12. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕТЛИ ФАЗА — НУЛЕВОЙ ЗАЩИТНЫЙ ПРОВОДНИК
Периодически и перед сдачей в эксплуатацию объектов, получающих энергию от сетей с заземленной нейтралью, производится проверка соответствия сети зануления требованиям ПУЭ в отношении обеспечения отключения аварийного участка. Надежное отключение поврежденного участка считается обеспеченным, если ток однофазного КЗ /к отвечает условию /к>К/ном,
где /ном — номинальный ток плавкой ставки предохранителя или ток уставки расцепителя автоматического выключателя; К—коэффициент, зависящий от вида защиты.
Для определения тока однофазного КЗ необходимо измерить полное сопротивление цепи однофазного замыкания на корпус или нулевой защитный проводник. Это можно осуществить несколькими способами.
Рис. 37. Схема аппарата ИПЗ-2М
1.2 — точки заземления для проверки состояния предохранителей
Рис. 36. Схема измерения сопротивления цепи фаза — нуль методом амперметра—вольтметра:
Измерение полного сопротивления петли фаза — нулевой защитный проводник способом амперметра — вольтметра. Этот способ применяется при отключенном испытуемом оборудовании. Измерение производится на переменном токе пониженного напряжения от трансформатора достаточной мощности. Для измерения собирается схема (рис. 36), а затем делается искусственное замыкание одного из фазных проводов на корпус электрооборудования. После подачи напряжения в измерительную цепь измеряются ток / и напряжение U. Значение тока должно составлять 10—20 А.
Сопротивление цепи фаза — нулевой защитный проводник определяется по формуле Zn = UII.
Ток однофазного КЗ /к определяется по формуле
где С/ф — фазное напряжение сети, В.
Измерение сопротивления петли фаза- нулевой защитный проводник устройством типа ИПЗ-2М. Устройство измеряет непосредственно ток однофазного замыкания на корпус в сетях 380/220 В. Устройство, присоединенное к фазному проводу и к корпусу объекта испытания, осуществляет кратковременное (около 0,05 с) КЗ между, фазным проводом и корпусом испытуемого объекта, что делает этот способ практически безопасным. Схема устройства приведена на рис. 37.
Для обеспечения кратковременности замыкания испытуемой петли в устройстве имеются два контакта специальной конструкции, удерживаемые защелками; замыкающий — в разомкнутом и размыкающий — в замкнутом положении.
Тяжелый маятник М, переведенный в верхнее положение, при последующем свободном падении освобождает сначала защелку замыкающего контакта, а затем «размыкающего, благодаря чему происходит кратковременное замыкание петли на резисторы сопротивлением 3 или 0,08 Ом (R3 и R4). При появлении падения напряжения на этих резисторах конденсатор С через германиевый диод VD заряжается до напряжения, пропорционального току, протекающему по образованной цепи. При нажатии на кнопку SN конденсатор С разряжается на микроамперметр с последовательно включенным резистором. Стрелка микроамперметра устанавливается на делении шкалы, соответствующем измеряемому току. Методика оценки Сопротивления петли фаза—нуль при помощи аппарата ИПЗ-2М сводится к сравнению результатов измерения со значением тока срабатывания защиты.
Рис. 38. Схема измерителя сопротивления петли фаза—нуль типа ИТК-1
Известны другие приборы для измерения сопротивления петли фаза — нуль. Основное преимущество приборов ИТК-1 состоит в том, что при измерении не требуется отключать электроприемники, если применять для присоединения прибора к фазному проводу соединительный проводник со щупом или пружинящим зажимом, снабженным изолирующими захватами. Прибор прост и надежен в эксплуатации. Принципиальная схема прибора показана на рис. 38.
Если поставить переключатель S в положение О, то после подключения прибора к фазному проводу сети и корпусу проверяемого зануленного оборудования и включения автоматического выключателя А от вторичной обмотки трансформатора Т и выпрямителя V заряжается конденсатор СЗ через контакт переключателя S. В каждый положительный полупериод закрывается транзистор VT1 и открывается транзистор VT2. При переключении S в положение И (измерение) конденсатор СЗ в ближайший положительный полупериод разряжается на управляющую цепь тиристора VI, последний открывается, по силовой цепи кратковременно проходит ток однофазного КЗ (только до начала отрицательного полупериода, а затем тиристор закрывается и в следующий положительный полупериод не откроется, так как конденсатор СЗ разряжен, а цепь его заряда разомкнута). Напряжение КЗ на конденсаторе С4 после закрывания тиристора фиксируется стрелочным прибором, проградуированным в
омах (или в амперах). Конденсатор С4 заряжается очень медленно, и после записи показаний переключатель ставят в положение О (сброс), чтобы подготовить прибор к новым измерениям. Чтобы избежать погрешностей из-за неодинакового значения напряжения сети, перед измерением прибор корректирует по фактическому напряжению сети при помощи переменного резистора R11 при положении К «Контроль напряжения» переключателя S. Если напряжение колеблется и есть опасение, что оно может измениться между моментами «Контроль напряжения» и «Измерение», то процессы контроля и измерения рекомендуется повторять до совпадения результатов. Пределы измерений прибора от 0,05 до 3 Ом, погрешность не более 10 %. Порядок измерения сопротивления петли фаза—нуль прибором ИТК-1 следующий:
Зануляют корпус; подключают прибор одним проводом к фазному проводу электроустановки, а другим к корпусу проверяемого зануленного электроприемника; включают автоматический выключатель; устанавливают переключатель в положение К и рукояткой потенциометра «Установка нуля» устанавливают стрелку на отметке К, устанавливают рукоятку переключателя в положение О (сброс); поворачивают рукоятку в положение И и записывают показание прибора; отключают автоматический выключатель; рукоятку переключателя ставят в положение О.
Измерение сопротивления петли фаза —нулевой защитный проводник прибором типа М-417.
Прибор типа М-417 предназначен для контроля сопротивления петли фаза — нулевой защитный проводник без отключения питающего источника тока в электроустановках 380 В частотой 50 Гц с заземленной нейтралью. С его помощью измеряется падение напряжения, пропорциональное сопротивлению петли фаза — нулевой защитный проводник, поэтому шкала прибора проградуирована в омах. Прибор обеспечивает автоматическое отключение измерительной цепи от контролируемой сети в течение не более 0,3 с, сигнализацию при появлении на объекте напряжения, превышающего 36 В (сопротивление петли фаза — нуль больше 2 Ом), сигнализацию обрыва заземляющей цепи; пределы измерения прибора 0,1—2 Ом.
Основная погрешность прибора по данным завода составляет ±10% длины рабочей части шкалы (от 0,1 до 0,6 Ом). Прибор М-417 приближенно учитывает индуктивность петли «фаза — нуль», и поэтому погрешность измерения может составлять до ±17%.
В Латвийской энергосистеме применяется измеритель тока однофазного КЗ, предназначенный для работы на ВЛ 0,4 кВ с током однофазного КЗ до 1000 А (рис. 39). Фазный и нейтральный провода линии замы каются включением автоматического выключателя Q Через 0,06 с от реле К автоматический выключатель отключается. Время отключения автоматического выключателя меньше времени перегорания предохранителей Выдержка времени устанавливается конденсатором С1
Рис. 39. Схема прибора для измерения сопротивления цепи фаза—нуль, разработанная Латвглавэнерго
Пусковая кнопка и вспомогательный контакт К1 не допускают повторного включения автоматического выключателя Q. Напряжение на конденсаторе С2 зависит от тока КЗ.
Рис. 40. Структурная схема ИПЗ-2Т:
VT1—VT3— тиристоры; ЗТ — тиристорный замыкатель; E03VTI—B03VT2 — блоки однократного запуска тиристора.
ГТ1—ТЗ; ИФ — измеритель фазы; - измеритель тока КЗ; ТА — измерительный преобразователь тока; R — калиброванное активное сопротивление
Измеритель тока КЗ ISM состоит из силовой части, высокоомного вольтметра, блоков управления и питания. Измерительная цепь подключается к зажимам силовой части, содержащей мощный резистор, по которому при срабатывании блока управления в течение одного полупериода протекает ток однофазного КЗ. Падение напряжения изменяется высокоомным вольтметром, шкала которого проградуирована в амперах. Блок питания состоит из трансформатора выпрямительного моста и стабилитронов.
Измерение сопротивления петли фаза — нулевой защитный проводник с помощью тиристорного прибора ИПЗ-2Т.
Переносный прибор ИПЗ-2Т (рис. 40) предназначен для испытания петли фаза—нуль в сетях 380/220 В с заземленной нейтралью методом непосредственного измерения в петле токов, близких к действенным значениям тока КЗ. При пользовании данным прибором практически исключается погрешность измерения, вызнанная нелинейностью сопротивления петли фаза — нуль.
На лицевой панели прибора размещены входные зажимы, амперметр, измеритель фазового сдвига со световой индикацией, переключатель режима, потенциометр. В специальном отсеке размещены тиристоры, измерительный шунт, предохранитель, источник питания измерителя угла сдвига фаз и измерительный преобразователь тока.
Измерительный ток КЗ пропускают через приборов течение двух полупериодов. За это время производится запоминание значения тока и фазового угла в цепи фаза — нуль.
Первый полупериод тока КЗ пропускается тиристором VT1, запускаемым блоком E03VT1. Включение силового тиристора VT2 во второй полупериод тока КЗ и тиристора 1/ТЗ, включающего измерительные устройства фазового сдвига, производится блоками соответственно E03VT2 и E03VT3, на которые сигналы поступают от измерительного преобразователя тока ТА, выдающего импульсы при переходе тока КЗ через нуль.
Ток КЗ в петле определяют по диаграммам на основании показания амперметра. Техническая характеристика прибора ИПЗ-2Г приведена ниже:
Напряжение питания, В 220
Длительность КЗ, с 0,02
Максимальное значение фазового угла в цепи фаза — нуль, град 90
Погрешность измерения тока, %, не более , ±5
Погрешность измерения фазового угла, % , ±2
Габариты, мм 415x284 х
; X 185
Масса (в комплекте), кг, не более 13
Измеритель токов КЗ петли фаза — нулевой защитный проводник типа ИПЗ-Т.
Измеритель токов однофазного КЗ типа ИПЗ-Т предназначен для проверки правильности уставок максимальных токовых защит от однофазных замыканий на землю в сетях с заземленной нейтралью 380/220 В. Он имеет следующие основные характеристики:
Напряжение питания, В 220+22
Пределы измерения токов КЗ, А:
первый От 250 до 2500
второй От 50 до 2Е0
Пределы измерения фазового угла в цепи тока
КЗ, град От 10 до 80
Габариты, мм 390 x 250x160
Масса, кг 10
В основу работы прибора ИПЗ-Т положено измерение тока КЗ с автоматическим ограничением времени его протекания (не более 0,01 с).
В зависимости от выбранного режима работы время протекания тока или падение напряжения на измерительном шунте запоминаются в виде напряжения на соответствующих конденсаторах и считываются по стрелочному прибору. Для устранения влияния апериодической составляющей тока КЗ вначале измеряется угол сдвига установившегося значения тока φ по отношению к напряжению, а затем производится повторное КЗ в момент, соответствующий измеренному углу «р. Шкала прибора и лимб отградуированы в значениях т, где угол т = 50ф/ 180 делений. Этот угол и измеряется при» бором.
При проверке уставок автоматических выключателей максимальных токовых защит возможны случаи отключения этих выключателей при токах КЗ, более чем в 8—10 раз превышающих уставку. Ток КЗ прерывается тиристором ИПЗ-Т, а не автоматическим выключателем. Значение тока КЗ в этом случае сохраняется в «памяти» прибора и может быть определено по стрелочному указателю при повторном включении автоматического выключателя. Отключение автоматического выключателя свидетельствует о правильности у стайки выключателя с точки зрения защиты от однофазных КЗ.
При работе с измерителем необходимо соблюдать ряд мер безопасности. К работе с измерителем допускаются лица, имеющие III квалификационную группу. Подключение фазного провода производится при отсутствии напряжения в сети. При производстве измерений оператор должен находиться на резиновом коврике.
Измеритель токов КЗ петли фаза — нулевой защитный проводник типа ИПЗ-Ц.
Цифровой измеритель типа ИПЗ-Ц предназначен для определения тока однофазного КЗ в промышленных сетях 380/220 В с заземленной нейтралью, необходимого при выборе плавких вставок
и уставок автоматических выключателей защитных устройств.
Прибор имеет следующие технические характеристики:
Погрешность на всех пределах измерения, % , , Не более ±5
Время протекания тока однофазного КЗ, создаваемого прибором, мс Не более 14
Пределы измерения тока КЗ, кА:
первый От0,1 до 2
второй От 1 до 20
Прибор сохраняет технические характеристики:
при наработке на отказ, ч Не менее 500
при сроке службы, лет Не более 5
при работе в следующих климатических условиях:
температура воздуха, °С Не ниже —10,
Не выше +45
относительная влажность, % (при температуре +20 °С) , 95
Масса прибора, кг Не более 10
Измеритель состоит из трех основных блоков: силового, измерительного и питания. Измерение тока КЗ происходит в два этапа. На первом определяется угол сдвига установившегося значения тока по отношению к напряжению, на втором измеряется ток КЗ.
Конструкция прибора обеспечивает безопасность работающего персонала. Все элементы электрической схемы прибора заключены в кожух, предотвращающий возможность прикосновения к частям, находящимся под напряжением. Прибор имеет устройство, отключающее его в случае неисправности зануляющих проводников. Вместе с тем при эксплуатации прибора необходимо соблюдение ряда требований электробезопасности, а именно:
наладчики, пользующиеся прибором, должны иметь квалификационную группу не ниже III;
корпус прибора при работе должен быть занулен; работа с прибором должна производиться в диэлектрических перчатках и инструментом с изолирующими ручками.
Разработаны и другие типы приборов для измерения сопротивления петли фаза — нулевой -защитный проводник. Известно, что при измерении сопротивления петли фаза — нулевой защитный проводник типовыми приборами под рабочим напряжением сети на результат измерения значительное влияние оказывают эксплуатационные колебания напряжения. При этом увеличение тока КЗ до нескольких сотен ампер, необходимое для снижения влияния эксплуатационных колебаний напряжения, возможно лишь при условии максимального сокращения длительности прохождения тока.
В Ростовском институте инженеров железнодорожного транспорта разработан прибор для измерения сопротивления петли фаза — нулевой защитный проводник, снабженный тиристорным замыкателем, который, допуская создание тока КЗ около 200 А, ограничивает его длительность одним периодом, чем обеспечивается безопасность измерений.
В некоторых случаях проверка отключения аварийного участка сети производится путем замыкания на корпус при работе сети по нормальной схеме при полном напряжении. Такой способ нельзя признать правильным, так как при неисправности или малой проводимости контура заземления на заземленных корпусах электрооборудования может возникать опасное напряжение. Применение такого метода совершенно недопустимо во взрыво- и пожароопасных помещениях.
В некоторых случаях для измерения сопротивления петли фаза — нулевой защитный проводник используют прибор МС-08. Надо иметь в виду, что этот прибор непригоден для измерения сопротивления цепей, содержащих реактивные сопротивления. Поэтому применение его для измерения сопротивления цепи фаза — нулевой защитный проводник, имеющей обычно сопротивление 0,45—1 Ом (или cos φ » 0,9-=-0,7), может быть допущено при получении запаса в значении Zn около 30 %.
