Pomiary impedancji pętli zwarciowej na farmach fotowoltaicznych w sieciach IT przy napięciach do 900 V AC (część 2.)
Zdalne pomiary za pomocą miernika Sonel MZC-340-PV; fot. W. Siergiej, W. Dekiert, R. Pawłowski
Dynamiczny rozwój sektora odnawialnych źródeł energii, w tym w szczególności fotowoltaiki, znacznie zwiększył liczbę dużych instalacji PV. Inwestycje w farmy fotowoltaiczne, mimo okresowych wahań w branży energetycznej, utrzymują się na wysokim poziomie. Równocześnie rośnie zapotrzebowanie na precyzyjną diagnostykę parametrów eksploatacyjnych instalacji, w tym na pomiary impedancji pętli zwarciowej. Parametr ten stanowi podstawowy element weryfikacji poprawności działania systemów zabezpieczeń przeciwporażeniowych i zwarciowych oraz zgodności systemu PV z założeniami projektowymi.
Zobacz także
mgr inż. Wojciech Siergiej, mgr inż. Witold Dekiert, mgr inż. Robert Pawłowski, SONEL S.A. Pomiary impedancji pętli zwarciowej na farmach fotowoltaicznych w sieciach IT przy napięciach do 900 V AC (część 1.)
Dynamiczny rozwój sektora OZE, zwłaszcza fotowoltaiki, znacznie zwiększył liczbę dużych instalacji PV. Inwestycje w farmy fotowoltaiczne, mimo okresowych wahań w branży energetycznej, utrzymują się na...
Dynamiczny rozwój sektora OZE, zwłaszcza fotowoltaiki, znacznie zwiększył liczbę dużych instalacji PV. Inwestycje w farmy fotowoltaiczne, mimo okresowych wahań w branży energetycznej, utrzymują się na wysokim poziomie. Równocześnie rośnie zapotrzebowanie na precyzyjną diagnostykę parametrów eksploatacyjnych instalacji, w tym na pomiary impedancji pętli zwarciowej (ZS). Parametr ten stanowi podstawowy element weryfikacji poprawności działania systemów zabezpieczeń przeciwporażeniowych i zwarciowych...
mgr inż. Grzegorz Loska Zmiany wartości pomiarowej impedancji pętli zwarcia w rzeczywistych niskonapięciowych sieciach IT
Przy pomiarach impedancji pętli zwarcia w przemysłowych, niskonapięciowych sieciach IT występuje wiele czynników wpływających na dokładność pomiarów. Wartości wyznaczonych pomiarowo impedancji pętli zwarcia...
Przy pomiarach impedancji pętli zwarcia w przemysłowych, niskonapięciowych sieciach IT występuje wiele czynników wpływających na dokładność pomiarów. Wartości wyznaczonych pomiarowo impedancji pętli zwarcia są często znacząco różne od wartości otrzymanych na podstawie obliczeń. Mają na to wpływ czynniki związane z zastosowaną metodą pomiarową (sposób uziemienia na czas pomiarów punktu neutralnego transformatora zasilającego), a także konfiguracja samej sieci IT, w której wykonujemy pomiary, oraz...
mgr inż. Roman Domański Metody pomiaru rezystancji uziemienia (część 2.)
Opisane w pierwszej części artykułu („elektro.info” 11/2025) założenia teoretyczne znajdują swoje odzwierciedlenie w szeregu praktycznych metod pomiarowych, zaimplementowanych w nowoczesnych przyrządach....
Opisane w pierwszej części artykułu („elektro.info” 11/2025) założenia teoretyczne znajdują swoje odzwierciedlenie w szeregu praktycznych metod pomiarowych, zaimplementowanych w nowoczesnych przyrządach. Wybór odpowiedniej metody zależy od rodzaju i rozległości badanego systemu uziemiającego oraz warunków terenowych.
W artykule:
|
Procedura pomiarowa
Po zapoznaniu się z dokumentacją projektową (schematy są zazwyczaj dostępne w stacji transformatorowej) i uzyskaniu wszystkich niezbędnych informacji można przystąpić do pomiarów. Tylko czy na pewno? Czy dysponujemy odpowiednim miernikiem, sprzętem ochrony osobistej oraz narzędziami, które umożliwią nam bezpieczne wykonanie badań?
W dużych instalacjach PV (ok. 1 MWp) standardem są inwertery o napięciu pracy 1500 V DC/800 V AC. Należy jednak zauważyć, że w rzeczywistych warunkach pracy napięcie strony AC może przekraczać 850 V, co nie jest niczym nadzwyczajnym. Obecnie tylko jeden miernik dostępny na rynku jest w stanie dokonać pomiarów impedancji pętli zwarciowej w tak specjalnych warunkach – jest to Sonel MZC-340-PV. Został on zaprojektowany do pracy przy napięciu do 900 V AC i, co ma kluczowe znaczenie, spełnia wymagania kategorii pomiarowej CAT IV 1000 V.
Uwaga! Kategoria pomiarowa miernika to nie wszystko! Odpowiednią kategorię muszą mieć również akcesoria wykorzystywane w pomiarach, ponieważ w sytuacji, gdy produkt współpracuje z innymi przyrządami lub akcesoriami, stosuje się najniższą kategorię pomiarową połączonych urządzeń. W przypadku Sonel MZC-340-PV nie jest to problem: przeznaczone do stosowania wraz z nim akcesoria również mają kategorię CAT IV 1000 V.
Ponadto będzie nam również potrzebne wyposażenie ochrony osobistej, takie jak rękawice dielektryczne, kask z przyłbicą, wskaźnik obecności napięcia i uziemiacz (zalecany przekrój przewodu zwierającego ≥ 35 mm2).
Uwaga! Choć z praktycznego punktu widzenia łatwiejszym rozwiązaniem mogłoby być zastosowanie uziemiacza do podstaw bezpiecznikowych, łączników listwowych oraz rozłączników bezpiecznikowych, nie jest to zalecane. Wynika to z konieczności pozostawienia wkładki bezpiecznikowej w obwodzie podczas załączania uziemionej linii, co może stwarzać ryzyko powstania pętli zwarciowej w przypadku wcześniejszego uszkodzenia innej fazy niż ta, którą uziemiamy (wykonamy pierwsze zwarcie w obwodzie).
Pomiary ZS między poszczególnymi fazami
Po wyłączeniu wybranego inwertera, przyrządem Sonel MZC-340-PV wykonujemy pomiary na parach faz: L1–L2, L1–L3 oraz L2–L3. Każdy wynik zapisujemy do pamięci miernika. Mierząc za pomocą krokodylków, należy dopilnować, by ich szczęki ściśle przylegały do zacisków śrubowych. W przypadku braku możliwości wpięcia się krokodylkami (dość częsty problem) należy zastosować sondy ostrzowe, pewnie dociskając je do zacisków śrubowych poszczególnych faz (fot. 1.).
Fot. 1. Zdjęcia przedstawiające sposób podłączenia do wybranego obwodu przez wykorzystanie krokodylków (po lewej) lub sond ostrzowych (po prawej), fot. W. Siergiej, W. Dekiert, R. Pawłowski
Rys. 1. Pomiar pętli zwarciowej dla pomiarów w fazach: a) L1–L2, b) L1–L3, c) L2–L3, d) zapisane wyniki; rys. W. Siergiej, W. Dekiert,
R. Pawłowski
Pomiary ZS przy inwerterze i zwarciu linii w stacji transformatorowej (przypadek podwójnego zwarcia w obwodzie)
Tak jak w przypadku pomiarów międzyfazowych, wyłączamy inwerter. Na drugim końcu badanej linii, w stacji transformatorowej, odłączamy linię przychodzącą od tego inwertera – w tym celu rozłączamy rozłącznik bezpiecznikowy listwowy. Alternatywnie wyłączamy spod napięcia całą stację. Przy użyciu wskaźnika napięcia należy upewnić się, że w badanym obwodzie brak jest napięcia (czyli: czy wyłączyliśmy właściwą linię). Uziemiacz zapinamy najpierw na potencjał ziemi (np. uziemienie ochronne stacji), a następnie do fazy świeżo rozłączonej linii (np. L3). W ten sposób symulujemy zwarcie w obwodzie na tej linii.
Fot. 2. Schemat czynności przygotowujących obiekt do pomiaru, gdzie: 1. wyłączenie obwodu przez rozłącznik bezpiecznikowy listowy,
2. zapięcie uziemiacza na przewód PE stacji, 3. uziemienie linii L3,
4. możliwe, choć niezalecane, podpięcie uziemienia do V-klemy fazy L3, 5. ponowne załączenie obwodu; fot. W. Siergiej, W. Dekiert,
R. Pawłowski
Ze względów bezpieczeństwa nie zalecamy zakładania uziemiacza na szyny wyłączników kompaktowych (czyli pomiędzy transformator a rozłączniki bezpiecznikowe listwowe) lub na jeden z odczepów niskiego napięcia transformatora. Z tego samego powodu odradzamy mostkowanie iskiernika transformatora.
Rys. 2. Sposoby zasymulowania zwarcia w obwodzie: a) na wyjściu rozłącznika listwowego (bezpieczny), b) na szynie wyłącznika kompaktowego (niebezpieczny), c) mostek na iskierniku (niebezpieczny); rys. W. Siergiej, W. Dekiert, R. Pawłowski
Po wykonaniu pierwszego zwarcia w obwodzie możemy załączyć zasilanie za pomocą uprzednio rozłączonego rozłącznika bezpiecznikowego listwowego. Alternatywnie, w przypadku wcześniejszego całkowitego wyłączenia stacji, zdalnie załączamy wyłącznik kompaktowy. Inwertera nie włączamy!
Przy inwerterze jeden z przewodów pomiarowych miernika Sonel MZC-340-PV – ten zakończony krokodylkiem – podłączamy do metalowej konstrukcji wsporczej paneli PV, zapewniając bezpośrednie połączenie z uziemieniem (bednarką). Drugi przewód pomiarowy podłączamy do fazy L1 (zmierzone napięcie: 847 V AC). Innymi słowy: w układzie, w którym na fazie L3 zasymulowano pierwsze zwarcie w obwodzie na zaciskach inwertera, ustanawiamy punkt drugiego zwarcia w obwodzie (miernik wywołuje kontrolowane zwarcie). Otrzymany wynik zapisujemy do pamięci miernika jako L1–PE.
Bez odłączania przewodu z krokodylkiem od uziemienia (PE), drugi przewód przepinamy z fazy L1 na fazę L2, po czym uruchamiamy kolejny pomiar. Uzyskany wynik zapisujemy do pamięci miernika z adnotacją „L2–PE”.
Fot. 3. Zdalne pomiary za pomocą miernika Sonel MZC-340-PV;
fot. W. Siergiej, W. Dekiert, R. Pawłowski
Analogiczne czynności łączeniowe i pomiarowe przeprowadzamy dla pozostałych faz danej linii wybranego inwertera. W stacji, po odłączeniu zasilania, przewód uziemiający przepinamy z fazy L3 na fazę L2, aby zasymulować teraz zwarcie w obwodzie tej drugiej. Następnie załączamy zasilanie i przy inwerterze wykonujemy pomiary impedancji pętli zwarciowej dla L1–PE oraz L3–PE, a uzyskane wartości zapisujemy do pamięci miernika.
Następnie, po ponownym odłączeniu w stacji zasilania, uziemiacz przepinamy na fazę L1. Po załączeniu zasilania wykonujemy pomiary impedancji pętli zwarciowej dla L2–PE oraz L3–PE i oczywiście zapisujemy wyniki.
Po zakończeniu pomiarów instalacja powinna zostać przywrócona do pierwotnego stanu. Należy upewnić się, że wszystkie przewody i zaciski (w tym V-klemy), jeśli były odkręcane, zostały ponownie zamocowane z momentem dokręcenia zgodnym z wartościami określonymi w dokumentacji technicznej. Do tego celu należy użyć klucza dynamometrycznego.
Omówienie wyników pomiarowych
W celu oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej oraz selektywności zabezpieczeń przeanalizujemy uzyskane wyniki pomiarów na przykładzie impedancji pętli zwarciowej dla połączenia L1–PE przy uziemionej fazie L3. Zakładamy, że pomiary międzyfazowe (np. L1–L2) nie wymagają dodatkowej interpretacji, jednak w razie potrzeby możliwe jest przygotowanie szczegółowej analizy dla wybranej kombinacji połączeń.
A. Zmierzone parametry dla L1–PE
- Impedancja pętli zwarciowej: ZS = 170,8 mΩ
B. Ocena zabezpieczenia na podstawie charakterystyki czasowo-prądowej
Aby zweryfikować skuteczność ochrony nadprądowej, konieczne jest odniesienie się do charakterystyki zastosowanego zabezpieczenia. W tym przypadku wykorzystano:
- Rodzaj zabezpieczenia: Ultra Quick NH1 M1 gS 200 A 800 V AC
- Producent: ETI Ultra Quick NH1 M1 gS 200 A 800 V AC (s. 121).
Rys. 3. Charakterystyki czasowo-prądowe wkładek bezpiecznikowych ETI Ultra Quick NH1 M1 gS 800 V AC; rys. W. Siergiej, W. Dekiert, R. Pawłowski
- Na podstawie dokumentacji projektowej badanej instalacji stwierdzamy, że układ sieci IT przy drugim zwarciu w obwodzie stanie się układem sieci TN (wszystkie konstrukcje wsporcze paneli wraz z inwerterami połączone są do wspólnego uziemienia PE zbiorczego i stacji transformatorowej).
- Przyjmując kryteria dla badanego systemu o napięciu nominalnym 800 V AC, wymagany maksymalny czas wyłączenia w sieci TN wynosi 5 s.
C. Weryfikacja warunku samoczynnego wyłączenia zasilania
Aby zapewnić skuteczność ochrony przeciwporażeniowej w układzie IT, należy sprawdzić, czy zmierzona impedancja pętli zwarciowej ZS spełnia kryterium wyłączenia instalacji w czasie nieprzekraczającym 5 s.
D. Obliczenie maksymalnej dopuszczalnej impedancji pętli zwarciowej
Zgodnie z definicją, zmierzona impedancja pętli zwarciowej ZS nie może przekraczać wartości granicznej ZSmax, a zatem:
gdzie:
U0 – nominalne napięcie fazowe względem ziemi. W ramach drugiego zwarcia napięcie międzyfazowe sieci IT staje się w omawianym przykładzie napięciem fazowym dla sieci TN, do której został tu przekształcony rozpatrywany system (np. dla sieci IT o nominalnym napięciu międzyfazowym 800 V należy podstawić do podanego wzoru właśnie to napięcie, czyli 800 V).
Ia – prąd wyłączający zabezpieczenie w czasie maks. 5 s (877 A dla zastosowanego bezpiecznika).
E. Porównanie z rzeczywistą wartością impedancji pętli zwarciowej
Zmierzona wartość ZS: 170,8 mΩ
Wartość graniczna ZSmax:
Ponieważ ZS ≤ ZSmax:
170,8 mΩ ≤ 456,1 mΩ
a zatem warunek samoczynnego wyłączenia zasilania jest spełniony.
F. Wniosek
Zmierzona impedancja pętli zwarciowej spełnia wymagania dla skutecznego samoczynnego wyłączenia zasilania w wymaganym maksymalnym czasie 5 s przy zastosowaniu zabezpieczenia NH1 M1 gS 200 A.
Podsumowanie i zalecenia dotyczące pomiarów impedancji pętli zwarciowej w sieci IT na farmach PV
Pomiar impedancji pętli zwarciowej w układach IT na farmach fotowoltaicznych o napięciu przekraczającym 800 V wymaga szczególnej ostrożności, zastosowania odpowiedniego sprzętu pomiarowego oraz ściśle określonych procedur zapewniających bezpieczeństwo osób wykonujących pomiary. Nieprzestrzeganie zasad może prowadzić do porażenia prądem lub poważnych uszkodzeń instalacji.
Na zakończenie warto również wskazać trudności związane z realizacją zadań pomiarowych w kontekście zapisów REN (Rasjonell Elektrisk Nettvirksomhet – organizacja zajmująca się standardami i wytycznymi dla sektora energetycznego w Norwegii) oraz wymagań dotyczących pomiaru impedancji pętli zwarciowej w sieciach IT, zwłaszcza w obiektach przemysłowych, infrastrukturze elektroenergetycznej czy specjalistycznych instalacjach, takich jak farmy rybne. Zagadnienie to jest szczególnie trudne w kontekście napięcia 1000 V, które znajduje się na granicy napięcia niskiego (nn) i średniego (SN).
Zgodnie z RENblad 9116, wskazuje się na konieczność monitorowania izolacji (zwarcia w obwodzie mogą pozostawać niewykryte przez dłuższy czas – do 4 tygodni) oraz stosowania odpowiednich zabezpieczeń. Z kolei RENblad 4002 LS Nett nakłada wymagania dotyczące zapewnienia zasilania o napięciu 1000 V w układach sieci IT. Takie napięcie wiąże się z dodatkowymi wyzwaniami dla elektryków wykonujących pomiary impedancji pętli zwarciowej, zwłaszcza z uwagi na specyficzne wymagania normy dotyczącej ochrony przed porażeniem elektrycznym.
Pomiar impedancji pętli zwarciowej w tych warunkach jest trudny, ponieważ przy napięciu 1000 V, będącym na granicy niskiego i średniego napięcia, trzeba uwzględniać specyficzne wymagania dotyczące bezpieczeństwa. Zbyt wysoka wartość impedancji pętli zwarciowej może spowodować, że system ochrony nie zadziała w odpowiednim czasie, co może stwarzać zagrożenie porażeniem elektrycznym o skutkach dużo gorszych niż w przypadku sieci o napięciu niższym. Dodatkowo w takich instalacjach konieczne jest zapewnienie odpowiedniej ochrony uzupełniającej, co stawia dodatkowe wymagania osobom wykonującym pomiary.
Z tego powodu pomiar ZS w instalacjach o napięciu 1000 V wymaga szczególnej precyzji i staranności, aby zapewnić pełne bezpieczeństwo użytkowników oraz zgodność z wymaganiami norm ochrony przed porażeniem elektrycznym.
***************************************************************************************************
Zalecenia bezpieczeństwa i dobre praktyki pomiarowe
- Pomiary muszą być wykonywane przez co najmniej dwie osoby, które posiadają świadectwa kwalifikacyjne gr 1 typu D oraz E, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 1 lipca 2022 roku w sprawie szczegółowych zasad stwierdzenia posiadania kwalifikacji przez osoby zajmujące się eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci (Dz. U. z 2022 roku poz. 1392) oraz przeszkolenie oraz doświadczenie w pracy z sieciami w układzie IT.
- Przed przystąpieniem do pracy należy przeanalizować ewentualne scenariusze awaryjne oraz omówić zasady postępowania w sytuacji zagrożenia.
- Przed rozpoczęciem pomiarów konieczne jest zapoznanie się z dokumentacją techniczną farmy PV, w tym ze schematami elektrycznymi, układem uziemień oraz typem zabezpieczeń.
- Należy wcześniej opracować i zatwierdzić plan czynności łączeniowych, aby uniknąć niekontrolowanych przełączeń, które mogłyby spowodować zwarcie lub zagrożenie dla personelu (prace poprowadzić tak, by nie wyłączać całej farmy).
- Bezwzględnie należy stosować certyfikowany sprzęt ochronny do pracy pod napięciem, w tym: rękawice elektroizolacyjne (dostosowane do napięcia roboczego), kask ochronny, obuwie elektroizolacyjne, odzież trudnopalną, osłony i maty elektroizolacyjne w strefie pracy.
- Do pomiarów impedancji pętli zwarciowej w sieciach IT, w których napięcie międzyfazowe może przekroczyć 800 V (np. w sieciach IT o napięciu nominalnym 800 V), należy bezwzględnie stosować miernik w kategorii CAT IV 1000 V, ponieważ w czasie wyżej opisanych pomiarów napięcie międzyfazowe sieci IT staje się napięciem względem ziemi. Obecnie jedynym przyrządem spełniającym ten wymóg jest miernik Sonel MZC-340-PV. Inne przyrządy (np. Metrel Eurotest XC MI 3152, Chauvin Arnoux C.A 6117, Sonel MZC-330S) nie mogą być stosowane, ponieważ mają kategorię CAT IV 600 V, a więc mogą być stosowane przy pomiarach w sieciach IT o napięciu do 600 V.
Rekomendowane artykuły i materiały źródłowe:
- J. Wiatr, Ochrona przeciwporażeniowa w sieci o układzie zasilania IT, „elektro.info” nr 3/2020
- PN-HD 60364-6
- PN-HD 60364-4-41
- PN-HD 60364-4-41:2017 –09
- PN-EN 62446
- Dokumentacja techniczna miernika Sonel MZC-340-PV
- Materiały branżowe i publikacje dotyczące pomiarów w sieciach IT:
- Pomiar impedancji pętli zwarciowej w instalacjach fotowoltaicznych dużych mocy z magazynowaniem energii
- Pomiary impedancji pętli zwarciowej na farmach fotowoltaicznych
- Ochrona przeciwporażeniowa w sieci o układzie zasilania IT
- Pomiar impedancji pętli zwarciowej w sieci IT na farmie fotowoltaicznej i przy napięciu 800 V
- Pomiar impedancji pętli zwarciowej przy doziemieniu w stacji transformatorowej instalacji PV
- Eaton-engineering-guide-2023-pl.pdf – Ochrona przed porażeniem prądem elektrycznym – System IT.
