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 (I_КЗ). В принципе, его можно рассчитать, используя формулу: I_КЗ = U_Н /Z_П  , где U_Н – номинальный уровень напряжения в электросети, а Z_П – общее сопротивление петли. Учитывая, что защитные устройства при КЗ должны автоматически отключать питание согласно установленным временным нормам, то необходимо выполнение следующего условия: Z_П*I_AB <= U_Н . В данном случае I_AB ток, при котором срабатывает АВ или другое устройство защиты, его величина должна уступать I_КЗ.

Перед описанием детальных методик измерений, необходимо кратко описать прибор, который будет использоваться в процессе — MZC-300. Мы остановили свой выбор на этом устройстве, поскольку оно чаще всего применяется измерительными лабораториями.

Краткое описание MZC-300

Рассмотрим внешний вид и основные элементы измерителя MZC-300.

Обозначения:

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

• Z_П, напомним, это общее сопротивление цепи Ф-Н.
• I_КЗ – 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 Z_П.
• Ожидаемый I_КЗ.
• 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 I_КЗ и Z_П.
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».

Подготовительный этап

Практически все методы измерений цепи «фаза-ноль» не позволяют получить точную информацию о таких характеристиках, как Z_П и I_КЗ. 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.

   

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

   

3. Измерения в цепях ТТ.

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

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

Получение информации о напряжении сети

Рассматриваемый нами прибор позволяет измерить U_H 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 Z_П в петле, применяемая в модельном ряде MZC основана на создании искусственного КЗ с использованием ограничивающего сопротивления (10,0 Ом), понижающего величину I_КЗ. После испытаний микропроцессор прибора производит расчет Z_П, выделяя реактивные и активные составляющие. Процедура измерения не превышает 30,0 мс.

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

Следует учитывать, что при вычислениях микропроцессор устанавливает величину U_H 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 U_H, 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.

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).