Как найти сопротивление петли

Петля фаза ноль — измерение сопротивления, методика расчета

Как считать петлю фаза-ноль — формула

Есть несколько методов измерения сопротивления петли фаза-ноль для системы ТN. Рассмотрим самый простой — способом падения напряжения. Напряжение в испытуемой цепи измеряют с включенным и отключенным сопротивлением нагрузки, и сопротивление петли фаза—нуль рассчитывают по следующей методике:

Измеряем петлю фаза ноль мультиметром

Ну что же, попробуем посчитать по данной методике. Для наглядности приведем нашу упрощенную схему трехфазного электроснабжения улицы. О том, как мы воссоздали данную схему можете ознакомиться в следующем ролике:

Для чистоты эксперимента нагрузим дома из расчета месячного потребления электроэнергии 250 кВт·ч. Делим 250 на 30 дней. Полученное делим на 16 часов. Выходим на часовое потребление 520 Вт. Какая нагрузка дает такое потребление? Считаем:

• Мощность равна напряжению умноженному на силу тока. Мощность и напряжение известны. Нетрудно найти силу тока 2,26 А.
• Сопротивление по закону Ома находим делением напряжения на силу тока, и равняется оно приблизительно 100 Ом.

Исходя из этого в случайном порядке нагрузим дома сопротивлениями от 80 до 120 Ом. Также добавим каждому дому повторное заземление как в системе TNCS:

Возьмем для расчета домик (резистор R25) напряжение в котором 228,819 В: 

В свободную розетку подключим известную нагрузку 2300 Вт. Переведем это в сопротивление и получим 23 Ом. Добавим в схему амперметр и получим силу тока 9,823 А. При этом напряжение в доме упало до 225,932 В.

Здесь хочется отметить, что если нам известно сопротивление нагрузки, то необязательно измерять силу тока (это не совсем безопасно дешевыми мультиметрами) – достаточно измерить напряжение после подключения нагрузки, поделить на сопротивление и получить силу тока.

Все необходимые исходные данные мы получили:

Рассчитываем полное сопротивление петли фаза-нуль  Z = (228,819-225,932)/9,823 = 0,2939 Ом.

Теперь делим напряжение 228,819 В на сопротивление петли фаза ноль 0,2939 Ом. Получаем ток короткого замыкания в точке расчета 778,56 А.

Проверим при помощи программы Multisim правильно ли мы нашли сопротивление петли фаза ноль:

Как видно, все мы посчитали правильно. Программа показывает такой же ток короткого замыкания в точке расчета.

Для верности рассчитаем петлю фаза ноль еще в одном доме (R29). Напряжение в нем до подключения нагрузки 228,742 В:

Подключим нагрузку 23 Ом. Добавим в схему амперметр и получим силу тока 9,779 А. Напряжение в доме упало до 224,910 В.

Переносим результаты замеров в таблицу:

Рассчитываем полное сопротивление петли фаза-нуль  Z = (228,742-224,910)/9,779 = 0,39186 Ом.

Теперь делим напряжение 228,742 В на сопротивление петли фаза ноль 0,39186 Ом. Получаем ток короткого замыкания в точке расчета 583,734 А.

Опять проверяем при помощи программы Multisim:

Все сходится. Формула расчета верная.

Может возникнуть вопрос, как работает эта формула? Все предельно просто. Подключив дополнительную нагрузку в доме произошло падение напряжения. Данное падение напряжения есть не что иное, как напряжение на нагрузке от всех сопротивлений нашей петли. Зная это напряжение и силу тока в цепи по правилу последовательного соединения мы находим сопротивление петли фаза-ноль.

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.

Методика измерения

Наиболее простой методикой считается падение напряжения в сети. Для этого в линию электропитания подключают нагрузку и замеряют необходимые параметры. Это простой и безопасный способ, не требующий специальных навыков, Измерение можно проводить:

• между одной из фаз и нулевым проводом;
• между фазой и проводом РЕ;
• между фазой и защитным заземлением.

После подключения прибора он начинает измерять сопротивление. Требуемый прямой параметр или косвенные результаты отобразятся на экране. Их необходимо сохранить для последующего анализа. Стоит учитывать, что измерительные устройства приведут к срабатыванию УЗО, поэтому перед испытаниями необходимо их зашунтировать.

Справка! Нагрузку подключают в наиболее отдаленную точку (розетку) от источника питания.

Анализ результатов измерения и выводы

Полученные параметры используют для анализа характеристик сети, а также ее профилактики. На основе результатов принимают решения о модернизации линии электропередачи или продолжении эксплуатации. Из основных возможностей выделяют следующие:

1. Определение безопасности работы сети и надежности защитных устройств. Проверяется техническая исправность проводки и возможность дальнейшей эксплуатации без вмешательств.
2. Поиск проблемных зон для модернизации линии электроснабжения помещения.
3. Определение мер модернизации сети для надежной работы автоматических выключателей и других защитных устройств.

Если показатели находятся в пределах нормы и ток КЗ не превышает показатели отсечки автоматов, дополнительные меры не требуются. В противном случае необходимо искать проблемные места и устранять их, чтобы обеспечить работоспособность выключателей.

Форма протокола измерения

Последним этапом в измерении сопротивления петли фаза-ноль является занесение показаний в протокол. Это необходимо для того, чтобы сохранить результаты и использовать их для сравнения в будущем. В протокол вписывается информация о дате проверки, полученный результат, используемый прибор, тип расцепителя, его диапазон измерения и класс точности.

В конце составленной формы подводят итоги испытания. Если он удовлетворительный, то в заключении указывается возможность дальнейшей эксплуатации сети без принятия дополнительных мер, а если нет — список необходимых действий для улучшения показателя.

В заключение необходимо подчеркнуть важность измерений сопротивления петли. Своевременный поиск проблемных участков линий электропитания позволяет принимать профилактические меры. Это не только обезопасит работу с электроприборами, но и увеличит срок эксплуатации сети.

В электрических сетях напряжением до 1000 в с глухим заземлением нейтрали должно быть обеспечено надежное отключение защитным аппаратом однофазового к. з. Это диктуется требованиями техники безопасности.
Расчетными точками для определения величины тока к. з. являются более удаленные (в электрическом смысле) точки сети, так как конкретно этим точкам соответствует меньшее значение тока однофазового к. з.
Величина однофазового тока к. з. может быть определена по приближенной формуле

где U ф — фазное напряжение сети, в;
Z т — полное сопротивление понижающего трансформатора току замыкания на корпус, ом;
Z п — полное сопротивление петли фаза — нуль полосы до более удаленной точки сети, ом.
Расчетные значения полных сопротивлений понижающих трансформаторов при однофазовых замыканиях приведены в табл. 7-1.
Для трансформаторов мощностью более 630 ква при определении тока к. з. можно принять:
Z т =0
Полное сопротивление петли проводов либо жил кабеля полосы определяется по формуле

где R п — активное сопротивление фазного ( R ф ) и нулевого (Ro) проводов, ом;
R п =R ф +R о (7-3 )
Х п — индуктивное сопротивление петли проводов либо жил кабеля, ом.

Активные сопротивления проводов из цветных металлов определяются по табл. 5-1. Средние значения индуктивных сопротивлений петель проводов либо жил кабелей из цветных металлов на 1 км полосы даны в табл. 7-2.
Для железных проводов индуктивное сопротивление петли проводов определяется по формуле

где Х’ п — наружное индуктивное сопротивление петли из прямого и оборотного проводов, равное для воздушной полосы напряжением до 1000 В 0,6 Ом/км; Х» п.п и Х» п.о — внутренние индуктивные сопротивления соответственно прямого и оборотного проводов полосы, Ом/км.
Значения полных сопротивлений петель для проводов и жил кабелей из цветных металлов на 1 км полосы даны в табл. 7-3. В табл. 7-6 указаны сопротивления петли «фаза трехжильного кабеля — железная полоса» для небронированных кабелей.

Таблица 7-1 Расчетные сопротивления трансформаторов при однофазовом к. з. на стороне 400/230 в

Примечания: Для понижающих трансформаторов с напряжением вторичных обмоток 230/133в значения сопротивлений в 3 раза меньше обозначенных в табл. 7-1.
Условные обозначения схем соединений трансформаторов:
У — звезда; Ун — звезда с выведенной нулевой точкой; Д — треугольник.

Таблица 7-2 Средние значения индуктивных сопротивлений петли прямого и оборотного проводов либо жил кабеля, выполненного из цветных металлов ом/км

Таблица 7-3 Полные сопротивления петли прямого и оборотного провода полосы либо жил кабеля, ом/км

Таблица 7-6 Полные сопротивления петли «фаза 3-х жильного кабеля — железная полоса», ом/км

Примечание: Сопротивление петли «фаза кабеля -стальная полоса» не остается неизменным для обозначенных в таблице значений тока, так как сопротивление металлической полосы находится в зависимости от тока. Для промежных значений тока величина сопротивления определяется интерполяцией

Надежное отключение защитным аппаратом однофазового к. з. будет обеспечено при условии выполнения соотношения

где К 31 — допустимая кратность малого тока к. з. по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя либо току срабатывания, либо номинальному току наибольшего расцепителя автомата I 3 ;
I к -наименьшая величина однофазового тока к. з., определяемая по формуле (7-1),а.
Допустимая кратность малого тока к. з. должна быть более 3 по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя и номинальному току расцепителя автоматического выключателя, имеющего назад зависимую от тока характеристику, и более 1,1 К р по отношению к току срабатывания автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепитель (К р — коэффициент, учитывающий разброс черт расцепителя по данным завода).
Для сетей, прокладываемых во взрывоопасных помещениях, допустимые кратности тока к. з. растут до значения 4 по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя и 6 по отношению к номинальному току расрасцепителя автоматического выключателя с назад зависимой от тока чертой.
Для сетей, защищаемых только от токов к. з., в нужных случаях (к примеру, для отстройки от токов самозапуска движков) допускается завышение токов плавких вставок предохранителей и уставок расцепителей автоматов, но при всем этом кратность тока к. з. обязана иметь значение более 5 по отношению к номинальному току плавкой вставки предохранителя и более 1,5 по отношению к току срабатывания электромагнитного расцепителя автомата.
Значения допустимой кратности тока к. з. для разных критерий прокладки сети приведены в табл. 7-8.

Расчет токов однофазового кз в сети 0,4 кВ

В данной статье пойдет речь об определении величины тока однофазового тока к.з. в сетях 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью.

Данный вопрос очень животрепещущ, так как электрические сети 0,4 кВ, являются более распространёнными.

В текущее время существует два способа расчета однофазового КЗ – четкий и приближенный и оба способа основаны на способе симметричных составляющих.

1. Четкий способ определения тока однофазового КЗ

1.1 Четкий способ определения тока однофазового КЗ, представлен в ГОСТ 28249-93 формула 24, и рассчитывается по формуле:

Используя данный способ можно с большой степенью точности определять токи КЗ при узнаваемых сопротивлениях прямой, оборотной и нулевой последовательности цепи фаза-нуль.

К огорчению, на практике данный способ не всегда может быть применять, из-за отсутствия справочных данных на сопротивления прямой, оборотной и нулевой последовательности для кабелей с дюралевыми и медными жилами с учетом методов прокладки фазных и нулевых проводников.

2. Приближенный способ определения тока однофазового КЗ

2.1 Приближенный способ определения тока однофазового кз при большой мощности питающей энергосистемы (Хс < 0,1Хт), рассчитывается по формуле [Л1, с 4 и Л3, с 39]:

• Uф – фазное напряжение сети, В;
• Zт – полное сопротивление трансформатора току однофазового замыкания на корпус, Ом;
• Zпт – полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом.

2.2 Если же питающая энергосистема имеет ограниченную мощность, то тогда ток однофазового кз определяется по формуле 2-26 [ Л3, с 39]:

2.3 Значение Z∑ определяется по таблице 2.9 либо можно найти по формуле 2-25 [ Л3, с 39]:

где:
х1т и r1т; х2т и r2т; х0т и r0т — индуктивное и активное сопротивления трансформатора токам прямой, оборотной и нулевой последовательности, мОм. Принимаются по таблице 2.4 [Л3, с 29].

Значение Zт/3 для разных трансформаторов с вторичным напряжением 400/230 В, можно принять по таблицам 2, 3, 4 [Л1, с 6,7].

Сопротивления контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока в данном способе не учитываются, так как арифметическая сумма Zт/3 и Zпт делает не который припас.

2.4 Полное сопротивление трансформатора Zт, определяется по формуле 2-24 [Л3, с 39]:

2.5 Полное сопротивление петли фаза-нуль, определяется по формуле 2-27 [Л3, с 40]:

• Zпт.уд. – полное удельное сопротивление петли фаза-нуль для каждого участка от трансформатора до места КЗ определяется по таблицам 2.10 – 2.14 [Л3, с 41,42] либо по таблицам [Л2], мОм/м;
• l – длина участка, м.

Ниже представлены справочные таблицы со значениями удельного сопротивления петли фаза-нуль для разных кабелей и шинопроводов согласно [Л3, с 41,42].

Справочные таблицы 7, 10 со значениями активных сопротивления медных и дюралевых проводов, кабелей [Л1, с 6, 14].

Справочные таблицы 11, 12, 13 со значениями полного расчетного сопротивления цепи фаза-нуль для 3(4) — жильных кабелей с различной изоляций и при температуре жилы +65(+80) С [Л1, с 15, 16].

На практике согласно [Л1, с 5] рекомендуется применять приближенный способ определения тока однофазового КЗ. При таком способе, допустимая погрешность в расчете тока однофазового КЗ при неточных начальных данных в среднем равна – 10% в сторону припаса; 18-20% — при схеме соединения трансформатора Y/Y0, когда преобладает активная нагрузка и для зануления применяется 4-я жила или оболочка кабеля; 10-12% — при использовании железных труб для зануления проводки.

Из выше изложенного, следует, что при использовании данного способа, создаётся не который припас при расчете, который гарантирует срабатывания защитного аппарата, согласно требованиям ПУЭ.

1. Советы по расчету сопротивления цепи «фаза-нуль». Главэлектромонтаж. 1986 г.
2. ГОСТ 28249-93 – Способы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
3. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сети 0,4 кВ. Учебное пособие. 2008 г.