Как измерить сопротивление петли фаза-ноль?

Сроки проведения испытаний

Электрические сети и оборудование эксплуатируются в различных режимах. Со временем наблюдается естественное старение изоляции кабеля, ухудшение свойств проводников из-за токовых перегрузок, отклонений напряжения, влияния окружающей среды и т. д. Этим обусловлена необходимость в периодической проверке целостности контура фаза ноль.

В соответствии с указаниями ПУЭ испытание петли «Ф-Н» проводится, как минимум, один раз в 36 месяцев, а для электрических сетей, эксплуатируемых в опасных или агрессивных средах, как минимум, один раз в 24 месяца. Также предусматриваются внеплановые проверки, в следующих ситуациях:

• при внедрении в работу нового оборудования;
• после осуществления модернизации, профилактики или ремонта действующей сети;
• по требованию поставщика электроэнергии;
• по факту запроса от потребителя.

Периодичность осмотров электрооборудования жилых домов

Расчет тока короткого замыкания в сети 0,4 кВ

Введение

В соответствии с пунктом 3.1.8. ПУЭ электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения при этом указано что защита должна проверяться по отношению наименьшего расчетного тока короткого замыкания (далее — тока КЗ) к номинальному току плавкой вставки предохранителя или расцепителя автоматического выключателя. (Подробнее о выборе защиты от токов короткого замыкания читайте статью: Расчет электрической сети и выбор аппаратов защиты)

В сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью наименьшим током КЗ является ток однофазного короткого замыкания методика расчета которого и приведена в данной статье.

Основные понятия и принцип расчета

Сама формула расчета тока короткого замыкания проста, она выходит из закона ома для полной цепи и имеет следующий вид:

• Uф — фазное напряжение сети (230 Вольт);
• Zф-о — полное сопротивление петли (цепи) фаза-нуль в Омах.

Что такое петля фаза-нуль (фаза-ноль)? Это электрическая цепь состоящая из фазного и нулевого проводников, а так же обмотки трансформатора к которым они подключены.

В свою очередь сопротивление данной электрической цепи и называется сопротивлением петли фаза нуль.

Как известно есть три типа сопротивлений: активное (R), реактивное (X) и полное (Z). Для расчета тока короткого замыкания необходимо использовать полное сопротивление определить которое можно из треугольника сопротивлений:

Примечание: Сумма полных сопротивлений нулевого и фазного проводников называется полным сопротивлением питающей линии.

Рассчитать точное сопротивление петли фаза-нуль довольно сложно, т.к. на ее сопротивление влияет множество различных факторов, начиная с переходных сопротивлений контактных соединений и сопротивлений внутренних элементов аппаратов защиты, заканчивая температурой окружающей среды. Поэтому для практических расчетов используются упрощенные методики расчета токов КЗ одна из которых и приведена ниже.

Справочно: Расчетным путем ток короткого замыкания определяется, как правило, только для новых и реконструируемых электроустановок на этапе проектирования электрической сети и выбора аппаратов ее защиты. В действующих электроустановках наиболее целесообразно определять ток короткого замыкания путем проведения соответствующих измерений (путем непосредственного измерения тока КЗ, либо путем косвенного измерения, т.е. измерения сопротивления петли-фаза-нуль и последующего расчета тока КЗ).

Методика расчета тока кз

1) Определяем полное сопротивление питающей линии до точки короткого замыкания:

• Rл — Активное сопротивление линии, Ом;
• Xл — Реактивное сопротивление линии, Ом;

Примечание: Расчет производится для каждого участка линии с различным сечением и/или материалом проводника, с последующим суммированием сопротивлений всех участков (Zпл=Zл1+Zл2+…+Zлn).

Активное сопротивление линии определяется по формуле:

• Lфо — Сумма длин фазного и нулевого проводника линии, Ом;
• p — Удельное сопротивление проводника (для алюминия — 0,028, для меди – 0,0175), Ом* мм 2 /м;
• S — Сечение проводника, мм 2 .

Примечание: формула приведена с учетом, что сечения и материал фазного и нулевого проводников линии одинаковы, в противном случае расчет необходимо выполнять по данной формуле для каждого из проводников индивидуально с последующим суммированием их сопротивлений.

Реактивное сопротивление линии определяется по формуле:

2) Определяем сопротивление питающего трансформатора

Сопротивление трансформатора зависит от множества факторов, таких как мощность, конструкция трансформатора и главным образом схема соединения его обмоток. Для упрощенного расчета сопротивление трансформатора при однофазном кз (Zтр(1)) можно принять из следующей таблицы:

3) Рассчитываем ток короткого замыкания

Ток однофазного короткого замыкания определяем по следующей формуле:

• Uф — Фазное напряжение сети в Вольтах (для сетей 0,4кВ принимается равным 230 Вольт);
• Zтр(1) — Сопротивление питающего трансформатора при однофазном кз в Омах (из таблицы выше);
• Z пл — Полное сопротивление питающей линии (цепи фаза-ноль) от питающего трансформатора до точки короткого замыкания в Омах.

Методика измерений с использованием MZC-300

Прежде, чем переходить непосредственно к испытаниям, кратко расскажем о принятом порядке, он включает в себя:

• Соблюдение определенных условий, обеспечивающих необходимую точность.
• Выбор способа подключения устройства.
• Получение информации о напряжении сети.
• Измерение основных характеристик петли «Ф-Н».
• Считывание полученной информации.

Рассмотрим каждый из перечисленных выше этапов.

Соблюдение определенных условий

Следует принять во внимания некоторые особенности работы измерителя:

• Устройство не допустит проведение испытаний, если номинальное напряжение сети превысит максимальное значение (250В). Превышение диапазона измерения (250,0 В) приведет к тому, что на экране прибора отобразится предупреждение «OFL» сопровождаемое продолжительным звучанием зуммера. В этом случае прибор следует выключить и отключить от измеряемой петли.
• При обрыве нулевых или защитных проводников на экране устройства будет высвечиваться ошибка в виде символа «—», сопровождаемая длительным сигналом зуммера.
• Уровень напряжения в измеряемой петле недостаточное для испытаний, как правило, если ниже 180,0 вольт. В таком случае экран выдаст ошибку с символом «U», сопровождаемую двумя сигналами зуммера.
• Срабатывание термической блокировки прибора. При этом на экране высвечивается символ «Т», а зуммер выдает два продолжительных сигнала.

Выбор способа подключения устройства

Рассмотрим несколько вариантов электрических схем подключения прибора для проведения испытаний:

1. Снятие характеристик с петли «Ф-Н», в примере, приведенном на рисунке измеряются параметры в цепи С-N.

   Испытание петли С-N

2. Измерение в петле между одной из фаз и проводником РЕ.

   Испытание петли С-РЕ

3. Измерения в цепях ТТ.

Подключение прибора в цепях с защитным заземлением

1. Для проверки надежности заземления электрооборудования применяется способ подключения, приведенный ниже.

Испытание надежности заземления корпусов электрооборудования

Получение информации о напряжении сети

Рассматриваемый нами прибор позволяет измерить UH в пределах диапазона от 0 до 250,0 вольт. Фазное напряжение отображается на дисплее прибора сразу после нажатия кнопки включения или по истечении пяти секунд, после проведения испытаний (если не было произведено нажатие управляющих кнопок, отвечающих за отображение результатов на экране).

Измерение основных характеристик петли «Ф-Н»

Методика измерения ZП в петле, применяемая в модельном ряде MZC основана на создании искусственного КЗ с использованием ограничивающего сопротивления (10,0 Ом), понижающего величину IКЗ. После испытаний микропроцессор прибора производит расчет ZП, выделяя реактивные и активные составляющие. Процедура измерения не превышает 30,0 мс.

Характерно, что прибор автоматически выбирает нужный диапазон для измерения ZП. При нажатии кнопки «Z/I» на дисплей поочередно выводятся такие основные характеристики петли, как ожидаемый ток КЗ (IКЗ) и общее сопротивление (ZП).

Следует учитывать, что при вычислениях микропроцессор устанавливает величину UH на уровне 220,0 вольт, в то время, как текущее номинальное напряжение может отличаться от расчетного. Поэтому для увеличения точности замеров электрической цепи следует вносить поправку. Например, при действительном UH, равном 240,0 В, поправка для снижения погрешности прибора будет равна 1,09 (то есть необходимо 240 разделить 220).

Процесс измерения характеристик петли запускается кнопкой «Старт».

Считывание полученной информации

Как уже упоминалось выше, испытания начинаются после нажатия кнопки «Старт». После завершения измерений, на экране отображаются характеристики петли «Ф-Н», в зависимости от установленных настроек. Перебор отображаемой на дисплее информации осуществляется при помощи кнопок «SEL» и «Z/I».

Следует учитывать, что прибор MZC-300 отображает только результаты последнего измерения. Если необходимо хранение в электронной памяти результатов всех испытаний потребуется устройство с расширенными возможностями, например прибор MZC-303E.

Устройство MZC-303E для измерения характеристик петли «Ф-Н»

Такое устройство позволяет не только хранить информацию обо всех измерениях в электронной памяти, но и при необходимости переносить ее на компьютер, при помощи интерфейса USB.

Краткое описание MZC-300

Рассмотрим внешний вид и основные элементы измерителя MZC-300.

Расположение основных элементов прибора MZC-300

Обозначения:

1. Информационный дисплей. Полное описание его полей можно найти в руководстве по эксплуатации.
2. Кнопка «Старт». Запускает следующие процессы измерений:

• ZП, напомним, это общее сопротивление цепи Ф-Н.
• IКЗ – ожидаемый ток КЗ.
• Активного сопротивления, необходимо для калибровки прибора.

Старт каждого измерения сопровождается характерным звуковым сигналом.

1. Кнопка «SEL». Служит для последовательного вывода на информационный дисплей всех характеристик петли, полученных в результате последнего замера. В частности отображается следующая информация:

• Параметры ZП.
• Ожидаемый IКЗ.
• Уровень активного и реактивного сопротивления (R и Х).
• Фазный угол ϕ.

1. Кнопка «Z/I». По окончании испытаний переключает на дисплее отображение характеристик между ожидаемым IКЗ и ZП.
2. Кнопка отключения/включения измерительного устройства. Если при запуске прибора одновременно с данной кнопкой нажать «SEL», то измеритель перейдет в режим автокалибровки. Его подробное описание можно найти в руководстве пользования.
3. Разъем для подключения щупа, контактирующего с рабочим нулем, проводником РЕ или, PEN. Соответствующее обозначение нанесено на корпус прибора.
4. Разъем щупа, подключаемого к одному из фазных проводов. Как правило, помечен литерой «L».
5. Как и разъем i, в отличии от гнезд для измерительных проводов, используется только в режиме автоматической калибровки. На корпусе прибора обозначаются как «К1» и «К2».

Что это такое, и как формируется проверочная схема

Начать надо с пути, который проходит электрический ток от подстанции до розетки в доме

Обращаем ваше внимание, что в старых домах в электрике чаще всего присутствует сеть без заземляющего контура (земля), то есть, к розетке подходит фазный провод и нулевой (фаза и ноль)

Таким образом, эффективная глубина разведки в геометрии слоистой земли составляет приблизительно в 25-75 раз интерполированное расстояние между горизонтальными дипольными режимами и 5-5 для вертикального дипольного режима. Ответ измерителя удельной проводимости на проводящей дайке.

Кумулятивные кривые отклика для вертикальных копланарных и горизонтальных копланарных диполей. Однако измерители удельной проводимости местности широко используются в геотехнических и экологических исследованиях. Особый интерес представляет тот факт, что при использовании в вертикальном дипольном режиме приборы более чувствительны к наличию относительно проводящих, круто погружающихся структур, тогда как в горизонтальном дипольном режиме приборы довольно нечувствительны к этому типу структуры и могут давать точное измерение проводимости грунта в непосредственной близости от них.

Итак, от подстанции до дома сеть может быть длиною в несколько сот метров, к тому же она разделена на несколько участков, где используются разного сечения кабели и несколько распределительных щитов. То есть, это достаточно сложная коммуникация. Но самое главное, весь участок имеет определенное сопротивление, которое приводит к потерям мощности и напряжения. И это независимо от того, качественно ли проведена сборка и монтаж или не очень. Этот факт известен специалистам, поэтому проект сети делается с учетом данных потерь.

Фаза и другая информация получены в режиме реального времени путем соединения передатчика и приемника с соединительным кабелем. Межстрочный интервал определяется измерением первичного магнитного поля с помощью катушки приемника и регулировкой межслоевого расстояния, чтобы он был правильным значением для соответствующего расстояния. В вертикальном дипольном режиме инструменты относительно чувствительны к межколонному выравниванию, но тем более в горизонтальном дипольном режиме.

Поскольку измерители удельной проводимости местности читаются непосредственно в кажущейся электропроводности, и большинство обследований с использованием прибора выполняются в режиме профиля, интерпретация обычно является качественной и характерной «аномальной находкой». Типичные расстояния между станциями составляют от одной трети до половины межслойного расстояния. Максимальное количество геоэлектрических параметров, таких как толщина слоя и удельное сопротивление, которое может быть определено, меньше количества независимых наблюдений.

Конечно, грамотно проведенный монтаж – это гарантия корректной работы сетевого участка. Если в процессе сборки и разводки были сделаны отклонения от норм и требований или просто сделаны ошибки, то это гарантия увеличения потерь, сбоя работы сети, аварий. Вот почему специалисты проводят измерения показателей сети и анализируют их.

Наиболее распространенный инструмент использует три стандартных межмолекулярных расстояния и две ориентации межмолекулярных соединений, что дает максимум шести наблюдений. Без других ограничений оптимальной является двухслойная модель. Пример 1 — Сопоставление промышленного загрязнения подземных вод. Неорганическое загрязнение грунтовых вод обычно приводит к увеличению проводимости грунтовых вод. Проблема заключается в обнаружении и отображении степени загрязнения при наличии изменений проводимости, вызванных другими параметрами, такими как изменение литологии.

Необходимо отметить, что вся электрическая цепочка – это зацикленный контур, образованный фазным контуром и нулевым. По сути, это своеобразная петля. Поэтому ее так и называют петля фаза ноль.

Методика измерения петли «фаза — ноль»

Применяются следующие методы измерения: падения напряжения в отключенной цепи, то же – на нагрузочном сопротивлении и метод КЗ. Второй способ реализован в принципе действия прибора производства Sonel типа MZC-300. Методика выполнения измерений таким методом изложена в ГОСТе 50571.16-99. Достоинство этого метода – в простоте и безопасности.

Прежде, чем приступить к основным измерениям, следует испытать сопротивление и непрерывность защитных проводников. Во время проведения измерений прибором MZC-300 следует учитывать, что возможна автоматическая блокировка процесса в следующих случаях:

1. Напряжение в сети превышает 250 В: прибор в это время издает звуковой продолжительный сигнал, а на дисплее появляется надпись «OFL». В таком случае измерения необходимо прекратить.
2. При разрыве цепи PE/N на дисплее появится символ в виде двойного тире и будет звучать сигнал после нажатия на кнопку «start». Необходимо быть осторожным: защита от токов КЗ в сети отсутствует.
3. При снижении напряжения в испытуемой цепи менее 180 В на дисплее загорается символ «U», что сопровождается двумя продолжительными звуковыми сигналами после нажатия на кнопку «start».
4. В случае перегрева прибора из-за значительных нагрузок появляется на дисплее символ «Т» и звучат два сигнала. В этом случае нужно уменьшить количество операций за единицу времени.

Для проведения измерений соответствующие клеммы прибора подключают к одной из фаз и глухозаземленной нейтрали (в сети с защитным заземлением вместо нейтрали подключают прибор к заземляющему проводнику). При проверке состояния защиты электроустановки от замыкания на корпус прибор MZC-300 подключают к заземляющей клемме корпуса и фазному проводу. Необходимо следить за тем, чтобы контакт был надежным: применять следует проверенные наконечники (если необходимо – заостренные зонды), а место соединения должно быть очищено от окиси.

Во время измерения прибором серии MZC-300 происходит имитация короткого замыкания: ток протекает через резистор с известным сопротивлением (10 Ом) в течении 30 мс. Уменьшенное значение силы тока является одним из параметров, участвующих в образовании результата. Непосредственно перед определением значения такого тока прибор измеряет реальное напряжение в сети. Производится поправка по векторам тока и напряжения, после чего процессор высчитывает полное сопротивление петли КЗ, раскладывая его на реактивную и активную составляющие и угол сдвига фаз, образующийся в измеряемой цепи во время протекания тока КЗ. Диапазон измерения полного сопротивления выбирается прибором автоматически.

Считывание и оформление результата

После измерения результат может быть отображен на дисплее в виде значения полного сопротивления петли КЗ или тока КЗ. Для просмотра и смены режима отображения следует нажать клавишу Z/I. Полное сопротивление отражает дисплей, а значение тока КЗ необходимо вычислять.

После подключения прибора к испытуемой цепи определяется напряжение, после чего нажатием на кнопку «start» включается измерительный режим. Если не действуют факторы, которые могут стать причиной блокировки процесса, на дисплее появляется ожидаемое значение тока КЗ или полного сопротивления. Если необходимо знать значения других параметров (реактивного и активного сопротивления, угол сдвига фаз), следует воспользоваться кнопкой SEL. Предельное значение реактивного, активного и полного сопротивления – 199,9 Ом. При превышении этого предела дисплей отразит символ OFL, если же прибор будет находиться в режиме измерения тока КЗ, отобразится символ UFL, означающий малую величину. При необходимости увеличить диапазон нужно использовать другую модификацию прибора — MZC-ЗОЗЕ: специальная функция RCD позволяет получить результаты до 1999 Ом.

Периодичность проведения измерений сопротивления петли «фаза – ноль» определяется документом ПТЭЭП и системой ППР, которая предусматривает своевременное проведение капитальных и текущих ремонтов электрооборудования. В случае выхода из строя устройств защиты после их ремонта или замены проводятся внеплановые работы по установлению значений параметров цепи «фаза – ноль».

Заключение о результатах измерений выполняется следующим образом. После выполнения всех работ по изложенной выше методике, получаем величину однофазного тока КЗ. Сравниваем результат с током, при котором срабатывает расцепитель выключателя-автомата или с номиналом плавко вставки. Делаем выводы о пригодности оборудования защиты. Все полученные результаты заносятся в протокол установленной формы.

Испытание цепи «Ф-Н» измерителем MZC 300

Измерение петли фаза ноль прибором MZC 300 требует соблюдения определенной последовательности действий, учитывая некоторые особенности устройства.

Обязательные условия

Первоначально рекомендуется включить MZC 300 и убедиться в отсутствии на экране надписи bAt. Она сигнализирует о разряженных батарейках, а следовательно, провести достоверные измерения не удастся.

В процессе осуществления замеров могут появляться характерные ошибки, обусловленные следующими причинами:

1. Напряжение сети менее 180 или более 250 Вольт. В первом случае на экране высветится буква U в сопровождении с двумя звуковыми сигналами, а во втором надпись OFL и одно продолжительное звучание.
2. Высокая нагрузка на измеритель, сопровождающаяся перегревом. На дисплее высветится буква T, а зуммер выдаст два длительных звука.
3. Обрыв нулевого или защитного провода в исследуемой схеме, что сопровождается появлением на дисплее символа «— —» и продолжительным звуком.
4. Превышено допустимое значение общего сопротивления исследуемой схемы — два продолжительных звука и символ «—».

Способы подключения

С помощью MZC 300 можно произвести замеры различных участков цепи. При этом необходимо обеспечить качественный контакт наконечников прибора.

Далее представлен порядок подключения измерителя в зависимости от вида проводимого тестирования:

1. Снятие характеристик с петли «Ф-Н» — один наконечник измерителя фиксируется к нулевому (N) проводу, а второй поочередно устанавливается на линейные (L) провода.
2. Проверка защитной цепи — один контакт поочередно крепится к линейным проводникам, а второй к защитному заземлению (PE).
3. Тестирование надежности заземления корпуса электрооборудования производится в зависимости от типа сети — с занулением (TE) или с защитным заземлением (TT). При этом порядок производства измерений идентичен. Один наконечник прибора цепляется к корпусу электрооборудования, а второй поочередно к питающим проводникам.

Считывание показаний о напряжении сети

MZC 300 рассчитан на выдачу показаний фазного напряжения в пределах от 0 до 250 В. Для снятия данных понадобится нажать на клавишу «Start». При отсутствии указанных манипуляций измерительное устройство автоматически выведет на дисплей полученное значение, по истечении пяти секунд с момента начала тестирования.

Измерение характеристик контура «Ф-Н»

Для получения основных показателей в MZC 300 используется методика искусственного короткого замыкания. Она позволяет измерить полное сопротивление петли, разлагая на активную и реактивную составляющую, а также выдавая данные по углу сдвига фаз и величине предполагаемого Iкз. Для их поочередного просмотра понадобится нажимать кнопку «Z/I».

Измерительный ток протекает по тестируемому контуру в течение 30 мс. Для ограничения величины тока в схеме прибора смонтирован ограничивающий резистор на 10 Ом. При этом прибор автоматически устанавливает требуемую величину измерительного тока, учитывая уровень напряжения в сети и величину сопротивления схемы «Ф-Н».

При наличии в схеме УЗО следует предварительно исключить защитный аппарат из тестируемого контура посредством установки шунта. Это обусловлено тем, что подаваемый от MZC 300 измерительный ток приводит к отключению УЗО.

Вывод результатов измерения

После осуществления необходимых подключений на экране прибора будет отражаться уровень напряжения сети. Процесс измерения начинается после нажатия кнопки «Start». По факту окончания тестирования на дисплей выводится информация о величине полного сопротивления или предполагаемого Iкз, в зависимости от первоначальных установок. Для отображения других доступных показаний понадобится использовать клавишу «SEL».

Вывод результатов испытания на экран

Для получения достоверных измерений цепи «Ф-Н» рекомендуется воспользоваться услугами профессионалов. От правильности испытаний зависит дальнейшая безопасность эксплуатации электрической сети.

Меры безопасности при измерении петли «Ф-Н»

Согласно требованиям ПУЭ и норм ПТБ испытания должны проводиться подготовленными сотрудниками электролабораторий. Для проведения данных работ необходимо распоряжение или наряд-допуск, выданный работником, обладающим данным правом.

Испытания могут проводить лица, чей возраст не менее 18 лет, прошедшие соответствующее обучение и проверку знаний ПТБ. Бригада электролаборатории должна быть обеспечена соответствующим инструментом, а также всеми необходимыми средствами индивидуальной защиты.

Бригада должна включать в себя, как минимум, двух работников с третьей группой электробезопасности.

Испытания запрещается проводить в помещениях повышенной опасности, а также, если имеет место высокая влажность.

По завершению процесса испытаний результаты вносятся в специальные протоколы испытаний (проверки).