Przyrządy pomiarowe to jedne z podstawowych narzędzi wykorzystywanych przez służby UR w zakresie obsługi i serwisu urządzeń oraz instalacji elektrycznych. Na rynku dostępne są mierniki przeznaczone m.in. do wykrywania uszkodzeń w kablach, pomiarów rezystancji izolacji, parametrów wyłączników różnicowo-prądowych czy rezystancji uziemień.
Istnieje duża różnorodność przyrządów pomiarowych dostępnych na rynku. Oferowane rozwiązania są wyposażane w nowe technologie, pozwalające na coraz łatwiejsze, dokładniejsze i powtarzalne dokonywanie pomiarów. Przy wyborze miernika ważne jest oczywiście w pierwszym rzędzie ustalenie wielkości elektrycznej poddanej pomiarowi oraz jej przewidywanego zakresu, ale także takich cech urządzenia pomiarowego, jak ergonomiczna budowa, łatwość obsługi czy duży i czytelny wyświetlacz.
Wykrywanie uszkodzeń w kablach
Do wykrywania uszkodzeń w kablach światłowodowych przeznaczone są mierniki mocy optycznej. Urządzenia tego typu są w stanie mierzyć poziom mocy źródła światła laserowego oraz lokalizować uszkodzenia w kablu światłowodowym, dzięki czemu zyskuje się pełny obraz jakości sieci transmisyjnej. Typowy przyrząd współpracuje z kablami SMF i obsługuje długości fali 1310 nm, 1490 nm, 1550 nm i 1625 nm, z możliwością obsługi długości z zakresu, który jest zdefiniowany przez użytkownika. Jeśli chodzi o zakres pomiaru mocy, to mieści się on najczęściej pomiędzy 55 dBm a 10 dBm.
Dostępne na rynku urządzenia przeznaczone do lokalizowania uszkodzeń w kablach elektroenergetycznych, telekomunikacyjnych i teletechnicznych cechują się prostą, a zarazem wygodną obsługą. Do wymiany danych z użytkownikiem przeznaczony jest zwykle wyświetlacz. To dzięki niemu operator jest informowany o odległości do miejsca uszkodzenia. Najczęściej przewiduje się dwa tryby wyświetlania reflektogramów. W trybie pierwszym na całości ekranu wyświetlany jest badany przebieg. Po naciśnięciu odpowiedniego przycisku pojawiają się dwa obrazy tego samego przebiegu. Na górnym przedstawiany jest cały reflektogram, zaś na dolnym wybrany fragment, który może być powiększany w celu analizowania detali. W niektórych modelach przewidziano możliwość kompensowania impulsu wejściowego. W ten sposób zyskuje się optymalne dostosowanie reflektometru do impedancji mierzonego kabla, dzięki czemu bez problemu wykrywane są uszkodzenia znajdujące się w niewielkiej odległości od lokalizatora.
Na rynku dostępny jest m.in. lokalizator LKZ-1000 firmy Sonel, przeznaczony do wyszukiwania kabli i innych infrastruktur podziemnych. Zestaw w postaci nadajnika, odbiornika i akcesoriów pozwala na lokalizację zarówno obiektów metalowych (kable), jak i nieprzewodzących prądu (rury PVC, betonowe itp). Można używać tylko odbiornika lub odbiornika i nadajnika (tryby selektywne), podczas pracy z nadajnikiem dodatkowo mierzona jest głębokość położenia obiektu.
Mierniki cęgowe
Zaletą tych urządzeń jest możliwość wykonania pomiaru natężenia prądu elektrycznego w kablu bez przerywania mierzonego obwodu. Jak wiadomo, w tradycyjnym pomiarze trzeba przerwać obwód i szeregowo podłączyć amperomierz, a w wielu aplikacjach jest to niewygodne, niebezpieczne, a nawet niemożliwe. Na rynku nie brakuje mierników cęgowych bazujących na konstrukcji cęgów bez rdzenia magnetycznego, przy czym cęgi mają wtedy specjalną cewkę powietrzną. Takie rozwiązanie zapewnia niewielką masę cęgów.
Nowoczesne mierniki są w stanie bardzo dokładnie mierzyć prądy o niewielkiej wartości. Skorzystać można przy tym z funkcji pomiaru prądu stałego lub przemiennego ze składową stałą, przy czym pomiar prądów o małych wartościach można wykonać za pomocą przewodów. Niektóre przyrządy są w stanie wykonać testy wirowania faz, uwzględniając dwa poziomy czułości. Przy dużej czułości wykonywane są testy silników trójfazowych w stanie beznapięciowym, natomiast uwzględniając zwykły poziom czułości, można sprawdzać kierunek wirowania faz elektrycznej sieci trójfazowej.
Wiele mierników cęgowych przesyła dane bezprzewodowo. Zastosowanie znajdują tu specjalne moduły odczytujące wyniki pomiarów na urządzeniu zdalnym, którym może być smartfon. Warto podkreślić, że takie rozwiązanie bardzo często wykorzystywane jest chociażby przy diagnozowaniu sieci elektroenergetycznych. Specjalne moduły są bowiem podłączane w rozdzielnicy, a zbierane dane są przesyłane i rejestrowane zdalnie, z uwzględnieniem dowolnych przedziałów czasowych.
Jako przykład oferty rynkowej można podać miernik cęgowy CMP-2000 firmy Sonel. Urządzenie to umożliwia wykonywanie pomiarów prądu do 2000 A za pomocą cęgów na przewodach o średnicy do 57 mm i szynoprzewodach o przekroju do 70×18 mm. Oprócz tego możliwy jest pomiar początkowego prądu rozruchowego, napięcia stałego do 1000 V i przemiennego (TrueRMS) do 750 V, a także rezystancji, ciągłości połączeń, pojemności, temperatury i cyklu roboczego.
Innym przykładem jest miernik cęgowy KEW2009R firmy Kyoritsu. Jego cechy to: automatyczna zmiana zakresów pomiarowych, pomiar metodą cęgową przewodów o średnicy do 55 mm, pomiar rzeczywistej wartości skutecznej (TrueRMS), a także zatrzymanie bieżącego wyniku pomiaru na wyświetlaczu (Data Hold) i wyświetlanie wartości średniej pomiarów (AVG). Oprócz tego przyrząd mierzy wartości szczytowe. Miernik można wykorzystać jako przystawkę cęgową z możliwością współpracy z innym urządzeniem rejestrującym przebiegi prądów ACA i DCA.
Pomiar rezystancji izolacji
Mówiąc o urządzeniach przeznaczonych do pomiaru rezystancji izolacji, należy mieć na uwadze mierniki induktorowe oraz przyrządy elektroniczne. Mierniki elektroniczne są dostępne również w wersjach z odczytem analogowym.
Nowoczesne mierniki cechuje pomiar rezystancji małym prądem, z sygnalizacją akustyczną i optyczną. Zakres pomiarowy przyrządów niejednokrotnie przekracza 100 GΩ. Napięcia pomiarowe wybierane są w zakresie 50, 100, 250, 500 oraz 1000 V. Niektóre przyrządy mają płynną regulację pomiędzy 50 a 1000 V z dokładnością do 10 V. Pomiar przeprowadza się metodą dwu- oraz trójprzewodową. Niektóre modele pozwalają na pomiar za pomocą adaptera w gnieździe sieciowym. Jest przy tym dokonywana automatyczna analiza kombinacji pomiarowych, ze wskazaniem prądu upływu. Istotne pozostaje samoczynne rozładowanie pojemności mierzonego obiektu po zakończeniu pomiaru rezystancji izolacji. Wykonuje się bezpośredni pomiar jednego lub dwóch współczynników absorpcji. Przyrząd zapamiętuje ustawienia wartości napięcia i czasów.
Z pewnością przydatne rozwiązanie stanowi też pomiar napięcia stałego i przemiennego oraz pomiar pojemności badanego obiektu. W sposób akustyczny wyznaczane są pięciosekundowe odcinki czasu, które ułatwiają zdjęcie charakterystyk czasowych przy pomiarze rezystancji izolacji. W niektórych modelach przewidziano możliwość pomiaru ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych prądem ≥200 mA (zgodnie z normą PN-EN 61557-4) z jednoczesnym przeprowadzeniem autokalibracji przewodów pomiarowych.
Kalibratory
To urządzenia pomiarowe, które generują odpowiedni sygnał wzorcowy pozwalający na wykonanie kalibracji innego urządzenia. Przeznaczone są do kalibracji wartości: prądu, napięcia, mocy, rezystancji, częstotliwości, energii, pojemności czy indukcyjności.
Typowym podzespołem kalibratora jest wyjściowy układ regulacji, umożliwiający nastawianie wielkości wyjściowej oraz źródło odniesienia, będące źródłem wielkości elektrycznej przeznaczonej do porównywania w stosunku do wielkości stabilizowanej. Z kolei komparator porównuje wartości wielkości wyjściowej z wartością odniesienia. Generowany jest przy tym sygnał błędu, natomiast wzmacniacz błędu zapewnia wzmocnienie różnicy sygnałów komparatora. Ostatni element stanowi końcowy układ regulacji sterujący wielkością wartości wyjściowej.
W ofercie rynkowej znajduje się np. kalibrator Metracal MC firmy Astat. Jest to kalibrator wartości procesowych prądu (mA), napięcia (mV, V), rezystancji, symulacji temperatury (PT100/1000, termoelementów typu: J, L, T, U, K, E, S, R, B, N). Urządzenie wyposażono w funkcję rampy i w funkcję stopniową, a także generator impulsów i grup impulsów. Przyrząd może symulować źródło prądu w zakresie 024 mA z jednoczesnym wysyłaniem i pomiarem sygnału.
Inne dostępne na rynku urządzenie – Beamex MC6 z oferty firmy Introl – jest kalibratorem ciśnienia, temperatury i sygnałów elektrycznych. Należy zwrócić uwagę na pełny komunikator multi-bus dla przyrządów HART, FOUNDATION Fieldbus oraz Profibus PA. W urządzeniu przewidziano pięć trybów pracy – miernik, kalibrator, kalibrator dokumentujący, rejestrator danych, komunikator. Ważny jest czuły, trwały ekran dotykowy, co umożliwia obsługę w rękawicach.
Testery wyłączników RCD
Przyrządy do pomiaru parametrów wyłącz-
ników różnicowo-prądowych w celu zapewnienia komfortu obsługi wyposaża się w wyświetlacz zajmujący aż połowę wielkości płyty czołowej przyrządu. Podczas pomiarów pierwszą czynnością jest konfiguracja miernika, po której wtyk może być włożony do gniazda wtyczkowego. Urządzenie uruchomi się samoczynnie, a ekran zostanie podświetlony. Istotne jest automatyczne sprawdzenie konfiguracji przewodów, które przewidziano w instalacji elektrycznej gniazdka. Oczywiście o wszystkich zadaniach realizowanych przez urządzenie użytkownik informowany jest za pomocą wyświetlacza. Jeżeli wszystkie wymagania są spełnione, można zainicjować sprawdzenie wyłącznika, a po jego zakończeniu na wyświetlaczu pojawią się wyniki pomiarów. Gdy podczas wysyłania do instalacji prądu pomiarowego przyrząd wykryje obecność w niej napięcia dotykowego, które jest większe niż 50 V, test zostanie przerwany.
Testery wyłączników RCD cieszą się dużym uznaniem. Podczas testu używany jest prąd o wartości mieszczącej się pomiędzy 5 a 1585 mA. Za pomocą diody LED sygnalizuje się zarówno prawidłowe podłączenie, jak i przepływ prądu testującego. Sprawdzać można również wyłączniki selektywne. W typowym urządzeniu przewidziano napięcie probiercze o wartości 3 kV. Prąd pomiarowy przy napięciu znamionowym jest generowany co 40, 150, 200 i 500 ms. Dokładność natężenia prądu wynosi ±2%.
Oscyloskopy
Elektrykom pracującym przy diagnostyce urządzeń elektroenergetycznych z pewnością przydadzą się oscyloskopy. Pozwalają one na analizowanie przebiegów szybkozmiennych.
W typowym przyrządzie znajdują się dwa lub cztery wejścia, które są izolowane elektrycznie. W dostępnych na rynku urządzeniach przewiduje się kategorie bezpieczeństwa: CAT III 1000 V/CAT IV 600 V. Standardowo możliwa jest praca w paśmie 60 MHz, 100 MHz lub 200 MHz. Na uwagę zasługuje szybkość próbkowania wynosząca do 2,5 GS/s, przy rozdzielczości do 400 ps. Przydatne rozwiązanie stanowi tryb przewijania, który pozwala na próbkowanie danych przebiegu nawet przez 48 godzin. Nowoczesne oscyloskopy niejednokrotnie mają wbudowany multimetr. Na naładowanym komplecie akumulatorów pracują one przez 7 godzin (wersje czterokanałowe) oraz przez 4 godziny (modele dwukanałowe).
W warunkach przemysłowych sprawdzi się jednoczesna analiza sygnału wejściowego i wyjścia pętli sprzężenia zwrotnego oraz blokady bezpieczeństwa. To pozwala na diagnozowanie przeciążeń napięciowo-prądowych w obwodzie i problemów z przebiegami czasowymi sygnałów, a także z synchronizacją. Za pomocą oscyloskopów mogą być diagnozowane niedopasowania impedancji wejścia lub tłumienia. Na uwagę zasługuje funkcja badania harmonicznych, stanów nieustalonych i obciążeń w wejściowych obwodach zasilania trójfazowego. Niektóre modele oscyloskopów pozwalają na diagnozowanie problemów z uszkodzonymi bramkami tranzystorów IGBT lub obwodów filtrów w konwerterach DC/AC. Istotną rolę odgrywa możliwość testowania wyjścia PWM pod kątem odbić, stanów nieustalonych i asymetrii napięcia.
Przykładem rynkowym jest przyrząd testujący Fluke ScopeMeter® 190 Series II. Bazuje on na dwóch lub czterech elektrycznie izolowanych wejściach. W urządzeniu przewidziano kategorię bezpieczeństwa CAT III 1000 V/CAT IV 600 V. Urządzenie charakteryzuje się wysoką częstotliwością próbkowania – do 5 GS/s oraz rozdzielczością do 200 ps (w zależności od modelu oraz używanych kanałów). Przydatne rozwiązanie stanowi ciągłe automatyczne wyzwalanie Connect-and-View™, pojedyncze wyzwalanie, szerokość impulsu i wyzwalanie sygnałów wideo.
Pomiar rezystancji uziemień
Proste mierniki, dzięki którym możliwy jest pomiar uziemień, są w stanie przeprowadzić badanie metodą techniczną (niskoczęstotliwościową). Jest również możliwe wykonanie pomiaru ciągłości połączeń ochronnych i wyrównawczych.
Pomiar rezystancji jest przeprowadzany metodą 2p. Za pomocą sond pomocniczych pomiar można przeprowadzić do maksymalnie 50 kΩ. W niektórych modelach przewidziano pomiar ciągłości połączeń wyrównawczych i ochronnych prądem 200 mA z funkcją autozerowania. Dodatkowo można dokonać pomiaru rezystancji elektrod pomocniczych i napięcia zakłócającego. Możliwe jest również wykonanie pomiaru w obecności napięć zakłócających sieci. Napięcie pomiarowe wybiera się pomiędzy 25 V a 50 V.
Nieco bardziej zaawansowane modele pozwalają na pomiar uziemień metodą techniczną (3p, 4p). W niektórych modelach pomiar jest przeprowadzany przy użyciu prądu o częstotliwości 125 Hz, dzięki czemu zyskuje się wysoki poziom odporności na zakłócenia pochodzące od sieci elektroenergetycznej. Przyrządy bywają też wyposażane w funkcje pomiaru rezystywności gruntu i niskich rezystancji. Przydatne rozwiązanie stanowi pomiar metodą dwucęgową, a w niektórych sytuacjach pomiar bez konieczności stosowania sond pomocniczych wbijanych do gruntu. Na rynku dostępne są przyrządy przeznaczone do pomiarów uziemień w energetyce, w których zakres pomiarowy, zgodnie z normą PN-EN 61557, wynosi od 0,30 Ω.
Dużym uznaniem cieszą się mierniki zaawansowane. W niektórych tego typu urządzeniach stosowane są wszystkie znane metody pomiaru rezystancji uziemień. Badania mogą być przeprowadzane metodą techniczną, również z użyciem dodatkowych cęgów (uziemienia wielokrotne). Istnieje możliwość wykonania pomiaru metodą dwucęgową oraz udarową.
Damian Żabicki – dziennikarz, redaktor, autor tekstów, specjalizujący się w tematyce technicznej i przemysłowej. Specjalista public relations firm z branży technicznej.
