Методика измерения петли фаза ноль. Измерение параметров петли «фаза-нуль

Проверка согласования параметров цепи «ФАЗА-НУЛЬ»
с характеристиками защитных аппаратов

Определение «петли ФАЗА-НУЛЬ

Петлёй «ФАЗА-НУЛЬ» принято называть цепь, состоящую из фазы трансформатора и проводников - нулевого и фазного.

Цель проведения испытаний

По измеренному полному сопротивлению петли «ФАЗА-НУЛЬ» производится расчет тока однофазного короткого замыкания. Основной целью является проверка временных параметров срабатывания аппаратов защиты от cверхтоков при замыкании фазы на корпус. Данная проверка так же подверждает непрерывность PE цепи. Время срабатывания аппаратов защиты должно удовлетворять требованиям п. 1.7.79 ПУЭ.

Надёжность срабатывания защиты от сверхтоков является одним из основных требований как при проектировании, так и при монтаже и требует расчетной и натурной проверки.

Поскольку речь идёт о замыкании на корпус, то под нулевым проводником мы понимаем совокупность защитных (PE) и защитно-рабочих (PEN) проводников от "корпуса" до трансформатора. Таким образом, проверка петли "ФАЗА-НУЛЬ" позволяет оценить и качество защитной цепи.

Теория

Полное сопротивление цепи «ФАЗА-НУЛЬ» достаточно точно можно рассчитать по следующей формуле:

Z фо=Z n+Z т/3

где: Z фо - полное сопротивление цепи «ФАЗА-НУЛЬ»; Z n - полное сопротивление цепи фазного и нулевого проводника; Z т - полное сопротивление трансформатора.
Полное сопротивление «складывается» из активного и реактивного сопротивлений.

Ток короткого замыкания отражается в следующей зависимости:

I кз=U o/Z фо

где: I кз - ток короткого замыкания; U о - фазное напряжение.

Для расчета ожидаемого тока короткого замыкания принята формула:

I кз=U o.0,85/(Z n+Z т/3)

Должны удовлетворяться требования:

I кз>I ра.K g

где: I ра - номинальный ток срабатывания расцепителя автомата; K g - коэффициент допустимой кратности тока короткого замыкания к номинальному току срабатывания расцепителя.

Z pe.U o/Z фо≤U снн

где: Z pe - полное сопротивление защитного проводника между главной заземляющей шиной и корпусом распределительного устройства; U снн - сверхнизкое напряжение (напряжение прикосновения), обычно принимается равным 50В (п. 1.7.79 и 1.7.104 ПУЭ).

I ра>I н

где: I н - номинальный ток нагрузки.

Измерения

Существует несколько методик измерения сопротивления петли «ФАЗА-НУЛЬ» и токов короткого замыкания, как с отключением напряжения линии, так и без.

В настоящее время в основном применяются современные микропроцессорные измерительные приборы, реализующие методику измерения полного сопротивления петли «ФАЗА-НУЛЬ» без отключения напряжения, и автоматического расчета тока короткого замыкания на основании значения сопротивления петли. Применение данных приборов упрощает процесс испытаний. Кроме того, испытания оказываются более щадящими по отношению к испытываемым линиям и аппаратам защиты. Некоторые из этих приборов позволяют проводить измерения без искючения из испытываемой линии УЗО и не вызывают их срабатывания, что представляется достаточно важным и удобным, поскольку измерения проводятся между фазным проводником и нулевым защитным проводником. Измерения проводятся на концах проводников, защищаемых аппаратами защиты от сверхтока.

Пример схемы измерения петли "ФАЗА-НУЛЬ" без снятия напряжения:

Результаты измерений оформляются протоколом установленного образца.

Перед проведением измерений петли «ФАЗА-НУЛЬ» рекомендуется провести измерение сопротивлений защитных проводников, проверку их непрерывности (проверка металлосвязи, проверка заземления).

Устранение дефектов

Если при проведении измерений петли «ФАЗА-НУЛЬ» в действующей электроустановке получены неудовлетворительные результаты, то требуется срочное устранение дефекта. Как правило, бывает достаточно заменить аппарат защиты от сверхтоков на другой, с более подходящими характеристиками. Но иногда требуется замена существующего кабеля на кабель с другим сечением жил. Подобные случаи, как правило, сложнее с точки зрения монтажа.

Расчет петли «ФАЗА-НУЛЬ»

С целью своевременного согласования параметров кабельных линий и аппаратов защиты от сверхтоков необходимо производить расчёты петли «ФАЗА-НУЛЬ» на стадии проектных работ. Подобные расчеты удобно проводить в комплексе: мощность нагрузки; cos φ; длина кабельной линии; сечение жилы; вид монтажа; падение напряжения на линии; расчетное полное сопротивление петли; прогнозируемый ток короткого замыкания; номинальный ток аппарата защиты; характеристика аппарата защиты. Расчет петли «ФАЗА-НУЛЬ» является одним из наиболее сложных, поскольку требует принятия во внимание ряда трудно учитываемых параметров.

Дополнение

Иногда необходимо произвести измерение или сделать расчёт петли "ФАЗА - РАБОЧИЙ НУЛЬ" или "ФАЗА - ФАЗА". Методики подобны описанным выше, за исключением замены защитного проводника рабочим или фазным.

Фаза и ноль – это потенциалы условного источника ЭДС, действующего в электрической цепи с шунтом в нагрузке.

Общие сведения

Такая цепь может быть создана шунтом или эталонным резистором в любом месте электрической сети. В результате этого можно выполнить контроль наиболее важных параметров на участках фаза – шунт – ноль, таких как:

• состояние изоляции;
• импеданс и его составляющие;
• текущее состояние заземления;
• текущие параметры контактов коммутационного оборудования;
• соответствие отключаемых токов заданным значениям.

Полученные результаты измерений берутся за основу расчетов оптимальных нагрузок обследованного участка электрической сети. Если бы эти данные отсутствовали, электрическая нагрузка на проводники могла оказаться слишком большой. В результате – запредельный нагрев жил, порча изоляции и сокращение срока службы значительной по протяженности линии. Это в лучшем случае. Поскольку замыкание и пожар нередки в таких ситуациях. При одном и том же шунте точки фазы и нуля могут быть выбраны (удалены от него) в зависимости от количества элементов электросети.

И наоборот, если абстрагироваться от фазы и нуля применительно к шунту. Помимо проводников так можно охватить проверяемые коммутаторы и заземления. Хотя всегда можно расчетным путем определить искомые параметры они не смогут учесть старение изоляции, а также воздействие окружающей среды. Поэтому измерения дают наиболее полное отображение текущего состояния электросети.

• При формировании петли необходимо либо исключать, либо отключать устройства защитного отключения. Если токи утечки, которые могут вызвать измерения, приведут к срабатыванию УЗО, результаты получатся некорректными.

Измерения в петлях фаза – ноль обычно делаются:

• перед использованием вновь построенной электросети;
• перед использованием электросети, прошедшей капитальный или иной вид ремонта;
• после замены оборудования;
• в соответствии с имеющимся планом испытаний;
• в общем не реже 1 раза в шесть лет в обычных электросетях и не реже одного раза в два года в электросетях взрывоопасных объектов.

Как делаются измерения в петле

Наиболее распространенными являются три способа выполнения измерений:

• получают данные для расчетов по падению напряжения. Вместо нагрузки, которую отключают, присоединяется специальное (эталонное) сопротивление с известными характеристиками.
• Используются данные измерения силы тока с использованием шунта. Он устанавливается в определенном месте электросети соответственно заданным параметрам.
• Вместо существующего напряжения, которое отключается, подается пониженное напряжение от трансформатора. Провод фазы замыкается на корпусе того элемента электросети, который выбран для создания петли. Используются данные амперметра и вольтметра, которыми выполняются измерения, которые затем обрабатываются.

Из трех перечисленных способов расчеты на основе падения напряжения наиболее распространены по причине того, что этот способ самый простой. Если при этом замере контрольное сопротивление присоединить максимально удаленно от точек фазы и нуля можно охватить наибольшее количество элементов электросети и получить их необходимые характеристики. Сначала делаются замеры напряжения с ненагруженной сетью. Затем сеть нагружают с присоединенным амперметром. Показания приборов используются в расчетах сопротивления петли, поскольку оно составляет доли Ома. Полученные результаты заносятся в протокол.

В настоящее время для обработки данных, содержащих результаты измерений петли фаза – ноль, можно использовать специализированные компьютерные программы. Например, СОНЭЛ, которая работает в среде Windows 2000 Service Pack 4 и выше. Программа также формирует протокол стандартной формы. Пример подобного протокола показан ниже.

Специальные измерительные приборы

Учитывая важность результатов измерений в петле и востребованность таковых, на рынке измерительных приборов представлены специальные модели. Чаще других применяются:

• М-417. Это стрелочный прибор, основанный на мостовой измерительной схеме, которая постоянно калибруется. Этим прибор в основном и неудобен. Зато надежен и долговечен. Работает без снятия напряжения величиной до 380 В.

• MZC-300 (производство фирмы Sonel). Современный прибор с цифровой обработкой измеряемых параметров и отображением их на дисплее. Для измерений в диапазоне напряжения до 250 В применяется контрольное сопротивление 10 Ом.

• ИФН-200. Работает под напряжением до 250 В, может использоваться как тестер. Но при замерах петли фаза – ноль диапазон измеряемых прибором значений сопротивления лежит ниже 1000 Ом.

• ТС-20 (производство фирмы Sonel). Прибор с большим функционалом как измерений в однофазных и трехфазных электросетях, так и обработки их результатов.

Измерения параметров петли фаза – ноль современными цифровыми приборами очень проста. Щупы присоединяются к местам-контактам, которые необходимо предварительно зачистить наждаком или напильником для минимизации контактного сопротивления. После этого нажимается та или иная кнопка на панели прибора, соответственно поставленной задаче. На табло получается результат. Как правило, результаты можно запомнить и обработать.

Современные приборы и программное обеспечение существенно упрощают и ускоряют измерения в петле фаза – ноль. К тому же результаты получаются более точными.

Контур, состоящий из фазы трансформатора и цепи фазного и нулевого проводников. Сопротивление петли фаза-ноль определяет ток такого короткого замыкания.

Если сопротивление петли фаза-ноль велико, то может оказаться, что ток короткого замыкания не достаточен для быстрого срабатывания защиты от короткого замыкания. И защита или вообще не отключает короткое замыкание, или отключает через длительное время. Все это время на корпусе электроаппарата присутствует опасное напряжение.

В электроустановках до 1000 В с заземлением нейтрали безопасность обслуживания электрооборудования при пробое на корпус обеспечивается отключением поврежденного участка с минимальным временем. При замыкании фазного провода на соединенный с нейтралью трансформатора (или генератора) нулевой провод или корпус оборудования образуется контур, состоящий из фазы трансформатора и цепи фазного и нулевого проводников. Этот контур принято называть петлей «фаза-ноль»

Проверка надежности и быстроты отключения поврежденного участка сети состоит в следующем:

Определяется ток короткого замыкания на корпус Iкз. Этот ток сопоставляется с расчетным током срабатывания защиты испытуемого участка сети. Если возможный в данном участке сети ток аварийного режима превышает ток срабатывания защиты с достаточной кратностью, надежность отключения считается обеспеченной.

Рис.5

R т, Х т - активное и индуктивное сопротивление вторичной обмотки силового трансформатора

R к - переходное сопротивление контактного соединения

R а - сопротивление аппаратов защиты и коммутации

R тт, Х тт - активное и индуктивное сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока

R пр, Х тпр - активное и индуктивное сопротивление провода (длину провода в обоих случаях принимаем 80м.)

Z - электроприемник-потребитель.

Индуктивное и активное сопротивление обмотки трансформатора (мОм)

Сопротивления контактов определяются по следующей формуле

Полное сопротивление петли фаза-ноль

Поученный расчетный ток к.з. сравниваем с током срабатывания защитной аппаратуры. Если выполняется условие, то аппарат защиты сработает и его выбор произведен верно

Произведем расчет сопротивления петли фаза-ноль

В качестве трансформатора принимаем следующий

U НН =0,4 кВ

Р к =7,6 кВ

Определяем сначала индуктивное и активное сопротивление обмотки трансформатора (мОм) по формулам (6.1) и (6.2)