Расчет и методика измерения петли фаза ноль

При существующем разнообразии электрического оборудования, устанавливаемого в силовых цепях, важно научиться правильной эксплуатации систем энергоснабжения и поддержанию их в рабочем состоянии. Нарушение этого требования приводит к снижению эксплуатационных показателей и возможности повреждения подключенных к ней устройств. Проверка электропроводящих линий предполагает организацию тестирования, включающего в себя измерение распределенных электрических параметров. При проведении периодических испытаний обязательно обследуются все защитные устройства и электрические проводники, а также так называемая «петля фаза ноль».

Определение понятия

Любое подключенное к электросети оборудование оснащается защитным заземляющим контуром. Это приспособление обустраивается в виде сборной металлической конструкции, располагающейся либо рядом с контролируемым объектом, либо на трансформаторной подстанции. В случае аварийной ситуации (при повреждении изоляции проводов, например) фазное напряжение попадает на заземленный корпус, а затем стекает в землю.

Для надежного растекания в грунт опасного потенциала сопротивление цепочки не должно превышать определенной нормы (единиц Ома).

Под петлей фаза ноль понимается проводной контур, образуемый при замыкании фазной жилы на токопроводящий корпус подключенного к сети оборудования. Фактически он образуется между фазой и заземленной нейтралью (нулем), что и явилось причиной такого названия. Знать его сопротивление необходимо для того, чтобы контролировать состояние цепей защитного заземления, обеспечивающих стекание аварийного тока в грунт. От состояния этого контура зависит безопасность человека, пользующегося оборудованием и бытовыми приборами.

Методика определения сопротивления петли фаза-нуль

В соответствии с требованиями ПТЭЭП при эксплуатации промышленного и бытового электрооборудования необходим постоянный контроль состояния защитных устройств. Согласно требованиям нормативной документации в установках до 1000 Вольт с глухозаземленной нейтралью они проверяются на однофазное замыкание в грунт. В известных методиках испытаний в первую очередь учитывается техническая база, представленная образцами специальных измерительных приборов.

Используемая аппаратура

Для измерения цепочки фаза-нуль применяются электронные приборы, отличающиеся как своими возможностями (способом снятия показаний и их погрешностью, в частности), так и назначением. К самым распространенным образцам измерителей относятся:

• Приборы М417 и MSC300, позволяющие определять искомую величину, по окончании измерений токи КЗ на землю вычисляются на основе полученных результатов.
• Устройство ЭКО-200, посредством которого удается замерить только ток замыкания.
• Прибор ЭКЗ-01, применяемый для тех же целей, что ЭКО-200.
• Измеритель ИФН-200.

Прибор М417 позволяет проводить измерения в цепях 380 Вольт с глухозаземленной нейтралью без необходимости снятия питающего напряжения. При проведении замеров используется метод его падения в режиме размыкания контролируемой цепи на промежуток времени, составляющий 0,3 секунды. К недостаткам этого устройства относят необходимость калибровки системы перед началом работы.

Прибор MSC300 относится к изделиям нового типа с электронной начинкой, построенной на современных микропроцессорах. При работе с ним используется метод падения потенциала при подключении фиксированного сопротивления величиной 10 Ом. Рабочее напряжение – 180-250 Вольт, а время замера контролируемого параметра – 0,03 сек. Устройство подсоединяется к проверяемой линии в самой дальней ее точке, после чего нажимается кнопка «Старт». Итоги измерений выводятся на встроенный в прибор цифровой дисплей.

Когда в наличии не имеется ни одного образца измерительного прибора (а также при необходимости дублирования операций), для практического определения искомой величины используется способ измерения с помощью вольтметра и амперметра.

Существующие методики измерений

Известные методики включают в себя расчетную часть, представленную в виде формул. Общепринятый расчетный инструмент позволяет узнать суммарное сопротивление петли по следующей формуле:

Zпет = Zп + Zт/3, где

• Zп – полное сопротивление проводов на участке КЗ;
• Zт – то же, но для силового трансформатора подстанции (источника тока).

Для дюралевых и медных проводов Zпет в среднем составляет 0,6 Ом/км. По найденному сопротивлению находится ток однофазового замыкания на землю: Iк = Uф/Zпет.

Если в результате приведенных выкладок выяснится, что значение искомого параметра не превышает трети от допустимой величины (смотрите ПУЭ), можно ограничиться этим вариантом расчета. В противном случае проводятся прямые измерения тока посредством приборов ЭКО-200 или ЭКЗ-01. В их отсутствие может применяться метод амперметра-вольтметра.

Общий порядок проведения испытаний с помощью измерительных приборов указанных марок:

• Контролируемое оборудование отключают от сети.
• Организуется питание проверяемой петли от понижающего трансформатора.
• Нужно умышленно замкнуть фазу на корпус электрического приемника, а затем измерить значение Zпет, получившееся в результате КЗ.

При измерениях по способу амперметра-вольтметра после подачи напряжения в контролируемую цепочку и организации замыкания определяются величины тока I и потенциала U. Первое из этих значений не должно превышать 10-20 Ампер.

Расчеты и оформление результатов

Сопротивление проверяемой петли вычисляется по формуле: Zпет=U/I. Полученное по результатам расчета значение складывается с импедансом одной из 3-х обмоток станционного трансформатора, равным Rтр./3.

По завершении линейных измерений согласно действующим нормативам их следует зафиксировать документально. Для этого по установленной форме подготавливаются протоколы испытаний, в которых обязательно регистрируются следующие данные:

• Тип линии, ее основные характеристики.
• Используемое при проверке измерительное оборудование.
• Величины собственного переходного сопротивления и обмоток станционного трансформатора.
• Их сумма, являющаяся итогом проведенных измерений.

В соответствии с основными положениями ПУЭ периодичность проводимых на силовых цепях проверок составляет один раз в 6 лет. Для взрывоопасных объектов – раз в два года.

Расчеты по таблицам

Полное значение искомой величины зависит от следующих факторов:

• Параметры трансформатора силовой подстанции.
• Выбранные при проектировании электрической сети сечения фазных и нулевых жил.
• Сопротивление переходных соединений, всегда имеющихся в любой цепи.

Проводимость используемых проводов может задаваться еще на стадии проектирования энергосистемы, что при условии правильного ее выбора позволит избежать многих неприятностей.

Согласно ПУЭ этот показатель должен соответствовать хотя бы половине аналогичного значения для фазных проводников. По необходимости ее допускается увеличивать до той же величины. В требованиях главы 1.7 ПУЭ оговариваются эти значения, а ознакомиться с ними можно в Таблице 1.7.5, приводимой в Приложении Правил. Согласно ей производится выбор наименьшего сечения проводников защиты (в миллиметрах квадратных).

По завершении табличного этапа обсчета петли фаза-ноль переходят к ее проверке путем вычисления тока короткого замыкания по формулам. Его расчетное значение сравнивается затем с практическими результатами, полученными ранее путем непосредственных измерений. При последующем выборе приборов защиты от КЗ (линейных автоматов, в частности) время их срабатывания привязывается к этому параметру.

В каких случаях проводят измерения

Замер сопротивления участка цепи фаза-ноль обязательно организуется в следующих ситуациях:

• при вводе в постоянную эксплуатацию новых, еще не работающих силовых электроустановок;
• когда со стороны контролирующих энергетических служб поступило указание на их проведение;
• согласно заявке предприятий и организаций, подключенных к обслуживаемой электрической сети.

При вводе энергетической системы в эксплуатацию тестовые замеры сопротивления петли является частью комплекса мероприятий, проводимых с целью проверки ее рабочих характеристик. Второй случай связан с аварийными ситуациями, нередко случающимися при эксплуатации силовых цепей. Заявка от тех или иных потребителей, представленных предприятием или организацией, может поступить при неудовлетворительной защите оборудования (по жалобам конкретных пользователей, например).

Примеры проведения вычислений

В качестве примеров таких измерений рассматриваются два способа.

Эффект от падения напряжения на контролируемом участке силовой цепи

При описании этого способа важно обратить внимание на трудности его практической реализации. Это объясняется тем, что для получения конечного результата потребуется несколько этапов. Сначала придется измерить параметры сети в двух режимах: с отключенной и подключенной нагрузкой. В каждом из этих случаев сопротивление измеряется путем снятия показаний по току и напряжению. Далее оно рассчитывается по классическим формулам, вытекающим из закона Ома (Zп=U/I).

В числителе этой формулы U представляет собой разницу двух напряжений – при включенной и при выключенной нагрузке (U1 и U2). Ток учитывается только для первого случая. Для получения корректных результатов разница между U1 и U2 должна быть достаточно большой.

Полное сопротивление учитывает импеданс катушки трансформатора (он суммируется с полученным результатом).

Применение независимого источника электрического питания

Данный подход предполагает определение интересующего специалистов параметра с помощью независимого источника питающего напряжения. При его проведении потребуется учесть следующие важные моменты:

• В процессе измерений первичная обмотка питающего станционного трансформатора замыкается накоротко.
• С независимого источника напряжение питания подается непосредственно в зону КЗ.
• Сопротивление фаза-ноль рассчитывается по уже знакомой формуле Zп=U/I, где: Zп – это значение искомого параметра в Омах, U – измеренное испытательное напряжение в Вольтах, I – величина измерительного тока в Амперах.

Все рассмотренные методы не претендуют на абсолютную точность полученных по их итогам результатов. Они дают лишь приблизительную оценку величины полного сопротивления петли фаза-ноль. Такой ее характер объясняется невозможностью в рамках предложенных методик измерять индуктивные и емкостные потери, которые всегда присутствуют в силовых цепях с распределенными параметрами. При необходимости учета векторной природы измеряемых величин (фазовых сдвигов, в частности) придется вводить специальные поправки.

В реальных условиях эксплуатации мощных потребителей величины распределенных реактивных сопротивлений настолько незначительны, что в определенных условиях они не учитываются.