Método de cálculo e medição do loop de fase zero

Com a variedade existente de equipamentos elétricos instalados em circuitos de energia, é importante aprender como operar os sistemas de alimentação de energia adequadamente e mantê-los em funcionamento. A violação deste requisito leva a uma diminuição no desempenho e à possibilidade de danos aos dispositivos conectados a ele. A verificação de linhas eletricamente condutoras envolve a organização de testes, que incluem a medição de parâmetros elétricos distribuídos. Na realização de testes periódicos, todos os dispositivos de proteção e condutores elétricos, bem como o chamado "loop de fase zero", são obrigatoriamente inspecionados.

Definição do conceito

Qualquer equipamento conectado à rede elétrica está equipado com um circuito de aterramento de proteção. Este dispositivo é equipado com a forma de uma estrutura metálica pré-fabricada, localizada próximo ao objeto controlado, ou em uma subestação transformadora. Em caso de emergência (se o isolamento dos fios estiver danificado, por exemplo), a tensão de fase cai na caixa aterrada e, em seguida, flui para o solo.

Para uma distribuição confiável de potencial perigoso no solo, a resistência da corrente não deve exceder uma determinada norma (unidades de Ohm).

O loop de fase zero é entendido como um circuito cabeado formado quando o núcleo de fase é fechado para a carcaça condutiva do equipamento conectado à rede. Na verdade, ele se forma entre a fase e o neutro aterrado (zero), daí o nome. Conhecer sua resistência é necessário para monitorar o estado dos circuitos de aterramento de proteção, que garantem que a corrente de emergência flua para o solo. A segurança da pessoa que utiliza o equipamento e eletrodomésticos depende do estado deste circuito.

Método para determinar a fase zero da resistência do circuito

De acordo com as exigências da PTEEP, durante a operação de equipamentos elétricos industriais e domésticos, é necessário o monitoramento constante do estado dos dispositivos de proteção. De acordo com os requisitos dos documentos regulamentares, em instalações de até 1000 Volts com neutro solidamente aterrado, eles são testados para uma falta à terra monofásica. Nos métodos de ensaio conhecidos, em primeiro lugar, a base técnica é levada em consideração, representada por amostras de instrumentos de medição especiais.

Aparelho usado

Para medir a cadeia de fase zero, são usados ​​dispositivos eletrônicos, que diferem tanto em suas capacidades (o método de fazer leituras e seu erro, em particular) quanto em sua finalidade. Os tipos mais comuns de medidores incluem:

• Dispositivos M417 e MSC300, permitindo determinar o valor desejado, após a conclusão das medições, as correntes de falha à terra são calculadas com base nos resultados obtidos.
• Dispositivo EKO-200, por meio do qual é possível medir apenas a corrente de falha.
• Dispositivo EKZ-01 usado para os mesmos fins que o EKO-200.
• Medidor de IFN-200.

O dispositivo M417 permite medições em circuitos de 380 Volts com neutro solidamente aterrado sem a necessidade de remover a tensão de alimentação. Ao fazer as medições, o método de sua queda é usado no modo de abertura do circuito controlado por um intervalo de tempo de 0,3 segundos.As desvantagens deste dispositivo incluem a necessidade de calibrar o sistema antes de iniciar o trabalho.

O dispositivo MSC300 pertence a um novo tipo de produtos com enchimento eletrônico, construído em modernos microprocessadores. Ao trabalhar com ele, o método de queda de potencial é usado ao conectar uma resistência fixa de 10 ohms. A tensão de operação é 180-250 Volts e o tempo de medição do parâmetro controlado é 0,03 seg. O dispositivo é conectado à linha testada em seu ponto mais distante, após o qual o botão “Iniciar” é pressionado. Os resultados das medições são exibidos no display digital embutido no dispositivo.

Quando não houver uma única amostra de um dispositivo de medição disponível (e também se for necessário duplicar as operações), o método de medição usando um voltímetro e um amperímetro é usado para determinar de forma prática o valor desejado.

Técnicas de medição existentes

As técnicas conhecidas incluem a parte de cálculo, apresentada na forma de fórmulas. Uma ferramenta de design geralmente aceita permite que você descubra a resistência total do circuito usando a seguinte fórmula:

Zpet = Zp + Zt / 3, onde

• Zp é a resistência total dos fios na seção de curto-circuito;
• Zт - o mesmo, mas para o transformador de potência da subestação (fonte de corrente).

Para duralumínio e fios de cobre, o Zpet tem uma média de 0,6 Ohm / km. De acordo com a resistência encontrada, é encontrada a corrente de uma falta à terra monofásica: Ik = Uph / Zpet.

Se, como resultado dos cálculos acima, se verificar que o valor do parâmetro desejado não excede um terço do valor permitido (ver PUE), você pode limitar-se a esta opção de cálculo. Caso contrário, as medições de corrente contínua são realizadas usando os dispositivos EKO-200 ou EKZ-01. Na sua ausência, o método amperímetro-voltímetro pode ser usado.

O procedimento geral para a realização de testes utilizando instrumentos de medição das marcas indicadas:

• O equipamento monitorado está desconectado da rede.
• A fonte de alimentação do loop testado é organizada a partir de um transformador abaixador.
• É necessário fechar deliberadamente a fase ao corpo do receptor elétrico, e então medir o valor de Zpet resultante do curto-circuito.

Na medição pelo método amperímetro-voltímetro, após aplicar tensão no circuito controlado e organizar o curto-circuito, são determinados os valores da corrente I e do potencial U. O primeiro desses valores não deve ultrapassar 10-20 Amperes.

Cálculos e apresentação de resultados

A resistência do loop testado é calculada pela fórmula: Zpet = U / I. O valor obtido a partir dos resultados do cálculo é adicionado à impedância de um dos 3 enrolamentos do transformador da estação, igual a Rtr. / 3.

Após a conclusão das medições lineares de acordo com os padrões aplicáveis, elas devem ser documentadas. Para isso, são elaborados relatórios de ensaio na forma prescrita, nos quais os seguintes dados são obrigatoriamente registrados:

• Tipo de linha, suas principais características.
• Equipamento de medição usado para teste.
• Os valores de sua própria resistência transitória e os enrolamentos do transformador da estação.
• A soma deles, que é o resultado das medições realizadas.

De acordo com as principais disposições da PUE, a frequência das verificações realizadas nos circuitos de alimentação é uma vez a cada 6 anos. Para objetos explosivos - a cada dois anos.

Cálculos de acordo com tabelas

O valor total do valor necessário depende dos seguintes fatores:

• Parâmetros do transformador da subestação de energia.
• Seções de condutores de fase e zero selecionados no projeto da rede elétrica.
• A resistência das conexões cross-over sempre presente em qualquer circuito.

A condutividade dos fios utilizados pode ser ajustada ainda na fase de projeto do sistema de potência, o que, desde que corretamente selecionado, evitará muitos problemas.

De acordo com a PUE, este indicador deve corresponder a pelo menos metade do mesmo valor para condutores de fase. Se necessário, pode ser aumentado para o mesmo valor.Os requisitos do Capítulo 1.7 do PUE estipulam esses valores, e você pode conhecê-los na Tabela 1.7.5, fornecida no Apêndice das Regras. De acordo com ele, é selecionada a menor seção dos condutores de proteção (em milímetros quadrados).

No final do estágio tabular de cálculo do loop de fase zero, eles procedem a verificá-lo calculando a corrente de curto-circuito usando as fórmulas. Seu valor calculado é então comparado com resultados práticos previamente obtidos por medições diretas. Com a seleção subsequente de dispositivos de proteção contra curto-circuito (principalmente disjuntores lineares), seu tempo de resposta fica vinculado a este parâmetro.

Quando as medições são feitas?

A medição da resistência da seção do circuito fase-zero é necessariamente organizada nas seguintes situações:

• ao comissionar novas instalações elétricas de energia ainda não funcionando;
• quando um pedido foi recebido dos serviços de controle de energia para conduzi-los;
• de acordo com a aplicação de empresas e organizações conectadas à rede elétrica atendida.

Quando o sistema de potência é colocado em operação, as medições de teste da resistência do loop fazem parte de um conjunto de medidas para verificar seu desempenho. O segundo caso está associado a situações de emergência que freqüentemente ocorrem durante a operação de circuitos de força. Uma aplicação de determinados consumidores, representados por uma empresa ou organização, pode surgir em caso de proteção insatisfatória do equipamento (conforme reclamações de usuários específicos, por exemplo).

Exemplos de cálculo

Dois métodos são considerados exemplos de tais medições.

O efeito de uma queda de tensão na seção controlada do circuito de alimentação

Ao descrever este método, é importante atentar para as dificuldades de sua implementação prática. Isso ocorre porque serão necessários vários passos para obter o resultado final. Primeiro, você terá que medir os parâmetros de rede em dois modos: com cargas desconectadas e conectadas. Em cada um desses casos, a resistência é medida tomando leituras de corrente e tensão. Além disso, é calculado de acordo com as fórmulas clássicas decorrentes da lei de Ohm (Zp = U / I).

No numerador desta fórmula, U representa a diferença entre duas tensões - quando a carga é ligada e quando a carga é desligada (U1 e U2). A corrente é levada em consideração apenas para o primeiro caso. Para resultados corretos, a diferença entre U1 e U2 deve ser grande o suficiente.

A impedância leva em consideração a impedância da bobina do transformador (isso é adicionado ao resultado).

Aplicação de uma fonte de alimentação independente

Esta abordagem envolve a determinação do parâmetro de interesse para especialistas usando uma fonte de tensão de alimentação independente. Ao conduzi-lo, você precisará levar em consideração os seguintes pontos importantes:

• Durante as medições, o enrolamento primário do transformador da estação de alimentação entra em curto-circuito.
• De uma fonte independente, a tensão de alimentação é fornecida diretamente para a zona de curto-circuito.
• A resistência de fase zero é calculada de acordo com a fórmula já familiar Zp = U / I, onde: Zp é o valor do parâmetro necessário em Ohms, U é a tensão de teste medida em Volts, I é o valor da corrente de medição em Amperes .

Todos os métodos considerados não pretendem ser absolutamente precisos nos resultados obtidos a partir de seus resultados. Eles fornecem apenas uma estimativa aproximada da impedância do loop de fase zero. Este caráter é explicado pela impossibilidade de medir perdas indutivas e capacitivas, sempre presentes em circuitos de potência com parâmetros distribuídos, no âmbito dos métodos propostos. Se for necessário levar em consideração a natureza vetorial das grandezas medidas (mudanças de fase, em particular), correções especiais terão que ser introduzidas.

Em condições reais de operação de consumidores poderosos, os valores das reatâncias distribuídas são tão insignificantes que, em certas condições, não são levados em consideração.