6.1. Нормируемые величины
6.2. Применяемые приборы
6.3. Измерение полного сопротивления петли «фаза-нуль» [1]
6.3.1. Измерение с использованием отдельного источника питания
6.3.2. Измерения с помощью прибора MZC-303 Е
Измерения сопротивления петли «фаза-нуль» и токов однофазных коротких замыканий проводятся с целью проверки временных параметров срабатывания устройств защиты электрооборудования от сверхтоков при замыкании фазы на корпус.
По измеренному полному сопротивлению петли «фаза-нуль» определяется ток однофазного короткого замыкания. По полученной расчетом величине этого тока определяется время срабатывания защитного аппарата. При прямых измерениях токов однофазных коротких замыканий время срабатывания защитного аппарата определяется по измеренной величине этого тока.
Это время должно удовлетворять требованиям п. 1.7.79 ПУЭ по защите от поражения электрическим током при косвенных прикосновениях путем автоматического отключения питания.
6.1. Нормируемые величины
Измерения сопротивления петли «Фаза-нуль» и токов однофазных коротких замыканий проводятся:
– перед приемкой электрооборудования в эксплуатацию;
– в сроки, определенные графиком планово-предупредительных ремонтов;
– после капитального ремонта электрооборудования.
По сопротивлению петли «фаза-нуль» Zфо (Ом) ток короткого замыкания Iкз (А) определяется по формуле
где Uо – номинальное значение фазного напряжения, В.
В электроустановках до 1000 В в системах с глухозаземленной нейтралью ток однофазного короткого замыкания на корпус электроприемника должен обеспечивать нормированное время отключения поврежденного участка цепи защитным аппаратом, реагирующим на сверхток, в пределах указанного в таблице 6.1. Данные ограничения на время отключения распространяются на групповые сети.
В соответствии с п. 1.7.79 ПУЭ указанное время отключения считается достаточным для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенных прикосновениях (электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, находящимися под напряжением вследствие повреждения изоляции).
Таблица 6.1
Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для систем с глухозаземленной нейтралью (TN)
| Номинальное фазное напряжение Uо, В | Время отключения t, с |
| 127 | 0,8 |
| 220 | 0,4 |
| 380 | 0,2 |
| Более 380 | 0,1 |
В цепях, питающих распределительные, групповые, этажные и др. щиты или щитки, время отключения не должно превышать 5 с.
В цепях, питающих только стационарные электроприемники от распределительных устройств, также допускается время автоматического отключения питания до 5 с при выполнении следующих условий:
1. Полное сопротивление защитного проводника между главной заземляющей шиной и корпусом распределительного устройства (Zре) должно удовлетворять следующему требованию:
Это означает, что падение напряжения на данном защитном проводнике при однофазном коротком замыкании (ожидаемое напряжение прикосновения) не превысит сверхнизкого напряжения (СНН), равного 50 В (п. 1.7.43 ПУЭ).
2. К шине РЕ распределительного устройства присоединена дополнительная система уравнивания потенциалов, охватывающая те же сторонние проводящие части, что и основная система уравнивания потенциалов.
В системах с изолированной нейтралью время защитного автоматического отключения питания при двойном замыкании на открытые проводящие части не должно превышать указанного в таблице 6.2.
Таблица 6.2
Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для систем с изолированной нейтралью (IT)
| Номинальное линейное напряжение Uл (В) | Время отключения (с) |
| 220 | 0,8 |
| 380 | 0,4 |
| 660 | 0,2 |
| более 660 | 0,1 |
Для проверки выполнения этих требований в системах с изолированной нейтралью, имеющих только аппараты защиты от сверхтока, производится измерение параметров цепи «фаза-фаза» (полное сопротивление этой цепи или ток междуфазного замыкания).
Учитывая, что в этих системах электроустановки до 1000 В находят крайне ограниченное применение и принципы этих измерений те же, что и при измерениях параметров «фаза-нуль», в данной методике рассматриваем только вопросы указанных параметров цепей с глухо-заземленной нейтралью.
6.2. Применяемые приборы
Измерение сопротивления цепи «фаза-нуль» проводится специальным прибором типа M-417 [7, 8], позволяющим измерять сопротивление петли «фаза-нуль» при наличии напряжения на источнике питания в электроустановках напряжением 380 В с глухозаземленной нейтралью питающего трансформатора.
При отсутствии напряжения питающей сети измерения проводятся с использованием нагрузочного, сварочного или котельного трансформатора, регулировочного реостата мощностью не менее 500 Вт, амперметра и вольтметра (рис. 6.1) или цифровым измерителем малых комплексных сопротивлений «Вымпел» [7, 8].
Измерение токов однофазных замыканий производится приборами типа Щ41160, ЭК0200 при наличии напряжения питающей сети [7, 8].
Для измерения параметров цепи «фаза-нуль» (как сопротивления, так и тока однофазного короткого замыкания), при наличии напряжения питающей сети могут быть использованы малогабаритные цифровые измерительные приборы «Вектор» или аналогичные импортные приборы серии MZC (MZC-300, MZC-301 и т. п.) [8, 9, 10].
Измеритель напряжения прикосновения и тока короткого замыкания ЭКО200
Измеритель напряжения прикосновения и тока короткого замыкания ЭКО200 предназначен для измерения напряжения прикосновения и тока короткого замыкания в цепи фаза-нуль в сетях переменного тока 380/220 В с глухозаземленной нейтралью (рис. 6.1).
Прибор состоит из двух блоков: короткозамыкателя и измерения.
Технические характеристики измерительного прибора ЭК0200 приведены в таблице 6.3.
Рис. 6.1. Измеритель напряжения прикосновения и тока короткого замыкания ЭКО200
Таблица 6.3.
Технические характеристики ЭКО200
| Диапазоны измерений тока к.з. | 0 – 0,2; 0 – 1; 0 – 2 кА |
| Погрешность измерения тока к.з | ± 10 % |
| Диапазон измерений напряжения прикосновения | 0 – 0,5; 0 – 2,5; 0 – 5; 0 – 10; 0 – 25; 0 – 100; 0 –250 В |
| Погрешность измерения напряжения прикосновения | ± 4 % |
| Время установки рабочего режима | Не более 5 мин |
| Время установки показаний | Не более 4 секунд |
| Интервал между замыканиями цепи «фаза-нуль» | Не менее 15 секунд |
| Мощность, потребляемая блоком короткозамыкателя при включенной кнопке "ПИТАНИЕ" | Не более 20 ВА |
| Условия эксплуатации | От - 10 °С до + 40 °С |
| Габаритные размеры | 345х265х135 мм |
| Масса | 6,0 кг |
В основу работы измерительного прибора ЭКО200 положено измерение реального тока короткого замыкания и напряжения прикосновения блоком измерения во время короткого замыкания, осуществляемого блоком короткозамыкателя с ограничением времени замыкания. Однофазное короткое замыкание производится с помощью тиристора. При замыкании цепи "фаза-нуль" происходят переходные процессы. При однополярном коротком замыкании происходит намагничивание проводников.
Для исключения погрешности от переходных процессов и намагничивания измерения производятся в два такта с чередованием направления тока короткого замыкания.
Во время первого такта тиристор включается в максимуме отрицательного полупериода напряжения сети (270 электрических градусов) и определяется продолжительность протекания тока через тиристор и сдвиг фаз между током и напряжением в цепи "фаза-нуль". Во втором такте производится включение тиристора с учетом фазы, определенной в первом такте и в противоположной полярности, что приводит к отсутствию переходного процесса и подмагничивания стальных труб, если проводники расположены в трубах.
В последующих измерениях проводят действия, описанные во втором такте, с чередованием направления протекания тока при коротком замыкании.
В случае, когда порядок тока короткого замыкания цепи "фаза-нуль" не известен, измерения необходимо начинать с ограничивающим резистором, то есть фазу объекта подключить к зажиму "ФАЗА Rогр". Если результат измерения тока короткого замыкания превысит значение 535 ампер, то производить измерения прибором ЭКО200 без ограничивающего резистора нельзя, так как значение тока короткого замыкания превышает максимально допустимую величину.
Измерители параметров цепей электрических цепей серии MZC-300 (рис. 6.3) предназначены
для автоматического контроля:
- наличия нулевого нейтрального (рабочего) и нулевого защитного проводов до начала измерений;
для автоматического измерения:
- фазного напряжения U в цепях электропитания;
- полного сопротивления Z цепей "фаза-нуль" без отключения источника питания;
- фазового угла между векторами силы тока и напряжения (угла сдвига фаз) в цепях "фаза-нуль" без отключения источника питания;
- активного сопротивления R цепей "фаза-нуль" без отключения источника питания, в том числе в цепях с УЗО без отключения УЗО;
- сопротивления цепи зануления Re с использованием сети переменного тока;
для автоматического вычисления:
- реактивного сопротивления X цепей "фаза-нуль";
- ожидаемого тока короткого замыкания I в цепях "фаза-нуль";
- запоминания результатов последнего измерения (все пять величин);
- записи в память объемом 99 или 990 ячеек (опция);
- отображения результатов измерений на дисплее в цифровом виде;
- передачи данных в компьютер для автоматизации подготовки отчетов.
Рис. 6.3. Общий вид прибора MZC-303Е
Измерители параметров цепей электропитания MZC-300 выпускаются в виде моделей MZC-300, MZC-303E, отличающихся набором опций, некоторые технические характеристики приведены в таблице 6.5.
Таблица 6.5.
Технические характеристики MZC-300
| Функция измерителя | Диапазон измерений | Разре-шение | Предел допускаемой погрешности |
| Измерение полного сопротивления цепи питания, Ом | 0 – 19,99 | 0,01 | (2% от показания+0,03 Ом) |
| 20 – 199,9 | 0,1 | (3% от показания+0,1 Ом) |
| 0 – 1999 | 1 | (3% от показания +3 Ом) |
| Вычисление активного и реактивного сопротивлений цепи питания, Ом | 0 – 19,99 | 0,01 | (2% от Z + 0,03 Ом) |
| 20 – 199,9 | 0,1 | (3% от Z + 0,1 Ом) |
| Вычисление силы тока короткого замыкания цепи питания | До 1,999 А | 1 мА | IН=220[1/Z-1/(Z+|Z|)]; IВ=220[1/(Z-|Z|)-1/Z]; IН нижний предел; IВ верхний предел; Z – показание полного сопротивления, Ом; Z – основная погрешность при данном показании Z, Ом |
| 2 А –19,99 А | 0,01А |
| 20 А –199,9 А | 0,1А |
| 200 А – 1999 А | 1А |
| 2 кА – 22 кА | 0,1кА |
Приборы MZC-300 сохраняют свою работоспособность в диапазоне температур от 0 °С ... + 40 °С.
Габариты прибора – 230х67х33 мм, масса – 0,4 кг.
6.3. Измерение полного сопротивления петли «фаза-нуль» [1]
6.3.1. Измерение с использованием отдельного источника питания
Измерение проводится при отключенном питающем трансформаторе по схеме, представленной на рисунке 6.4 [1].
Напряжение подается от сварочного, котельного или нагрузочного трансформатора, подключаемого к ближайшему источнику питания.
Ток в измеряемой цепи должен быть не менее 10 А. Для создания цепи фазный провод присоединяется к корпусу электроприемника.
Рис. 6.4. Схема измерения участка петли «фаза-нуль» с использованием отдельного источника питания
Сопротивление участка цепи «фаза-нуль» определяется по формуле:
Для определения модуля сопротивления петли «фаза-нуль» с учетом питающего трансформатора достаточно полученное значение сложить с расчетным значением полного сопротивления одной фазы трансформатора ZT/3.
Полное сопротивление цепи «фаза-нуль» с достаточной точностью определяется из выражения:
а возможный ток однофазного КЗ по формуле:
где U0 – фазное напряжение, В;
ZT – полное сопротивление трансформатора.
Значения ZT для различных трансформаторов приведены в таблице 6.6.
Таблица 6.6
Значения полных сопротивлений питающих трансформаторов
| Мощность трансформатора, кВА | Первичное напряжение,
кВ | Схема соединения обмоток | Полное сопротивление трансфор-матора
220/400 В; Ом |
| 25 | 6 –10 | Y / Y0 | 3,110 |
| 40 | 6 –10 | Y / Y0 | 1,949 |
| 63 | 6 –10 | Y / Y0 | 1,237 |
| 100 | 6 –10 | Y / Y0 | 0,779 |
| 160 | 6 –10 | Y / Y0 | 0,487 |
| 250 | 6 –10 | ∆ / Y0 | 0,312 |
| 250 | 6 –10 | Y / Y0 | 0,106 |
| 250 | 20 – 35 | Y / Y0 | 0,305 |
| 400 | 6 –10 | Y / Y0 | 0,195 |
| 400 | 6 –10 | ∆ / Y0 | 0,066 |
| 630 | 6 –10 | Y / Y0 | 0,129 |
| 1000 | 6 –10 | Y / Y0 | 0,081 |
| 1000 | 6 –10 | ∆ / Y0 | 0,026 |
Следует учесть, что алгебраическое сложение комплексных сопротивлений не приведет к большой погрешности результата только в случае, если реактивная составляющая полного сопротивления цепи «фаза-нуль» не превышает половины активной составляющей.
Однако данный метод в настоящее время на практике применяется достаточно редко, так как требует больших трудозатрат и наличия постороннего источника переменного напряжения 220 В.
Для измерения сопротивления участка цепи «фаза-нуль» до питающего трансформатора эффективнее использовать разработанный в Московском институте энергобезопасности и энергосбережения измеритель малых комплексных сопротивлений «Вымпел».
Данный прибор позволяет измерять в обесточенных электрических цепях модуль сопротивления в диапазоне 0,05 – 5 Ом, угол сопротивления в диапазоне 0 – 90°, что соответствует разности фаз между током и напряжением в режиме однофазного замыкания при наличии питающей сети, а также рассчитывает ток однофазного замыкания, исходя из величины фазного напряжения 220 В.
6.3.2. Измерения с помощью прибора MZC-303 Е
Прибор подключается к электроустановке, как показано на рисунке 6.5, 6.6.
Рис. 6.6. Измерение прибором MZC-303Е в цепи L-PE
В приборах семейства MZC-300 используется метод измерения полного сопротивления петли короткого замыкания путем «искусственного короткого замыкания» испытуемой цепи через резистор, ограничивающий величину измерительного тока.
Прибор измеряет напряжение непосредственно перед протеканием измерительного тока и в процессе протекания измерительного тока через ограничивающий резистор с учетом векторной структуры напряжения и тока.
Далее процессор вычисляет полное сопротивление петли короткого замыкания, выделяет его активную и реактивную компоненты, а также фазовый угол, который возникает в испытуемой цепи в случае короткого замыкания.
Ограничивающий резистор имеет величину 10 Ом, а время протекания измерительного тока составляет 30 мс. Измеритель самостоятельно выбирает диапазон измерения полного сопротивления.
Процесс измерения может быть начат нажатием клавиши START в момент, когда измеритель отображает на дисплее величину напряжения.
Результат измерения можно отобразить в виде полного сопротивления петли короткого замыкания или ожидаемого тока короткого замыкания. Нажатие клавиши Z/L во время отображения одной из величин переводит прибор на отображение другой. Прибор всегда измеряет полное сопротивление, а отображаемый на дисплее ожидаемый ток однофазного короткого замыкания вычисляется по формуле
 .
Остальные компоненты результата измерения: активное сопротивление, реактивное сопротивление и фазовый угол –можно вызвать на дисплей нажатием клавиши SEL.
Как видно из приведенных характеристик расцепления автоматических выключателей (рис. 6.7) (ГОСТ Р 50345-99) [7], уменьшение расчетного тока однофазного замыкания более чем на 10% для автоматических выключателей с характеристикой «D» может привести к увеличению времени их срабатывания от сотых долей до единиц секунд. Время срабатывания автоматических выключателей с характеристиками по ГОСТ Р 50030.2-99 при аналогичных уменьшениях токов однофазных замыканий может увеличиться до десятков секунд.
Рис. 6.7. Время - токовая характеристика срабатывания автоматических выключателей
| 
, В. 
, Ом
,
,