Mètode de càlcul i mesura del bucle de fase zero

Amb la varietat d’equips elèctrics existents instal·lats en circuits de potència, és important aprendre a fer funcionar correctament els sistemes d’alimentació i mantenir-los en bon estat. La infracció d’aquest requisit comporta una disminució del rendiment i la possibilitat de danyar els dispositius connectats. La verificació de línies elèctricament conductores implica l’organització de proves, que inclouen la mesura de paràmetres elèctrics distribuïts. En realitzar proves periòdiques, tots els dispositius de protecció i conductors elèctrics, així com l'anomenat "bucle de fase zero", són necessàriament inspeccionats.

Definició del concepte

Qualsevol equip connectat a la xarxa elèctrica està equipat amb un bucle de terra protector. Aquest dispositiu està equipat en forma d’estructura metàl·lica prefabricada, situada al costat de l’objecte controlat o en una subestació de transformadors. En cas d’emergència (per exemple, si es fa malbé l’aïllament dels cables), la tensió de fase cau sobre la carcassa a terra i després desemboca al terra.

Per a una distribució fiable del potencial perillós al sòl, la resistència de la cadena no hauria de superar una determinada norma (unitats Ohm).

El bucle de fase zero s’entén com un circuit cablejat format quan el nucli de fase es tanca a la carcassa conductora de l’equip connectat a la xarxa. De fet, es forma entre la fase i el neutre a terra (zero), que és el motiu d’aquest nom. Conèixer la seva resistència és necessari per controlar l’estat dels circuits de terra de protecció, que asseguren que el corrent d’emergència flueix al terra. La seguretat de la persona que utilitza l’equip i els electrodomèstics depèn de l’estat d’aquest circuit.

Mètode per determinar la fase zero de la resistència del bucle

D'acord amb els requisits de PTEEP, durant el funcionament d'equips elèctrics industrials i domèstics, es requereix un control constant de l'estat dels dispositius de protecció. Segons els requisits dels documents regulatoris, en instal·lacions de fins a 1000 volts amb un neutre sòlidament connectat a terra, es comprova si hi ha una falla a terra monofàsica. En els mètodes de prova coneguts, en primer lloc, es té en compte la base tècnica, representada per mostres d’instruments de mesura especials.

Aparell utilitzat

Per mesurar la cadena de fase zero s’utilitzen dispositius electrònics, que difereixen tant per les seves capacitats (el mètode de lectura i el seu error, en particular) com pel seu propòsit. Els tipus de comptadors més habituals inclouen:

• Els dispositius M417 i MSC300, que permeten determinar el valor desitjat, al finalitzar les mesures, es calculen els corrents de falla a terra en funció dels resultats obtinguts.
• Dispositiu EKO-200, mitjançant el qual només es pot mesurar el corrent de fallada.
• Dispositiu EKZ-01 utilitzat per als mateixos propòsits que EKO-200.
• Metre IFN-200.

El dispositiu M417 permet realitzar mesures en circuits de 380 volts amb un neutre sòlidament connectat a terra sense necessitat d’eliminar la tensió d’alimentació. Quan es prenen mesures, el mètode de la seva caiguda s'utilitza en el mode d'obertura del circuit controlat durant un interval de temps de 0,3 segons.Els desavantatges d’aquest dispositiu inclouen la necessitat de calibrar el sistema abans de començar a treballar.

El dispositiu MSC300 pertany a un nou tipus de productes amb farciment electrònic, construït sobre microprocessadors moderns. Quan es treballa amb ell, s’utilitza el mètode de caiguda potencial quan es connecta una resistència fixa de 10 ohms. La tensió de funcionament és de 180 a 250 volts i el temps de mesura del paràmetre controlat és de 0,03 segons. El dispositiu es connecta a la línia provada en el seu punt més llunyà, després del qual es prem el botó "Inici". Els resultats de les mesures es mostren a la pantalla digital integrada al dispositiu.

Quan no es disposa d'una sola mostra d'un dispositiu de mesura (i també si cal duplicar operacions), s'utilitza el mètode de mesura mitjançant un voltímetre i un amperímetre per determinar pràcticament el valor desitjat.

Tècniques de mesura existents

Les tècniques conegudes inclouen la part de càlcul, presentada en forma de fórmules. Una eina de disseny generalment acceptada us permet conèixer la resistència total del bucle mitjançant la fórmula següent:

Zpet = Zp + Zt / 3, on

• Zп és la resistència total dels cables de la secció de curtcircuit;
• Zт: el mateix, però per al transformador de potència de la subestació (font de corrent).

Per als cables de duralumini i coure, Zpet té una mitjana de 0,6 Ohm / km. Segons la resistència trobada, es troba el corrent d’una falla de terra monofàsica: Ik = Uph / Zpet.

Si, com a resultat dels càlculs anteriors, resulta que el valor del paràmetre desitjat no supera un terç del valor permès (vegeu PUE), podeu limitar-vos a aquesta opció de càlcul. En cas contrari, les mesures de corrent continu es realitzen mitjançant dispositius EKO-200 o EKZ-01. En la seva absència, es pot utilitzar el mètode amperímetre-voltímetre.

El procediment general per realitzar proves mitjançant instruments de mesura de les marques indicades:

• L'equip monitoritzat es desconnecta de la xarxa.
• La font d'alimentació del bucle provat s'organitza a partir d'un transformador descendent.
• Cal tancar deliberadament la fase al cos del receptor elèctric i, a continuació, mesurar el valor de Zpet resultant del curtcircuit.

Quan es mesura pel mètode amperímetre-voltímetre, després d’aplicar tensió al circuit controlat i organitzar el curtcircuit, es determinen els valors del corrent I i del potencial U. El primer d’aquests valors no ha de superar els 10-20 amperis.

Càlculs i presentació de resultats

La resistència del bucle provat es calcula mitjançant la fórmula: Zpet = U / I. El valor obtingut a partir dels resultats del càlcul s’afegeix a la impedància d’un dels 3 bobinatges del transformador d’estació, igual a Rtr. / 3.

Un cop finalitzades les mesures lineals d’acord amb les normes aplicables, s’han de documentar. Per a això, es preparen els informes de proves en el formulari prescrit, en el qual necessàriament es registren les dades següents:

• Tipus de línia, les seves principals característiques.
• Equips de mesura utilitzats per a proves.
• Els valors de la seva pròpia resistència transitòria i els bobinats del transformador d’estació.
• La seva suma, que és el resultat de les mesures preses.

D'acord amb les principals disposicions del PUE, la freqüència de comprovacions realitzades als circuits de potència és una vegada cada 6 anys. Per a objectes explosius: cada dos anys.

Càlculs segons taules

El valor complet del valor requerit depèn dels factors següents:

• Paràmetres del transformador de subestació de potència.
• Seccions de conductors de fase i zero seleccionats en el disseny de la xarxa elèctrica.
• La resistència de les connexions creuades sempre presents en qualsevol circuit.

La conductivitat dels cables utilitzats es pot configurar fins i tot en la fase de disseny del sistema d'alimentació, que, sempre que estigui seleccionat correctament, evitarà molts problemes.

Segons el PUE, aquest indicador ha de correspondre a almenys la meitat del mateix valor per als conductors de fase. Si cal, es pot augmentar fins al mateix valor.Els requisits del capítol 1.7 del PUE estableixen aquests valors i podeu conèixer-los a la taula 1.7.5, que es proporciona a l’apèndix de les normes. Segons ell, es selecciona la secció més petita dels conductors de protecció (en mil·límetres quadrats).

Al final de l’etapa tabular de càlcul del bucle de fase zero, es procedeix a comprovar-lo calculant el corrent de curtcircuit mitjançant les fórmules. El seu valor calculat es compara amb els resultats pràctics obtinguts prèviament mitjançant mesures directes. Amb la posterior selecció de dispositius de protecció contra el curtcircuit (interruptors lineals, en particular), el seu temps de resposta està lligat a aquest paràmetre.

Quan es prenen les mesures?

La mesura de la resistència de la secció del circuit de fase zero s’organitza necessàriament en les situacions següents:

• quan es posen en marxa instal·lacions elèctriques de potència noves que encara no funcionen;
• quan es va rebre una comanda dels serveis energètics de control per dur-los a terme;
• segons l’aplicació d’empreses i organitzacions connectades a la xarxa elèctrica de servei.

Quan el sistema d'alimentació es posa en funcionament, les mesures de prova de la resistència del bucle formen part d'un conjunt de mesures per verificar el seu rendiment. El segon cas s’associa a situacions d’emergència que sovint es produeixen durant el funcionament dels circuits de potència. Una aplicació de determinats consumidors, representada per una empresa o organització, pot presentar-se en cas de protecció insatisfactòria de l'equip (segons les queixes d'usuaris específics, per exemple).

Exemples de càlcul

Es consideren dos mètodes com a exemples d’aquestes mesures.

L’efecte d’una caiguda de tensió a la secció controlada del circuit de potència

Quan es descriu aquest mètode, és important prestar atenció a les dificultats de la seva implementació pràctica. Això es deu al fet que es duran a terme diversos passos per obtenir el resultat final. En primer lloc, haureu de mesurar els paràmetres de xarxa en dos modes: amb càrregues desconnectades i connectades. En cadascun d’aquests casos, la resistència es mesura prenent lectures de corrent i tensió. A més, es calcula segons les fórmules clàssiques derivades de la llei d'Ohm (Zп = U / I).

En el numerador d’aquesta fórmula, U representa la diferència entre dos voltatges: quan s’activa la càrrega i s’apaga la càrrega (U1 i U2). El corrent només es té en compte per al primer cas. Per obtenir resultats correctes, la diferència entre U1 i U2 ha de ser prou gran.

La impedància té en compte la impedància de la bobina del transformador (això s’afegeix al resultat).

Aplicació d’una font d’alimentació independent

Aquest enfocament implica la determinació del paràmetre d’interès per als especialistes que utilitzen una font de tensió d’alimentació independent. En dur-lo a terme, haureu de tenir en compte els següents punts importants:

• Durant les mesures, el bobinatge primari del transformador de l'estació de subministrament queda curtcircuitat.
• Des d’una font independent, la tensió d’alimentació es subministra directament a la zona de curtcircuit.
• La resistència de fase zero es calcula segons la ja coneguda fórmula Zp = U / I, on: Zp és el valor del paràmetre requerit en ohms, U és la tensió de prova mesurada en volts, I és el valor del corrent de mesura en amperes .

Tots els mètodes considerats no afirmen ser absolutament exactes en els resultats obtinguts dels seus resultats. Donen només una estimació aproximada de la impedància del bucle de fase zero. Aquest caràcter s’explica per la impossibilitat de mesurar pèrdues inductives i capacitives, sempre presents en circuits de potència amb paràmetres distribuïts, en el marc dels mètodes proposats. Si cal tenir en compte la naturalesa vectorial de les magnituds mesurades (desplaçaments de fase, en particular), caldrà introduir correccions especials.

En condicions reals de funcionament de consumidors potents, els valors de les reactàncies distribuïdes són tan insignificants que en determinades condicions no es tenen en compte.