Danas je nabavljen Uređaj za ispitivanje električnih aparata Ue-A1 koji je proizveo Institut Rade Končar vjerojatno u 1970/80-tim godinama. Ovaj uređaj služi za provjeru električne sigurnosti aparata prema tadašnjim standardima i obično se koristio u laboratorijima i servisima za periodične preglede i certificiranje niskonaponske (220 V) električne opreme.
Institut Rade Končar
Institut Rade Končar je osnovan 1961. godine kao središnja istraživačka i razvojna institucija tadašnjeg poduzeća “Rade Končar”. Tijekom 1970-ih započinje intenzivan rad na dijagnostici transformatora i osnivanje prvih pokretnih ispitnih stanica. Kroz desetljeća, Institut se razvio iz internog odjela za istraživanje u današnje samostalno trgovačko društvo unutar Grupe KONČAR, s fokusom na primijenjeno istraživanje i inovacije (KONČAR – Institut za elektrotehniku).
Osnovne djelatnosti Instituta su proizvodnja ispitne i mjerne opreme primarno za transformatore i rotacijske strojeve, te ispitivanje, dijagnostika, umjeravanje i certificiranje niskonaponske i visokonaponske opreme i sustava.
Funkcije uređaja za ispitivanje električnih aparata Ue-A1
Prednja ploča je jasno označena te se vidi uređaj omogućuje šest vrsti mjerenja:
- Napon mreže V – kontrola ulaznog napona.
Skala instrumenta (voltmetra) ide do 250 V, a crvenom točkom je prema tadašnjem standardu označen napon od 220 V.
Današnja standardna (nominalna) vrijednost mrežnog napona u Hrvatskoj iznosi 230 V za jednofazne priključke (odnosno 400 V za trofazne). Prijelaz s 220 V na 230 V započeo je krajem 1980-ih, a formalno je usklađen kroz 1990-e i rane 2000-te. U Europi je odluka standardizaciji donesena 1987. godine, a Hrvatska je taj standard (norma HRN EN 50160) u potpunosti prihvatila i implementirala kroz zakonske akte početkom 2000-ih.
Glavni razlog promjene dakle nije bila tehnološka potreba za “jačom” strujom, već harmonizacija tržišta. Prije promjene, kontinentalna Europa koristila je 220 V dok je Velika Britanija koristila 240 V. Odabran je srednji put od 230 V kako bi svi električni uređaji mogli raditi u bilo kojoj europskoj zemlji bez preinaka.
Viši napon teoretski omogućuje prijenos iste snage uz nešto manju struju, što smanjuje gubitke u vodičima (toplina), iako je u ovom slučaju to bio sekundarni efekt u odnosu na zakonsko usklađivanje. Umjesto fizičke zamjene svih transformatora, jednostavno su promijenjene dopuštene granice odstupanja. Današnji standard od 230 V dopušta odstupanje od +10% do -6% (odnosno 216-253 V) što obuhvaća i stare sustave od 220 V i one od 240 V.
Ipak, neki stari uređaji koje često opisujem u ovom blogu dizajnirani su za rad na točno (maksimalno) 220 V i to treba imati u vidu ako se spajaju na današnju mrežu koja i kod nas na nekim mjestima doseže preko 240 V.
- Struja odvoda mA – provjera curenja struje.
Struja odvoda (odvodna struja) je struja koja normalno teče iz električnog uređaja prema zemlji ili vodljivim dijelovima, čak i kada je uređaj ispravan. Nastaje zbog nesavršenosti izolacije, kapacitivnih efekata (npr. dugi kabeli) ili filtera u opremi. Iako uređaj funkcionira, dio struje ipak “curi” i ta struja je kod ispravnog uređaja niske vrijednosti (do nekoliko miliampera).
Struju odvoda ne treba miješati sa strujom kvara. To je struja koja nastaje uslijed kvara na izolaciji (npr. faza dotakne kućište) ili direktnog kratkog spoja. To je nenormalno stanje koje zahtijeva isključenje (zaštitni uređaj kao FID sklopka ili osigurač). Znatno je veća od struje odvoda i opasna je za ljude i opremu.
Dopuštene struje odvoda nisu fiksne za cijelu instalaciju, već ovise o vrsti uređaja i standardima sigurnosti. Budući da su one normalna pojava, cilj je zadržati ih ispod razine koja bi uzrokovala neželjeno izbijanje zaštitne sklopke (FID) ili opasnost za čovjeka. Evo primjera nekih standardnih dopuštenih vrijednosti struje odvoda za trošila:
- Prijenosni uređaji klase I (uređaji s uzemljenjem, npr. glačalo): do 0,75 mA.
- Stacionarni uređaji klase I (npr. štednjak, perilica): do 3,5 mA.
- Uređaji klase II (dvostruka izolacija, bez uzemljenja): do 0,25 mA.
- Medicinski uređaji: Imaju znatno stroža ograničenja, često ispod 0,1 mA, ovisno o tome dolaze li u izravan dodir s pacijentom.
Skala našeg instrumenta za mjerenje struje odvoda ide do 5 mA i na njoj je crvenim točkama označeno pet nominalnih vrijednosti koje su dopuštene ovisno o klasi i snazi uređaja koji se ispituje, a koje se poklapaju sa našim primjerima.
U kućanstvima se najčešće koristi FID sklopka osjetljivosti 30 mA. Prema propisima, ukupna struja odvoda cijele instalacije (zbroj svih uređaja) ne bi smjela prelaziti 1/3 nazivne struje sklopke (dakle, oko 10 mA za sklopku od 30 mA). Ako je struja odvoda veća od toga, sklopka može “izbaciti” bez stvarnog kvara, što se naziva lažno aktiviranje.
- Otpor izolacije MΩ – mjerenje kvalitete izolacije.
Prema tadašnjim standardima za uređaje Klase I (s uzemljenjem), minimalni otpor izolacije morao je biti veći od 2 MΩ, a za uređaje Klase II (dvostruka izolacija), ta je vrijednost često išla iznad 7 MΩ. Za uobičajene utičnice i rasvjetu, minimalni otpor mora biti barem 1 MΩ pri ispitnom naponu od 500 V DC. Kod današnjih novih instalacija te vrijednosti su u praksi znatno veće (često preko 100 MΩ).
Stoga je i skala za mjerenje otpora prilagođena tim vrijednostima, odnosno ommetar je najtočniji upravo u području 1-10 MΩ, a crvene točke se nalaze na 2 MΩ i 7 MΩ. Otpor koji je manji od tih vrijednosti znači neispravnu (propalu) izolaciju uređaja.
- Otpor zašt. voda Ω – ispitivanje kontinuiteta zaštitnog vodiča (uzemljenja).
Na ovom opsegu provjerava se kvaliteta spoja, odnosno prijelazni otpor između utikača (uzemljenja) i metalnog kućišta. Nominalna vrijednost mora biti što niža, tipično manja od 0,1 Ω (ne računajući otpor samog kabela). U praksi se za standardne duljine kabela u kućanstvima toleriraju vrijednosti do 0,1 Ω ili 0,2 Ω.
Gornja granica koja se obično uzima kao prihvatljiva (uključujući otpore na spojevima i kontaktima) iznosi iznosi 1 Ω. Ako instrument pokaže više od 1 Ω, to je svakako jasan znak lošeg spoja ili predugačkog vodiča premalog presjeka.
Skala našeg ommetra ovdje ide do 2 Ω, a prema crvenim markerima svaka vrijednost iznad 0,1 Ω smatrala se sumnjivom (loš kontakt ili oštećen vodič). Prava dopuštena vrijednost zapravo ovisi o struji kvara potrebnoj da osigurač “izbaci” u zadanom vremenu (obično unutar 0,4 sekunde za 230 V). To se provjerava mjerenjem impedancije petlje kvara.
- Otpor potrošača Ω – mjerenje otpora samog trošila.
Skala je baždarena do 500 Ω što je dovoljno za ispitivanje unutrašnjeg otpora većine kućanskih aparata. Najjača trošila (3300 W) će imati radni otpor od 15 Ω i trošiti struju od 15 A što je blizu granice standardnog kućnog osigurača od 16 A. Stoga je i ovaj uređaj dizajniran za mjerenje na aparatima koji troše do 15 A struje (snage do 3300 W). Neko malo trošilo snage 100 W će primjerice imati otpor oko 500 Ω što je maksimalna kalibrirana vrijednost na skali.
Naravno, mjerenje otpora mrežnih trošila je relativno jer neka trošila mogu imati različite otpore u hladnom i radnom stanju, a posebno mjerenje otpora može biti varljivo ako se otpor mjeri istosmjernom mjernom strujom jer to ne uključuje induktivni i kapacitivni otpor koji trošila imaju na izmjeničnoj struji. Tako izmjerenih 2-3 Ω pomoću istosmjerne struje može značiti 40-50 Ω impedancije na izmjeničnoj struji (50 Hz).
Moderni uređaji sa SMPS napajanjima (TV, punjači, LED driveri) na ulazu imaju ispravljače i kondenzatore. Multimetar (DC) će često pokazati beskonačan otpor (prekid) ili nasumične vrijednosti dok puni kondenzatore, iako uređaj ima svoju konstantnu impedanciju u radu. Isto tako, neke komponente poput varistora ili poluvodiča uopće ne “provode” na niskom mjernom naponu multimetra (do 9V), ali se potpuno drugačije ponašaju na mrežnih 230V.
Ovaj opseg može poslužiti za ispitivanje opće ispravnosti nekog električnog aparata, odnosno da li je u kratkom spoju ili prekidu.
Kasnije ćemo provjeriti da je mjerna struja na ovom opsegu AC ili DC, međutim u praksi umjesto posebnog AC ommetra, stvarni otpor (impedancija) uređaja na mrežnom naponu najlakše se saznaje mjerenjem struje i napona dok uređaj radi (Z=U/I).
- Pogonsko stanje V, A – radno stanje pod opterećenjem.
Desni instrument (ampermetar) mjeri radnu struju, odnosno potrošnju struje trošila. Skala ide do 15 A što znači da se mogu ispitivati uređaji snage do 3300 W. Kao što smo naveli, to je maksimalna snaga uređaja dozvoljena na jednom osiguraču kućne instalacije (po jednoj fazi).
Na voltmetarskoj skali (250 V) na lijevom instrumentu može se pratiti pad napona kod priključenja trošila. Ako je trošilo velike snage, a priključni kabao nedovoljnog presjeka, može doći do nedozvoljenog pada napona na njemu. Dopušteni pad napona od brojila do trošila obično je 3% do 5% od napona u praznom hodu. Ako je pad napona veći, to znači da se vodiči pretjerano griju i da zbog pada napona uređaj ne radi punom snagom.
Unutrašnja konstrukcija Ue-A1
Ue-A1 je konstrukcijski posve pasivan uređaj. Možemo uočiti strujni shunt montiran pored preklopnika vrste mjerenja, te na tri univerzalne pločice mjerne otpornike, potenciometre za kalibraciju, te ispravljačke diode i mostove.
Za ovaj uređaj nisam našao shemu ni bilo kakve druge podatke. Pretpostavljam da se mili-ommetar bazira na mjernom mostu, vjerojatno je Thomsonov (Kelvinov) dvostruki most ili neki modificirani Wheatstoneov most koji onda ujedno služi i za srednje otpore. Mega-ommetar dobiva visoki mjerni napon izravno iz mrežnog transformatora koji se ispravlja diodama (500 V). Diode su uglavnom ispravljački elementi za mjerne napone ommetara kao i za sam mjerni instrument za izmjenična mjerenja struja i napona. Uočavamo i dva elektrolitska kondenzatora vjerojatno za filtriranje mjernih napona ili kao detektor vršnih vrijednosti za instrument.
Test uređaja
Na testu se uređaj pokazao uglavnom neispravnim. Mjerenje napona nije točno i pokazuje 170 V umjesto 230 V. Mjerni napon mega-ommetra je očekivanih 500 V DC, a mjerenje otpora potrošača je čini se izmjeničnim mjernim naponom.
Trebao bi razdvojiti sve žice i rastaviti većinu šasije da nacrtam električnu shemu ovog uređaja. S obzirom na mali broj komponenti vjerojatno bi ih bilo lakše pojedinačno provjeriti, no i za to treba puno rastavljanja šasije, a time ne bi ništa naučili o tehnologiji konstrukcije ovakvog uređaja.
Zaključak
Generalno gledano Uređaj za ispitivanje električnih aparata Ue-A1 je namjenski uređen AVO metar (ampermetar, voltmetar, ommetar) prilagođen za električna mjerenja na jednofaznim kućanskim aparatima. Tako je voltmetar prilagođen mjerenju jednofaznih mrežnih napona do 250 V i mjerenju padova napona prilikom priključenja trošila. Ampermetar je mili-ampermetar do 5 mA (struja odvoda) i pogonski ampermetar do 15 A (potrošnja struje). Ommetar pak ima tri skale: mili-ommetar do 2 Ω (otpor zaštitnog voda), ommetar sa srednje otpore baždaren do 500 Ω (otpor potrošača) i mega-ommetar do 5 MΩ (otpor izolacije).
Današnji prosječan multimetar može mjeriti sve ove veličine, međutim, prednost uređaja Ue-A1 je u tome što se može brzo i lako provjeriti svaki jednofazni aparat na 6 vrsti ispitnih mjerenja bez potrebe za bilo kakvim prespajanjima ili promjenama mjernog kruga.