Proč, jak a čím ověřovat stav varistorů ve svodičích přepětí

Proč, jak a čím ověřovat stav varistorů ve svodičích přepětí

Ing. Milan Kaucký, KM Technik

Ve svodičích přepětí (obr. 1) třídy C a D (nově typ 2 a 3) jsou jako výkonné prvky omezující přepětí používány polovodiče (např. metaloxidové varistory a supresorové diody). Tyto polovodiče dlouhodobě nemají stálé parametry. Jejich charakteristickým parametrem je tzv. miliampérový bod voltampérové charakteristiky, který reprezentuje horní mez intervalu napětí při trvalém proudu 1 mA, kdy varistor ztrácí maximální odpor a otevírá – tzv. zapalovací napětí (v dalším textu jen jako hodnota miliampérového bodu).

Obr. 1. Svodič přepětí DEHNguard

Otázkou je, jak se hodnota miliampérového bodu s časem mění. Pokud by polovodič nebyl zatěžován žádným napětím (nebyl by připojen v elektrické instalaci) nebo byl zatěžován pouze špičkami nepřesahujícími jeho výrobní nastavení (hodnota miliampérového bodu), velmi pozvolna by se zmenšovala vodivost polovodiče a rostla by hodnota miliampérového bodu (polovodič by otevíral při větším napětí, než je jeho výrobní nastavení). Při svodech větší energie přepětí naopak může docházet k „vypalování“ vodivých mikrocest, a tím i ke zvětšování vodivosti a zmenšování hodnoty miliampérového bodu polovodiče (polovodič by otevíral při menším napětí, než je jeho výrobní nastavení). Výsledné vlastnosti svodiče přepětí v čase jsou výsledkem působení obou variant, a tedy výlučně závisejí na konkrétním místě použití a zatížení svodiče v elektroinstalaci.

Z toho důvodu seriózní výrobci svodičů udávají toleranční pole hodnot napětí miliampérového bodu pro každý konkrétní typ svodiče, ve kterém je zajištěna deklarovaná ochranná úroveň (zbytkové přepětí) svodiče. Tuto hodnotu je vhodné kontrolovat minimálně při pravidelných revizích, avšak v důležitých aplikacích i jednou ročně, a to nejlépe po bouřkové sezoně nebo po přímém nebo blízkém úderu blesku. Četnost kontrol je závislá na chráněných hodnotách. Čím větší hodnoty svodič chrání, tím častější kontroly se doporučují. Je i ve vlastním zájmu majitele aplikace mít jistotu, že svodiče přepětí budou správně fungovat a že investice do těchto ochran nepřijdou vniveč.

Další otázkou je, čím a jak hodnotu miliampérového bodu svodičů měřit. Na trhu jsou jednoúčelové přístroje na měření hodnoty miliampérového bodu (např. PM 10 od firmy Dehn + Söhne) nebo testery konkrétního výrobce výlučně pro jeho produkty, ale mnohdy pouze s rozlišením 100 V na jednu indikační diodu LED; to je pro přesné měření hodnoty miliampérového bodu nepoužitelné. Další možností je využití kombinovaných revizních přístrojů.

Protože pořízení jednoúčelového přístroje je poměrně nákladná záležitost a ne každému se vyplatí, pokusil jsem se ověřit možnost měření miliampérového bodu univerzálními měřicími přístroji pro vykonávání revizí v elektroinstalacích. Měl jsem možnost testovat revizní přístroje firmy Gossen-Metrawatt při měření vzorků svodičů přepětí od firmy Dehn + Söhne. Byly to přístroje Profitest 0100S-II, Secutest 0701S a Metriso C. Původně nebyly pro uvedené měření určeny, ale protože jde o velmi kvalitní přístroje, které mnoho revizních techniků již vlastní, rozšíření o možnost měřit svodiče přepětí jistě bude vítáno.

Výsledky měření jsem porovnával s hodnotami naměřenými přístrojem PM 10. Měřené vzorky svodičů přepětí nebyly použity, tj. byly přímo z výroby.

U přístroje Profitest byly použity tyto měřicí metody:

• měření izolačního odporu (funkce R_ISO, U_N = 500 V) – měří se po krátkém stisku tlačítka start – automatický cyklus,

• měření izolačního odporu (funkce U_ISO rostoucí) – měří se při stisknutém tlačítku start plynule se zvyšujícím měřicím napětím až do jeho ustálení na maximální hodnotě (měřicí napětí je zobrazeno po dobu měření a následného vybíjení, nato je zobrazen výsledný izolační odpor),

• měření izolačního odporu (funkce R_ISO, U_N = 500 V) – měří se po delším stisku tlačítka start až do ustálení měřicího napětí, po jeho uvolnění doběhne automatický cyklus (měřicí napětí je zobrazeno po dobu měření a následného vybíjení, pak je zobrazen výsledný izolační odpor).

U přístroje Metriso C byly použity tyto měřicí metody:

• měření izolačního odporu (funkce R_ISO, U_N = 500 V) – měří se po krátkém stisku tlačítka start – automatický cyklus (měřicí napětí je zobrazeno po dobu měření a následného vybíjení, pak je zobrazen výsledný izolační odpor),

• měření izolačního odporu (funkce R_ISO, U_N = 1 000 V) – měří se po krátkém stisku tlačítka start – automatický cyklus (měřicí napětí je zobrazeno po dobu měření a následného vybíjení, pak je zobrazen výsledný izolační odpor).

U přístroje Secutest byla použita tato měřicí metoda z nabídky menue:

• měření izolačního odporu (funkce R_ISO, U_N = 540 V) – měří se při stisknutém tlačítku start až do ustálení měřicího napětí (měřicí napětí i odpovídající izolační odpor jsou průběžně zobrazeny).

Zapojení svodičů při měření:

• DEHNguard mezi vstup a výstup,

• Blitzductor podle typu v několika krocích. Svorky jsou označeny na vstupu 1 a 2, na výstupu 3 a 4. Zemnění je označeno E. Symbol ® znamená měření mezi uvedenými svorkami. Označení 1®2/3-4 znamená měření mezi svorkami 1 a 2 při současně vodivě propojených svorkách 3 a 4. Měření se vždy opakuje s opačnou polaritou. Výsledky v obou polaritách mají vykazovat minimální rozdíl (většinou jsou totožné). U většího rozdílu je třeba v posouzení správné funkce svodiče přepětí postupovat již opatrněji. Výsledky měření jsou uvedeny v tab. 1 a v tab. 2 (vždy jeden údaj pro obě polarity).

Tab. 1. Řada Red Line – pro ochranu napájecí soustavy nn

Během měření bylo zjištěno, že při použití Profitestu standardním způsobem (tj. při automatickém cyklu po krátkém stisku tlačítka start) měřicí napětí přeběhne tak rychle, že je není možné najednou přečíst. Měření muselo být několikrát opakováno se zaznamenáváním jednotlivých číslic. Tento problém byl dodatečně odstraněn přidržením tlačítka start (prodloužením doby měření) do ustálení měřicího napětí. Zmíněný postup není v dokumentaci přístroje uveden a byl použit až po konzultaci s pracovníkem firmy Gossen-Metrawatt Wolfgangem Kühnelem. Zvolený postup však nefunguje u malých hodnot. Tam i při trvale stisknutém tlačítku start proběhne celý cyklus tak rychle, že hodnotu měřicího napětí nelze zjistit ani po jednotlivých číslicích.

Měření Metrisem C bylo bezproblémové. Měřicí napětí bylo zobrazeno po dostatečně dlouhou dobu, aby je bylo možné s naprostou jistotou číst, a to i u malých hodnot.

Tab. 2. Řada Yellow Line – pro ochranu datových a informačních sítí

Měření Secutestem bylo rovněž bezproblémové, protože přístroj průběžně současně zobrazuje po celou dobu měření měřicí napětí i výsledný izolační odpor.

Z výsledků uskutečněných měření vyplývá, že u Profitestu není vhodná metoda měření izolačního odporu (funkce U_ISO rostoucí). Tam se výsledky značně liší. Pro vyzkoušení této metody bylo určující obdobné vnější chování přístroje PM 10, kde měřicí napětí na displeji rovněž roste od 0 V, až se ustálí na změřené hodnotě. Při podrobnějším prozkoumání přístroje PM 10 bylo zjištěno, že i při měření používá konstantní proud, ale oproti Profitestu a Metrisu má poněkud tvrdší zdroj. Tomu odpovídá i lepší shoda výsledků měření s PM 10 a Secutestem, který je při měření napájen přímo ze sítě, a ne z baterií jako všechny ostatní přístroje.

Rozdíly naměřených hodnot mezi jednotlivými přístroji jsou zanedbatelné ze dvou důvodů:

1. Ani přístroj PM 10 při opakovaných měřeních nedává vždy naprosto shodné výsledky. Rozdíl bývá 0 až 2 V, zřejmě jako reakce varistoru na zatížení při měření.

2. Maximální rozdíl od PM 10 byl 10 V, ale výsledek se pohyboval uprostřed tolerančního pole. Pouze v případech, kdy by naměřené hodnoty byly na hranici tolerančního pole (zvláště u DEHNguardu), byla by na místě opatrnost při vyhodnocování funkčnosti svodiče. Hodnoty na hranici tolerančního pole by naznačovaly provozní opotřebení varistoru, a tedy pravděpodobnou potřebu jeho brzké výměny.

V případě pochybností nebo reklamace by bylo nutné dotyčné svodiče přeměřit měřicím přístrojem výrobce, tj. v tomto případě PM 10 (např. po domluvě se zastoupením Dehn + Söhne ČR).

Obr. 2. Příklad svodiče pro rozvodné sítě vn

Závěrem lze tedy konstatovat, že pro běžně se vyskytující svodiče přepětí firmy Dehn + Söhne v elektroinstalacích nn (DEHNguard 275 a jeho vícefázové zapojení DEHNguard TN-C a TN-S) je ke kontrole funkčnosti možné použít všechny uvedené přístroje. Pro měření svodičů třídy D (nově typ 3) – jemná ochrana, je možné kromě PM 10 použít pouze přístroj Metriso C s měřicím napětím 1 000 V. Tyto svodiče mají toleranční pole miliampérového bodu 486 až 600 V mezi vodiči L-N z důvodu koordinace se svodiči třídy C (nově typ 2). Uvedené hodnoty jsou již mimo možnosti přístrojů Profitest a Secutest. Naproti tomu lze tuto vlastnost využít při měření izolačního odporu instalace 500 V mezi vodiči L-N, kdy je možné zmíněnou veličinu měřit bez odpojení svodičů třídy D (které se mohou vyskytovat přímo v zásuvkách). Teprve kdyby měření nebylo vyhovující, je nutné svodiče odpojovat (stačí pouze vodič L nebo N). Pozor však na vnitřní zapojení svodičů! Svodiče s indikací stavu diodou LED mají mezi vodičem L a N přímo zapojenou diodu LED. Tam se neměří hodnota miliampérového bodu varistoru, ale hodnota diody LED. V těchto případech není možné bez demontáže pouzdra svodiče a měření uvnitř svodiče kontrolovat výkonné polovodiče vlastního svodiče ani přístrojem PM 10. Hodnoty izolačního odporu instalace mezi vodiči L-PE a N-PE je možné měřit 500 V vždy bez problémů. Svodiče třídy D (nově typ 3) mají v tomto směru zařazenu bleskojistku. Vyrovnávají pouze příčná přepětí mezi vodiči L-N. S jiným zapojením jsem se dosud nesetkal. Přesto doporučuji vnitřní zapojení svodiče předem ověřit, obzvláště jde-li o výrobky méně známých firem.

S těmito přístroji lze rovněž ověřit svodič přepětí informačních sítí Blitzductor CT BD 110 pro ochranu telefonní linky, se kterým se v budovách revizní technik setká asi nejčastěji.

Přístroji Profitest 0100S-II, Secutest 0701S a Metriso C firmy Gossen-Metrawatt lze tedy nejen vykonávat měření deklarovaná výrobcem, ale i ověřovat stav svodičů přepětí. Tato skutečnost umožní revizním technikům poskytovat komplexní a kvalitní služby, aniž by jim neúměrně vzrostly náklady na měřicí techniku.

Obsah článku byl konzultován s panem Janem Hájkem ze zastoupením firmy Dehn + Söhne ČR.

Případné dotazy lze adresovat autorovi článku na e-mail: mkaucky.kmt@tiscali.cz

Zájemci mohou své dotazy konzultovat také přímo s odborníky v expozicích firem Dehn + Söhne (hala 2, stánek A4) a JHS Elektro (hala 5, stánek A11) na veletrhu Amper na výstavišti PVA v Letňanech v době od 4. do 7. dubna 2006.