Что такое петля фаза-ноль и как её измерить

Эксплуатация электрической сети связана с повышенной опасностью. В неё включаются устройства, предназначенные для автоматического отключения питания, при возникновении тока короткого замыкания. Для проверки корректной работы сети, используется петля фаза-ноль – элемент цепи, предназначенный для прохождения тока по замкнутому контуру от источника питания.

Что такое петля фаза-ноль?

Каждый электрический прибор, работающий от напряжения до 1 кВ, должен быть заземлён через нейтраль. При соединении металлических деталей оборудования между собой, ток которого замыкания возникает на проводящих частях его корпуса. При возникновении КЗ на контуре формируется сопротивление, которое должно быть измерено для правильного подбора элементов цепи.

Если изоляция кабельной проводки нарушена, может произойти произвольное замыкание фазы с нулём, либо с металлической поверхностью электроприбора. При таком аварийном состоянии возникает петля фаза-ноль. Показатель сопротивления контура позволяет подобрать нужный автомат для автоматического отключения сети.

Согласно нормам ПУЭ, петля фаза-ноль представляет собой замкнутый контур цепи, который образуется путём замыкания фазного и нулевого проводников. Сопротивление данного контура обратно пропорционально току короткого замыкания, определяется по формуле закона Ома, при известных параметрах напряжения и силы тока в цепи.

Для чего проверяют сопротивление петли фаза-ноль

Проверка сопротивления петли фаза-ноль – важный этап проверки работоспособности электрической сети. Данная операция выполняется для обеспечения ряда условий:

• Установка нужного защитного автомата (УЗО). Возможность точного расчёта тока КЗ, который обеспечит подбор автомата, срабатывающего без задержек.
• Подбор сечения кабеля глухозаземлённой нейтрали и фазной жилы.
• Определение необходимости установки стабилизирующего устройства при частых колебаниях переменного тока в сети.
• Проверка возможности обеспечения селективности при работе оборудования.
• Во многих случаях, при вводе кабельной линии в эксплуатацию, требуется согласование электроустановочных изделий с органами Ростехнадзора. Перед оформлением разрешительной документации, ответственные лица обязаны предоставить протоколы измерений сопротивления на петле фаза-ноль и других испытаний цепи.

С экономической точки зрения, проверка сопротивления фаза-ноль позволяет подобрать оптимальные электроустановочные изделия без переплат за лишние показатели или сечения.

Измерение петли фаза-ноль

Измерение петли фаза-ноль должно проводиться профессиональными электриками. Специалисты могут не только определить реальные цифры, но также дать своё заключение и рекомендации по оптимизации сети. Для проведения контрольного замера своими руками потребуется определённый набор инструментов, обширные теоретические знания и следование технологической карте.

Меры безопасности при измерении петли «Ф-Н»

При измерении петли фаза-ноль необходимо соблюдать методы предосторожности, пренебрежение которыми может вызвать серьёзные последствия как для работы оборудования, так и для здоровья человека. Это связано с тем, что алгоритм проведения замеров подразумевает принудительное создание тока КЗ, который при нормальном режиме работы является аварийным случаем. Чтобы избежать чрезвычайных ситуаций, требуется выполнить следующие условия:

• Перед началом испытания нужно убедиться, что относительная влажность воздуха в помещении не превышает 60% – 65%. При большем показателе водяные пары могут сработать как проводник.
• Контрольный замер сопротивления петли фаза-ноль может сопровождаться возникновением искры, из-за чего проведение подобной операции в помещениях с легковоспламеняющимися жидкостями или газами категорически запрещено.
• При вычислении сопротивления на контуре, необходимо использовать положенное по технике безопасности защитное обмундирование.
• Замеры петли фаза-ноль должна проводиться только при известном сопротивлении на контуре заземления. Это позволить выставить на измерительном приборе нужные параметры.

Для проведения замера, следует пройти аттестацию и иметь на руках допуск к манипуляциям с электроустановками не ниже, чем 3 группы. Проведение замеров – это ответственная работа, связанная с повышенной опасностью.

Приборы для замера петли фаза-ноль

Для проведения измерений петли фаза-ноль используются специализированные приборы. В торговых точках можно встретить 3 основных типа устройств, которые имеют немного разный принцип работы и конструктивные особенности:

• ИФН-200. Высокотехнологичный прибор, позволяющий произвести измерения как активного, так и реактивного сопротивления. Помимо определения характеристик петли фаза-ноль, устройство может работать в режиме омметра и вольтметра.

При использовании ИФН-200 не требуется проверка показателей заземляющего и фазного кабелей, так как прибор самостоятельно определяет требуемый диапазон измерений.

Микропроцессор, встроенный в устройство, позволяет добиться точности измерений до 3%, а также имеет функцию памяти на 35 предыдущих настроек.

Является одним из самых точных и надёжных приборов, представленных на рынке.

• MZC-300. Многофункциональный электронный инструмент от российской компании Sonel с 20-летней историей.

Прибор позволяет провести измерение в цепи с номинальным напряжением до 0,5 кВ. Определяет возможный ток КЗ, измеряет полное сопротивление на контактах всех видов заземляющих проводников СИП.

Интерфейс оборудования совместим с ПК через беспроводное соединение по Bluetooth. Позволяет составлять базы данных и проводить расчёты дополнительных параметров электросети.

• M-417. Прибор, выпускавшийся ещё в советские времена, позволяет измерить сопротивление на петле фаза-ноль с граничными параметрами от 0.1 до 2,0 Ом. Обработка результатов измерений проводится в соответствии с нормами ПУЭ, прибор обеспечивает проверку ожидаемого тока КЗ на кабельной линии с напряжением до 0,4 кВ.

Устройство оснащено базовыми средствами защиты от перегрева и автоматически отключается при образовании потенциала более 36В. Скорость реакции составляет менее 0,3 секунд с момента замыкания цепи.

Перед началом измерений, приборы должны быть настроены и пройти поверку, во избежание выдачи некорректных результатов.

Схема подключения прибора

После проведения настройки, перед началом измерений, прибор должен быть правильно подключён к сети. Способ и схема включения зависят от методики проведения испытаний:

• При замере ожидаемого тока короткого замыкания. Для достижения максимальной эффективности измерений, прибор должен быть включён в цепь как можно дальше от УЗО. В таком случае, при формировании КЗ и срабатывании автомата, достигается уверенность в правильности подбора защитного устройства. То есть, УЗО сработает в любой точке цепи.
• Проверка петли фаза-ноль методом снижения напряжения. Для осуществления измерений, напряжение в сети полностью отключается. После этого, в цепь включается устройство, дающее опорное сопротивление и проводится замер фаза-нуль. Данный метод не связан с возникновением переменного тока в сети, что исключает образование КЗ и искры. Испытание может проводиться при особо опасных условиях.
• Самая сложная, но рабочая схема включения прибора в сеть – метод амперметра-вольтметра. При проведении замеров требуется использование дополнительного устройства – понижающего трансформатора. Испытания проводятся посредством замыкания кабеля с пониженным напряжением и силой тока на проводниковой части корпуса оборудования. Показатели, полученные в ходе измерений, не являются конечными, и сопротивление петли должно быть рассчитано по формуле.

На практике, чаще всего используется первый способ измерения сопротивления петли фаза-нуль. Такая методика не требует дополнительного оборудования и даёт конечные показатели максимально быстро и точно. При проведении замеров, щупы прибора подключатся в цепь C–N (фаза-ноль), C–PE (фаза-дополнительный проводник на нейтрали) или ТТ (с использованием трансформатора).

Методика измерения

Для получения корректных результатов измерений, все работы должны проводиться в строгом соответствии с приведённым ниже алгоритмом:

1. На первом этапе определяется суммарное сопротивление цепи, а также граничные условия для срабатывания УЗО при фактическом токе КЗ:

• Суммарное сопротивление контура определяется при замыкании щупов прибора между фазным кабелем и проводником заземления в цепи.
• На современном электронном приборе имеется соответствующая функция, которая отображается на дисплее словом «loop», или «петля». Необходимо выбрать данный показатель, после чего задать другие граничные условия – тип, номинальный ток и период срабатывания УЗО.
• Прибор включается в цепь по схеме С-N. При корректной работе оборудования, на экране появятся 3 показателя – Z (искомая величина – суммарное сопротивление цепи), ISC (ожидаемый ток КЗ) и Lim (минимальный ток КЗ, для которого рассчитывается УЗО).
• Для отображения показателей на экране, прибор приводится в активное состояние после нажатия клавиши Test.
• Определение необходимого сопротивления петли фаза-нуль для срабатывания УЗО. Перед проведением испытания на дисплее выбирается соответствующая индикация Z_S, которая в международной системе означает УЗО.
• Считывание показаний производится после отображения трёх величин Z, ISC, Lim, описанных выше.

2. Суммарное сопротивление линии, ожидаемый ток КЗ:

• На дисплее прибора выбирается параметр «Линия».
• Испытание проводится посредством последовательного включения прибора по схемам фаза-фаза и фаза-нейтраль.
• После каждого подключения на устройстве нажимается клавиша Test, а показатели Z, ISC и Lim заносятся в протокол испытаний.

Важно! При выполнении измерений с помощью прибора, необходимо убедиться, что напряжение в сети постоянное, без перепадов. Если это условие не соблюдается, измерение должно проводиться несколько раз со сравнением полученных показателей. Лучшим решением для определения параметров работы нестабильной сети будет временное включение стабилизатора напряжения. Переменные показания прибора, выходящие за рамки допустимой погрешности, определяют необходимость использования стабилизирующего оборудования.

Таблица нормативных показателей полного сопротивления петли фаза-нуль

Таблица сопротивления трансформатора

Таблица зависимости сопротивления УЗО от силы тока

Таблица зависимости сопротивления дуги от сопротивления цепи

Формулы для расчёта

После проведения измерений и занесения результатов в протокол установленной формы, необходимо провести некоторые вычисления, которые позволят проверить работоспособность УЗО и кабельных линий. Вычисления сводятся к использованию стандартных электротехнических формул, в соответствии с ПУЭ:

• Формула сопротивления петли фаза-ноль:

Z = ZS + ZT / 3,

Z – искомая величина сопротивления петли фаза-нуль,

ZS – суммарное сопротивление всех жил кабелей, входящих в цепь,

ZТ – сопротивление трансформатора, подключенного к цепи.

• Ожидаемая сила тока наступления однофазного КЗ:

I_КЗ = U_Ф / Z,

I_КЗ – искомая величина,

U_Ф – номинальное напряжение на фазном кабеле,

Z – значение сопротивления петли фаза-ноль, определяемое по формуле, приведённой ниже.

• Время защитного автоматического отключения УЗО является табличной величиной, и не должно превышать следующих значений:

U_Ф = 127 В, TN_пред = 0,8 с,

U_Ф = 220 В, TN_пред = 0,4 с,

U_Ф = 380 В, TN_пред = 0,2 с,

U_Ф более 380 В, TN_пред = 0,1 с,

TN_пред – максимально допустимое время срабатывания защитного автоматического отключения УЗО.

• Полное предельное сопротивление проводника, обеспечивающего защитное отключение УЗО:

Z_П = 50 Z / U_Ф,

50 – константа, характеризующая снижение номинального напряжения в проводнике на участке цепи между заземляющим кабелем и щитком, где установлен УЗО.

• Сила тока короткого замыкания, при достижении которого происходит автоматическое аварийное отключение:

I_{КЗ факт} = U_Ф / Z_П.

Из приведённых формул видно, что зависимость расчёта каждого показателя выводится из стандартного закона Ома в каноническом виде. Численные значения характеристик принимаются по результатам проведённых измерений, либо определяются по таблицам, приведённым выше. Формула сопротивления петли фаза-нуль является основной расчётной величиной

Считывание полученной информации

Вне зависимости от типа, модели и модификации прибора, считывание показателей производится с интерактивного жидкокристаллического дисплея после нажатия на клавишу «Старт» или «Test».

Более дорогие версии оборудования снабжаются крупным многострочным дисплеем, на котором отображаются сразу все необходимые данные. Если прибор имеет маленький встроенный дисплей, информация на нём высвечивается не полностью. Для получения всех сведений требуется пролистывание экрана путём нажатия клавиш «Sel» или «Z/L».

Некоторые устройства из числа повышенной ценовой категории снабжены функцией памяти на несколько последних настроек, как правило, от 5 до 35 позиций. Это значительно упрощает работу специалистов на крупном объекте. Занесение каждого измерения в память прибора позволяет отложить составление протокола до начала камеральных обработок натурных испытаний электрической сети.

Анализ результатов измерения и оформление формы протокола замера

По результатам измерения, полученные сведения заносятся в протокол установленной формы. Данный документ заверяется экспертом, имеющим необходимую квалификацию и допуск, после чего он вступает в законную силу и прикладывается к общей папке для сдачи объекта. В протоколе указываются следующие сведения:

• Данные о компании, силами которой были проведены измерения.
• Порядковый номер, название и дата составления бумаги.
• Официальные сведения о заказчике испытаний.
• Данные, обосновывающие необходимость проведения замеров. В этой графе указывается информация, для какой цели проводилась работа – приёмка объекта в эксплуатацию, проведение периодической инспекции, либо испытания после проведения ремонта и замены электротехнических установок.
• Сведения о климатических параметрах в помещении, где производились измерения. Если проверка проводилась в отношении внешней кабельной линии, указываются параметры наружного воздуха в день испытаний.
• Таблица с результатами измерений, оформленная в соответствии с требованиями ПУЭ.
• Сведение о приборах, использовавшихся в ходе испытаний с указанием даты их поверки.
• Выводы экспертной комиссии.

Протокол испытаний подтверждает безопасность эксплуатации кабельной сети и электрооборудования. При выдаче положительного заключения ответственное лицо ставит личную подпись, а представителем компании заверяют бумагу синей печатью, что говорит об ответственности, возложенной на предприятие.

Пример протокола испытаний

Протокол № ___

Проверки согласования параметров цепи фаза-ноль с характеристиками автоматов защиты и целостности защитных проводников

Климатические параметры, по состоянию на дату проведения испытаний

Температура воздуха ___ ^оС, Относительная влажность воздуха __%, Атмосферное давление ___ мм рт. ст.

Цель проведения измерений:

Нормативная техническая документация, на соответствие которой были проведены испытания:

1. Результаты замеров

Заключение: Параметры цепи фаза-ноль соответствуют требованиям ПУЭ, п. № 3.1.8, п № 1.7.79

Измерения провели:

Ведущий инженер ЭИЛ: Авилов / Авилов А. Ю.

Инженер ЭИЛ: Иванов / Иванов С. О.

Протокол проверил и утвердил:

Начальник ЭИЛ: Кочетков / Кочетков М. А.

Дата __. __.____

Периодичность проведения испытаний

Согласно требованиям норм ПУЭ, натурные испытания со снятием показаний сопротивления петли фаза-ноль и проверкой тока КЗ должны проводиться со следующей периодичностью:

• Перед введением нового объекта в эксплуатацию.
• После проведения ремонтных работ и замены отдельных устройств.
• В профилактических целях – не реже, чем 1 раз в 3 года.

При проведении повторных испытаний составляется новый протокол, при котором старый документ теряет актуальность.

Коротко о главном

Измерение сопротивления петли фаза-нуль с определением тока КЗ и проверкой времени срабатывания защитного автомата УЗО – обязательная и ответственная процедура. Данная работа регламентируется требованиями ПУЭ, результаты заносятся в протокол, подлежащий согласованию в Ростехнадзоре. Испытания проводятся специальным контрольно-измерительным оборудованием, которое должно пройти поверку. Замеры проводятся с использованием разных схем подключения к сети и последующим считыванием информации на дисплее приборов. После получения результатов измерения сопротивления, оставшиеся значения определяются по формулам, выведенными из закона Ома.