi rychlé, a proto záleží na kvalitním zpracování vstupních hodnot – současné měřicí přístroje používají vzorkování pomocí rychlých A/D převodníků, starší typy (PU 180) měří analogově maximální hodnotu napětí. V obou případech je nutné pracovat s vysokou rozlišovací schopností – jednomu miliohmu měřeného odporu obvykle odpovídá hodnota 0,25 mV měřeného napětí. Vzhledem k často vysoké hladině průmyslového rušení není jednoduché docílit reprodukovatelnosti výsledků. I to je jeden z důvodů, proč většina výrobců nabízí přístroje s nejlepší rozlišovací schopností 0,01 W.

Obr. 2. Po připojení zatěžovacího odporu se změří napětí U₂ a současně zatěžovací proud I_z

K dosažení tak mimořádných hodnot rozlišovací schopnosti a pracovní chyby přístroje Zeroline 60 byly vyvinuty nové metody měření efektivní hodnoty krátkých neperiodických nebo omezeně periodických dějů čistě analogovými metodami. Během prací na tomto měřicím přístroji byly také shromažďovány dostupné informace o chování sítě při zatěžování krátkými proudovými impulsy, což je velmi důležité pro návrh časového rozložení jednoho měřicího cyklu.

Zeroline 60 tak nyní poskytuje v kategorii přenosných měřicích přístrojů neobyčejnou přesnost a komfort obsluhy při zachování velmi malých rozměrů.

Základní vlastnosti přístroje Zeroline 60

• Nejlepší rozlišovací schopnost 0,001 W, nejmenší chyba měření (±3 % z MH + + 6 D).

• Možnost nastavení měřicích profilů:
  rychlý – simuluje použití běžného měřicího přístroje vhodné pro měření impedance poruchové smyčky např. v rodinných domech, měřicí proud je 10 A, rozlišovací schopnost 0,01 W,
  volitelně kladné nebo záporné půlvlny – rozlišovací schopnost 0,001 W, nastavitelný měřicí proud od 10 do 30 A,
  maximální – měří kladnými i zápornými půlvlnami, nejvyšší přesnost měření, rozlišovací schopnost 0,001 W, nastavitelný měřicí proud od 10 do 30 A,
  za proudovým chráničem – měří impedanci poruchové smyčky v obvodech vybaveným proudovým chráničem bez jeho vybavení; celé měření probíhá zcela automaticky, po navolení tohoto měřicího profilu stačí pouze odstartovat měření.

• Možnost nastavení měřicího proudu od 10 do 30 A pro fázová napětí 230 V a 15 až 45 A pro sdružená napětí 400 V. S rostoucí velikostí měřicího proudu roste i kvalita měření, ovšem použití menších měřicích proudů má své opodstatnění v obvodech s jističi s malými proudy – např. benzinová čerpadla. Možnost použití nastaveného měřicího proudu si prověří krátkým testem impedance před začátkem vlastního měření – v případě, že měřená impedance je pro nastavený proud příliš vysoká, přeruší měření a nabídne menší měřicí proud.

• Po navolení měřicího profilu a odstartování měření začne měřicí cyklus, v jehož průběhu jsou jednotlivé naměřené hodnoty ukládány do paměti. Pak je spočítána směrodatná odchylka měření a při vyhovující hodnotě je výsledná hodnota impedance zobrazena na displeji. V ostatních případech je měření automaticky prodlouženo. Aby byl minimalizován vliv krátkodobých poruch sítě, jsou mezi jednotlivá měření v cyklu vloženy prodlevy – sníží se tak pravděpodobnost započítání výsledku zkresleného např. rozhoupáním sítě po připojení velkého elektromotoru.

• Lze ho připojit k měřené síti zvlášť napěťovými a proudovými vodiči – do výsledku měření se tedy nezapočítává přechodový odpor mezi svorkami měřicího přístroje a měřeného objektu! Přístrojem lze také měřit jen dvouvodičově a nebo jej připojit měřicí vidlicí do síťové zásuvky.

• Na podsvíceném grafickém displeji jsou zobrazeny nejen údaje o odporu, impedanci a velikosti zkratového proudu, ale po každém měření je možné zkontrolovat histogram jednotlivých normovaných hodnot zjištěných v průběhu měřicího cyklu a zkontrolovat, jaký byl rozptyl měřených hodnot.

• Pro další zkvalitnění a zjednodušení práce uživatele vypočítává jak 1,5násobek změřené impedance (odporu), tak i naměřenou hodnotu zvětšenou o chybu měření.

• Přístrojem lze měřit impedanci poruchové smyčky i sítě v obvodech s fázovým i sdruženým napětím. Zkratový proud je vždy přepočítáván na jmenovitou hodnotu napětí.

• Zatěžovací odpory jsou chlazeny proudem vzduchu z vestavěného ventilátorku – významně se prodlužuje doba používání přístroje při plném zatížení, teplota výkonových prvků je monitorována.

• Je napájen přímo z měřeného objektu a k provozu nepotřebuje baterie ani akumulátory.

• Je přenosný a velmi kompaktní – rozměry jsou 190 × 150 × 70 mm, hmotnost 1,3 kg.

• Bude dodáván včetně kalibračního listu. Přestože je firma ILLKO vybavena speciálním zařízením DICK 2000, které pracuje jako zdroj střídavého napětí 230 V s impedancí blízkou nule, pro kalibraci tohoto přístroje byla vyvinuta nová metodika, která umožňuje nastavování a kalibraci hodnot impedance od jednotek miliohmů.

Měřicí přístroj Zeroline 60 byl poprvé představen na letošním podzimním veletrhu Electronica v Mnichově. Informace o zahájení jeho prodeje v České republice a také o ceně bude možné včas získat na internetových stránkách www.illko.cz