Installasjonstest med Fluke 1650 tester på IT anlegg i drift

Transkript

1 Installasjonstest med Fluke 1650 tester på IT anlegg i drift Utføring av testene Spenningsmålinger Testeren kan brukes som et multimeter hvor spenning og frekvens kan vises samtidig ved å sette rotasjonsbryteren til V. Alle spenningsmålinger utføres mellom den røde L- og den grønne PEinngangen. Det er ikke nødvendig å trykke TEST knappen. Ved bruk av testledningene kobles rød testledning til L-inngangen (rød) og grønn testledning til PEinngangen (grønn). Spenningsmålinger kan også utføres med nettestledningen. Ved måling av spenningen mellom fasene kobles rød leder til L-inngangen (rød) og blå leder til PE-inngangen (grønn). Støpselet settes i en stikkontakt og måling foretas. I et IT-nett er denne spenningen rundt 230 V. Ved måling av spenning mellom fase og jord kobles rød leder til L-inngangen (rød), blå leder til N-inngangen (blå) og grønn leder til PE-inngangen (grønn), og støpselet settes i stikkontakten. Snu støpselet for å måle spenningen mellom den andre fasen og jord. I et IT-nett er normalt spenningen mellom hver av fasene og jord rundt 130 V. Denne spenningen kan variere fordi den kapasitive bindingen hver fase har til jord kan endre seg eller fordi det eksisterer en feilsituasjon. Sløyfeimpedansmålinger Fluke 1650-serien kan utføre to typer sløyfeimpedansmålinger på et IT system; fase til fase eller fase til jord. For å måle fase til fase settes rotasjonsbryteren til Zi og måleområde L-N velges med funksjonstast F1. For å kompensere for motstanden i testledningene må 3 ledere tilkobles, kortsluttes og ZERO trykkes. Ved bruk av testledningene kobles rød testledning til L-inngangen (rød) og blå testledning til N-inngangen (blå). Ved bruk av nettestledningen med støpsel kobles rød leder til L-inngangen (rød) og blå leder til N-inngangen (blå) og støpselet settes i stikkontakten. Trykk TEST knappen for å starte testen.

2 En impedansmåling mellom fase og jord i et IT-nett er avhengig av tilstanden til IT-nettet. På et friskt anlegg skal det være en veldig høy impedans. Lave impedansverdier kan være forårsaket av en kortsluttet disneyter, laster koblet til systemet eller at det eksisterer en førstefeil tilstand. Dette er ikke en vanlig test fordi systemets tilstand må være kjent før betydningen av resultatet kan avgjøres. For å utføre en måling mellom fase og jord settes rotasjonsbryteren til Z I og L-N velges med funksjonstast F1. For å kompensere for motstanden i testledningene, må alle tre lederne tilkobles, kortsluttes og ZERO trykkes. Ved bruk av testledningene kobles rød leder til L-inngangen (rød) og den blå lederen til N-inngangen (blå). Testledningene kobles mellom fase og jord på kretsen som testes. Ved bruk av nettestledningen kobles rød leder til L-inngangen (rød) og grønn leder til N-inngangen (blå), la den blå lederen være frakoblet og sett støpselet i stikkontakten. Trykk TEST for å starte testen. Hvis spenningen mellom fase og jord er mindre enn 100V vil du ikke få avlest impedansen. Snu støpselet for å teste den andre fasen. Disse testene vil utløse eventuelle jordfeilbrytere. Proben med innebygd testknapp kan brukes for alle typer sløfeimpedanstest. Testknappen på proben har samme funksjon som å trykke på TEST knappen på instrumentet. På denne måten kan testen startes når probene holdes. Test av jordfeilbrytere (RCD test) Alle jordfeilbrytere er utstyrt med en testknapp. Ved å trykke på denne knappen genereres en strøm gjennom strømspolen internt i jordfeilbryteren, og det testes om den er i orden. Testen forteller ikke om jordfeilbryteren fungerer i den installasjonen den er satt i, eller om den utløses innenfor den korrekte karakteristikken. Fluke 1650-serien testere kan måle både utløserkarakteristikken og verifisere at jordfeilbryteren fungerer korrekt i installasjonen. Fluke 1650-serien kan utføre to typer målinger: utløsertid og utløserstrøm. Ved test av utløsertid ( T) drives den valgte strømmen og tiden før bryteren utløses blir målt. Ved test av utløserstrøm (I N ) drives strømmer fra 50 % til 110 % av den valgte strømmen for å avgjøre hvilken strøm som utløser bryteren. Begge testene viser også den maksimale feilspenningen som oppstår under testen. For å måle utløsertiden settes rotasjonsbryteren til T. Velg jordfeilbryterens merkestrøm ( ma) med F1 tasten. Velg strømmultiplikator (x1/2, x1, x5) med F2 tasten. Velg jordfeilbrytertype (AC, A, AC & S, eller A & S) med F3 tasten. Velg startfase (0 eller 180 ) med F4 tasten. Trykk TEST for å starte testen. For å måle utløserstrømmen settes rotasjonsbryteren til I N. Velg jordfeilbryterens merkestrøm ( ma) med F1 tasten. Velg jordfeilbrytertype (AC, A, AC & S, eller A & S) med F3 tasten. Velg startfasen (0 eller 180 ) med F4 tasten. Trykk TEST for å starte testen. Begge målingene kan utføres i panelet eller i en stikkontakt. For å måle i panelet kobles testledningene som beskrevet i figuren under. Med alle lastene på denne kretsen frakoblet blir resultatet en korrekt måling av karakteristikken til jordfeilbryteren. For å måle i en stikkontakt brukes adapteren mellom N- og PEinngangene. Bruk nettestledningen og koble rød leder til L-inngangen (rød) og grønn leder til adapteren før støpselet settes i stikkontakten. Trykk TEST for å starte testen. Snu støpselet for å teste den andre fasen. Hvis resultatet er det samme i begge målingene er ikke resultatet påvirket av lekkstrømmer i kretsen. Hvis resultatene er forskjellige kan årsaken være at det går lekkstrømmer i kretsen. Rett måleverdi er omtrent gjennomsnittet av de to målingene. Grunnleggende teori for et IT-nett Spenning En sinusformet vekselspenning kan beskrives som i fig. 1. Vi tenker oss en spenningsvektor, Û, som roterer rundt i et plan. I et 50 Hz spenningsnett er omdreiningstiden 20 ms.

3 Vektoren roterer 360 grader eller 2π radianer, som er en periode. I neste periode gjentar det hele seg og vi får et periodisk signal. Vi kan avlese spenningens momentanverdi med et instrument som måler spenningen ved hvert tidspunkt. Momentanverdier er ofte beskrevet med små bokstaver (u= spenningens momentanverdi). Når spenningsvektoren har foretatt en rotasjon avsetter den momentanverdiene langs en tidsakse. Vi får et sinusformet periodisk signal. Et håndholdt instrument med en numerisk skjerm måler bare effektivverdien (rms verdien). Denne verdien brukes i effektberegninger. U eff er den effektive verdien til spenningen. Forholdet mellom spenningens toppverdi og effektivverdi vil alltid være roten av 2 for en sinusformet kurve. U eff = Û 2 Strøm ved lineære belastninger Strøm vil flyte i en lukket krets hvor vi har en spenningskilde som kan generere en strøm. Strømmen er et resultat av formen på spenningen og typen belastning. Det finnes tre lineære belastningskomponenter; resistanser, kondensatorer og spoler. Når disse påtrykkes en lineær spenning vil strømmen også bli lineær. Når belastningen er resistiv og spenningen er sinusformet kan strømmen beskrives som en vektor som roterer rundt i et plan og avsetter momentanverdiene langs en tidsakse (som tidligere beskrevet for spenningen). Strømmens toppverdi er toppverdien til spenningen dividert med resistansen i kretsen, og det samme gjelder for effektivverdien. For en sinusformet strøm vil forholdet mellom effektivverdi og toppverdi alltid være roten av 2. I eff = Î Î = 2 Î = I eff I eff Med et instrument som kan måle både rms- og toppverdi kan du sjekke om forholdet er Om du får en avvikende verdi kan du trekke den slutning at strømmen eller spenningen du måler ikke er rent sinusformet. I fig. 2 ser du at strømmens vektor har samme retning som spenningens vektor. Strømmen er sinusformet og går gjennom null og har toppverdi samtidig med spenningen. Vinkelen mellom strøm og spenning er null. Ved induktiv belastning, se fig. 3, er verdien på strømmen bestemt av verdien på spenningen og impedansen i kretsen. Som du ser av figuren ligger strømmen med en vinkel på 90 etter spenningen. Ved kapasitiv belastning, se fig 4, er også verdien på strømmen bestemt av verdien på spenningen og impedansen i kretsen. I dette tilfellet ligger strømmen med en vinkel på 90 foran spenningen. Et trefase spenningssystem kan beskrives som i fig. 5. Tre spenningsvektorer med en vinkel på 120 i mellom roterer i et plan og avsetter sine momentanverdier langs et tidsplan. Fasespenningen måles mellom spenningskildens nullpunkt (stjernepunkt), og fasen. Linjespenningen som måles mellom fasene er ganger større enn den målte fasespenningen. Fig. 1 Spenning Fig. 2 Strøm ved resistiv belastning Fig. 3 Strøm ved induktiv belastning Fig. 4 Strøm ved kapasitiv belastning

4 Generelt i et IT nett er U 1 =130 V og U 1-2 = 230 V, og i et TN nett er U 1 = 230 V og U 1-2 = 400 V. U 1-2 = U 1 3 3=1.732 I fig. 6 vises en trefase spenningskilde som belastes med tre like resistanser koblet i stjerne. Strømmen i de tre faselederne er like store og har samme vinkel som spenningen. Stjernepunktet for belastningen ligger på samme potensial som stjernepunktet for spenningstilførselen. De forskjellige fasespenningene kan måles enten mellom nullpunktet til spenningskilden og hver fase, eller mellom nullpunktet til belastningen og hver fase. Den målte spenningen mellom nullpunktene og hver fase blir lik. Hvis du er avhengig av å måle fasespenningen kan du benytte 3 like motstander og koble disse i stjerne som vist i fig. 6. Da får du tilgang til et nullpunkt og kan måle fasespenningen. Metoden kan også benyttes for å måle faseeffekt. Om belastningene ikke er like vil nullpunktet på belastningen forskyve seg i forhold til nullpunktet på spenningskilden. Se fig. 7. Spenningene mellom belastningens nullpunkt og de tre fasene blir ulike på grunn av denne nullpunktsforskyvningen. I fig. 8 belastes den trefasede spenningskilden med tre like kapasitanser koblet i stjerne. Strømmen i de tre faselederne blir like stor og ligger med en vinkel på 90 foran sin respektive spenning. Belastningens stjernepunktet ligger på samme potensial som spenningstilførselens stjernepunkt. De forskjellige fasespenningene kan også her måles enten mellom nullpunktet til spenningskilden og hver fase, eller mellom nullpunktet til belastningen og hver fase. Den målte spenning mellom nullpunktene og hver fase blir lik. Fig. 5 Trefase spenning Fig. 6 Trefase spenning og strøm, Ohmsk motstand Fig. 7 Forskyvning av belastningens 0-pkt Fig. 8 Trefase spenning og strøm, kapasitiv last

5 Om belastningene ikke er like vil nullpunktet på belastningen forskyve seg i forhold til nullpunktet til spenningskilden. Se fig 9. Spenningen mellom belastningens nullpunkt og de tre fasene blir ulike på grunn av denne nullpunktsforskyvningen. Jordfeil I et IT-nett er transformatorens nullpunkt ikke koblet til jord. Jord bindes til nettsystemet gjennom den kapasitive bindingen hver fase har mot jord. Normalt er stjernepunktet på transformatoren koblet til jord gjennom et overspenningsvern som kalles en disneyter. Se fig. 10. Denne blir først ledende dersom spenningen mellom nullpunktet og jord kommer over et visst nivå. Ellers fungerer den som en isolator. Når vi måler spenningen mellom hver fase og jord i et IT-nett måler vi egentlig spenningen over den kapasitive koblingen. Måler vi lik spenning mellom hver enkelt fase og jord kan vi trekke to forskjellige slutninger. 1. Det er ikke jordfeil i transformatorkretsen. Den kapasitive bindingen mellom hver fase og jord er lik for de tre fasene. 2. Hvis disneyteren er defekt etableres en forbindelse mellom transformatorens nullpunkt og jord (og blir derved et TT-nett). I dette tilfellet måler vi fasespenningen ut fratransformatoren og den vil være lik for de tre fasene. Ved spenningsmåling mellom fase og jord i et IT-nett måler vi normalt en spenning som er omtrent lik fasespenningen (spenningen mellom fase og stjernepunktet på transformatoren). Om vi får jordfeil over en resistans i en av fasene vil jordpunktets potensial forflytte seg langs en halvsirkel omkring den fasevektoren. Hvor jordpotensialet befinner seg er avhengig av størrelsen på resistansen og den kapasitive bindingen nettet har til jord. I fig. 11 har vi en jordfeil over en resistans mellom fase 1 og jord. Jordpunktets potensial har forflyttet seg langs den omtalte halvsirkelen. Hvis resistansen blir mindre flytter jordpunktets potensial seg lengre bort fra transformatorens nullpunktspotensial langs halvsirkelen. Vi kan måle en spenning som er 242 V mellom jord og en av de andre fasene i denne situasjonen. Til slutt, hvis resistansen blir lik null, har vi fått full kortslutning mellom jord og fase 1 og vi måler ingen spenning mellom dem. Mellom jord og de andre fasene måler vi linjespenningen på 230 V. I praksis kan en feil være forårsaket av en belastning som er både induktiv og resistiv, for eksempel en drossel i en lysarmatur. Resultatet blir at jordpunktspotensialet beveger seg bort fra potensialet til transformatorens nullpunkt langs halvsirklene som er vist i fig. 12. Da kan vi måle spenninger mellom jord og de forskjellige fasene på over 400 V. Fig. 9 Forskyvning av belastningens 0-pkt Fig. 10 IT-nett Fig. 11 Spenning mellom fase og jord. Resistiv jordfeil Fig. 12 Spenning mellom fase og jord. Resistiv og induktiv jordfeil

6 Ved kortslutning mellom fase og jord i et IT-nett bestemmes strømmen av total resistans i feilkretsen og den kapasitive bindingen nettet har til jord. Strømmen går som i fig 13 og varierer avhengig av den kapasitive bindingen de friske fasene har i forhold til jord. Som regel er denne feilstrømmen ganske liten og løser ikke ut overstrømsvern. Ved kortslutning mellom to faser i et IT nett begrenses strømmen av impedansen i feilsløyfen, den ytre impedansen Z ytre, pluss impedans i installasjonsledningene, Z indre. Se fig 14. Z ytre består av impedansen i generatorer, transformatorer og ledningsforbindelser oppstrøms tilførselspunktet i installasjonen. Z indre er impedansen i ledningsforbindelser nedstrøms tilførselspunktet i installasjonen. Vi kan bruke en installasjonstester til å verifisere kortslutningsstrøm og sløyfeimpedans mellom fasene i et IT-nett. Installasjonstesteren simulerer en feil og kalkulerer impedansen og kortslutningsstrømmen. For å få en indikasjon på minste kortslutningsstrøm, I k2p min kan du måle ved enden av kursen og multiplisere resultatet med 0,76. For å få en indikasjon på trefase verdien, I k3pmaks, kan du måle ved inntaket og multiplisere resultatet med Årsaken til at disse resultatene bare er indikerende er at faktorene er basert på ideelle forutsetninger mht spenning og temperatur. Kapasitive lekkasjestrømmer I alle nett har vi en kapasitiv binding mellom fasene og mellom hver fase og jord. Denne kapasitive bindingen kan bestå av lederisolasjon eller kapasitive laster. Dette fører til at nettet blir belastet med en kapasitiv lekkasjestrøm. Denne strømmen er til stede selv om vi ikke har tilkoblet nettet andre belastninger. Jo mer utbygd nettet er jo større vil den kapasitive bindingen bli, og dermed blir den kapasitive lekkasjestrømmen også større. Om den kapasitive bindingen er lik mellom hver fase og jord så vil jord ligge på samme spenningspotensial som nullpunktet til transformatoren. Strømmen gjennom hver kapasitans vil ha en vinkel på 90 foran sin respektive spenning. Det blir også lik spenning mellom hver fase og jord. Hvis den kapasitive bindingen mellom hver fase og jord er forskjellig blir spenningen mellom hver fase og jord også forskjellig. Størrelsen på lekkasjestrømmen er avhengig av den kapasitive bindingen hver fase har mot jord. I eksempelvis en standard enebolig tilknyttet et IT-nett kan lekkasjestrømmen komme opp i 10 ma. Strømmen er satt sammen av to kapasitive komponenter som ligger med en vinkel på 90 foran sin respektive fasestrøm. Vinkelen mellom de to komponentene er 120. Se fig 15. Jordfeilbrytere i et IT-nett I NEK 400:2002 kommer det fram at det er krav til utkobling av jordfeil på forbrukerkurser som er tilknyttet en transformator i et offentlig nett. Den praktiske løsningen er ofte å installere en jordfeilbryter foran feilen. Før en jordfeilbryter testes må alle laster nedstrøms denne kobles ut fordi alle laster har en lekkasjestrømmen til jord. Denne lekkasjestrøm adderes til teststrømmen et testinstrument driver og påvirker målingene. Dette skyldes at de fleste installasjonstestere med jordfeilbryterfunksjon fungerer som i fig. 16. Instrumentet legger inn en resistiv belastning mellom en fase og jord. Fig. 13 Feilstrøm mellom fase og jord Fig. 14 Kortsluttningsstrøm i IT-nett Fig. 15 Lekkstrøm i en installasjon Fig. 16 Test av jordfeilbryter Må leverk

7 Strømmen som drives av testeren er i fase med den fasespenningen som kobles til jord via resistansene som instrumentet legger inn. Det er summen av strømmen generert av måleinstrumentet og tilstedeværende lekkasjestrømmer som utløser jordfeilbryteren. Avhengig av hvilken fase testeren kobler mot jord kan vi få to forskjellige avlesninger. På den ene fasen kan vi få en utløsningsstrøm som ligger under den sanne karakteristikken, og på den andre en som ligger over. Rett verdi er omtrent gjennomsnittet mellom de målte verdiene. Fig. 17 Jordfeilbryter installert for nært transformatoren Enkelte ganger kan vi oppleve at jordfeilbryteren ikke utløses. Det kan være en feil på jordfeilbryteren, med det er sjelden tilfellet. Det er mer sannsynlig at jordfeilbryteren er galt installert. Hvis, for eksempel, en trefase jordfeilbryter er plassert for nær transformatoren vil den ikke utløses. Se fig. 17. I et IT-nett bestemmes jordfeilstrømmen av den kapasitive bindingen hver fase har til jord. NEK 400 anbefaler at strømmen for første jordfeil kalkuleres til 2 ma per kva transformatorstørrelse. Noen ganger er den kapasitive bindingen så liten at en jordfeilstrøm aldri når en verdi som er høy nok til å utløse en jordfeilbryter. Dette skjer ofte i små, lite utbygde nett.

8 Fluke. Keeping your world up and running. Fluke Norge AS Postboks 6054 Etterstad O601 OSLO Tlf.: Faks: E-post Hjemmeside: Fluke Corporation. All rights reserved. Printed in the Netherlands. 02/2004 Pub-ID nor Rev. 01