Jak zmierzyć prąd upływu (Leakage Current Test)

Po co mierzyć prąd upływu?

• Obecnie prąd upływu szczególnie interesuje osoby projektujące zabezpieczenia instalacji telekomunikacyjnych.
• By sprawdzić poprawność pracy urządzeń.
• Dla sprawdzenia serwisowanych nieurządzeń (przed i po naprawie).

Co określamy prądem upływu?
W sprawnym urządzeniu jest to prąd przepływający od części czynnych urządzenia do ziemi.

Prąd upływu zawiera dwie składowe:

• Składową czynną wywołaną upływnością izolacji.
• Składową pojemnościową wynikającą z pojemności izolacji i pojemności przyłączonych kondensatorów (np. filtrów przeciwzakłóceniowych z kondensatorami Y).

Prąd upływowy płynie nie tylko przez rezystancję izolacji, ale i przez warystorowe ograniczniki przepięć - występujące zarówno w postaci dodatkowych urządzeń zabezpieczających, jak i znajdujące się wewnątrz urządzeń.

Duża pojemność filtrów przeciwzakłóceniowych w urządzeniach telekomunikacyjnych, komputerach, serwerach, sprzęcie biurowym, powoduje, że przy projektowaniu instalacji elektrycznej należy ją dzielić na obwody (przyjętą granicą jest 10 mA na obwód).
W urządzeniach o II i III klasie ochronności prąd upływowy może płynąć przez ciało człowieka, ponieważ części przewodzące, z którymi możliwy jest kontakt, nie są uziemione. Dla rządzeń przenośnych w I klasie ochronności prąd upływu może płynąć przez ciało człowieka po przerwaniu przewodu ochronnego PE i może przekraczać próg odczuwalności, ale powinien być mniejszy niż granica samouwolnienia. Uwaga: jeżeli w instalacji jednofazowej dojdzie do przerwania przewodu PE to przez ciało człowieka dotykającego przewodzącą część urządzenia II lub III klasy ochronności, przepłynie suma prądów upływowych ze wszystkich urządzeń ww. klas podłączonych do tego odizolowanego odcinak PE.

***

Prądu upływu nie można ocenić megaomomierzem lub na podstawie wyników pomiarów izolacji (brakuje np. pomiaru składowej pojemnościowej). By prąd upływowy mógł się objawić, aby w ogóle dał się zmierzyć, trzeba zamknąć jego obwód - stworzyć możliwość wypłynięcia poza badane urządzenie przez przewód ochronny, przewód wyrównawczy, przez naturalne uziemienie lub przez ciało człowieka.

Wartość składowej pojemnościowej IC prądu upływowego obwodu jest sumą prądów
płynących przez doziemną pojemność:
a) Przewodów nieekranowanych (0,01÷0,1 mA/m przy 230V) Większe wartości dotyczą przewodów o większym przekroju i/lub przewodów ułożonych w przewodzących rurach lub korytkach, bądź też przewodów ekranowanych (0,5÷1 mA/m przewodu).
b) Przyłączonych urządzeń, zwłaszcza silników o uzwojeniach umieszczonych w żłobkach uziemionego magnetowodu.
c) Kondensatorów przyłączonych do części przewodzących dostępnych lub też bezpośrednio do uziemionych przewodów PE (PEN) (zwłaszcza w filtrach przeciwzakłóceniowych).

W obwodzie, w którym największy spodziewany ustalony prąd różnicowy wynosi I∆max, wyłącznik różnicowoprądowy powinien mieć znamionowy różnicowy prąd zadziałania I∆n spełniając warunek:

I∆n ≥ 2 ⋅ kb ⋅ I∆max

kb jest współczynnikiem bezpieczeństwa (kb=1,2÷1,5).

Należy unikać stosowania urządzeń, których prąd upływu przekracza:

• 0,75mA - dla urządzeń przenośnych
• 3,50mA - dla urządzeń stacjonarnych

Bardziej szczegółwe dane wg. norm PN-T-42107:1993,  IEC 335-1  i  VDE 0700 T.1:

• Urządzenia przenośne: 0.75 mA (zabezpieczenie klasy I)
• Urządzenia stacjonarne posiadające silniki elektryczne: 3.5 mA  (zabezpieczenie klasy I)
• Stacjonarne urządzenia grzewcze: 5.0 mA  (zabezpieczenie klasy I)
• Przyrządy: 0.25 mA  (zabezpieczenie klasy II)
• Inne: 3.5 mA

Jeżeli prąd upływu przekracza 10mA należy stosować przewody ochronne o minimalnym przekroju 10mm2 Cu (lub równoważnych). Zabezpiecza to przed śmiertelnym porażeniem, ponieważ w przypadku przerwy w przewodzie ochronnym to na wszystkich częściach przewodzących urządzenia pojawi się potencjał równy napięciu fazowemu.

Do badania prądu upływu stosuję następujący obwód pomiarowy:

Schemat pochodzi z materiałów serwisowych firmy Sony i właśnie taki układ stosuję.

Prąd upływu dla sprawnego urządzenia nie może przekraczać 0,5 mA (500mikroamperów), co oznacza dla pomiaru przeprowadzonego powyższą metodą zmierzone napięcie poniżej 0,75V. 

***

Impedancja ciała człowieka ma charakter rezystancyjno-pojemnościowy. Skóra ma charakter rezystancyjno-pojemnościowy, a organy wewnętrzne człowieka mają charakter rezystancyjny:

W przypadku prądów o dużej częstotliwości przez ciało człowieka przepływa głównie prąd naskórkowy, płynący po powierzchni skóry i tylko w niewielkiej części przepływa przez organy wewnętrzne człowieka.

Impedancja ciała na drodze ręka-ręka przy suchej skórze (kwantyl 50%), w zależności od napięcia dotykowego rażeniowego wynosi (PN-EN 50522 w tablica B.2): 

    25V - 3250 Ω

    50V - 2500 Ω

  125V - 1550 Ω

  200V - 1275 Ω

  220V - 1350 Ω

  225V - 1225 Ω

  400V -   950 Ω

1000V -   775 Ω

Jakie natężenie jest szkodliwe dla człowieka? Najbardziej ogólnie to:

• 13..15 mA utrudnia lub uniemożliwia wypuszczenie z rąk uchwyconej elektrody.
• Przy 15 mA i trochę powyżej, uniemożliwia uwolnienie się od uchwyconych elektrod. Przepływ prądu można wytrzymać około 15 s.
• Prąd rażeniowy o natężeniu 25 mA i większym może spowodować wstrzymanie pracy serca. Jeżeli dzianie prądu trwa kilkanaście sekund następuje niebezpieczne dla życia migotanie komór serca.

Update: 2015.03.23
Create: 2015.03.23