Петля фаза ноль — измерение сопротивления, методика расчета
Продолжаем изучение трехфазной системы. Рассматривать будем петлю фаза-ноль. Измерение полного сопротивления петли фаза-нуль или токов однофазных замыканий проводится для проверки временных параметров срабатывания защитных устройств реагирующих на сверхток (автоматических выключателей).
Петля фаза-ноль — это замкнутый контур цепи, который образуется путем замыкания фазного и нулевого проводников. Сопротивление данного контура обратно пропорционально току короткого замыкания Оно определяется при известных параметрах напряжения и силы тока в цепи с использованием формул закона Ома.
Конечно – это не то, что хотелось бы рассмотреть непосредственно после базовых основ трехфазной системы. Но учитывая, что в предыдущей статье мы отрисовали трехфазную систему на примере улицы с частной застройкой, нам не составит труда наглядно показать методику расчета петли фаза-ноль без использования дорогостоящего оборудования.
Как считать петлю фаза-ноль — формула
Есть несколько методов измерения сопротивления петли фаза-ноль для системы ТN. Рассмотрим самый простой — способом падения напряжения. Напряжение в испытуемой цепи измеряют с включенным и отключенным сопротивлением нагрузки, и сопротивление петли фаза—нуль рассчитывают по следующей методике:
Измеряем петлю фаза ноль мультиметром
Ну что же, попробуем посчитать по данной методике. Для наглядности приведем нашу упрощенную схему трехфазного электроснабжения улицы. О том, как мы воссоздали данную схему можете ознакомиться в следующем ролике:
Для чистоты эксперимента нагрузим дома из расчета месячного потребления электроэнергии 250 кВт·ч. Делим 250 на 30 дней. Полученное делим на 16 часов. Выходим на часовое потребление 520 Вт. Какая нагрузка дает такое потребление? Считаем:
- Мощность равна напряжению умноженному на силу тока. Мощность и напряжение известны. Нетрудно найти силу тока 2,26 А.
- Сопротивление по закону Ома находим делением напряжения на силу тока, и равняется оно приблизительно 100 Ом.
Исходя из этого в случайном порядке нагрузим дома сопротивлениями от 80 до 120 Ом. Также добавим каждому дому повторное заземление как в системе TNCS:
Возьмем для расчета домик (резистор R25) напряжение в котором 228,819 В:
В свободную розетку подключим известную нагрузку 2300 Вт. Переведем это в сопротивление и получим 23 Ом. Добавим в схему амперметр и получим силу тока 9,823 А. При этом напряжение в доме упало до 225,932 В.
Здесь хочется отметить, что если нам известно сопротивление нагрузки, то необязательно измерять силу тока (это не совсем безопасно дешевыми мультиметрами) – достаточно измерить напряжение после подключения нагрузки, поделить на сопротивление и получить силу тока.
Все необходимые исходные данные мы получили:
| Напряжение, измеренное при отключенном сопротивлении нагрузки, В | 228,819 |
| Напряжение, измеренное при включенном сопротивлении нагрузки, В | 225,932 |
| Ток, протекающий через сопротивление нагрузки, А | 9,823 |
Рассчитываем полное сопротивление петли фаза-нуль Z = (228,819-225,932)/9,823 = 0,2939 Ом.
Теперь делим напряжение 228,819 В на сопротивление петли фаза ноль 0,2939 Ом. Получаем ток короткого замыкания в точке расчета 778,56 А.
Проверим при помощи программы Multisim правильно ли мы нашли сопротивление петли фаза ноль:
Как видно, все мы посчитали правильно. Программа показывает такой же ток короткого замыкания в точке расчета.
Для верности рассчитаем петлю фаза ноль еще в одном доме (R29). Напряжение в нем до подключения нагрузки 228,742 В:
Подключим нагрузку 23 Ом. Добавим в схему амперметр и получим силу тока 9,779 А. Напряжение в доме упало до 224,910 В.
Переносим результаты замеров в таблицу:
| Напряжение, измеренное при отключенном сопротивлении нагрузки, В | 228,742 |
| Напряжение, измеренное при включенном сопротивлении нагрузки, В | 224,910 |
| Ток, протекающий через сопротивление нагрузки, А | 9,779 |
Рассчитываем полное сопротивление петли фаза-нуль Z = (228,742-224,910)/9,779 = 0,39186 Ом.
Теперь делим напряжение 228,742 В на сопротивление петли фаза ноль 0,39186 Ом. Получаем ток короткого замыкания в точке расчета 583,734 А.
Опять проверяем при помощи программы Multisim:
Все сходится. Формула расчета верная.
Может возникнуть вопрос, как работает эта формула? Все предельно просто. Подключив дополнительную нагрузку в доме произошло падение напряжения. Данное падение напряжения есть не что иное, как напряжение на нагрузке от всех сопротивлений нашей петли. Зная это напряжение и силу тока в цепи по правилу последовательного соединения мы находим сопротивление петли фаза-ноль.