Pomiar pętli zwarcia – różnica 3 Ω przed i za RCD w rozdzielni z PV i bankiem energii

Pytanie

dlaczego wynik pomiaru pętli zwarcia przed wszystkimi czterema różnicówkami zamontowanymi w jednej rozdzielnii różni się o 3 omy od pomiaru za tymi różnicówkami. Niedawno do tej rozdzielni podłączono fotowoltaikę i bank energii.

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Różnica 3 Ω pomiędzy impedancją pętli zwarcia (IPZ) mierzoną przed czterema wyłącznikami RCD a pomiarem za nimi wynika z nałożenia się trzech głównych zjawisk:

  1. dodatkowej rezystancji/reaktancji samych RCD i ich połączeń,
  2. zakłócenia algorytmu pomiarowego przez filtry EMC i prądy upływu falownika fotowoltaiki oraz magazynu energii,
  3. ewentualnych rezystancji przejściowych w nowych lub poluzowanych złączach powstałych przy modernizacji rozdzielnicy.

• Aby ustalić faktyczną IPZ należy odłączyć źródła PV/BESS, sprawdzić połączenia mechaniczne oraz wykonać pomiar miernikiem z funkcją „Z-RCD” (low-current) lub metodą spadku napięcia zgodnie z PN-EN 61557-3.

Szczegółowa analiza problemu

1. Rezystancja wprowadzana przez tor prądowy RCD
   • Typowe RCD 40 A-63 A w stanie nowym wnoszą 20-80 mΩ. Cztery sztuki dają 0,08-0,32 Ω – zbyt mało, by tłumaczyć 3 Ω.
   • Jeżeli styki są przepalone lub dokręcone z niedostateczną siłą, rezystancja może urosnąć do pojedynczych omów.

2. Rezystancje przejściowe i nowa topologia rozdzielnicy
   • Dołożenie sprzętu PV/BESS to zwykle nowe przewody, złączki nożowe, szyny grzebieniowe, styki na listwach PE/N. Każdy luźny zacisk generuje dziesiąte części oma; kilka takich punktów potrafi podbić IPZ o kilka omów.
   • Praktyka pomiarowa pokazuje, że zaciski N oraz wspólne belki PE po modernizacji są najczęstszym źródłem skokowego wzrostu IPZ.

3. Wpływ filtrów EMC falownika i magazynu energii
   • Po stronie AC falownik zawiera kondensatory klasy Y do PE (rzędu 1–5 µF) oraz dławiki LC. W chwili, gdy miernik wtryskuje impuls 12–25 A (tryb klasyczny) albo 15-mA (tryb Z-RCD), powstała składowa pojemnościowa i wysokoczęstotliwościowa zmienia wektor prądu testowego.
   • Miernik oblicza impedancję z ∆U/∆I przy założeniu czysto rezystancyjnego toru – obecność reaktancji powoduje zawyżenie wyniku nawet o kilka omów, gdy Zs < 1 Ω.

4. Prądy upływu i DC-offsety
   • Beztransformatorowe falowniki oraz magazyny energii potrafią wprowadzać składową stałą (≤ 30 mA DC) oraz wysokie harmoniczne. Tani miernik IPZ niekorygujący błędu fazowego błędnie interpretuje taki sygnał jako wzrost impedancji.
   • Normatywnie (PN-HD 60364-7-712) dla PV zaleca się RCD typu B/F – ich tor prądowy bywa dłuższy, a prądy upływu większe, co również wpływa na pomiar.

5. Dokładność przyrządu i sposób pomiaru
   • Klasa przyrządów wg PN-EN 61557 dopuszcza ±(5 % + 0,06 Ω). Dla wartości rzędu 0,5 Ω → błąd ± 0,09 Ω, zatem 3 Ω zdecydowanie przekracza niepewność i wskazuje na problem instalacyjny lub zakłócenie pomiaru.
   • Pomiar musi być wykonany w identycznych punktach L-PE; zmiana punktu (np. gniazdo zasilania falownika) dodaje rezystancję żyły przewodu.

Aktualne informacje i trendy

• Rozwój OZE powoduje powszechne stosowanie wyłączników różnicowych typów B i F oraz hybrydowych SPD w jednej szafie – wzrasta ilość elementów wprowadzających reaktancję.
• Producenci mierników (Sonel MZC-320, Fluke 1664FC) oferują tryb „Zs RCD” realizowany prądem 6–15 mA impulsowym < 40 ms, co minimalizuje wpływ RCD i PV-filtrów.
• W branży testuje się metody modelowania impedancji pętli zwarcia przy jednoczesnym zasilaniu z sieci i mikroźródeł (IEC 60364-8-2 Ed.2 – draft 2023).

Wspierające wyjaśnienia i detale

• W torze zwarcia w układzie TN-C-S mamy: Zs = Zfider + Zstyk(rozłączniki) + Zprzewody-rozdzielnicy + Zodbiornik. Po modernizacji zmieniły się Zstyk i częściowo Zprzewody.
• Kondensator klasy Y 2,2 µF przy 50 Hz ma reaktancję ≈ 1450 Ω, ale przy impulsie 1 kHz (charakterystycznym dla częstotliwości analizy FFT miernika) już ≈ 72 Ω. Przy kilku równoległych ścieżkach prąd preferuje drogę pojemnościową, co zakłóca ΔU/ΔI.

Aspekty etyczne i prawne

• PN-HD 60364-6 wymaga, aby pomiary po każdej zmianie instalacji potwierdzały zdolność do samoczynnego wyłączenia zasilania w 0,4 s. Fałszywie zawyżona IPZ może skutkować niespełnieniem warunku SWZ i zagrożeniem porażeniowym.
• Rozporządzenie Ministra Energii (Dz.U. 2019 poz. 1210) nakłada obowiązek wykonania i archiwizacji protokołów pomiarowych po przyłączeniu mikroinstalacji PV.

Praktyczne wskazówki

1. Odłącz wyłączniki DC i AC falownika oraz BESS → powtórz pomiary.
2. Skontroluj moment dokręcania zacisków śrubowych (typowo 2,5–3 Nm dla RCD 63 A).
3. Zmierz rezystancję przejścia każdego RCD (funkcja „mili-ohmmeter” lub pomiar IΔ = 30 mA, ∆U zapisane).
4. Jeśli IPZ nadal > wartość dopuszczalna Zsₘₐₓ = U₀ / Ia (PN-HD 60364-4-41) rozważ:
   • wymianę RCD na modele o niższej rezystancji (seria „siłowa” 125 A),
   • dedykowaną szynę „clean PE” dla PV, by odseparować pojemności Y od toru pomiarowego,
   • zastosowanie miernika klasy A > 500 próbek/s z kompensacją fazy.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Jeśli po odłączeniu PV różnica spada do < 0,5 Ω, winne są zakłócenia pomiaru, nie sama instalacja.
• W przypadku RCD typu B prądy upływu DC mogą magnetycznie wysycać przekładnik Ferrantiego i powodować wzrost oporu dynamicznego toru.

Sugestie dalszych badań

• Pomiar impedancji metodą 4-przewodową Kelvina na samych stykach RCD w celu oceny ich zużycia.
• Analiza FFT prądu pomiarowego i odpowiedzi napięciowej dla identyfikacji wpływu pojemności filtrów.
• Weryfikacja zgodności z projektem – czy właściwie zachowana selektywność czasowo-prądowa zabezpieczeń po stronie AC mikroinstalacji.

Krótkie podsumowanie

Różnica 3 Ω nie wynika wyłącznie z nominalnej rezystancji czterech RCD. Dodane filtry EMC falownika PV i magazynu energii, luźne lub dodatkowe złącza oraz możliwe błędy metrologiczne kumulują się, zawyżając pomiar IPZ za wyłącznikami. Prawidłowa diagnostyka wymaga kolejno: odseparowania źródeł PV/BESS, weryfikacji styków, użycia odpowiedniego trybu pomiaru i, jeśli potrzeba, wymiany komponentów lub korekty okablowania, tak aby wartości impedancji spełniały wymagania norm ochrony przeciwporażeniowej.