Princip a měření impedance poruchové smyčky

Princip měření impedance smyčky je ve všech měřicích přístrojích použit shodný. Měřič impedance je připojen mezi fázový vodič L a vodič PE (případně mezi L a N pokud se měří impedance sítě). Po zahájení měření přístroj změří nejprve napětí zdroje naprázdno U1. Potom do obvodu připojí zatěžovací odpor RZ , kterým proteče měřicí proud I a zároveň změří napětí U2 v obvodu při zatížení. Rozdíl U1 -  U2  je úbytek napětí na měřené impedanci Z při průtoku proudu I a přístroj vyhodnotí impedanci jako:

Je zřejmé, že čím menší je impedance smyčky, tím menší je úbytek napětí na ní, což lze korigovat zvýšením měřicího proudu I. Dále je třeba si uvědomit, že napětí U1 a U2  jsou napětí sítě, tzn. asi 230V a rozdíl mezi nimi se pro impedance menší než 1Ω pohybuje v závislosti na velikosti měřicího proudu v nejlepším případě řádově v jednotkách voltů.

Na přesnost měření takto malých napěťových rozdílů mají samozřejmě vliv jakékoliv rušivé jevy v síti a velké nároky jsou také kladeny na elektronické měřicí obvody přístroje. Proto čím menší je měřená impedance, s tím větší nejistotou (chybou) je měření provedeno.  

Princip měření impedance poruchové smyčky

Zajištění bezpečnosti a zvýšení přesnosti při měření
Vzhledem k tomu, že pro měření úbytku napětí na impedanci je nutno provést dvě po sobě jdoucí měření napětí v síti, je zřejmé, že na výsledek měření má značný vliv jakákoliv nestabilita síťového napětí, zkreslení jeho sinusového průběhu nebo rušení v síti. Konstruktéři měřicích přístrojů se s těmito problémy vypořádávají různým způsobem.

Nejstarší měřicí přístroje řešily problém eliminace rušivých jevů v síti tím, že měření probíhalo delší dobu, aby byl získán průměrný výsledek. Tento postup měl ale negativní vliv na zachování bezpečnosti při měření, neboť během měření je fázové napětí připojeno na ochranný vodič, a pokud jeho impedance není dostatečně malá, objeví se na částech spojených s PE obvodem, např. na neživých částech spotřebičů připojených k síti, nebezpečné napětí.

Moderní přístroje musí být proto konstruovány tak, aby buď neustále kontrolovaly během měření dotykové napětí na PE vodiči a automaticky přerušily měření, dosáhne-li nebezpečné hodnoty nebo měření musí probíhat jen po tak krátkou dobu, že i při výskytu nebezpečného dotykového napětí v PE obvodu nemůže dojít k úrazu elektrickým proudem. Tento druhý způsob je u současných měřicích přístrojů převládající.

Měřicí přístroje používají dvou pracovních postupů pro zjištění úbytku napětí na impedanci smyčky:
a) Měření jednou polovinou periody síťového kmitočtu, kdy při první půlvlně v síti je měřeno napětí bez zatížení zdroje a během následující půlvlny shodné polarity dojde k připojení zatěžovacího odporu do obvodu a měření napětí a proudu při zatížení. Metoda vyžaduje zatížení obvodu vyšším měřicím proudem, neboť měření probíhá po krátkou dobu.

b) Měření probíhá po dobu celé jedné periody síťového kmitočtu, tedy kladné i záporné půlvlny, což umožňuje snížení měřicího proudu při zachování dostatečné přesnosti měření.

Pro zvýšení přesnosti měření a eliminaci rušivých vlivů se používají i různé jiné metody, např. vyhodnocení průměrné hodnoty z několika po sobě jdoucích měření apod.

Problematika měření impedance poruchové smyčky
Z principu měření impedance poruchové smyčky a požadavků na toto měření kladených, vyplývají následující závěry:

1. Při měření je nutno dosáhnout dostatečné, pokud možno co nejvyšší přesnosti měření pro relativně malé hodnoty impedance. Zvyšování měřicího proudu naráží na omezení v měřicím přístroji (zvětšování rozměrů zatěžovacího odporu, odvod vznikajícího tepla apod.) i v síti (nadměrné zatěžování sítě a omezení daná jistícími prvky, tzn. dimenzování pojistek a jističů). Dobu měření zase nelze prodlužovat z důvodu zajištění bezpečnosti při měření.

2. Jsou-li v elektrické instalaci použity proudové chrániče, potom měřicí proud, který je pro chránič poruchovým proudem způsobí jeho vybavení a tím je měření znemožněno. Řešením, které se nabízí, je snížení měřicího proudu na takovou úroveň, kdy ještě nedojde k vybavení chrániče. To ovšem vede ke značnému zhoršení přesnosti měření.

Článek je ukázkou sborníku L.P.Elektro č. 51