Método de cálculo y medición del bucle fase cero

Con la variedad existente de equipos eléctricos instalados en circuitos de energía, es importante aprender a operar correctamente los sistemas de suministro de energía y mantenerlos en funcionamiento. La violación de este requisito conduce a una disminución en el rendimiento y la posibilidad de dañar los dispositivos conectados a él. La verificación de líneas conductoras de electricidad implica la organización de pruebas, que incluyen la medición de parámetros eléctricos distribuidos. Al realizar pruebas periódicas, todos los dispositivos de protección y conductores eléctricos, así como el llamado "bucle de fase cero", son necesariamente inspeccionados.

Definición del concepto

Cualquier equipo conectado a la red está equipado con un circuito de tierra de protección. Este dispositivo está equipado en forma de estructura metálica prefabricada, ubicada al lado del objeto controlado o en una subestación transformadora. En caso de emergencia (si el aislamiento de los cables está dañado, por ejemplo), el voltaje de fase cae en la carcasa con conexión a tierra y luego fluye hacia el suelo.

Para una propagación confiable del potencial peligroso en el suelo, la resistencia de la cadena no debe exceder una cierta norma (unidades de ohmios).

El bucle de fase cero se entiende como un circuito cableado formado cuando el núcleo de fase se cierra a la carcasa conductora del equipo conectado a la red. De hecho, se forma entre la fase y el neutro puesto a tierra (cero), que es la razón de este nombre. Conocer su resistencia es necesario para monitorear el estado de los circuitos de puesta a tierra de protección, que aseguran que la corriente de emergencia fluya hacia el suelo. La seguridad de la persona que utiliza el equipo y los electrodomésticos depende del estado de este circuito.

Método para determinar la fase cero de la resistencia del lazo

De acuerdo con los requisitos de PTEEP, durante la operación de equipos eléctricos industriales y domésticos, se requiere un monitoreo constante del estado de los dispositivos de protección. De acuerdo con los requisitos de los documentos reglamentarios, en instalaciones de hasta 1000 voltios con un neutro sólidamente conectado a tierra, se prueban para una falla a tierra monofásica. En los métodos de prueba conocidos, en primer lugar, se tiene en cuenta la base técnica, representada por muestras de instrumentos de medición especiales.

Aparato utilizado

Para medir la cadena fase-cero se utilizan dispositivos electrónicos, que se diferencian tanto en sus capacidades (el método de toma de lecturas y su error, en particular) como en su finalidad. Los tipos de medidores más comunes incluyen:

• Dispositivos M417 y MSC300, que permiten determinar el valor deseado, una vez finalizadas las mediciones, se calculan las corrientes de falla a tierra en base a los resultados obtenidos.
• Dispositivo EKO-200, mediante el cual es posible medir solo la corriente de falla.
• Dispositivo EKZ-01 utilizado para los mismos fines que EKO-200.
• Medidor de IFN-200.

El dispositivo M417 permite mediciones en circuitos de 380 voltios con un neutro sólidamente conectado a tierra sin la necesidad de quitar la tensión de alimentación. Al tomar medidas, el método de su caída se usa en el modo de abrir el circuito controlado por un intervalo de tiempo de 0.3 segundos.Las desventajas de este dispositivo incluyen la necesidad de calibrar el sistema antes de comenzar a trabajar.

El dispositivo MSC300 pertenece a un nuevo tipo de productos con llenado electrónico, construido sobre modernos microprocesadores. Cuando se trabaja con él, se utiliza el método de caída de potencial cuando se conecta una resistencia fija de 10 ohmios. La tensión de funcionamiento es de 180-250 voltios y el tiempo de medición del parámetro controlado es de 0,03 segundos. El dispositivo se conecta a la línea probada en su punto más lejano, después de lo cual se presiona el botón "Inicio". Los resultados de las mediciones se muestran en la pantalla digital integrada en el dispositivo.

Cuando no se dispone de una sola muestra de un dispositivo de medición (y también si es necesario duplicar operaciones), el método de medición que utiliza un voltímetro y un amperímetro se utiliza para determinar prácticamente el valor deseado.

Técnicas de medición existentes

Las técnicas conocidas incluyen la parte de cálculo, presentada en forma de fórmulas. Una herramienta de diseño generalmente aceptada le permite averiguar la resistencia total del bucle mediante la siguiente fórmula:

Zpet = Zp + Zt / 3, donde

• Zp es la resistencia total de los cables en la sección de cortocircuito;
• Zт - lo mismo, pero para el transformador de potencia de la subestación (fuente de corriente).

Para alambres de duraluminio y cobre, el promedio de Zpet es de 0,6 ohmios / km. Según la resistencia encontrada, se encuentra la corriente de una falla a tierra monofásica: Ik = Uph / Zpet.

Si, como resultado de los cálculos anteriores, resulta que el valor del parámetro deseado no excede un tercio del valor permitido (ver PUE), puede limitarse a esta opción de cálculo. De lo contrario, las mediciones de corriente continua se realizan utilizando dispositivos EKO-200 o EKZ-01. En su ausencia, se puede utilizar el método amperímetro-voltímetro.

El procedimiento general para realizar pruebas utilizando instrumentos de medición de las marcas indicadas:

• El equipo monitoreado está desconectado de la red.
• La fuente de alimentación del lazo probado se organiza a partir de un transformador reductor.
• Es necesario cerrar deliberadamente la fase al cuerpo del receptor eléctrico y luego medir el valor de Zpet resultante del cortocircuito.

Al medir por el método amperímetro-voltímetro, luego de aplicar voltaje al circuito controlado y organizar el cortocircuito, se determinan los valores de corriente I y potencial U. El primero de estos valores no debe exceder los 10-20 Amperios.

Cálculos y presentación de resultados

La resistencia del bucle probado se calcula mediante la fórmula: Zpet = U / I. El valor obtenido de los resultados del cálculo se suma a la impedancia de uno de los 3 devanados del transformador de la estación, igual a Rtr. / 3.

Una vez completadas las mediciones lineales de acuerdo con las normas aplicables, deben documentarse. Para esto, los informes de prueba se preparan en la forma prescrita, en la que necesariamente se registran los siguientes datos:

• Tipo de línea, sus principales características.
• Equipo de medición utilizado para pruebas.
• Los valores de su propia resistencia transitoria y los devanados del transformador de la estación.
• Su suma, que es el resultado de las medidas tomadas.

De acuerdo con las principales disposiciones del PUE, la frecuencia de las verificaciones realizadas en los circuitos de potencia es una vez cada 6 años. Para objetos explosivos, cada dos años.

Cálculos según tablas

El valor total del valor requerido depende de los siguientes factores:

• Parámetros del transformador de la subestación de potencia.
• Secciones de conductores de fase y cero seleccionados en el diseño de la red eléctrica.
• La resistencia de las conexiones cruzadas siempre presente en cualquier circuito.

La conductividad de los cables utilizados se puede configurar incluso en la etapa de diseño del sistema de energía, lo que, siempre que se seleccione correctamente, evitará muchos problemas.

Según el PUE, este indicador debe corresponder al menos a la mitad del mismo valor para conductores de fase. Si es necesario, se puede aumentar al mismo valor.Los requisitos del Capítulo 1.7 del PUE estipulan estos valores, y puede familiarizarse con ellos en la Tabla 1.7.5, que figura en el Apéndice de las Reglas. Según él, se selecciona la sección más pequeña de los conductores de protección (en milímetros cuadrados).

Al final de la etapa tabular de cálculo del bucle fase-cero, proceden a verificarlo calculando la corriente de cortocircuito utilizando las fórmulas. Luego, su valor calculado se compara con los resultados prácticos obtenidos previamente mediante mediciones directas. Con la selección posterior de dispositivos de protección contra cortocircuitos (interruptores automáticos lineales, en particular), su tiempo de respuesta está ligado a este parámetro.

¿Cuándo se toman las medidas?

La medición de la resistencia de la sección del circuito de fase cero se organiza necesariamente en las siguientes situaciones:

• al poner en servicio instalaciones eléctricas nuevas que aún no funcionen;
• cuando se recibió una orden de los servicios energéticos de control para llevarlos a cabo;
• de acuerdo con la aplicación de empresas y organizaciones conectadas a la red eléctrica con servicio.

Cuando el sistema de potencia se pone en funcionamiento, las mediciones de prueba de la resistencia del lazo son parte de un conjunto de medidas para verificar su desempeño. El segundo caso está asociado con situaciones de emergencia que a menudo ocurren durante el funcionamiento de los circuitos de potencia. Una aplicación de ciertos consumidores, representados por una empresa u organización, puede llegar en caso de una protección insatisfactoria del equipo (según las quejas de usuarios específicos, por ejemplo).

Ejemplos de cálculo

Se consideran dos métodos como ejemplos de tales mediciones.

El efecto de una caída de voltaje en la sección controlada del circuito de potencia.

Al describir este método, es importante prestar atención a las dificultades de su implementación práctica. Esto se debe a que se necesitarán varios pasos para obtener el resultado final. Primero, deberá medir los parámetros de la red en dos modos: con cargas desconectadas y conectadas. En cada uno de estos casos, la resistencia se mide tomando lecturas de corriente y voltaje. Además, se calcula de acuerdo con las fórmulas clásicas que surgen de la ley de Ohm (Zp = U / I).

En el numerador de esta fórmula, U representa la diferencia entre dos voltajes, cuando la carga está encendida y cuando la carga está apagada (U1 y U2). La corriente se tiene en cuenta solo para el primer caso. Para obtener resultados correctos, la diferencia entre U1 y U2 debe ser lo suficientemente grande.

La impedancia tiene en cuenta la impedancia de la bobina del transformador (esto se suma al resultado).

Aplicación de una fuente de alimentación independiente

Este enfoque implica la determinación del parámetro de interés para los especialistas utilizando una fuente de tensión de alimentación independiente. Al realizarlo, deberá tener en cuenta los siguientes puntos importantes:

• Durante las mediciones, el devanado primario del transformador de la estación de suministro está cortocircuitado.
• Desde una fuente independiente, la tensión de alimentación se suministra directamente a la zona de cortocircuito.
• La resistencia de fase cero se calcula de acuerdo con la fórmula ya familiar Zp = U / I, donde: Zp es el valor del parámetro requerido en ohmios, U es el voltaje de prueba medido en voltios, I es el valor de la corriente de medición en amperios .

Todos los métodos considerados no pretenden ser absolutamente precisos en los resultados obtenidos a partir de sus resultados. Proporcionan solo una estimación aproximada de la impedancia del bucle de fase cero. Este carácter se explica por la imposibilidad de medir pérdidas inductivas y capacitivas, siempre presentes en circuitos de potencia con parámetros distribuidos, en el marco de los métodos propuestos. Si es necesario tener en cuenta la naturaleza vectorial de las magnitudes medidas (cambios de fase, en particular), deberán introducirse correcciones especiales.

En condiciones reales de funcionamiento de consumidores potentes, los valores de las reactancias distribuidas son tan insignificantes que en determinadas condiciones no se tienen en cuenta.