В 2011 году вышла в свет статья «Абсолютный ноль. Диапазон измерения и отображения». На тот момент компания «Сонэл» была одна из немногих, кто показал диапазоны измерения согласно ГОСТ на корпусе измерительных приборов и в технической документации. В статье мы подробно объяснили все нюансы. В 2022 мы понимаем, что тема жива как никогда. Просто «перезапустить» статью будет неправильно. Прошло 10 лет, сменилось поколение приборов Sonel. Стандарт, на который опирался автор, сменил статус с «действующего» на «заменён» и получил российскую модификацию. Но большая часть статьи осталась без изменений. Поехали.
В подробных технических характеристиках измерителей SONEL, а иногда и в маркировке на их корпусе, нередко можно встретить информацию о диапазонах измерения и отображения. Это часто приводит в недоумение пользователей приборов. В этой статье мы постараемся приоткрыть завесу тайны над этим явлением, и подробно его изучить применительно к группам приборов, где это понятие используется.
Прародителем этих диапазонов является группа международных стандартов МЭК 61557. ГОСТ Р МЭК 61557 идентичен международному стандарту МЭК 61557:1997 и на сегодняшний день заменён на ГОСТ Р 54127. Последний является модифицированным по отношению к МЭК 61557:2007. Кроме новых цифр глобально ничего не изменилось:
- ГОСТ Р 54127-1-2010 (МЭК 61557-1:2007) Сети электрические распределительные низковольтные напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Электробезопасность. Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 1. Общие требования.
- ГОСТ Р 54127-2-2011 (МЭК 61557-2:2007) Сети электрические распределительные низковольтные напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Электробезопасность. Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 2. Сопротивление изоляции.
- ГОСТ Р 54127-3-2011 (МЭК 61557-3:2007) Сети электрические распределительные низковольтные напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Электробезопасность. Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 3. Полное сопротивление контура.
- ГОСТ Р 54127-4-2011 (МЭК 61557-4:2007) Сети электрические распределительные низковольтные напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Электробезопасность. Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 4. Сопротивление заземления и эквипотенциального соединения.
- ГОСТ Р 54127-5-2011 (МЭК 61557-5:2007) Сети электрические распределительные низковольтные напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Электробезопасность. Аппаратура для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 5. Сопротивление заземлителя относительно земли.
- ГОСТ Р 54127-6-2012 (МЭК 61557-6:2007) Сети электрические распределительные низковольтные напряжением до 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока. Электробезопасность оборудования для испытания, измерения или контроля средств защиты. Часть 6. Устройства защитные, управляемые дифференциальным током, в TT, TN и IT системах.
Данная группа стандартов предъявляет требования к методам измерений и характеристикам средств измерений параметров электробезопасности. Рассмотрим, как данные документы нормируют технические характеристики для различных типов средств измерений. При этом мы не будем рассматривать шестую часть стандарта, которая описывает требования к измерителям УЗО, так как вопросов по этим приборам обычно не возникает. Также следует учесть, что вся изложенная информация справедлива и для аналогичных режимов, которые реализованы в многофункциональных измерителях серии MPI.
Измерители сопротивления электроизоляции (серия ТМ, MIC, MPI)
Выдержка из стандарта ГОСТ Р 54127-2-2011(МЭК 61557-2:2007):
«4. Требования. 4.5. Максимальная приведенная погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения в пределах диапазона измерений не должна превышать ±30% измеренного значения, принятого в качестве нормирующего, в соответствии с таблицей 1. Указанная погрешность должна быть маркирована на измерительной аппаратуре или указана в нормативных документах на нее.
Погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения нормируют при установленных рабочих условиях по ГОСТ Р 54127-1.»
«5.1. Маркировка. В дополнение к маркировке, указанной в ГОСТ Р 54127-1, на измерительной аппаратуре должна быть приведена следующая информация: 5.1.3. Диапазон измерения по 4.5».
Если мы рассмотрим в этом аспекте измеритель параметров электроизоляции ТМ-2501, можно обратить внимание, что на корпусе нижний диапазон измерения сопротивления электроизоляции промаркирован от 100 кОм. Хотя прибор имеет разрешение 0,1 кОм. Объяснение этому фактически дано в руководстве по эксплуатации. Прибор рассчитывает сопротивление электроизоляции на основании известного испытательного напряжения и полученного значения силы тока. Логично предположить, что минимальное значение сопротивления можно получить при минимальном напряжении и максимальном токе.
Максимальный ток преобразователя тока для ТМ-2501, при котором производителем гарантируется соблюдение требований стандарта по погрешности, составляет 1 мА. При этом самое минимальное номинальное испытательное напряжение, которое возможно установить в приборе - 100 В.
Отсюда получаем:
Ниже этого значения измерение тоже возможно, но требования стандарта по погрешности соблюдены не будут. Зная эту методологию, возможно определить границу измерения минимального сопротивления электроизоляции для любого мегаомметра при установленном значении испытательного напряжения и максимальном токе преобразователя. Все верно, максимальный ток преобразователя не ограничивается на уровне 1мА для измерителей параметров электроизоляции Sonel:
- MIC-10, MIC-30, ТМ-2501, ТМ-5001, серия MPI – максимальный ток преобразователя 1мА;
- MIC-5005, MIC-5010 – максимальный ток преобразователя 1 или 3 мА;
- MIC-5050, MIC-10k1 – максимальный ток преобразователя 1, 3 или 6 мА;
- MIC-15k1 – максимальный ток преобразователя 1, 3, 5 или 7 мА.
Измерители сопротивления петли короткого замыкания (Серия ТС, MZC, MPI)
Выдержка из стандарта ГОСТ Р 54127-3-2011 (МЭК 61557-3:2007):
«4. Требования. 4.1. Максимальная приведенная погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения в пределах диапазона измерений не должна превышать ±30% измеренного значения, принятого в качестве нормирующего, в соответствии с таблицей 1. Указанная погрешность должна быть маркирована на измерительной аппаратуре или указана в нормативных документах на измерительную аппаратуру».
«5.1. Маркировка. В дополнение к маркировке, указанной в ГОСТ Р 54127-1, на измерительной аппаратуре должна быть приведена следующая информация: 5.1.1. Диапазон полного сопротивления контура или расчетного тока короткого замыкания, в пределах которого обеспечиваются пределы погрешности согласно 4.1».
«5.2. Руководство по эксплуатации. Руководство по эксплуатации должно содержать следующую информацию в дополнение к указанной в ГОСТ Р 54127-1: 5.2.4. Диапазон полного сопротивления контура (значение и угол), в пределах которого погрешность в рабочих условиях применения не превышает установленной в 4.1».
Рассмотрим эту информацию применительно к ТС-20. На приборе промаркирован диапазон измерения полного сопротивления (Z) от 0,24 Ом для измерительных проводов 1,2 м. При этом диапазон отображения сопротивления начинается от 0 Ом с разрешением 0,01 Ом. Откуда же взялись эти 0,24 Ом?
Для начала проведем несложный расчет. Погрешность измерения в этом диапазоне для ТС-20 составит 2,5 % и. в. +5 е.м.р. Попробуем посчитать, какая абсолютная погрешность будет в точке 0,24 Ом. Для начала, давайте определим, что же такое «е.м.р.» или единицы младшего разряда. Проводя сравнение с аналоговыми приборами, можно сказать, что е.м.р. — цена деления шкалы. В цифровых измерителях данная величина обусловлена разрядностью АЦП (микропроцессора). Величина одной единицы младшего разряда равна разрешению прибора для заданного диапазона. В случае приведенного ниже расчета для прибора ТС-20 в диапазоне от 0 до 19,99 Ом е.м.р. - 0,01 Ом.
ΔZ=0.24×0.025+5×0.01=0.056 Ом
Относительная погрешность δ Z для 0.24 Ом составит 0.056/0.24*100=23 %
Казалось бы, погрешность составила 23 %, а стандарт требует указания начала измерительного диапазона от точки, в которой погрешность не будет превышать 30 %. Куда делись ещё 7 процентов? Дело в том, что мы произвели расчеты для нормальных условий применения ТС-20. Но ГОСТ Р 54127-3 требует указания измерительного диапазона в рабочих условиях применения. Это значит, что должны учитываться такие дополнительные факторы как влияние температуры, изменения фазового угла, частоты и т. д. Для расчета относительной погрешности измерения в рабочих условиях применения используется более сложная формула, которая также приведена в стандарте.
Дополнительные исходные данные для расчета по этой формуле производитель фиксирует при испытаниях. И только на основании полных исходных данных о влиянии дополнительных факторов на результат измерения производится расчет относительной погрешности. Если вернуться к тому же ТС-20, то после учета всех влияющих на результат измерения величин, точкой «пересечения» погрешности в 30 % является значение 0,24 Ом. Именно это указано на корпусе прибора.
Почему тогда в руководстве по эксплуатации, для измерительных проводников различной длины, приведены отличающиеся значения начала диапазона?
Например, для ТС-20:
- для измерительного провода 1,2 м – диапазон 0,24…200 Ом;
- для измерительного провода 5 м – диапазон 0,26…200 Ом;
- для измерительного провода 10 м – диапазон 0,28…200 Ом;
- для измерительного провода 20 м – диапазон 0,35…200 Ом;
Ведь приборы имеют функцию компенсации их сопротивления за счет выбора предустановленных значений фиксированной длины? Дело в том, что прибор хоть и учитывает сопротивление измерительных проводников в результате измерения, не стоит забывать про температуру. Сопротивление, даже штатных проводников, может немного отклоняться при различной температуре. К тому же провода большой длины восприимчивы к воздействию электромагнитных помех. Все это дополнительное влияние и нашло отражение в зафиксированных значениях, которые приведены в соответствии с требованиями стандарта по отношению к погрешности.
Теперь, когда понятно какими факторами определяются границы измерительного диапазона сопротивления, можно легко рассчитать границы допустимого расчета ожидаемого тока короткого замыкания.
Возьмем тот же ТС-20, измерительные проводники 1,2 м и номинальное напряжении 230 В. Диапазон измерения сопротивления от 0,24 Ом до 200 Ом. Соответственно:
Таким образом, требование стандарта будет соблюдено, если результат измерений при этих условиях будет находиться в диапазоне от 1,15 А до 958 А. Для MZC-304 диапазон измерения полного сопротивления петли «фаза-нуль» по ГОСТ уходит ниже до 0,13 Ом. Это позволяет соблюдать требование стандарта на токах до 1769 А (при номинальном напряжении 230 В). Хотелось бы получить более низкие значения сопротивления, но прибор с более точными «низами» вы вряд ли найдете на рынке. В своём классе петлемеров (с разрешением 0,01 Ом) MZC-304 возглавляет рейтинг. Для качественной оценки токов короткого замыкания более 2000А, а это автоматические выключатели с номинальным током от 200А, потребуется машина помощнее. В линейке Sonel есть такой прибор - измеритель параметров электробезопасности мощных электроустановок MZC-310S. Минимальное разрешение измерителя – 0,1мОм, диапазон измерения полного сопротивления петли «фаза-нуль» согласно ГОСТ от 0,0072 Ом. Соответственно, токи короткого замыкания до 31900 А, при номинальном напряжении сети 230 В.
Измерители сопротивления проводников присоединения к земле (ТМ-2501, серия MIC, MZC-304, серия MRU, ТЕ-30, серия MPI)
Выдержка из стандарта ГОСТ Р 54127-4-2011 (МЭК 61557-4:2007):
«4. Требования. 4.4 Диапазон измерений, в пределах которого погрешность в рабочих условиях применения должна соответствовать требованиям 4.6, должен быть от 0,2 до 2 Ом. 4.5 Разрешающая способность цифровых приборов должна быть не менее 0,1 Ом. 4.6 Максимальная приведенная погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения в пределах диапазона измерений не должна превышать ±30 % измеренного значения, принятого в качестве нормирующего в соответствии с таблицей 1. Указанная погрешность должна быть маркирована на измерительной аппаратуре или указана в нормативных документах на нее. Погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения нормируют при установленных рабочих условиях по ГОСТ Р 54127-1».
«5.1. Маркировка. В дополнение к маркировке, указанной в ГОСТ Р 54127-1, на измерительной аппаратуре должна быть приведена следующая информация: 5.1.4. Диапазон измерения по 4.6».
В этой части статьи мы затронем измерение сопротивления переходных сопротивлений (металлосвязи) током ±200 мА. В свидетельстве о регистрации электролабораторий данный вид работ указан как «Проверка наличия цепи между заземленными установками и элементами заземленной установки». Функция представлена в серии MRU, ТЕ-30, ТМ-2501, серия MIC (MIC-10/30/5010), MZC-304 и серия MPI.
Рассмотрим этот режим на примере измерителя ТМ-2501. На корпусе начало измерительного диапазона промаркировано от 0,1 Ом. При этом диапазон отображения прибора начинается от 0 Ом с разрешением 0,01 Ом. Стандарт и для этого вида измерений требует, чтобы начало измерительного диапазона было промаркировано от точки, в которой погрешность измерения не превысит 30 %. Также в расчет берется погрешность не в нормальных условиях применения (2 % и. в. +3 е.м.р.), а в рабочих условиях. Соответственно, округленное значение границы, ниже которой погрешность результата измерения превысит 30 %, заявлена производителем на уровне 0,1 Ом.
Специалистов эта информация может поставить в тупик. И действительно, ведь нормативная документация регламентирует исправность переходных контактов при их сопротивлении не более 0,05 Ом (ПТЭЭП приложение 3 п.28.5). Данное требование является в принципе понятным, но не совсем технически корректным. Дело в том, что измеритель сопротивления, который бы обеспечил соблюдение требований для измерения 0,05 Ом в рабочих условиях применения, с погрешностью менее 30 %, является достаточно дорогостоящим. И насколько целесообразно выполнять проверку наличия цепи между заземленными установками и элементами заземленной установки прибором с разрешением менее 0,01 Ом.
Вот другой авторитетный нормативный документ: «Следует проверить сечения, целостность и прочность проводников, их соединений и присоединений. Не должно быть обрывов и видимых дефектов в заземляющих проводниках, соединяющих аппараты с заземлителем. Надежность сварки проверяется ударом молотка» (ПУЭ гл.1.8.39 Заземляющие устройства п.2). Ни слова о нормирование конкретного переходного контакта. Как и в европейских стандартах. На сегодняшний день нет единого мнения по данному вопросу. При измерении и последующим составлении протокола специалисты подстраиваются под требования инспектирующего органа конкретного региона или заказчика. Мы же настаиваем, что все приборы с разрешением 0,01 Ом соответствуют ГОСТ Р 54127-4 и могут применяться для измерения «металлосвязи».
Измерители параметров заземляющих устройств (серия MRU, ТЕ-30, серия MPI).
Выдержка из стандарта ГОСТ Р 54127-5-2011 (МЭК 61557-5:2007):
«4. Требования. 4.3 Максимальная приведенная погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения в пределах диапазона измерений не должна превышать ± 30 % измеренного значения, принятого в качестве нормирующего в соответствии с таблицей 1. Указанная погрешность должна быть маркирована на измерительной аппаратуре или указана в нормативных документах на нее.
Погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения нормируют при установленных рабочих условиях по ГОСТ Р 54127-1»
«5.1. Маркировка. В дополнение к маркировке, указанной в ГОСТ Р 54127-1, на измерительной аппаратуре должна быть приведена следующая информация. 5.1.1 Диапазон измерений, в пределах которого гарантирована максимальная погрешность измерительной аппаратуры в рабочих условиях применения».
Заключительная часть информация о диапазонах измерения и отображения затрагивает измерение сопротивления заземляющих устройств. У MRU-200 начало диапазона измерения сопротивления заземляющих устройств составляет 0,1 Ом. Особенных отличий от приведенной выше информации по этому виду измерений нет. Все аналогично по отношению к измерению сопротивления петли короткого замыкания или переходных сопротивлений. Все те же рабочие условия, предел погрешности 30 %. Единственное, при расчете начала диапазона, учитывается влияние дополнительных (соответствующих только этому виду измерений) помех. Как вариант: помех последовательного вида или влияния сопротивления вспомогательных зондов. Но в целом, абсолютно идентичный алгоритм.
Подводя итог приведенной информации, можно однозначно убедиться, ничего страшного в диапазонах измерения нет. Да, есть диапазоны отображения. В них все начинается от НОЛЯ. Это лишь характеристика электроники приборов. Реальная жизнь накладывает свои ограничения в виде дополнительного влияния обозначенного в диапазонах измерения. Причем не факт, что за границами диапазонов измерения все будет очень плохо, а именно, погрешность результата превысит 30 %. Это далеко не так.
Практический и статистический опыт, накопленный нами, показывает, что запаса метрологической надежности измерителей Sonel хватает и вне этих границ. Но это не значит, что это ненужная информация. Специалист, который проводит измерения и знает эти границы, всегда может для себя сделать вывод: когда результату измерения можно однозначно доверять, а когда следует с предосторожностью отнестись к полученным данным. К тому же, стандарт есть стандарт. Серия ГОСТов 54127 (МЭК 61557) фактически формирует прообраз технических заданий по определенным видам измерений к производителям средств измерений параметров электробезопасности. К сожалению, в России ряд производителей и поставщиков, зачастую пренебрегают требованиями этого стандарта в угоду конкурентной борьбы, или из-за банального игнорирования его требований.
Как правило, это как минимум выражается в недопустимой маркировке приборов или некорректных руководствах по эксплуатации. То есть иногда, в лучшем случае, реальные измерительные диапазоны упрятаны в руководствах по эксплуатации. А зачастую, упоминания о них не встретишь и там. Понятное дело, что когда будущий пользователь выбирает между двумя приборами, он, наверное, обратит внимание, что у одного прибора диапазон измерения начинается от ноля, а у другого несколько выше. Но вот только не бывает его — абсолютного ноля — в рабочих условиях!
