Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль
Электричество в настоящее время – это не только удобство и качество проживания, но это и большая опасность для человека. И хорошо, если проводку в доме делают профессионалы. Ведь свою работу они обязательно проверяют на степень безопасности. Каким образом? Для этого используется метод, основанный на создании высокой нагрузки в электрической разводке. Этот метод электрики называют измерением сопротивления петли фаза ноль.
Что это такое, и как формируется проверочная схема
Начать надо с пути, который проходит электрический ток от подстанции до розетки в доме. Обращаем ваше внимание, что в старых домах в электрике чаще всего присутствует сеть без заземляющего контура (земля), то есть, к розетке подходит фазный провод и нулевой (фаза и ноль).
Итак, от подстанции до дома сеть может быть длиною в несколько сот метров, к тому же она разделена на несколько участков, где используются разного сечения кабели и несколько распределительных щитов. То есть, это достаточно сложная коммуникация. Но самое главное, весь участок имеет определенное сопротивление, которое приводит к потерям мощности и напряжения. И это независимо от того, качественно ли проведена сборка и монтаж или не очень. Этот факт известен специалистам, поэтому проект сети делается с учетом данных потерь.
Конечно, грамотно проведенный монтаж – это гарантия корректной работы сетевого участка. Если в процессе сборки и разводки были сделаны отклонения от норм и требований или просто сделаны ошибки, то это гарантия увеличения потерь, сбоя работы сети, аварий. Вот почему специалисты проводят измерения показателей сети и анализируют их.
Необходимо отметить, что вся электрическая цепочка – это зацикленный контур, образованный фазным контуром и нулевым. По сути, это своеобразная петля. Поэтому ее так и называют петля фаза ноль.
Как измеряется сеть
Чтобы это понять, необходимо рассмотреть схему, в которой присутствует потребитель, подключенный через обычную розетку. Так вот к розетке, как уже было сказано выше, подводятся фаза и ноль. При этом до розетки происходит потеря напряжения за счет сопротивления магистральных кабелей и проводов. Это известно давно, описан данный процесс формулой Ома:
Правда, эта формула описывает соотношение величин постоянного электрического тока. Чтобы перевести ее на ток переменный, придется учитывать некоторые показатели:
- Активная составляющая сопротивления сети.
- Реактивная, состоящая из емкостной и индуктивной части.
Что это значит? Необходимо понять, что электродвижущая сила, которая появляется в обмотках трансформатора, образует электрический ток. Он теряет свое напряжение при прохождении через потребителя и подводящие провода. При этом сам ток преодолевает несколько видов сопротивления:
- Активное – это потребитель и провода. Это самая большая часть сопротивления.
- Индуктивное – это сопротивление встроенных обмоток.
- Емкостное – это сопротивление отдельных элементов.
Чтобы подсчитать полное сопротивление сети (петля фазы и ноля), необходимо определить электродвижущую силу, которая создается на обмотках трансформатора. Правда, на подстанцию без специального допуска не пустят, поэтому измерение петли фаза-ноль придется делать в самой розетке. При этом учитывайте, что розетка не должна быть нагружена. После чего необходимо замерить напряжение под нагрузкой. Для этого включается в розетку любой прибор, это может быть даже обычная лампочка накаливания. Замеряется напряжение и сила тока.
Внимание! Нагрузка на розетке должна быть стабильной в процессе проведения замеров. Это первое. Второе – оптимальным вариантом считается, если в схеме ток будет силой от 10 до 20 ампер. В противном случае дефекты сетевого участка могут не проявиться.
Теперь по закону Ома можно определить полное сопротивление петли. При этом придется учитывать, что напряжение (замеряемое) в розетке может отклоняться от номинального при нагрузке и без таковой. Поэтому сначала надо высчитать сопротивление при разных величинах напряжения. Понятно, что при нагрузке напряжение будет больше, поэтому полное сопротивление петли – это разница двух сопротивлений:
Rп=R2-R1, где R2 – это сопротивление петли при нагрузке, R1 – без таковой.
Что касается точно проведенных замеров. Самодельными приборами это можно сделать, никаких проблем здесь нет, но вот только точность замеров в данном случае будет очень низкой. Поэтому для этого процесса рекомендуется использовать вольтметры и амперметры с высокой точностью (класс 0,2). Правда, такие измерительные приборы сегодня используются в основном в измерительных лабораториях. Обращаться с ними надо уметь. К тому же такие приборы требуют частого проведения тестирования.
Хотя надо отдать должное рынку, сегодня можно такие приборы приобрести в свободном доступе. Стоят они недешево, но для профессионала это необходимая вещь.
Где провести замер
Измерение петли фаза-ноль – розетки. Но опытные электрики знают, что это место не единственное. К примеру, дополнительное место – это клеммы в распределительном щите. Если в дом заводится трехфазная электрическая сеть, то проверять сопротивление петли фаза ноль надо на трех фазных клеммах. Ведь всегда есть вероятность, что контур одной из фаз был собран неправильно.
Цель проводимых замеров
Итак, цели две – определение качества эксплуатируемых сетей и оценка надежности защитных блоков и приборов.
Что касается первой позиции, то здесь придется сравнивать полученные замеры, а, точнее, сопротивление петли с проектной. В данном случае, если расчетный показатель оказался выше нормативного, то на поверку явно неправильно произведенный монтаж или другие дефекты магистрали. К примеру, грязь или коррозия контактов, малое сечение кабелей и проводов, неграмотно проведенные скрутки, плохая изоляция и так далее. Если проект электрической сети по каким-то причинам отсутствует, то для сравнения расчетного сопротивления петли с номинальным необходимо будет обратиться в проектную организацию. Чтобы разобраться в таблицах и расчетах самому, надо в первую очередь обладать инженерными знаниями по электрике.
Что касается второй позиции. В принципе, здесь также необходимо провести некоторые расчеты, основанные на законе и формуле Ома. Основная задача определить силу тока короткого замыкания, ведь чаще всего от него и надо будет защищать электрическую сеть. Поэтому в данном случае используется формула:
Если считать, что сопротивление петли фаза к нулю равно, например, 1,47 Ом, то сила тока короткого замыкания будет равна 150 ампер. Под эту величину и придется подбирать прибор защиты, то есть, автомат. Правда, в правилах ПУЭ есть определенные нормы, которые создают некий запас прочности. Поэтому Iном увеличивают на коэффициент 1,1.
Подобрать автомат под все вышеуказанные величины можно, если сравнить их в таблицах ПУЭ. В нашем случае потребуется автомат класса «С» с Iном=16 А и кратностью 10. В итоге получаем:
I=16х10х1,1=176 А. Расчетная сила тока короткого замыкания у нас составила – 150 А. о чем это говорит.
- Во-первых, автомат был неправильно выбран и установлен. Его надо обязательно заменить.
- Во-вторых, ток КЗ в сети меньше, чем автомата. Значит, он не отключится. А это может привести к пожару.
Как провести расчет кабеля по мощности и по его длине
Несколько вариантов заземления стиральной машины, если нет заземления
Как подключить УЗО в однофазной сети без заземления
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.
Они уже продаются широким ассортиментом и стоят от 16 тысяч российских рублей по ценам декабря 2015 года.
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.
Электрик Инфо — электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
Информация и обучающие материалы для начинающих электриков.
Кейсы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.
Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Сайт может содержать материалы 12+
Перепечатка материалов сайта запрещена.
Измерение петли фаза-ноль
Нормативно-технический документ ПТЭЭП устанавливает, что измерение петли фаза-ноль нужно проводить периодически. Данная периодичность устанавливается по системе ППР-организации. Эту систему ППР, которая состоит из циклов текущих, а также капремонтов для электрооборудования, утверждает технический руководитель организации. Так, например, измерение петли фаза-ноль проводится не менее раза в два года для взрывоопасных зон. В случае, если устройства защиты электрических установок отказали, электрические измерения необходимо выполнять внепланово.
Цель проведения испытаний
По измеренному полному сопротивлению петли «ФАЗА-НУЛЬ» производится расчет тока однофазного короткого замыкания. Основной целью является проверка временных параметров срабатывания аппаратов защиты от cверхтоков при замыкании фазы на корпус. Данная проверка так же подверждает непрерывность PE цепи. Время срабатывания аппаратов защиты должно удовлетворять требованиям п. 1.7.79 ПУЭ.
Надёжность срабатывания защиты от сверхтоков является одним из основных требований как при проектировании, так и при монтаже и требует расчетной и натурной проверки.
Поскольку речь идёт о замыкании на корпус, то под нулевым проводником мы понимаем совокупность защитных (PE) и защитно-рабочих (PEN) проводников от «корпуса» до трансформатора. Таким образом, проверка петли «ФАЗА-НУЛЬ» позволяет оценить и качество защитной цепи.
Полное сопротивление цепи «ФАЗА-НУЛЬ» достаточно точно можно рассчитать по следующей формуле:
где: Zфо – полное сопротивление цепи «ФАЗА-НУЛЬ»; Zn – полное сопротивление цепи фазного и нулевого проводника; Zт – полное сопротивление трансформатора.
Полное сопротивление «складывается» из активного и реактивного сопротивлений.
Ток короткого замыкания отражается в следующей зависимости:
где: Iкз – ток короткого замыкания; Uо – фазное напряжение.
Для расчета ожидаемого тока короткого замыкания принята формула:
Должны удовлетворяться требования:
где: Iра – номинальный ток срабатывания расцепителя автомата; Kg – коэффициент допустимой кратности тока короткого замыкания к номинальному току срабатывания расцепителя.
где: Zpe – полное сопротивление защитного проводника между главной заземляющей шиной и корпусом распределительного устройства; Uснн – сверхнизкое напряжение (напряжение прикосновения), обычно принимается равным 50В (п. 1.7.79 и 1.7.104 ПУЭ).
Iра>Iн
где: Iн – номинальный ток нагрузки.
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.
Расчет петли «ФАЗА-НУЛЬ»
С целью своевременного согласования параметров кабельных линий и аппаратов защиты от сверхтоков необходимо производить расчёты петли «ФАЗА-НУЛЬ» на стадии проектных работ. Подобные расчеты удобно проводить в комплексе: мощность нагрузки; cos φ; длина кабельной линии; сечение жилы; вид монтажа; падение напряжения на линии; расчетное полное сопротивление петли; прогнозируемый ток короткого замыкания; номинальный ток аппарата защиты; характеристика аппарата защиты. Расчет петли «ФАЗА-НУЛЬ» является одним из наиболее сложных, поскольку требует принятия во внимание ряда трудно учитываемых параметров.
Источники: http://onlineelektrik.ru/esnabzhenie/dlya-chego-proveryayut-soprotivlenie-petli-faza-nol.html, http://electrik.info/main/sekrety/1050-izmerenie-soprotivleniya-petli-faza-nol.html, http://etl.atonot.ru/izmerenie-petli-faza-nol/
