Расчет и методика измерения петли фаза ноль

Почему измерение сопротивления петли фаза-ноль выполняют профессионалы и не делают халтурщики

Современный человек привык к тому, что электричество постоянно служит для удовлетворения его запросов и выполняет большую, полезную работу. Довольно часто сборку электрических схем, подключение электроприборов, электромонтаж внутри частного дома выполняют не только обученные электрики, но и домашние мастера или нанятые гастарбайтеры.

Однако, всем известно, что электричество опасно, может травмировать и поэтому требует качества выполнения всех технологических операций для надежного прохождения токов в рабочей схеме и обеспечения их высокой изоляции от окружающей среды.

Сразу же возникает вопрос: как проверить эту надежность после того, как работа вроде бы выполнена, а внутренний голос терзают сомнения по вопросу ее качества?

Ответ на него позволяет дать метод электрических измерений и анализа, основанный на создании повышенной нагрузки, который на языке электриков называют измерением сопротивления петли фаза-ноль.

Принцип формирования цепочки для проверки схемы

Кратко представим себе путь, который проходит электроэнергия от источника — питающей трансформаторной подстанции до розетки в квартире типового многоэтажного дома.

Обратим внимание, что в старых зданиях, оборудованных по системе заземления TN-C, еще может быть не закончен переход на схему TN-C-S. В этом случае расщепление PEN проводника в распределительном электрическом щитке дома не будет выполнено. Поэтому розетки подключены только фазным проводом L и рабочим нулем N без защитного РЕ-проводника.

Глядя на картинку можно понять, что длина кабельных линий от обмоток трансформаторной подстанции до конечной розетки состоит из нескольких участков и может в среднем иметь протяженность в сотни метров. В приведенном примере участвуют три кабеля, два распределительных щита с коммутационными аппаратами и несколько мест подключения. На практике же, имеется значительно большее количество соединительных элементов.

Такой участок имеет определенное электрическое сопротивление и вызывает потери и падение напряжения даже при правильном и надежном монтаже. Это значение регламентировано техническими нормативами и определяется при составлении проекта производства работ.

Любые нарушения правил сборки электрических схем вызывают его увеличение и создают несбалансированный режим работы, а в отдельных ситуациях и аварии в системе. По этой причине участок от обмотки трансформаторной подстанции вплоть до розетки в квартире подвергают электрическим измерениям и анализируют полученные результаты для корректировки технического состояния.

Вся протяженность смонтированной цепочки от розетки до обмотки трансформатора напоминает обыкновенную петлю, а поскольку она образована двумя токопроводящими магистралями фазы и нуля, то так и называется – петля фазы и нуля.

Более наглядное представление о ее формировании дает следующая упрощенная картинка, в которой более детально показан один из способов прокладки проводов внутри квартиры и прохождение токов по ней.

Здесь для примера показан включенный автоматический выключатель АВ, расположенный внутри электрического квартирного щитка, контакты распределительной коробки, к которым подсоединяются провода кабеля и нагрузка в виде лампочки накаливания. Через все эти элементы протекает ток в обычном режиме эксплуатации.

Принципы измерения сопротивления петли фаза-ноль

Как видим, к розетке по проводам подводится напряжение от понижающей обмотки трансформаторной подстанции, создающей протекание тока через лампочку, подключенную в розетку. При этом какая-то часть напряжения теряется на сопротивлении проводов подводящей магистрали.

Соотношения между сопротивлением, током и падением напряжения на участке цепи описывает знаменитый закон Ома.

Только надо учесть, что у нас не постоянный ток, а переменный синусоидальный, который характеризуется векторными величинами и описывается комплексными выражениями. На его полную величину влияет не одна активная составляющая сопротивления, а и реактивная, включающая индуктивную и емкостную части.

Эти закономерности описываются треугольником сопротивлений.

Электродвижущая сила, вырабатываемая на обмотке трансформатора, создает ток, который образует падение напряжения на лампочке и проводах схемы. При этом преодолеваются следующие виды сопротивлений:

активное у нити накала, проводов, контактных соединений;

индуктивное от встроенных обмоток;

емкостное отдельных элементов.

Основную долю полного сопротивления составляет активная часть. Поэтому во время монтажа схемы для приближенной оценки допускают его замер от источников постоянного напряжения.

Полное же сопротивление S участка петли фаза-ноль с учетом нагрузки определяют следующим образом. Вначале узнают величину ЭДС, создаваемую на обмотке трансформатора. Ее значение точно покажет вольтметр V1.

Однако, доступ к этому месту обычно ограничен, а выполнить такой замер невозможно. Поэтому делается упрощение — вольтметр вставляется в контакты гнезда розетки без нагрузки и фиксируется показание напряжения. Затем:

подключается амперметр, нагрузка и вольтметр к ней;

фиксируются показания приборов;

Выбирая нагрузку необходимо обратить внимание на ее:

стабильность во время проведения замеров;

возможность выработки тока в схеме порядка 10÷20 ампер, ибо при меньших значениях дефекты монтажа могут не проявиться.

Величину полного сопротивления петли с учетом подключенной нагрузки получают делением величины Е, замеренной вольтметром V1, на ток I, определенный амперметром А.

Полное сопротивление нагрузки вычисляется делением падения напряжения ее участка U2 на ток I.

Теперь остается только исключить сопротивление нагрузки Z2 из рассчитанной величины Z1. Получится полное сопротивление петли фаза-ноль Zп. Zп=Z2-Z1.

Технологические особенности замера

Любительскими измерительными приборами точно определить значение сопротивления петли практически невозможно из-за больших величин их погрешности. Работу надо выполнять амперметрами и вольтметрами повышенного класса точности 0,2, а они, как правило, используются только в электротехнических лабораториях. К тому же требуют умелого обращения и частых сроков проведения поверок в метрологической службе.

По этой причине замер лучше доверить специалистам лаборатории. Однако, они, скорее всего, будут использовать не единичные амперметр и вольтметр, а специально созданные для этого высокоточные измерители сопротивления петли фаза-ноль.

Рассмотрим их устройство на примере прибора, названного измерителем тока короткого замыкания типа 1824LP. Насколько корректен этот термин судить не будем. Скорее всего он использован маркетологами для привлечения покупателей в рекламных целях. Ведь этот девайс не способен измерять токи коротких замыканий. Он только помогает их рассчитывать после замеров при нормальном режиме эксплуатации сети.

Измерительный прибор поставляется вместе с проводами и наконечниками, уложенными внутрь чехла. На его лицевой панели расположена одна кнопка управления и дисплей.

Внутри полностью реализована электрическая схема замера, исключающая лишние манипуляции пользователя. Для этого он снабжен нагрузочным сопротивлением R и измерителями напряжения и тока, подключаемого нажатием кнопки.

Элементы питания, внутренней платы и гнезда для подключения соединительных проводов показаны на фотографии.

Подобные приборы подключаются щупами проводов к розетке и работают в автоматическом режиме. Часть из них обладает оперативной памятью, в которую заносятся результаты измерений. Их можно последовательно просмотреть через какое-то время.

Технология замера сопротивления автоматическими измерителями

На подготовленном для работы приборе устанавливают соединительные концы в гнезда и с обратной стороны подключают их к контактам розетки. Измеритель сразу автоматически определяет величину напряжения и выводит ее на дисплей в цифровом виде. В приведенном примере она составляет 229,8 вольта. После этого нажимают на кнопку переключения режимов.

Прибор замыкает внутренний контакт для подключения сопротивления нагрузки, создающего ток более 10 ампер в сети. После этого происходит замер тока и расчеты. Величина полного сопротивления петли фаза-ноль выводится на дисплей. На фотографии она равна 0,61 Ома.

Отдельные измерители во время работы используют алгоритм расчета тока короткого замыкания и дополнительно выводят его на дисплей.

Места выполнения замеров

Показанный двумя предыдущими фотографиями метод определения сопротивления полностью применим к схемам электропроводки, собранным по устаревшей системе TN-C. Когда в проводке присутствует РЕ-проводник, то необходимо определять его качество. Это делается подключением проводов прибора между контактом фазы и защитного нуля. Других отличий метода нет.

Электрики не только оценивают сопротивление петли фаза-ноль на конечной розетке, но часто эту процедуру необходимо выполнять на промежуточном элементе, например, клеммнике распределительного шкафа.

У трехфазных систем электроснабжения проверяют состояние цепи каждой фазы по отдельности. Через любую из них может когда-нибудь потечь ток короткого замыкания. А как они собраны покажут измерения.

Зачем выполняется замер

Проверка сопротивления петли фаза-ноль проводится с двумя целями:

1. определение качества монтажа для выявления слабых мест и ошибок;

2. оценка надежности работы выбранных защит.

Выявление качества монтажа

Метод позволяет сравнить измеренную реальную величину сопротивления с расчетной, допускаемой проектом при планировании работ. Если прокладка электропроводки выполнялась качественно, то замеренная величина будет соответствовать требованиям технических нормативов и обеспечит условия безопасной эксплуатации.

Когда расчетное значение петли неизвестно, а реальное замерено, то можно обратиться к специалистам проектной организации для выполнения расчетов и последующего анализа состояния сети. Второй путь — самостоятельно попробовать разобраться в таблицах проектировщиков, но это потребует инженерных знаний.

При завышенном сопротивлении петли придется искать брак в работе. Им может быть:

грязь, следы коррозии на контактных соединениях;

заниженное сечение проводов кабеля, например, использование 1,5 квадрата вместо 2,5;

некачественное выполнение скруток, изготовленных уменьшенной длиной без сварки концов;

использование материала для токоведущих жил с повышенным удельным сопротивлением;

Оценка надежности работы выбранных защит

Задача решается следующим образом.

Мы знаем величину номинального напряжения сети и определили значение полного сопротивления петли. При возникновении металлического короткого замыкания фазы на ноль по этой цепочке потечет ток однофазного КЗ.

Его величина определится по формуле Iкз=Uном/Zп.

Рассмотрим этот вопрос для значения полного сопротивления, например, в 1,47 Ом. Iкз=220 В/1,47Ом=150А

Такую величину мы определили. Теперь остается по ней оценить качество выбора номиналов защитного автоматического выключателя, установленного в эту цепочку для ликвидации аварий.

Вспомним, что ПУЭ требуют выбирать автомат, обеспечивающий величину 1,1 номинального тока (Iном N) для АВ с расцепителями мгновенного действия. В этом пункте под N=5, 10, 20 используются характеристики расцепителя типов «В», «С», «D». Более подробно об особенностях использования времятоковых характеристик можно прочитать здесь: Характеристики автоматических выключателей

Допустим, что в электрощитке установлен автоматический выключатель класса «С» с номинальным током 16 ампер и кратностью 10. Для него ток отключения КЗ электромагнитным расцепителем должен быть не менее, чем рассчитанный по формуле: I=1,1х16х10=176 А. А мы рассчитали 150 А.

Делаем 2 вывода:

1. Ток работы электромагнитной отсечки меньше, чем может возникнуть в схеме. Поэтому отключения автоматического выключателя от нее не будет, а произойдет только работа теплового расцепителя. Но его время превысит 0,4 секунды и не обеспечит безопасность — высока вероятность возникновения пожара.

2. Автоматический выключатель установлен неправильно и подлежит замене.

Все перечисленные факты позволяют понять почему профессиональные электрики уделяют особое внимание надежной сборке электрических цепей и выполняют замер сопротивления петли фаза-ноль сразу после монтажа, периодически в процессе эксплуатации и при сомнениях в правильности работы защитных автоматов.

Как измерить сопротивление петли фаза-ноль?

Надежность работы электрических сетей TN с классом напряжения до 1 кВ во многом зависит от параметров срабатывания защитного оборудования, отключающего аварийный участок при образовании сверхтоков. Существует несколько методик, позволяющих проверить надежность срабатывания автоматов защиты, сегодня мы подробно рассмотрим одну из них — измерение сопротивления петли «фаза-ноль». Для лучшего понимания процесса начнем с краткого описания терминологии, после чего перейдем к методике электрических испытаний при помощи специального устройства MZC-300.

Что подразумевается под цепью «фаза-ноль»?

В системах с глухозаземленной нейтралью (подробно о них можно прочитать в статье https://www.asutpp.ru/programmy-dlja-cherchenija-jelektricheskih-shem.html) при контакте одной из фаз с рабочим нулем или защитным проводником РЕ, образуется петля фаза-ноль, характерная для однофазного КЗ.

Как и любая электроцепь, она имеет внутреннее сопротивление, расчет которого позволяет определить остальные значащие параметры, в частности, ток КЗ. К сожалению, самостоятельный расчет сопротивления такой цепи связан с определенными трудностями, вызванными необходимостью учета многих составляющих, например:

  • Суммарная величина всех переходных сопротивлений петли, возникающих в АВ, предохранителях, коммутационном оборудовании и т.д.
  • Движение электротока при нештатном режиме. Петля может образоваться как с рабочим нулем, так и заземленными конструкциями здания.

Учесть в расчетах все перечисленные составляющие на практике не реально, именно поэтому возникает необходимость в электрических измерениях. Спецоборудование позволяет получить необходимые параметры автоматически.

Необходимость в измерениях

Замер сопротивления петли проводится в следующих случаях:

  • При вводе в эксплуатацию, после ремонта, модернизации или переоборудовании установок.
  • Требование со стороны служб различных служб контроля, например Облэнерго, Ростехнадзор и т.д.
  • По заявлению потребителя.

В ходе электрических замеров устанавливаются определенные параметры петли Ф-Н, а именно:

  • Общее сопротивление цепи, которое включает в себя:

электросопротивление трансформатора на подстанции;

аналогичный параметр линейного проводника и рабочего нуля;

образующиеся в коммутационном оборудовании многочисленные переходные сопротивления, например в защитных устройствах (АВ, УЗО, диффавтоматах), пускателях, ручных коммутаторах и т.д. Также влияние оказывает сечение проводников, изоляция кабелей, заземление нейтрали трансформатора, параметры УЗО или другой защиты электроустановок.

    Ток КЗ (IКЗ). В принципе, его можно рассчитать, используя формулу: IКЗ = UН /ZП , где UН – номинальный уровень напряжения в электросети, а ZП – общее сопротивление петли. Учитывая, что защитные устройства при КЗ должны автоматически отключать питание согласно установленным временным нормам, то необходимо выполнение следующего условия: ZП*IABРасположение 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».
Читайте также:  Схемы подключения и разновидности трехфазных счетчиков электроэнергии

Подготовительный этап

Практически все методы измерений цепи «фаза-ноль» не позволяют получить точную информацию о таких характеристиках, как ZП и IКЗ. Это связано с тем, что векторная природа напряжения не принимается во внимание. Проще говоря, учитываются упрощенные условия при коротком замыкании. В процессе испытания электроустановок такая приближенность допускается только в тех случаях, когда уровень реактивного сопротивления не имеет существенного влияния.

Перед тем, как приступить к измерению характеристик петли «Ф-Н», предварительно следует провести ряд предварительных испытаний. В частности, проверить непрерывность и уровень сопротивления защитных линий. После этого измерить сопротивление между контуром заземления и основными металлическими элементами конструкции здания.

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

Важно! Вне зависимости способа подключения прибора необходимо убедиться в надежности соединения проводов.

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».

Важно! Испытания, проводимые при помощи приборов модельного ряда MZC, практически гарантированно приводят к срабатыванию УЗО. Чтобы избежать этого, необходимо предварительно зашунтировать устройства защитного отключения. После проведения измерений не забудьте снять шунт с УЗО.

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.

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).

Что такое петля фаза-ноль простым языком – методика проведения измерения

Электроприборы должны работать без нареканий, если электрическая цепь соответствует всем нормам и стандартам. Но в линиях электропитания происходят изменения, которые со временем сказываются на технических параметрах сети. В связи с этим необходимо проводить периодическое измерение показателей и профилактику электропитания. Как правило, проверяют работоспособность автоматов, УЗО, а также параметры петли фаза-ноль. Ниже описаны подробности об измерениях, какие приборы использовать и как анализировать полученные результаты.

Что подразумевается под термином петля фаза-ноль?

Согласно правилам ПУЭ в силовых подстанциях с напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью необходимо регулярно проводить замер сопротивления петли фаза-ноль.

Петля фаза-ноль образуется в том случае, если подключить фазный провод к нулевому или защитному проводнику. В результате создается контур с собственным сопротивлением, по которому перемещается электрический ток. На практике количество элементов в петле может быть значительно больше и включать защитные автоматы, клеммы и другие связующие устройства. При необходимости, можно провести расчет сопротивления вручную, но у метода есть несколько недостатков:

  • сложно учесть параметры всех коммутационных элементов, в том числе выключателей, автоматов, рубильников, которые могли измениться за время эксплуатации сети;
  • невозможно рассчитать влияние аварийной ситуации на сопротивление.

Наиболее надежным способом считается замер значения с помощью поверенного аппарата, который учитывает все погрешности и показывает правильный результат. Но перед началом измерения необходимо совершить подготовительную работу.

Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль

Проверка необходима для профилактических целей, а также обеспечения корректной работы защитных устройств, включая автоматические выключатели, УЗО и диффавтоматы. Результатом измерения петли фаза-ноль является практическое нахождение сопротивления силовой линии до автомата. На основе этого рассчитывается ток короткого замыкания (напряжение сети делим на это сопротивление). После чего делаем вывод: сможет ли автомат, защищающий данную линию отключиться при КЗ.

Например, если на линии установлен автомат C16, то максимальный ток КЗ может быть до 160 А, после чего он расцепит линию. Допустим в результате измерения получим значение сопротивления петли фазы-ноль равным 0,7 Ом в сети 220 В, то есть ток равен 220 / 0,7 = 314 А. Этот ток больше 160 А, поэтому автомат отключится раньше, чем начнут гореть провода и поэтому считаем, что данная линия соответствует норме.

Важно! Большое сопротивление является причиной ложного срабатывания защиты, нагрева кабелей и пожара.

Причина может заключаться во внешних факторах, на которые сложно повлиять, а также в несоответствии номинала защиты действующим параметрам. Но в большинстве случаев, дело во внутренних проблемах. Наиболее распространенные причины ошибочного срабатывания автоматов:

  • неплотный контакт на клеммах;
  • несоответствие тока характеристикам провода;
  • уменьшение сопротивления провода из-за устаревания.

Использование измерений позволяет получить подробные данные про параметры сети, включая переходные сопротивления, а также влияние элементов контура на его работоспособность. Другими словами, петля фаза-ноль используется для профилактики защитных устройств и корректного восстановления их функций.

Зная параметры автомата защиты конкретной линии, после проведения измерения, можно с уверенностью сказать, сможет ли автомат сработать при коротком замыкании или начнут гореть провода.

Периодичность проведения измерений

Надежная работа электросети и всех бытовых приборов возможна только в том случае, если все параметры соответствуют нормам. Для обеспечения нужных характеристик требуется периодическая проверка петли фазы-ноль. Замеры проводятся в следующих ситуациях:

  1. После ввода оборудования в эксплуатацию, ремонтных работ, модернизации или профилактики сети.
  2. При требовании со стороны обслуживающих компаний.
  3. По запросу потребителя электроэнергии.

Справка! Периодичность проверки в агрессивных условиях — не менее одного раза в 2 года.

Основной задачей измерений является защита электрооборудования, а также линий электропередач от больших нагрузок. В результате роста сопротивления кабель начинает сильно нагреваться, что приводит к перегреву, срабатыванию автоматов и пожарам. На величину влияет множество факторов, включая агрессивность среды, температура, влажность и т.д.

Какие приборы используют?

Для измерения параметров фазы используют специальные поверенные устройства. Аппараты отличаются методиками замеров, а также конструктивными особенностями. Наибольшей популярностью среди электриков пользуются следующие измерительные приборы:

  • М-417. Проверенное опытом и временем устройство, предназначенное для измерения сопротивления без отключения источника питания. Из особенностей выделяют простоту использования, габариты и цифровую индикацию. Прибор применяют в любых сетях переменного тока напряжением 380В и допустимыми отклонениями 10%. М-417 автоматически размыкает цепь на интервал до 0,3 секунды для проведения замеров.
  • MZC-300. Современное оборудование для проверки состояния коммутационных элементов. Методика измерений описаны в ГОСТе 50571.16-99 и заключается в имитации короткого замыкания. Устройство работает в сетях с напряжением 180-250В и фиксирует результат за 0,3 секунды. Для большей надежности работы предусмотрены индикаторы низкого или высокого напряжения, а также защита от перегрева.
  • ИФН-200. Устройство с микропроцессорным управлением для измерения сопротивления петли фаза-ноль без отключения питания. Надежный прибор гарантирует точность результата с погрешностью до 3%. Его используют в сетях с напряжением от 30В до 280В. Из дополнительных преимуществ следует выделить измерение тока КЗ, напряжения и угла сдвига фаз. Также прибор ИНФ-200 запоминает результаты 35 последних замеров.

Важно! Точность результатов измерения зависит не только от качества прибора, но и от соблюдения правил выполнения выбранной методики.

Как измеряется сопротивление петли фаза ноль

Измерение характеристик петли зависит от выбранной методики и прибора. Выделяют три основных способа:

  • Короткое замыкание. Прибор подключается к рабочей цепи в наиболее отдаленной точке от вводного щита. Для получения нужных показателей устройство производит короткое замыкание и замеряет ток КЗ, время срабатывания автоматов. На основе данных автоматически рассчитываются параметры.
  • Падение напряжения. Для подобного способа необходимо отключить нагрузку сети и подключить эталонное сопротивление. Испытание проводят с помощью прибора, который обрабатывает полученные результаты. Метод считается одним из наиболее безопасных.
  • Метод амперметра-вольтметра. Достаточно сложный вариант, который проводят при снятом напряжении, а также используют понижающий трансформатор. Замыкая фазный провод на электроустановку, измеряют параметры и делают расчеты характеристик по формулам.

Что такое петля фаза-ноль — для чего и как правильно ее измерять

Надежность электрической сети напрямую зависит от правильности срабатывания защитных устройств. Петля фаза ноль позволяет проверить их работоспособность в сети до 1 кВ с глухо-заземленной нейтралью. Поэтапно разберемся, что представляет собой схема «Ф-Н», а также нюансы ее проверки.

Общее представление о цепи «фаза ноль»

Большинство потребителей электроэнергии запитаны сетями с уровнем напряжения до 1 кВ через трехфазный трансформатор. Для обеспечения безопасности в них используется глухо-заземленная нейтраль. В ней возможно появление тока из-за сдвига фаз в обмотках трансформатора, которые соединены по схеме звезды.

В случае возникновения контакта между линейным и нулевым или защитным проводом формируется контур «фаза-нуль». Указанная связь приводит к образованию короткого замыкания. В цепи могут находиться соединительные провода, коммутационная и защитная аппаратура, что сопровождается формированием определенного значения сопротивления.

Зачем проверяется петля «фаза ноль»

Изучение показателей схемы «Ф-Н» осуществляется для определения слабых мест в действующей сети. Это может своевременно предотвратить развитие более серьезных аварий в питающей цепи. Еще одной важной функцией указанного тестирования является проверка соответствия установленных коммутационных и защитных устройств токам короткого замыкания. Это требуется для предотвращения воспламенения проводки.

Проведение испытаний электросети к содержанию ↑

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 к содержанию ↑

Методы и порядок проверки сопротивления контура «Ф-Н»

Проверка сопротивления петли «фаза нуль» подразумевает замер тока короткого замыкания на конкретном участке электрической цепи. В дальнейшем зафиксированное значение сопоставляется с отключающими уставками автоматов. При этом измерения проводятся либо непосредственно под рабочим напряжением, либо с питанием от постороннего источника. Далее рассмотрим требуемую последовательность действий при проверке сопротивления.

Визуальный контроль

Первоначально понадобится изучить имеющиеся схемы и документацию. В дальнейшем осуществляется визуальный осмотр всех элементов цепи на предмет выявления явных недостатков и повреждений. В процессе выполнения указанных мероприятий рекомендуется проверить качество затяжки контактных соединений. Иначе велика вероятность получения недостоверных измеренных данных.

Читайте также:  Как правильно лудить электрические провода

Осмотр элементов электросети на соответствие схеме к содержанию ↑

Замер показателей контура «Ф-Н»

В ходе испытаний могут использоваться различные специализированные приборы, которые могут использовать следующие методики измерений:

  1. Падения напряжения — проводится на обесточенной цепи с дальнейшим подсоединением сопротивления установленной величины. Зафиксированные показания сверяются с допустимыми нормами значениями после проведения расчетов.
  2. Короткого замыкания — предполагает осуществление испытаний при наличии напряжения. Измерительное устройство формирует искусственное короткое замыкание на конечном участке от ввода питания с дальнейшей фиксацией величины тока и времени отработки защитных элементов.
  3. Амперметра-Вольтметра — подразумевает применение понижающего трансформатора переменного тока с замыканием фазного провода на защитное заземление электрической цепи. Предварительно выполняется обесточивание питающей сети. Необходимые показания получаются после проведения расчетов.

Вычисления и оформление документации

Заключительным этапом испытания является расчет величины тока короткого замыкания. Он определяется по соотношению:

Uф — фазное напряжение сети;

R — полное сопротивление цепи.

Вычисленная величина сопоставляется с пределом отключения Iкз защитными аппаратами. Для определения минимальной и максимальной уставки срабатывания понадобится номинальный ток автомата увеличить в определенное количество раз, в зависимости от типа установленного защитного устройства. Ниже приведена требуемая кратность для минимального и максимального тока отключения по отношению к номинальному для конкретных серий автоматов:

  • В — 3 и 5;
  • С — 5 и 10;
  • D и К — 10 и 14.

Итог испытания подводится в специальном протоколе, о содержании которого будет указано далее с предоставлением примера заполнения.

Приборы для проведения измерений

Замерить основные показатели контура «Ф-Н» можно двумя типами приборов. Первые допускается использовать исключительно после снятия напряжения, а вторые способны работать под нагрузкой. Также имеются различия в выводе количества информации. Простые приборы выдают значения необходимые для вычисления Iкз. Более сложное исполнение измерителей позволяет сразу вывести значение Iкз.

Специалисты рекомендуют использовать следующие модели приборов:

  1. MZC 300 — современный микропроцессорный измеритель, о нюансах работы которого мы расскажем далее.
  2. М-417 — зарекомендовал себя с наилучшей стороны много лет назад. Испытания ведутся по методу падения напряжения. При этом измеритель можно использовать под рабочим линейным напряжением в сетях с глухо-заземленной нейтралью. Размыкание испытываемой схемы осуществляется за 0,3 с. Предварительно понадобится выполнить калибровку.
  3. ИФН-200 — предназначен для проверки цепей с сопротивлением до 1 кОм, с допустимым напряжением от 180 до 250 В. Помимо замера схемы «Ф-Н», способен функционировать и в других режимах. Память ИФН-200 может хранить данные о тридцати пяти крайних вычислениях.

Измеритель сопротивления ИФН-200 к содержанию ↑

Подведение итогов и опасности от проведения неправильного измерения

По полученной в результате измерений информации делается заключение о возможности дальнейшей эксплуатации сети. При выявлении несоответствия отключающих уставок защитных аппаратов зафиксированному Iкз, выносится решение о необходимости их замены. В противном случае велика вероятность образования пожара и разрушения электрооборудования под воздействием Iкз.

Протокол по проведенным замерам контура «фаза нуль»

На основании произведенных измерений оформляется специальный протокол. Он используется для хранения зафиксированных показаний, а также для осуществления сравнительного анализа с последующими тестами.

В протоколе отображается следующая информация:

  • дата проведения;
  • номер протокола;
  • цель проведения тестирования;
  • данные об организации, проводящей испытания;
  • информация о заказчике;
  • действующие климатические условия: атмосферное давление, температура и влажность воздуха;
  • диапазон измерения, класс точности и вид расцепителя;
  • измеритель, используемый для тестирования;
  • зафиксированные показания;
  • итог испытаний;
  • должности, фамилии и подписи лиц, проводивших замеры и проверивших протокол.

Обратите внимание! В случае положительного итога цепь допускается к эксплуатации без ограничений. При выявлении недостатков составляется перечень требуемых действий для восстановления необходимых показателей.

Техника безопасности при замере контура «Ф-Н»

Процедура замера контура фаза ноль должна вестись специалистами в возрасте от 18 лет, сдавшими экзамен по межотраслевым нормам и правилам техники безопасности. Работы должны осуществляться в соответствии с ПУЭ и при наличии требуемых приборов и инструментов.

Проведение работ должно оформляться нарядом или распоряжением. В состав бригады должны входить, как минимум, два специалиста с третьей группой по электробезопасности. Запрещается производить тестирование в условиях повышенной влажности и опасности.

Проведение проверки цепи фаза-ноль к содержанию ↑

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».

Обратите внимание! При проведении тестирования важно учитывать, что прибор ведет расчеты с учетом номинального значения напряжения 220 В, независимо от действующих показаний в сети. Поэтому в дальнейшем необходимо осуществить корректировку полученного значения предполагаемого Iкз в цепи «Ф-Н». Для этого необходимо измерить действующее значение напряжения и разделить на 220. Полученное значение умножить на измеренный прибором Iкз.

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.

Расчет и методика измерения петли фаза ноль

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

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.

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.

РАСЧЁТ 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.

ВРЕМЯ-ТОКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Согласно ГОСТа Р 50345-99, п.3.5.17 – это наименьшая величина тока, при котором автоматический выключатель сработает (отключится) без выдержки времени, т.е. его электромагнитная защита.

В этом же ГОСТе Р 50345-99, п.5.3.5., говорится, что всего существует три стандартные характеристики (типы мгновенного расцепления):

B — от 3·In до 5·In
C — от 5·In до 10·In
D — от 10·In до 20·In (встречаются от 10·In до 50·In)
In – номинальный ток автоматического выключателя.

Рассмотрим каждый вид характеристики на примере модульного автоматического выключателя ВА47-29.

Время-токовая характеристика типа В

На графике (кривой) показана зависимость времени отключения автоматического выключателя от протекающего через него тока. Ось Х — это кратность тока в цепи к номинальному току автомата (I/In). Ось У — время срабатывания, в секундах.

График разделен двумя линиями, которые и определяют разброс времени срабатывания тепловой и электромагнитной защит автомата. Нижняя линия — это горячее состояние автомата (после срабатывания), а верхняя линия — это холодное состояние.

Характеристики практически всех автоматов изображаются при температуре +30°С.

На представленных время-токовых характеристиках (сокращенно, ВТХ) пунктирная линия — это верхняя граница (предел) для автоматов с номинальным током меньше 32 (А).

По графику видно:

1. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 3·In, то он должен отключиться за время 0,02 секунды в горячем состоянии, до 35 секунд в холодном состоянии (для автоматов менее 32А) и до 80 секунд в холодном состоянии

2. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 5·In, то он должен отключиться за 0,01 секунду в горячем состоянии или за 0,04 секунды в холодном.(для автоматов более 32А).

Автоматы с характеристикой В применяются в основном для защиты потребителей с преимущественно активной нагрузкой, например, электрические печи, электрические обогреватели, цепи освещения.

Правда, в магазинах их количество почему то всегда ограничено, т.к. распространенным видом является характеристика С. И кто так решил? Вполне целесообразно на автоматы групповых линий для освещения и розеток ставить именно тип В, а на вводной автомат — тип С. Так будет соблюдена селективность, и при коротком замыкании где нибудь в линии не будет отключаться вводной автомат и «гасить» всю квартиру.

Время-токовая характеристика типа С

1. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 5·In, то он должен отключиться за время 0,02 секунды в горячем состоянии, до 11 секунд в холодном состоянии (для автоматов менее 32А) и до 25 секунд в холодном состоянии (для автоматов более 32А) .

2. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 10·In, то он должен отключиться за 0,01 секунду в горячем состоянии или за 0,03 секунды в холодном.

Автоматы с характеристикой С применяются в основном для защиты трансформаторов и двигателей с малыми пусковыми токами. Также их можно использовать для питания цепей освещения. Нашли они достаточно широкое распространение в жилом фонде, хотя свое мнение об этом я высказал чуть выше.

Время-токовая характеристика типа D

1. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 10·In, то он должен отключиться за время 0,02 секунды в горячем состоянии, до 3 секунд в холодном состоянии (для автоматов менее 32А) и до 7 секунд в холодном состоянии (для автоматов более 32А).

Читайте также:  Как подключить и настроить реле времени к освещению

2. Если через автоматический выключатель будет проходить ток, равный 20·In, то он должен отключиться за 0,009 секунд в горячем состоянии или за 0,02 секунды в холодном.

Автоматы с характеристикой D применяются в основном для защиты электрических двигателей с частыми запусками или значительными пусковыми токами (тяжелый пуск).

ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Плавкие предохранители — это электрические аппараты, защищающие установки от перегрузок и токов короткого замыкания.
Основными элементами предохранителя являются плавкая вставка, включаемая в рассечку защищаемой цепи, и дугогасительное устройство, гасящее дугу, возникающую после плавления вставки.

К предохранителям предъявляются следующие требования:

  1. Времятоковая характеристика предохранителя должна проходить ниже, но возможно ближе к времятоковой характеристике защищаемого объекта.
  2. При коротком замыкании предохранители должны работать селективно.
  3. Время срабатывания предохранителя при коротком замыкании должно быть минимально возможным, особенно при защите полупроводниковых приборов. Предохранители должны работать с токоограничением.
  4. Характеристики предохранителя должны быть стабильными. Разброс параметров из-за производственных отклонений не должен нарушать защитные свойства предохранителя.
  5. В связи с возросшей мощностью установок предохранители должны иметь высокую отключающую способность.
  6. Замена сгоревшего предохранителя или плавкой вставки не должна требовать много времени.

В промышленности наибольшее распространение получили предохранители типа и ПН-2.

ВРЕМЯ-ТОКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ СЕРИИ ПН2

Устройство предохранителей ПН-2

Эти предохранители более совершенны, чем предохранители ПР-2. Корпус квадратного сечения №1 предохранителя типа ПН-2 изготавливается из прочного фарфора или стеатита. Внутри корпуса расположены ленточные плавкие вставки №2 и наполнитель — кварцевый песок №3. Плавкие вставки привариваются к диску №4, который крепится к пластинам №5, связанным с ножевыми контактами №9. Пластины №5 крепятся к корпусу винтами.

В качестве наполнителя в предохранителях ПН-2 используется кварцевый песок с содержанием SiO2 не менее 98 %, с зернами размером (0,2—0,4)10-3 м и влажностью не выше 3 %. Перед засыпкой песок тщательно просушивается при температуре 120—180 °С. Зерна кварцевого песка имеют высокую теплопроводность и хорошо развитую охлаждающую поверхность.

Плавкая вставка предохранителей ПН-2 выполняется из медной ленты толщиной 0,1— 0,2 мм. Для получения токоограничения вставка имеет суженные сечения №8. Плавкая вставка разделена на три параллельных ветви для более полного использования наполнителя. Применение тонкой ленты, эффективный теплоотвод от суженных участков позволяют выбрать небольшое минимальное сечение вставки для данного номинального тока, что обеспечивает высокую токоограничивающую способность. Соединение нескольких суженных участков по-следовательно способствует замедлению роста тока после плавления вставки, так как возрастает напряжение на дуге предохранителя. Для снижения температуры плавления на вставки наносятся оловянные полоски №7 (металлургический эффект).

Принцип действия предохранителя ПН-2

При коротком замыкании плавкая вставка предохранителя ПН-2 сгорает и дуга горит в канале, образованном зернами наполнителя. Из-за горения в узкой щели при токах выше 100 А дуга имеет возрастающую вольт-амперную характеристику. Градиент напряжения на дуге очень высок и достигает (2—6)104 В/м. Этим обеспечивается гашение дуги за несколько миллисекунд.

После срабатывания предохранителя плавкие вставки вместе с диском №4 заменяются, после чего патрон засыпается песком. Для герметизации патрона под пластины №5 кладется асбестовая прокладка №6 что предохраняет песок от увлажнения. При номинальном токе 40 А и ниже предохранитель имеет более простую конструкцию.

Технические характеристики предохранителей ПН-2

Предохранители ПН-2 выполняются на номинальный ток до 630 А. Предельный отключаемый ток короткого замыкания, который может отключаться предохранителем, достигает 50 кА (действующее значение тока металлического короткого замыкания сети, в которой устанавливается предохранитель).
Малые габариты, незначительная затрата дефицитных материалов, высокая токоограничивающая способность являются достоинствами плавкого предохранителя ПН-2.

Материал плавких вставок предохранителей

Плавкие вставки изготовляются из меди, цинка, свинца или серебра.

В современных наиболее совершенных предохранителях отдают предпочтение медным вставкам с оловянным растворителем. Широко распространены также цинковые вставки.
Медные вставки для предохранителей наиболее удобны, просты и дешевы. Улучшение их характеристик достигается наплавлением оловянного шарика в определенном месте, примерно в середине вставки. Такие вставки применяются, например, в упомянутой серии насыпных предохранителей ПН2. Олово плавится при температуре 232°, значительно меньшей, чем температура плавления меди, и растворяет медь вставки в месте соприкосновения с нею. Появляющаяся при этом дуга уже расплавляет всю вставку и гасится. Цепь тока оказывается отключенной.
Таким образом, наплавление оловянного шарика приводит к следующему.
Во-первых, медные вставки начинают реагировать с выдержкой времени на столь малые перегрузки, на которые они при отсутствии растворителя вовсе не реагировали бы. Например, медная проволока диаметром 0,25 мм с .растворителем расплавилась при температуре 280° за 120 мин.

Во-вторых, при одной и той же достаточно большой температуре (т. е. при одинаковой нагрузке) вставки с растворителем реагируют много быстрее, чем вставки без растворителя.
Например, медная проволока диаметром 0,25 мм без растворителя при средней температуре 1 000° расплавилась за 120 мин, а такая же проволока, но с растворителем при средней температуре только 650°, расплавилась всего за 4 мин.

Применение оловянного растворителя позволяет иметь надежные и дешевые медные вставки, работающие при сравнительно низкой эксплуатационной температуре, имеющие относительно малый объем и вес металла (что благоприятствует коммутационной способности предохранителя) и в то же время обладающие большим быстродействием при больших перегрузках и реагирующие с выдержкой времени на относительно малые перегрузки.

Цинк часто используется для изготовления плавких вставок. В частности, такие вставки применяются в упомянутой серии предохранителей ПР-2.
Вставки из цинка более устойчивы против коррозии. Поэтому, несмотря на относительно малую температуру плавления, для них, вообще говоря, можно было бы допустить такую же предельную эксплуатационную температуру, как для меди (250°), и конструировать вставки с меньшим сечением. Однако электрическое сопротивление цинка примерно в 3,4 раза больше, чем у меди.
Чтобы сохранить ту же температуру, надо уменьшить потери энергии в ней, соответственно увеличив ее сечение. Вставка получается значительно более массивной. Это при прочих равных условиях приводит к понижению коммутационной способности предохранителя. Кроме того, при массивной вставке с температурой 250° не удалось бы в тех же габаритах удержать на допустимом уровне температуру патрона и контактов.
Все это заставляет снизить предельную температуру цинковых вставок до 200°, а для этого — еще больше увеличивать сечение вставки. В итоге предохранители с цинковыми вставками при тех же размерах обладают значительно меньшей устойчивостью к токам короткого замыкания, чем предохранители с медными вставками и оловянными растворителями.

Измерение параметров петли «фаза-нуль»

Главная // Наша библиотека // Испытания // Измерение параметров петли «фаза-нуль»

В электроустановках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью 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 на корпус оборудования образуется контур, состоящий из цепи фазного и нулевого проводников. Это контур принято называть петлей «фаза-нуль». Рассчитать сопротивление контура L-N (или контура L-PE) достаточно сложно, поскольку существует множество факторов, которые учесть в расчетах очень сложно (таких как наличие переходных сопротивлений коммутационных аппаратов, наличие других путей тока аварийного режима — трубопроводов, металлоконструкций, повторных заземлений т.д.), — а при измерении они учитываются автоматически.

Характеристики устройств защиты и полное сопротивление петли «фаза-нуль» (в случае, когда сопротивлением в месте замыкания можно пренебречь), должны обеспечивать при замыкании на открытые проводящие части автоматическое отключение питания в пределах нормированного времени. Это требование выполняется при условии:

где ZS — полное сопротивление петли «фаза-нуль»;
IA — ток, меньший тока замыкания, вызывающий срабатывание устройства защиты;
U — номинальное напряжение (действующее значение) между фазой и землей.
Величину ZS необходимо измерять для определения правильности используемой защиты. Её можно получить при использовании производимых фирмой Sonel измерителей параметров петли короткого замыкания, к которым относятся приборы серии MZC-200, серии MZC-300, а также приборы MZC-310S, MIE-500, MPI-511. Использование измерителей активного сопротивления MZC-200 является допустимым в цепях, где значением реактивного сопротивления можно пренебречь (XS→0) и активное сопротивление RS принять за полное ZS:

Для измерения малых величин сопротивлений необходимо использовать измерители полного сопротивления петли короткого замыкания, так как погрешность, вызванная пренебрежением реактивной составляющей полного сопротивления, может иметь существенное значение. В этом случае применяются измерители MZC-300, MZC-303Е, MZC-310S, MIE-500 и MPI-511.

Измерители активного сопротивления и полного сопротивления могут быть с успехом применены для измерения сопротивления заземляющего устройства. При этом в качестве источника необходимо использовать одну из фаз.

Результат измерения есть сумма сопротивлений проверяемого заземляющего устройства, рабочего заземления, внутреннего сопротивления источника фазы и фазного провода. Этот результат несколько больше реального сопротивления заземляющего устройства, однако, если результат меньше допустимой величины для испытуемого заземляющего устройства, устройство заземления можно считать правильным, и не использовать более точных методов измерения.

Метод измерения

Напряжение в испытуемой цепи измеряют с включенным и отключенным сопротивлением R, и сопротивление петли «фаза-нуль» рассчитывают по формуле:

где
RS — сопротивление петли «фаза-нуль»,
U1 — напряжение, измеренное при отключенном R,
U2 — напряжение, измеренное при включенном R,
IR — ток, протекающий через сопротивление нагрузки

Метод падения напряжения на нагрузочном сопротивлении рекомендован приложением D1 стандарта ГОСТ Р 50571.16-99.

Приборы для измерения параметров петли короткого замыкания

Zs ≠ Rs (только для серии MZC-200)

Измерители серии MZC-200 измеряют активное (RS) сопротивление петли короткого замыкания.

Рассмотрим влияние реактивной составляющей полного сопротивления на примере распределительной секции многоэтажного здания, выполненной одножильными проводами больших сечений или кабелями с медными жилами (ρ = 0,018 Ω∙м/мм2) не находящихся в одной оболочке, сечением S = 240 мм 2 и протяженностью около 50 метров. Для такой электропроводки характерна высокая, ничем некомпенсированная индуктивность. При суммарной длине фазного и нулевого провода 100 м L = 0,57∙10 -4 Гн), сопротивления R, X, Z вычисляется следующим образом:

Как видно, полное сопротивление почти в 2,6 раз больше активного. Рассмотренный случай является нетипичным, но показывающим необходимость измерения «истинного (полного) сопротивления».

Измерение под напряжением

Измерители параметров петли производят измерения в линиях, находящихся под напряжением. Коммутация эталонного резистора осуществляется через тиристорный блок (на полупериод промышленной частоты — 10 мс); применение быстродействующего АЦП (аналого-цифрового преобразователя) позволяет реализовать данный метод измерения с высокой точностью. Угол между напряжением и током в исследуемой сети по модулю (при отставании или опережении тока) должен быть не более 180.

Преимущества косвенного метода измерения:

  • нет необходимости в постороннем источнике питания;
  • результатом являются реальные значения сопротивления петли короткого замыкания от места подключения измерителя и ожидаемого тока короткого замыкания;
  • питающий трансформатор не исключается из схемы электроснабжения на время измерения;
  • осуществляется контроль действующего значения напряжения в процессе измерения.

    Вычисление тока

    Ожидаемый ток короткого замыкания рассчитывается по отношению к номинальному напряжению сети по формуле:

    Отклонение напряжения сети от номинального вызовет линейное отклонение рассчитанного тока от действительного.

    Схемы подключения приборов

    Целостность цепи

    Перед выполнением измерения активного сопротивления автоматически проверяется целостность измеряемых цепей. Контроль целостности проводников происходит в течение 10 мс током с максимальной величиной 35 мA. После того как установлено, что сопротивление цепи менее 3 кΩ происходит процесс измерения активного сопротивления сети большим испытательным током. Отсутствие целостности цепи сигнализируется на дисплее и звуковым сигналом. Этот факт можно использовать для контроля целостности контура.

    Оценка сопротивления заземления

    Величина сопротивления заземляющего устройства измеряется через петлю «фаза-нуль». Источником напряжения служит фазный провод, измерительный ток зависит от величины токоограничивающего резистора. При оценке величины сопротивления заземления необходимо помнить о завышенных результатах измерения: RS=Ru+Rr+Rист+Rфазы

    Автозамена L и N

    В приборах MZC, MIE, MPI cоблюдение правильности подключения фазного провода к зажиму L, а нейтрального провода к зажиму N не является обязательным, так как измеритель автоматически идентифицирует подключенные провода и в случае необходимости самостоятельно переключит зажимы.

    Функция RCD

    В приборах MZC-303E, MPI-511 функции RCD применяется для измерения параметров цепи «фаза-защитный провод» без обязательного срабатывания УЗО с номинальным током не менее 30 мА. Прибор производит измерение сопротивления петли короткого замыкания в диапазоне от 0 до 1999 Ω. При этом выполняется серия искусственных замыканий (каждое из них длится 20 мс) с измерительным током не более 15 мА. Время выполнения всего измерения составляет около 10 секунд. Применение такого большого диапазона измерения вызвано вероятностью значительных величин полного сопротивления петли L — PE в электроустановках с выключателями дифференциального тока. Величина сопротивления заземления (наибольшая составляющая полного сопротивления цепи L — PE) должна быть в этом случае такова, чтобы произошло срабатывание дифференциального выключателя при появлении недопустимого напряжения прикосновения. Например, полное сопротивление цепи L — PE для выключателя дифференциального тока с номинальным током 30 мА в электроустановке с допустимым напряжением прикосновения 50 В будет равным 1666 Ω. Данная величина превышает возможности диапазонов измерения 200 Ω.

    Преимущества True RMS

    Почти все приборы при измерении напряжения показывают значение, которое предлагается рассматривать как эффективное значение входного сигнала. Однако в некоторых приборах зачастую измеряется среднее абсолютное или максимальное значение сигнала, а шкала градуируется так, чтобы показание соответствовало эквивалентному эффективному значению в предположении, что входной сигнал имеет синусоидальную форму.

    Не следует упускать из виду, что точность таких приборов крайне низка, если сигнал содержит гармонические составляющие. Для измерения тока с искаженными кривыми необходимо при помощи анализатора кривой сигнала проверить форму синусоиды, после чего использовать измеритель с усреднением показаний только в том случае, если кривая окажется действительно идеальной синусоидой. Или же можно постоянно использовать измеритель с истинно среднеквадратическими показаниями и не проверять параметры кривой.

    Современные измерители подобного типа используют усовершенствованные технологии измерения, позволяющие определить реальные эффективные значения переменного тока и напряжения вне зависимости от того, является ли токовая кривая идеальной синусоидой или имеет гармонические искажения. Приборы Sonel типа MZC-310S, REN-700, CMP-1000, MPI-511 относятся к измерителям класса TRUE RMS.

    Ссылка на основную публикацию