SI22426A - Merilni pripomoäśek za preverjanje oĺ˝iäśenja nizkonapetostnih elektriäśnih napeljav - Google Patents

Abstract

Merilni pripomoček za preverjanje ožičenja nizkonapetostnih električnih napeljav omogoča hitrejše in enostavnejše izvajanje meritev v končnihzankastih tokokrogih. V kombinaciji s standardnimmerilnim instrumentom izvede merilni pripomoček vseh pet različnih zahtevanih povezav na strani razdelilne omarice. Posebno prednost pomeni hitrejša in enostavnejša izvedba meritev upornosti R1+RN in R1+R2 na električnih vtičnicah v enem koraku, brez prevezovanja v razdelilni omarici, saj je število vtičnic v električni instalaciji običajno zelo veliko. Pomembna značilnost izuma je šeučinkovit in zanesljiv prenos krmilnih signalov od merilnega instrumenta do merilnega pripomočka prek merilnih vezi in merjenih vodnikov.

Description

MERILNI PRIPOMOČEK ZA PREVERJANJE OŽIČENJA NIZKONAPETOSTNIH ELEKTRIČNIH NAPELJAV

Področje tehnike

Izum spada v področje preverjanja in nadzora nizkonapetostnih električnih napeljav, natančneje v področje preverjanja ožičenja v končnih zankastih tokokrogih.

Tehnični problem

Tehnični problem, ki ga rešuje izum, je enostavnejša in hitrejša izvedba preverjanja ožičenja električne napeljave v končnih zankastih tokokrogih, in sicer na tak način, da pri razdelilni omarici ni potrebno večkratno prevezovanje vodnikov opazovanega tokokroga na merilni instrument. Cilj izuma je, da se s pomočjo merilnega pripomočka s samo enkratno fizično povezavo vodnikov zankastega tokokroga pri razdelilni omarici opravijo vsi predpisani preizkusi pravilnosti povezav opazovanega tokokroga. Naloga izuma je tudi zasnova učinkovitega in zanesljivega daljinskega upravljanja merilnega pripomočka prek merilnih vezi in merjenih vodnikov.

Znano stanje tehnike

Preverjanje ožičenja zankastih tokokrogov je obvezen del verifikacije nizkonapetostnih električnih napeljav v večini držav. Pri preverjanju se podrobno pregleda pravilnost povezav faznih, nevtralnih in ozemljitvenih vodnikov. Zahteve za preizkušanje so podane na primer v standardu BS7671, v knjigi Johna VVhitfielda The Electrician’s Guide to the 16th Edition of the IEE VViring Regulations in v mednarodnem standardu za električne hišne napeljave IEC 60364. Podroben opis preverjanja takega tokokroga je podan tudi v priročniku The Inspection and Testing of Electrical Installations.

Po standardnem postopku se preverjanje povezav ožičenja zankastega tokokroga izvede v treh korakih, pri čemer je treba žice na razdelilni omarici prevezati petkrat. V prvem koraku se izmerijo upornosti r1, rN in r2, to je upornosti v zanko povezanih faznih (L), nevtralnih (N) in ozemljitvenih (PE) vodnikov. Na podlagi rezultatov meritev upornosti r1, rN in r2 se izračunajo referenčne vrednosti za naslednja dva koraka preizkusa. Na sliki 1 je prikazan prvi korak meritve po standardnem postopku.

Vseh opravil ni mogoče napraviti v enem koraku, ker je treba za vsako meritev merilni instrument povezati na drug par žic, in sicer:

- za meritev upornosti r1 se merilni instrument priključi s povezavo 110;

- za meritev upornosti rN se merilni instrument priključi s povezavo 111;

- za meritev upornosti r2 se merilni instrument priključi s povezavo 112.

V drugem koraku se izmerijo upornosti R1+RN na električnih vtičnicah. Za meritev je potrebna navzkrižna prevezava faznih (L) in nevtralnih vodnikov (N) pri razdelilni omarici. V tretjem koraku se izmerijo upornosti R1+R2 na električnih vtičnicah. Za meritev je potrebna navzkrižna prevezava faznih vodnikov (L) in ozemljitvenih vodnikov (PE) pri razdelilni omarici. Na podlagi primerjave rezultatov meritev upornosti R1+RN in upornosti R1+R2 z referenčnimi vrednostmi, pridobljenimi v prvem koraku, je mogoče oceniti pravilnost povezav električnih tokokrogov v hišni napeljavi. Drugi in tretji korak meritve po standardnem postopku je prikazan na sliki 2.

V razdelilni omarici je treba v teku postopka narediti ročno naslednji dodatni prevezavi:

-za meritev upornosti R1+RN se izvede prevezava 120, to je povezava priključkov L1 in N2 s priključkoma L2 oziroma N1;

-za meritev upornosti R1+R2 se izvede prevezava 121, to je povezava priključkov L1 in PE2 s priključkoma L2 oziroma PE1.

Pri zgoraj opisanem standardnemu postopku se vse prevezave izvedejo ročno, združevanje meritev ni mogoče. Pomanjkljivosti standardnega postopka so torej:

- dolgo trajanje meritve, saj je treba meritve na električnih vtičnicah izvesti ločeno za vsako prevezavo posebej.

-dokaj kompliciran merilni postopek in zato velika podvrženost napakam pri merjenju.

Daljinsko upravljanje merilnega pripomočka prek merilnih vezi in s pomočjo visokofrekvenčnega signala je opisano v patentu SI20440. Visokofrekvenčni signal se lahko uspešno prenaša na razdalji do nekaj metrov, to pomeni, da je primeren za krmiljenje različnih pripomočkov prek standardnih priključnih merilnih kablov, za daljše razdalje pa ni primeren.

Merilni pripomoček po izumu rešuje zgoraj opisane pomanjkljivosti, to pomeni, da zagotavlja hitrejšo, pa tudi enostavnejšo in zato bolj zanesljivo izvedbo preskusa ožičenja.

Opis rešitve tehničnega problema

Zastavljeni tehnični problem je rešen s samostojnim merilnim pripomočkom, ki v kombinaciji z merilnim instrumentom omogoča hitrejši in enostavnejši postopek izvedbe zahtevanih meritev pri preverjanju ožičenja nizkonapetostne električne napeljave. Merilni pripomoček zagotavlja, da se na strani razdelilne omarice po prejemu ukazov iz merilnega instrumenta izvedejo potrebne povezave. Komunikacija od merilnega instrumenta do pripomočka poteka preko merilnih vezi instrumenta neposredno, pa tudi preko faznih, nevtralnih in ozemljitvenih vodnikov merjenega tokokroga.

Pomembna značilnost daljinskega upravljanja po izumu je, da se kot generator krmilnih signalov za merilni pripomoček lahko uporabi poljuben izvor signala v merilnem instrumentu, ki omogoča generiranje signalov s frekvenco od 0,5 Hz do nekaj kHz. V običajnih merilnikih nizkonapetostnih električnih napeljav je na voljo več takšnih izvorov. Če je signal izmeničen in ustrezno nizke frekvence, se brez problemov prenaša tudi po vodnikih v enem tokokrogu, in to praktično na neomejenih razdaljah. Ustrezno zaključitev tokokroga zagotovijo že predpisane merilne vezave in prevezave.

Merilni pripomoček za preverjanje ožičenja nizkonapetostnih električnih napeljav po izumu je v nadaljevanju podrobneje opisan s pomočjo naslednjih slik, na katerih so prikazani:

Slika 1 - Vezalna shema za prvo skupino meritev, to je za meritve upornosti r1, rN in r2, po standardnem postopku;

Slika 2 - Vezalna shema za drugo skupino meritev, to je za meritve upornosti R1+RN in R1+R2, po standardnem postopku;

Slika 3 - Vezalna shema za prvo skupino meritev s pomočjo merilnega pripomočka po izumu;

Slika 4 - Vezalna shema za drugo skupino meritev s pomočjo merilnega pripomočka po izumu;

Slika 5 - Blokovna shema izvedbenega primera merilnega pripomočka za trižični enofazni zankasti tokokrog;

Slika 6 - Blokovna shema merilnega instrumenta;

Slika 7 - Prikaz tokokroga za daljinsko krmiljenje stikal v merilnem pripomočku.

Simboli, uporabljeni na slikah in v opisu, pomenijo:

r1: upornost faznega vodnika med točkama L1 in L2 v zankastem tokokrogu; rN: upornost nevtralnega vodnika med točkama N1 in N2 v zankastem tokokrogu; r2: upornost ozemljitvenega vodnika med točkama PE1 in PE2 v zankastem tokokrogu;

R1+RN: upornost med faznim priključkom (L) in nevtralnim priključkom (N) na merilnem mestu pri navzkrižni povezavi vodnikov L in N v razdelilni omarici; (R1+RN)max: najvišja upornost R1+RN, izmerjena vzdolž tokokroga;

R1+R2: upornost med faznim priključkom (L) in ozemljitvenim priključkom (PE) na merilnem mestu, pri navzkrižni povezavi vodnikov L in PE v razdelilni omarici; (R1+R2)_Max: najvišja upornost R1+R2, izmerjena vzdolž tokokroga;

L1: prvi konec faznega vodnika v zankastem tokokrogu;

L2: drugi (nasprotni) konec faznega vodnika v zankastem tokokrogu;

N1: prvi konec nevtralnega vodnika v zankastem tokokrogu;

N2: drugi (nasprotni) konec nevtralnega vodnika v zankastem tokokrogu;

PE1: prvi konec ozemljitvenega vodnika v zankastem tokokrogu;

PE2: drugi (nasprotni) konec ozemljitvenega vodnika v zankastem tokokrogu.

Merilni pripomoček po izumu zagotavlja vse potrebne povezave merjenih vodnikov na merilni instrument s pomočjo stikalnega polja in sprejemnega sklopa za krmilne signale za stikala v stikalnem polju. Krmilne signale sprejema pripomoček preko priključnega mesta merilnega instrumenta. Pri merjenju upornosti posameznih vodnikov, to je upornosti faznih, nevtralnih in ozemljitvenih vodnikov, je priključno mesto za merilni instrument za to predvideni merilni priključek na merilnem pripomočku. Za meritve upornosti med faznim priključkom in nevtralnim priključkom na posameznih merilnih mestih ter med faznim priključkom in ozemljitvenim priključkom na posameznih merilnih mestih se krmilni signali prenašajo prek merilnih vezi in merjenih priključkov ter vodnikov preizkušanega tokokroga. Za povezavo na zankasti tokokrog ima merilni pripomoček predvideno vrsto priključnih sponk, ki se priključijo na sponke zankastega tokokroga v razdelilni omarici.

Končni zankasti tokokrogi so prvenstveno trižični enofazni, lahko pa so tudi večfazni. Pri slednjih je treba pri preverjanju zagotoviti množico kombinacij prevezav. Za jasnejši prikaz zasnove in delovanja merilnega pripomočka je v nadaljevanju opisan izvedbeni primer merilnega pripomočka za enofazni trižični končni zankasti tokokrog.

Blokovna shema izvedbenega primera merilnega pripomočka za trižični enofazni zankasti tokokrog je prikazana na sliki 5. Merilni pripomoček ima naslednje sestavne dele: pet stikal, s katerimi se naredijo prevezave, sprejemni sklop za krmilne signale za stikala, dva upora, vhod za merilni instrument ter priključne sponke za povezavo merjenih vodnikov na merilni pripomoček.

Stikalo 105, ki ima svoja dva kontakta povezana na točki L1 oziroma L2 v zankastem tokokrogu, se aktivira za meritev upornosti r1 faznega vodnika. Stikalo 108, ki ima svoja dva kontakta povezana na točki N1 oziroma N2 v zankastem tokokrogu, se aktivira za meritev upornosti rN nevtralnega vodnika. Stikalo 109, ki ima svoja dva kontakta povezana na točki PE1 oziroma PE2 v zankastem tokokrogu, se aktivira za meritev upornosti r2 ozemljitvenega vodnika.

Stikala 105, 108 in 109 imajo po dva vklopna kontakta. Vsi prvi kontakti stikal 105, 108 in 109 so vezani direktno na prvo sponko vhoda 113 za signale iz merilnega instrumenta 103, vsi drugi kontakti stikal 105, 108 in 109 so vezani na drugo sponko vhoda 113. Tokokrog za krmilni signal za upravljanje stikal 105, 108 in 109 poteka od druge sponke vhoda 113 prek tokovnega transformatorja 106 in prek upora 107 do prve sponke vhoda 113.

Stikalo 116 se aktivira za meritev upornosti R1+RN med faznim priključkom in nevtralnim priključkom na merilnem mestu. Stikalo 116 ima dva vklopna kontakta, od katerih je prvi povezan na prvi konec L1 faznega vodnika, drugi pa na drugi konec L2 faznega vodnika. Ob aktiviranju stikala 116 se konca L1 in L2 faznega vodnika povežeta na preklopna kontakta stikala 119. V neaktiviranem stanju stikala 119 povezuje njegov prvi preklopni kontakt prvi konec L1 faznega vodnika z drugim koncem N2 nevtralnega vodnika, njegov drugi preklopni kontakt pa povezuje drugi konec L2 faznega vodnika s prvim koncem N2 nevtralnega vodnika. Za meritev upornosti R1+RN se merilni instrument 103 priključi med točki L in N tokokroga v preverjanju, na primer na električni vtičnici 115, kot prikazuje slika 4. Tokokrog za krmilni signal za aktiviranje stikala 116 poteka od konca N1 nevtralnega vodnika prek tokovnega transformatorja 106 in upora 117 do konca L2 faznega vodnika. Tokokrog za krmilni signal za deaktiviranje stikala 116 je sklenjen prek kontaktov stikala 116 in stikala 119.

Za meritev upornosti R1+R2 med faznim priključkom in ozemljitvenim priključkom na merilnem mestu se aktivirata stikali 116 in 119. Sklenjena vklopna kontakta stikala

116 povežeta konca L1 in L2 faznega vodnika na preklopna kontakta stikala 119. V aktiviranem stanju stikala 119 povezuje njegov prvi preklopni kontakt prvi konec faznega vodnika L1 z drugim koncem PE2 ozemljitvenega vodnika, njegov drugi preklopni kontakt pa povezuje drugi konec faznega vodnika L2 s prvim koncem PE1 ozemljitvenega vodnika. Za meritev upornosti R1+R2 se merilni instrument 103 priključi med priključka L in PE tokokroga v preverjanju, kot je prikazano na sliki 4. Tokokrog za krmilni signal za aktiviranje stikal 116 in 119 poteka od konca N1 nevtralnega vodnika prek tokovnega transformatorja 106 in upora 117 do konca L2 faznega vodnika. Tokokrog za krmilni signal za deaktiviranje stikal 116 in 119 je sklenjen prek kontaktov stikal 116 in 119.

Krmilni signali za aktiviranje oziroma deaktiviranje stikal se v merilni pripomoček 102 privedejo na isti vhod kot merilni signali. Tokokrog krmilnega signala je prikazan na sliki 7. Kot izvori krmilnega signala se lahko uporabijo obstoječi napetostni in tokovni viri v merilnem instrumentu 103, na primer napetostni vir 104, ki je izvor signala za merjenje upornosti in ki ima tokovno zmogljivost nekaj mA. Signal 125 za krmiljenje merilnega pripomočka 102 je primerno kodiran, na primer pravokotni signal spremenljive frekvence. Krmilni signal se prenaša iz izvora 104 po notranjih povezavah 128 merilnega instrumenta, po merilnih vezeh 129 merilnega instrumenta, po merjenih vodnikih 130 in po notranjih povezavah 131 v merilnem pripomočku. Sprejemni sklop za krmilne signale v merilnem pripomočku je realiziran s preprostim tokovnim transformatorjem 106, ojačevalnikom 127 in odločitvenim vezjem 118. Tokovni transformator 106 je ustrezen senzor zaradi tega, ker praktično ne vpliva na merilne signale, ki tečejo v vodnikih, ki jih zajema, in zato ne vpliva na rezultat meritev. Izmenični del krmilnega signala se prek tokovnega transformatorja 106 in ojačevalnika 127 primerno pretvori ter se prenese v odločitveno vezje 118, ki realizira ukaz, to pomeni, da aktivira določeno stikalo oziroma ustrezno kombinacijo stikal, predvidenih za izbrano meritev.

Delovanje merilnega pripomočka je podrobneje opisano v nadaljevanju v okviru predstavitve potekov meritev.

Priprava za meritev upornosti r1, rN in r2 s pomočjo pripomočka po izumu Tako kot pri standardnem postopku je treba žice preverjanega tokokroga v razdelilni omarici pred meritvijo razvezati. V razdelilni omarici 101 so tako dostopne žice L1, L2, N1, N2, PE1, PE2. Merilni pripomoček 102 se priključi na naštete vodnike zankastega tokokroga v razdelilni omarici ter na merilni instrument 103. Povezave so prikazane na sliki 3.

Potek meritve upornosti r1

Na merilnem instrumentu 103 se požene meritev upornosti r1. Napetostni vir 104 generira krmilni signal za merilni pripomoček 102. Krmilni signal teče skozi tokovni transformator 106 ter prek ojačevanika 127 v odločitveno vezje 118, ki prepozna ukaz in aktivira stikalo 105. Merilni instrument 103 nato izvede meritev upornosti. Po končani meritvi merilni instrument 103 generira ukaz za sprostitev vseh stikal.

Potek meritve upornosti rN

Priključitev merilnega pripomočka 102 in merilnega instrumenta 103 je enaka kot pri meritvi upornosti r1. Na merilnem instrumentu 103 se požene meritev upornosti rN. Napetostni vir 104 v merilnem instrumentu 103 generira krmilni signal za pripomoček 102. Krmilni signal vsebuje ukaz za aktiviranje stikala 108 in teče skozi tokovni transformator 106. Odločitveno vezje 118 prepozna ukaz in aktivira stikalo 108. Merilni instrument 103 nato izvede meritev upornosti rN. Po končani meritvi merilni instrument 103 generira ukaz za sprostitev vseh stikal.

Potek meritve upornosti r2

Priključitev merilnega pripomočka 102 in merilnega instrumenta 103 je enaka kot pri meritvi upornosti r1. Na merilnem instrumentu 103 se požene meritev upornosti r2. Napetostni vir 104 v merilnem instrumentu 103 generira krmilni signal za pripomoček 102. Krmilni signal vsebuje ukaz za aktiviranje stikala 109 in teče skozi tokovni transformator 106. Odločitveno vezje 118 prepozna ukaz in aktivira stikalo 109. Merilni instrument 103 nato izvede meritev upornosti r2. Po končani meritvi merilni instrument 103 generira ukaz za sprostitev vseh stikal.

Priključitev merilnega instrumenta je za meritve upornosti r1, rN in r2 enaka, zato se lahko vse tri meritve združijo in opravijo v enem koraku. Merilni instrument lahko znotraj ene merilne funkcije opravi primerjavo rezultatov z mejnimi vrednostmi ter izračuna primerjalne vrednosti (r1+rN)/4 in (r1+r2)/4, ki nastopajo kot referenčne vrednosti v nadaljevanju preskusa.

Potek meritve upornosti R1+RN

Merilni pripomoček 102 je priključen na v razdelilni omarici dostopne žice tokokroga v preverjanju. Merilni instrument 103 se priključi med priključka L in N tokokroga v preverjanju. Običajna priključna točka je električna vtičnica, na primer vtičnica 115.

Primer povezave za meritev je prikazan na sliki 4. Na merilnem instrumentu 103 se požene meritev upornosti R1+RN. Napetostni vir 104 v merilnem instrumentu 103 generira krmilni signal za merilni pripomoček 102. Krmilni signal vsebuje ukaz za aktiviranje stikala 116 in teče preko merilnih vezi merilnega instrumenta, preko preizkušane vtičnice, po njenih povezavah do priključkov z merilnim pripomočkom in v merilnem pripomočku skozi tokovni transformator 106. Odločitveno vezje 118 prepozna ukaz in aktivira stikalo 116. Merilni instrument 103 nato izvede meritev upornosti. Po končani meritvi merilni instrument 103 generira ukaz za sprostitev vseh stikal.

Potek meritve upornosti R1+R2

Povezava merilnega pripomočka 102 na vodnike tokokroga v preverjanju je enaka kot pri meritvi upornosti R1+RN. Merilni instrument 103 se priključi med priključka L in PE tokokroga v preverjanju. Običajna priključna točka je električna vtičnica, na primer vtičnica 115. Povezava je prikazana na sliki 4. Na merilnem instrumentu 103 se požene meritev R1+R2. Napetostni vir 104 v merilnem instrumentu 103 generira krmilni signal za merilni pripomoček 102. Krmilni signal, ki vsebuje ukaz za aktiviranje stikal 116 in 119, teče preko merilnih vezi merilnega instrumenta, preko preizkušane vtičnice, po njenih povezavah do priključkov z merilnim pripomočkom in v merilnem pripomočku skozi tokovni transformator 106. Odločitveno vezje 118 prepozna ukaz in aktivira stikali 119 in 116. Merilni instrument 103 nato izvede standardno meritev upornosti. Po končani meritvi merilni instrument 103 generira ukaz za sprostitev vseh stikal.

Če merilni instrument podpira meritev upornosti med merilnimi sponkami L in N ter L in PE, je mogoče meritev na vtičnici izvesti z merilnim kablom z ustreznim vtikačem. Ker merilni pripomoček na ukaz merilnega instrumenta prek merjenih vodov izvede potrebne navzkrižne prevezave v razdelilni omarici, se lahko meritvi upornosti R1+RN in upornosti R1+R2 izvedeta v enem koraku. Merilni instrument lahko v okviru koraka opravi tudi primerjavo rezultatov z referenčnimi vrednostmi ((r1+rN)/4, (r1+r2)/4) in si zapomni najvišja rezultata (R1+R2)max, (R1+RN)max- Dobljene vrednosti upornosti R1+RN ter R1+R2 so primerljive z ustreznimi referenčnimi vrednostmi, če so priključki pravilno in dobro povezani, kar gotovo velja za vtičnice, sicer pa se pojavi znatno odstopanje.

Claims (4)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Merilni pripomoček za preverjanje ožičenja v končnih zankastih tokokrogih nizkonapetostnih električnih napeljav, ki vsebuje množico priključnih sponk, stikalno polje ter sprejemni sklop za krmilne signale za stikala v stikalnem polju, za katerega je značilno, da

   - priključne sponke omogočajo priklop merilnega pripomočka na vse sponke preizkušanega končnega zankastega tokokroga v razdelilni omarici in na merilni instrument,

   - stikalno polje vsebuje skupino vklopno/izklopnih stikal, ki so namenjena za izvedbo povezav posameznih faznih, nevtralnih in ozemljitvenih vodnikov na priključek za merilni instrument, pri čemer se vsako izmed vklopno/izklopnih stikal sklene na svoj ukaz, poslan iz merilnega instrumenta, in s tem omogoči izvedbo meritve upornosti vodnika, na katerega je priključeno;

   - stikalno polje vsebuje skupino kombinacij stikal, ki so namenjene za izvedbo navzkrižnih povezav koncev faznih vodnikov s konci nevtralnih vodnikov ter navzkrižnih povezav koncev faznih vodnikov s konci ozemljitvenih vodnikov v tokokrogih posamičnih faz, tako da kombinacije stikal omogočajo izvedbo meritev upornosti med faznim priključkom in nevtralnim priključkom ter upornosti med faznim priključkom in ozemljitvenim priključkom na posameznih merilnih mestih končnega zankastega tokokroga v preverjanju.
2. 2. Merilni pripomoček po zahtevku 1, za katerega je značilno, da kombinacija stikal sestoji iz dveh stikal, povezanih v serijo, pri čemer je prvo stikalo vklopno/izklopno stikalo, drugo stikalo pa je preklopno stikalo.
3. 3. Merilni pripomoček po zahtevku 1, za katerega je značilno, da sprejemni sklop za krmilne signale iz merilnega instrumenta vsebuje tokovni transformator in odločitveno vezje in da sprejemni sklop sprejme krmilne signale preko priključnega mesta merilnega instrumenta.
4. 4. Merilni pripomoček po zahtevku 1 in 2, za katerega je značilno, da sprejema krmilne signale iz merilnega instrumenta bodisi prek merilnih vezi v neposredni povezavi z merilnim instrumentom ali pa prek merilnih vezi in merjenih priključkov ter vodnikov končnega zankastega tokokroga v preverjanju.