Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Mierniki instalacji Metrel
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)

lukashb 29 Wrz 2017 13:57 5070 11
  • Witam, jako, że dziś rano zobaczyłem ciekawą możliwość na forum, mianowicie konkurs, chciałem się pochwalić konstrukcją wykonaną już spory czas temu, będzie to około pół roku.
    Wykonałem miernik impedancji pętli zwarcia. Zaimplementowałem sposób pomiaru polegający na pomiarze spadku napięć sieci zasilającej po dołączeniu obciążenia. Całość wyświetlam na wyświetlaczu LCD 128x64. Poniżej zdjęcie mojego miernika:
    Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)


    Początki...
    Szczerze, nie sądziłem, że kiedykolwiek pokażę ten sprzęt. Wiem, że dział Elektrycy się ze mnie śmieje teraz ;) bo mają o wiele lepsze mierniki firmy na przykład Sonel czy Megger, który mocno ułatwia im pracę. Natomiast ja potrzebowałem takiego miernika do szybkiego oszacowania przedłużacza, czy jest dobry, czy słaby jakościowo, na przykład ogrodniczy 50m. Po pomiarze widać od razu czy kabel jest dobrej jakości czy też kiepskiej, bo jest "za mało miedzi w miedzi" To tylko przykład. Kolejna sprawa to można ocenić stan instalacji domowej, sprawdzić czy zabezpieczenia spełniają warunek samoczynnego wyłączenia w momencie zwarcia.


    Trochę teorii
    Swój pomiar jak napisałem wyżej, oparłem o pomiar metodą techniczną. Czyli sposób pomiaru odbywa się tak:
    -mierzę napięcie sieciowe w spoczynku
    -dołączam obciążenie
    -mierzę ponownie napięcie sieciowe i dodatkowo prąd płynący w obwodzie
    -wyliczam wg wzoru:
    Ipz = (Uzas1 - Uzas2)/Iobc

    gdzie:
    Uzas1 to napięcie w spoczynku,
    Uzas2 to napięcie po dołączeniu obciązenia,
    Iobc to prąd w obwodzie

    Przykład
    Napięcie sieciowe wynosi 238V, po włączeniu kuchenki 2000W spada nam napięcie w gniazdku i wynosi ono 227V, prąd kuchenki przy napięciu 227V wynosi 8.8A. Podstawiając do wzoru impedancja wyniesie nam 1,25Ohm. Czy wynik dobry przy założeniu, że w domu mamy zainstalowany bezpiecznik B10? do tego potrzeba nam wzoru:
    Ia = k * In [A]
    Dla bezpiecznika o charakterystyce B, współczynnik k wynosi 5, In to prąd opisany na bezpieczniku, a Ia to prąd potrzebny do wyzwolenia tego zabezpieczenia w zgodnym dla normy czasie. Policzmy, Ia= 5 x 10, Ia=50A.

    Impedancja wyniosła 1,25Ohm, napięcie sieciowe to 227V pod obciażeniem, zatem prąd zwarciowy w sieci energetycznej wynosi wg wzoru: I=U/R, I=227/1.25 = 181A w sporym przybliżeniu tak naprawdę, ale uświadamia, że warunek jest spełniony i nastąpi samoczynne wyłączenie zasilania, bo In < IL-N w tym przypadku. 181 jest większe od 50.




    Mam nadzieję, że mniej więcej dobrze tłumaczyłem, i Panowie Elektrycy z forum nie potrzebowali pomocy by wyjść ze śmiechu ;)


    Trochę techniki...
    Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)

    Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)

    Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)

    Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)

    Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)

    Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)

    Cyfrowy miernik Impedancji Pętli Zwarcia (IPZ/RPZ)

    Jak widać, jako obciążenie pracuje u mnie grzałka z czajnika bezprzewodowego, podłączona na tak krótki czas pozwala wykonać kilka pomiarów bez szwanku dla siebie i elektroniki wewnątrz. Mam na uwadze kilka nie doróbek w postaci braku chłodzenia, czy zabezpieczenia termicznego, ale wyszedłem z założenia, niestety to złe myślenie i przyznaję się do tego, że jak tylko ja używam miernika raz na jakiś czas to nie będę dokładał niektórych elementów. Dziś bym tak nie zrobił, natomiast poprawiać nie będę konstrukcji na razie, spisuje się bez zarzutów. Miernik po wykonaniu pomiaru, dodatkowo podaje prócz impedancji pętli zwarcia, wynik napięcia jakie się zapisało po dołączeniu obciążenia, a także prąd zwarciowy IL-N do oszacowania czy dobrze jest dobrane zabezpieczenie w instalacji. Jako ciekawostkę podam, że IPZ w mieszkaniu wynosi ok. 0,7ohm, natomiast IPZ na WLZ bloku wynosi 0,43ohm w zależności tak naprawdę od obciążenia sieci w pewnym stopniu oczywiście, ale to są pomijalne wartości. Czyli widać, że można śmiało dać bezpiecznik B25 i również zostanie zachowana zasada samoczynnego wyłączenia zasilania w tej konkretnej instalacji. Typowo jest B16 u mnie w bloku, a wynika to z przydziału mocy na mieszkanie.


    Filmik z pomiaru, jak to wygląda?
    https://www.youtube.com/watch?v=arpnpZKcd6Y&feature=youtu.be niestety, nie udało mi się go obrócić.... przepraszam, za to mocno.
    Pomiar trwa stosunkowo krótko, co można zobaczyć wskazania nie specjalnie różnią się od wskazania mernika Sanwa PC5000. To nim kalibrowałem miernik, i prawie mi się to udało. Napięcie wskazuje poprawnie, różnica to zaledwie 1V i to maksymalna. Nie kiedy jest mniej, wynika to ze sposobu pomiaru.

    Opis elektroniki
    Całością sterują dwa mikroprocesory. Jest to Atmega328 i Atmega32.
    Ta pierwsza zajmuje się obrabianiem ADC i pomiarem napięcia i prądu w układzie. Pomiary są obliczane ze średniej z kilku pomiarów, stąd pomiar tyle trwa, bez średniej, za każdym razem był różny wynik, teraz udało mi się zlikwidować różnicę w pomiarach powiedzmy w jakiś 70-80%, bo tak jak mówiłem, ten miernik był bardziej eksperymentem. Początkowo dodam, obciążeniem miało być 4 lampy halogenowe po 400W każda, ale ich temperatura po włączeniu była tak potężna, że to był zły pomysł, grzałka okazała się lepszym pomysłem, choć również, jak wiadomo potrafi się zagrzać potężnie, lecz nie dopuszczam do takiego stanu.

    Prąd mierzę przekładnikiem widocznym na jednym ze zdjęć (ten czarny element z otworem na przewód), jest to bardzo fajny element moim zdaniem i w sumie prosty w obsłudze. Zapewne są inne sposoby na pomiar prądu w układzie, choćby badanie spadku napięcia, lecz zależało mi na tym by być odseparowanym od sieci.
    Napięcie mierzę trafkiem 8V, z dzielnikiem i przesunięciem w stronę masy dla ADC by można było mierzyć sinusa. Oba procesory komunikują się po RS232 przy czym Atmega328 wysyła napięcie ciągle na port. Atmega32 odbiera to i przetwarza na grafikę dla LCD opartego o sterownik KS0108. Czerwonym przyciskiem zaczyna się pomiar, zielonym kasuje i wraca do okna głównego. Dodatkowo jest włącznik sieciowy.

    Drugi transformator, ten większy jest zasilaczem dla całości. Myślę, że stosunkowo prosto wszystko wytłumaczyłem, odpowiem na każde pytanie. Lecz odpowiem już na pierwsze: nie, nie jestem elektrykiem, bardziej hobbystą w tej dziedzinie :) Ale miernik warto posiadać tego typu uważam.
    Jako ciekawostkę dodam, podczas budowania i testów (ciągłe chwilowe obciążenia sieci po 2kW, bardziej szpilki, by zbadać czas potrzebny na stabilizację parametrów) nagle zabrakło zasilania w mieszkaniu. Myślę, hmm, pewnie bezpiecznik przegrzał się na korytarzu i drucik się przepalił. Jakież było moje zdziwienie kiedy okazało się, że to przepalił się ale przewód w wyprowadzeniu w stacji trafo obok :) Śmieję się, że to ja upaliłem go, oczywiście jest to nie prawda, ale tak się fajnie złożyło.

    Miernik sam w sobie nie wysyła danych nigdzie, nie agreguje ich w pamięci. Oczywiście, mogę to dopisać, by nawet wysyłał dane w chmurę po wifi, ale nie potrzebowałem tego. Mam nadzieję, że spełniam wymagania konkursu, gdyż w sumie jest to przyrząd pomiarowy, może nie tak dokładny jak w/w firmy z początku mojego postu, aczkolwiek metoda techniczna jest zaimplementowana zgodnie ze sposobem wykonania takiego pomiaru na stole, i wychodziło mi z testów, że wszystko się zgadza. Jak ma ktoś jakieś pytanie - zapraszam serdecznie :)

    Zgodnie z sugestią Pana macieja_333 chciałbym nadmienić, iż miernik mierzy tylko część impedancji, czyli rezystancję, na impedancję składa się całość czyli rezystancja i reaktancja w skrócie rzecz biorąc. W każdym razie miernik dalej spełnia swoje zadanie, tylko wymagałby poprawki na oprogramowaniu LCD, zamienić Ipz na Rpz.


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz pendrive 32GB.
  • Mierniki instalacji Metrel
  • #2 29 Wrz 2017 15:06
    Piotr2608

    Poziom 38  

    Konkurs jest od 1 października.

  • Mierniki instalacji Metrel
  • #4 29 Wrz 2017 18:13
    maciej_333
    Poziom 34  

    Nie jest to miernik IPZ tj. impedancji pętli zwarciowej. Układ ten mierzy jej moduł, a tak naprawdę tylko rezystancję. Zatem właściwie znana jest tylko część rzeczywista. Zresztą samo urządzenie jest wybitnie skomplikowane. Nie wiem po co dwa transformatory i dwa mikrokontrolery. Można to zrobić bez takiego dublowania. Pomiar prądu z pomocą przekładnika, zaś napięcia na dodatkowym uzwojeniu na transformatorze zasilającym. Pytanie też dlaczego zastosowano przekaźnik ? Korzystniejszy jest tu zdecydowanie jakiś triak.

  • #5 29 Wrz 2017 19:28
    lukashb
    Poziom 39  

    Nie trudno się zgodzić, to fakt, byłem świadomy wyboru nazwy IPZ a nie RPZ, ponieważ, długo przed budową czytałem sporo opracować na temat pomiaru metody technicznej, i powiem szczerze, że były spore rozbieżności, jedne mówiły właśnie tak jak Pan, drugie mówiły, że mierząc metodą techniczną mierzymy impedancję, ale gdzie zatem Xl? nigdzie reaktancji nie mam, tak więc by być uczciwym, dopiszę w poście wzmiankę o tym. W sumie teraz już wiem dokładnie jak to wygląda. Dziękuję.
    Natomiast co do przekaźnika, fakt, to prawda, mógłbym wtedy mieć większą kontrolę gdybym zastosował triak, a tak jest przekaźnik. Oczywiście nie skleił się mi ani razu, z tego co pamiętam jest mocno przewymiarowany. Taka ilość transformatorów wynikła w sumie z przypadku szczerze powiem, urządzenie było poniekąd zamierzone, aczkolwiek było składane z tego co miałem pod ręką. Dziś bym to robił tak jak Pan sugeruje.

  • #6 29 Wrz 2017 21:31
    And!
    Admin grupy Projektowanie

    @lukashb tak jak napisałeś Koledzy z działu elektrycznego pewnie toczą się ze śmiechu po podłodze :) ale jeżeli coś działa to nie widzę powodu do żartów, dla mnie miernik jest zautomatyzowaną wersją "pomiaru" jaki pewnie wiele osób kiedyś wykonało przy pomocy żelazka lub czajnika. Nawet kiedyś umieściłem taki materiał jako ciekawostkę: Jak oszacować rezystancję pętli zwarcia?.

    Przydałby się schemat tego urządzenia eksperymentalnego.

    Co do samej konstrukcji spełnia ona swoje zadanie, ale gdybym zobaczył samo zdjęcie PCB z mikrokontrolerem a nad nim grzałka z czajnika i to wszystko zamknięte w obudowie to pierwsza myśl - 1 kwietnia :)

  • #7 29 Wrz 2017 21:55
    lukashb
    Poziom 39  

    Na Pańskim wpisie również się opierałem :) fakt, sporo się naczytałem przed budową, sporo prób porobiłem właśnie żelazkiem najpierw, potem grzałką ;) A to niestety prawda, to spora wada zamknięcia sprzętu "w kanapkę" i to takich elementów jak grzałka. Podobno Sonel i inni robią obciążenie poprzez tyrystor lub triak włączany na krótkie okresy. Czyli w sumie sporo lepszy pomysł... Ale nie od razu zbudowano Kraków ;)

  • #8 29 Wrz 2017 22:18
    Femen
    Poziom 16  

    Czy miernik powoduje zadziałanie RCD, jeżeli pomiar wykonuje się dla L-PE?
    Jakie znaczenie ma reaktancja indukcyjna dla wartości pomiaru? Zwykle dla instalacji nn to jest kilka-kilkanaście procent wartości rezystancji, ponadto norma PN-EN 61557 dopuszcza 30% błąd przy pomiarze impedancji uziemienia.
    Swoją drogą pomiar rezystancji mostkiem thomsona, lub metodą techniczną przy prądzie stałym dałby bardziej wiarygodne wyniki stanowiące o jakości przedłużaczy.

  • #9 29 Wrz 2017 22:41
    lukashb
    Poziom 39  

    Ten konkretnie sposób pomiaru spowoduje zadziałanie RCD, wynika to bezpośrednio z prądu jaki popłynie w układzie. Trzeba by w takim razie dać rezystor odpowiedniej mocy, przez który płynął by prąd nie większy niż 30mA czyli wartość przy jakiej zadziała RCD. Reaktancję podają lepszej klasy mierniki, masz rację, zwykle nie różni się to wiele bardziej niż wartość rezystancji, ale nie które pomiary muszą być wykonane i uzupełnione o komplet danych. W moim przypadku to nie konieczne ;). Co do przedłużaczy i nie tylko, do gniazd, odłączników FR, to można mierzyć i w ten sposób, przy prądzie stałym. Metoda pomiaru będzie zachowana. Wtedy lecimy po prostu na wzorach z prawa Ohma i nie mamy tam żadnych dodatków typu reaktancje i impedancje :)

  • #10 30 Wrz 2017 07:49
    nelik1987

    Poziom 31  

    lukashb napisał:
    przez który płynął by prąd nie większy niż 30mA czyli wartość przy jakiej zadziała RCD.

    Najpopularniejszy wyłącznik RCD o prądzie znamionowym In=30mA może zadziałać już przy wartości 15mA. Stąd mierniki wykorzystujące te metodę "oszukiwania RCD" wykorzystują prąd na poziomie 12-14mA. Proszę pamiętać, że pasmowa charakterystyka wyłączników RCD A i AC mieści się w granicach 0,5 In - 1 In.

    Co do pomiaru RPZ w sieciach odbiorczych niskiego napięcia dowiodłem w swoich opracowaniach, że taki pomiar jest wystarczający w większości przypadków. Oczywiście mierząc zaraz przy transformatorze dużej mocy w sieciach przemysłowych błąd będzie duży (X/R rośnie) natomiast w typowych instalacjach odbiorczych (budynki mieszkalne biurowe) na końcach obwodów stosunek X/R jest bardzo mały i można go pominąć mieszcząc się spokojnie w błędzie 30% opisanym w normie.

    Faktycznie miernik można by trochę uprościć, ale ważne, że działa. Czy porównywałeś wyniki pomiarów z miernikami komercyjnymi?

  • #11 10 Gru 2017 14:13
    lukashb
    Poziom 39  

    Niestety nie miałem okazji porównać, jedyne porównanie jakie robiłem, to metodą techniczną z moją konstrukcją, nie posądzałbym, że metoda żelazko + woltomierz i amperomierz była by mniej dokładna od Sonela choćby. Pomiary wychodziły zbliżone w kwestii otrzymanych wyników. A w sumie, miernika codziennie nie używam, tylko sporadycznie przy badaniu przedłużaczy długich (mam ich kilka). Tak czy inaczej urządzenie dla mnie przydatne i jak zauważyłeś, ważne że działa. Pozdrawiam!

  • #12 19 Gru 2017 10:50
    sekutowicz
    Poziom 2  

    Witam, i pozdrawiam na forum wszystkich, jestem tu nowy, ale nie bez przypadku :) Bardzo podoba mi się Twoja konstrukcja i z chęcią oddałbym + lecz na razie nie mogę jeszcze. Również kiedyś pracowałem na miernikach Sonela, i porównywałem je z metodą techniczną - i wiadome jest, że ta się zgadzała z miernikiem. Z tego co widzę, nieźle upchnąłęś wszystko :) ale jeżeli działa, to spełnia funkcje. Z tego co przedstawiłeś, działa na pewno :). Pozdrawiam Arek.