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»

Измерение петли «фаза – ноль» производится во время приемосдаточных испытаний при введении новой электроустановки в эксплуатацию или после ремонта (реконструкции) старой. Проверка состояния защитных коммутационных аппаратов по требованию службы охраны труда также может сопровождаться измерениями сопротивления контура, образующегося при соединении фазного проводника с нулевым.

Почему измерения предпочтительнее расчетов

Расчет этого параметра возможен, но истинное значение будет отличаться от полученного в результате вычислений. Причина в том, что такие факторы, как переходные сопротивления рубильников, контакторов и прочих аппаратов учесть в расчете невозможно. Кроме того, неизвестен точный путь прохождения тока в режиме короткого замыкания, ведь в цепь включено такое оборудование, как контур заземления, различные трубопроводы и металлические конструкции. Измерение сопротивления петли «фаза – ноль» и тока КЗ с помощью специального прибора все эти факторы автоматически учитывает.

Методика измерения петли «фаза — ноль»

Применяются следующие методы измерения: падения напряжения в отключенной цепи, то же – на нагрузочном сопротивлении и метод КЗ. Второй способ реализован в принципе действия прибора производства Sonel типа MZC-300. Методика выполнения измерений таким методом изложена в ГОСТе 50571.16-99. Достоинство этого метода – в простоте и безопасности.

Прежде, чем приступить к основным измерениям, следует испытать сопротивление и непрерывность защитных проводников. Во время проведения измерений прибором MZC-300 следует учитывать, что возможна автоматическая блокировка процесса в следующих случаях:

1. Напряжение в сети превышает 250 В: прибор в это время издает звуковой продолжительный сигнал, а на дисплее появляется надпись «OFL». В таком случае измерения необходимо прекратить.
2. При разрыве цепи PE/N на дисплее появится символ в виде двойного тире и будет звучать сигнал после нажатия на кнопку «start». Необходимо быть осторожным: защита от токов КЗ в сети отсутствует.
3. При снижении напряжения в испытуемой цепи менее 180 В на дисплее загорается символ «U», что сопровождается двумя продолжительными звуковыми сигналами после нажатия на кнопку «start».
4. В случае перегрева прибора из-за значительных нагрузок появляется на дисплее символ «Т» и звучат два сигнала. В этом случае нужно уменьшить количество операций за единицу времени.

Для проведения измерений соответствующие клеммы прибора подключают к одной из фаз и глухозаземленной нейтрали (в сети с защитным заземлением вместо нейтрали подключают прибор к заземляющему проводнику). При проверке состояния защиты электроустановки от замыкания на корпус прибор MZC-300 подключают к заземляющей клемме корпуса и фазному проводу. Необходимо следить за тем, чтобы контакт был надежным: применять следует проверенные наконечники (если необходимо – заостренные зонды), а место соединения должно быть очищено от окиси.

Во время измерения прибором серии MZC-300 происходит имитация короткого замыкания: ток протекает через резистор с известным сопротивлением (10 Ом) в течении 30 мс. Уменьшенное значение силы тока является одним из параметров, участвующих в образовании результата. Непосредственно перед определением значения такого тока прибор измеряет реальное напряжение в сети. Производится поправка по векторам тока и напряжения, после чего процессор высчитывает полное сопротивление петли КЗ, раскладывая его на реактивную и активную составляющие и угол сдвига фаз, образующийся в измеряемой цепи во время протекания тока КЗ. Диапазон измерения полного сопротивления выбирается прибором автоматически.

Считывание и оформление результата

После измерения результат может быть отображен на дисплее в виде значения полного сопротивления петли КЗ или тока КЗ. Для просмотра и смены режима отображения следует нажать клавишу Z/I. Полное сопротивление отражает дисплей, а значение тока КЗ необходимо вычислять.

После подключения прибора к испытуемой цепи определяется напряжение, после чего нажатием на кнопку «start» включается измерительный режим. Если не действуют факторы, которые могут стать причиной блокировки процесса, на дисплее появляется ожидаемое значение тока КЗ или полного сопротивления. Если необходимо знать значения других параметров (реактивного и активного сопротивления, угол сдвига фаз), следует воспользоваться кнопкой SEL. Предельное значение реактивного, активного и полного сопротивления – 199,9 Ом. При превышении этого предела дисплей отразит символ OFL, если же прибор будет находиться в режиме измерения тока КЗ, отобразится символ UFL, означающий малую величину. При необходимости увеличить диапазон нужно использовать другую модификацию прибора — MZC-ЗОЗЕ: специальная функция RCD позволяет получить результаты до 1999 Ом.

Периодичность проведения измерений сопротивления петли «фаза – ноль» определяется документом ПТЭЭП и системой ППР, которая предусматривает своевременное проведение капитальных и текущих ремонтов электрооборудования. В случае выхода из строя устройств защиты после их ремонта или замены проводятся внеплановые работы по установлению значений параметров цепи «фаза – ноль».

Заключение о результатах измерений выполняется следующим образом. После выполнения всех работ по изложенной выше методике, получаем величину однофазного тока КЗ. Сравниваем результат с током, при котором срабатывает расцепитель выключателя-автомата или с номиналом плавко вставки. Делаем выводы о пригодности оборудования защиты. Все полученные результаты заносятся в протокол установленной формы.

Измерение сопротивления петли фаза-нуль

В соответствии с ПТЭЭП для контроля чувствительности защит к однофазным замыканиям на землю в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью необходимо выполнять измерения сопротивления петли “фаза-нуль”.

Для измерения сопротивления петли “фаза-нуль” существует ряд приборов, различающихся схемами, точностью и др. Области применения различных приборов приведены в табл. 1.

Приборы для измерения электрических параметров заземляющих устройств, в том числе измерения сопротивления петли фаза-нуль

Тип прибора или метод

Сопротивление петли с последующим вычислением тока однофазного замыкания

Область применения – контроль

Ток однофазного замыкания на землю

Область применения – контроль

Ток однофазного замыкания на землю

Область применения – контроль

Напряжение и ток

Высокая точность (область применения – измерения)

Проверка производится для наиболее удаленных и наиболее мощных электроприемников, но не менее 10% их общего количества. Проверку можно производить расчетом по формуле Zпет = Zп + Zт / 3 где Zп— полное сопротивление проводов петли фаза-нуль; Zт — полное сопротивление питающего трансформатора. Для алюминиевых и медных проводов Zпет = 0,6 Ом/км.

По Zпет определяется ток однофазного короткого замыкания на землю: Iк = Uф / Zпет Если расчет показывает, что кратность тока однофазного замыкания на землю на 30% превышает допустимые кратности срабатывания защитных аппаратов, указанные в Правилах устройства электроустановок (ПУЭ). то можно ограничиться расчетом. В противном случае следует провести прямые измерения тока короткого замыкания специальными приборами, например, типов ЭКО-200, ЭКЗ-01 или по методу амперметра-вольтметра на пониженном напряжении.

Метод амперметра — вольтметра при измерении сопротивления петли фаза-нуль

Испытуемое электрооборудование отключают от сети. Измерение производят на переменном токе от понижающего трансформатора. Для измерения делается искусственное замыкание одного фазного провода на корпус электроприемника. Схема испытания -приведена на рисунке.

Схема измерения сопротивления петли фаза — нуль по методу амперметра — вольтметра.

После подачи напряжения измеряются ток I и напряжение U, измерительный ток должен быть не менее 10 — 20 А. Сопротивление измеренной петли Zп=U/I. Полученное значение Zп должно быть арифметически сложено с расчетным значением полного сопротивления одной фазы питающего трансформатора R т/3.

Программа проведения измерений сопротивления петли фаза-нуль

1. Ознакомление с проектной и исполнительной документацией и результатами предыдущих испытаний и измерений.

2. Подготовка необходимых электроизмерительных приборов и испытательных устройств, проводников и защитных средств.

3. После выполнения организационно-технических мероприятий и допуска на объект, выполнение измерений и испытаний

4. Оценка и обработка результатов измерений и испытаний.

5. Оформление измерений и испытаний.

6. Корректировка схем, оформление подписей о пригодности (не пригодности) электрооборудования к дальнейшей эксплуатации.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Источники: http://electrik.info/main/sekrety/1050-izmerenie-soprotivleniya-petli-faza-nol.html, http://tokzamer.ru/uslugi/izmerenie-petli-faza-nol, http://electricalschool.info/main/naladka/210-izmerenie-soprotivlenija-petli-faza-nul.html