ДВЕ ТЕНДЕНЦИИ СОЗДАНИЯ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

ЦЕПИ «ФАЗА-НУЛЬ»

Two trends of construction of measuring instruments for phase-zero circuit resistence

Месяц В.В. к.т.н.

В настоящее время в Украине продается около десятка различных моделей приборов для измерения сопротивления цепи «фаза-нуль» и тока короткого замыкания (КЗ).

Все модели приборов используют «метод вольтметра», который еще называют «метод падения напряжения». Метод описан в международных стандартах, в Российском ГОСТ Р 50571.16-99 и других многочисленных нормативно-технических документах. Сущность метода заключается в том, что вначале измеряют напряжение сети (U₁) без нагрузки, затем измеряют напряжение сети (U₂) с нагрузкой, сопротивление которой заведомо известно. Используя результаты прямых измерений напряжения сети U₁ и U₂, с помощью определенных алгоритмов, получают также результаты косвенных измерений сопротивления цепи «фаза-нуль» и ожидаемого значения тока КЗ.

В связи с тем, что полное сопротивление цепи «фаза-нуль» имеет активную и реактивную составляющие, а также учитывая то обстоятельство, что в сети под напряжением присутствуют нелинейные искажения, создатели приборов ищут пути рационализации схемотехники и конструкции, которые преследуют цели повышения точности и достоверности измерений в сочетании с удобством и безопасностью. Таких путей используется два:

· Снижение встроенного в прибор сопротивления нагрузки для получения значительного

тестирующего тока, близкого к току КЗ.

Цель – получить возможность измерений в сетях с искажениями формы кривой и уменьшить влияние реактивной составляющей сети на результат измерений. Примерами таких приборов являются ЦК 0220 с сопротивлением нагрузки 0,1 Ом, производства ОАО «Мегометр» (г.Умань), и MZC-310S фирмы Sonel (Польша) с сопротивлением нагрузи около 0,9 Ом и тестирующим током 280 А. Sonel рекомендует свой прибор для измерения тока короткого замыкания на электростанциях и распределительных устройствах.

* Применение сопротивлений нагрузки, при которых получают величину тестирующего тока от 2 до 20 А. В этом случае трудности, связанные с искажениями в реальной сети и реактивностью цепи «фаза-нуль» преодолеваются использованием процессоров для интеллектуальной обработки и фильтрации результатов измерений. По этому пути пошли приборостроители ведущих фирм Европы, Азии, Америки, России, в Украине – СП МЕТРА УКРАИНА и научно- технический центр «Элтес».

Коротко остановимся на особенностях реализации указанных двух путей. Вместо понятия «тестирующий ток» будем пользоваться понятием «ток коммутации», которое представляется более удачным.

Путь 1. При использовании токов коммутации, близких к току КЗ, разработчик старается

уменьшить влияние на результат измерений нелинейности самой цепи фаза-нуль от протекающего тока, а также уменьшить влияние несинусоидальности напряжения сети.

Вместе с тем, применение токов коммутации, близких к току КЗ, приводит к тому, что

в приборе неизбежно присутствуют следующие факторы, ухудшающие технические, эргономические и экономические показатели прибора:

- значительное увеличение габаритов и веса прибора и соединительных проводов,

- сужение сферы применения в слаботочных сетях (которых большинство),

- необходимость применения специальных мер защиты оператора от поражения электрическим током. Это вызвано тем что, при повышенном сопротивлении цепи фаза-нуль, на внешнем, по отношению к прибору, участке цепи возникает опасное напряжение, вызванное высоким током коммутации. Поэтому разработчик вынужден предусматривать автоматическое отключение прибора при наличии большого сопротивлении цепи «фаза-нуль» или при ее обрыве. Кроме того, возможность присутствия опасного напряжения обязывает при проектировании выдерживать соответствующие нормативы, предусмотренные стандартами по электробезопасности

- такой прибор может представлять опасность и для измеряемой сети, находящейся под напряжением, поскольку ток коммутации, близкий к току короткого замыкания, создает

аварийную ситуацию, опасную для находящихся в сети потребителей,

интеллектуальных систем, систем учета, защиты, контроля

- кажущееся повышение достоверности измерения сопротивления цепи и тока КЗ с

применением больших токов коммутации может ввести в заблуждение. Известно, что

в момент включения и выключения нагрузки сеть испытывает токовый удар.

Согласно теории ударов, для распределенных систем (какой и является испытуемая

цепь), в сети появляется целый спектр частотных колебаний, которые могут привести

не только к искажению результатов измерений, но и вызвать локально значительные

повышения напряжений или токов, что опасно и для сетей, и для операторов,

- вызывает сомнение возможность достижения декларируемой точности измерений с применением

токов коммутации, близкими к КЗ, поскольку при сопротивлении цепи порядка 0,1 Ом и менее

необходимо компенсировать влияние сопротивления проводов прибора и контактов

присоединения, а также влияние температуры нагрева как цепи фаза-нуль, так и

измерительной цепи прибора.

- испытание сети под током, близким к току КЗ, является для сети своеобразным шоковым

ударом, что делает проблемным многократные измерения для усреднения результата и

достижения уверенности в достоверности измерений.

Указанные недостатки, тем не менее, не умаляют заслуг разработчиков и производителей, а приборы с высокими токами коммутации найдут применение в тех местах, где это целесообразно, например, при выборе защиты трансформаторов подстанций.

Путь 2. При использовании невысоких токов коммутации, в пределах 2 – 20 А, удается избежать указанных выше недостатков за счет следующих мероприятий:

- для измерения напряжения применяются быстродействующие АЦП, которые проводят опрос

сигнала с частотой порядка 10 кГц. Интегрирование данных многоразрядного

АЦП осуществляется методами, позволяющими измерить действующее значение напряжения

и уйти от влияния имеющихся нелинейных искажений в реальных электрических сетях,

- для устранения погрешности измерения напряжения на нагрузке от переходных процессов,

нагрузка включается в момент перехода напряжения сети через угол φ. При этом влияние

переходных процессов практически исключается. Для указанного диапазона токов коммутации

влияние переходного процесса устраняется также выбором фиксированного времени начала

и окончания коммутационного процесса,

- дальнейшее уменьшение токов коммутации и усовершенствование алгоритмов обработки

данных позволило создать приборы для измерения сопротивления цепи «фаза – нуль» в сетях

содержащих УЗО, а также измерять индуктивную составляющую полного сопротивления.

Отдельная фиксация индуктивной составляющей весьма полезна при выборе защит на

электростанциях и трансформаторах подстанций.

- высокая точность и достоверность результатов измерения достигается так же и тем, что в

алгоритмах используются данные многоразрядного АЦП с высокой разрешающей способностью

(на индикацию же выводится число, ограниченное количеством разрядов индикатора),

- не представляют проблемы многократные измерения с целью усреднить результат или

убедиться в достоверности измерений.

Приборы с невысокими токами коммутации широко применяются во всем мире и положительно себя зарекомендовали среди широкого круга потребителей. Например, по результатам сравнительных испытаний в АО «Мосэнерго» (Россия) прибор ЕР180 производства СП МЕТРА УКРАИНА (г. Житомир) признан одним из лучших.

Результат дальнейшего развития этого направления – освоение производства прибора

ЕР180М. В приборе, по пожеланиям потребителей, введена функция определения ожидаемого тока к.з., повышена точность, значительно уменьшены габаритные размеры и вес.

Важным отличием ЕР180М от некоторых аналогов является то, что ожидаемый ток к.з. вычисляется относительно измеренного прибором действующего напряжения сети ( а не от номинального), что для реальной сети повышает достоверность определения величины ожидаемого тока к.з.

Очевидно, что для разных задач и объектов измерений требуются разные приборы. В том числе и

приборы для измерения сопротивления цепи «фаза-нуль» с различными токами коммутации.

Слово за потребителем, который, исходя из своих задач, сделает правильный выбор.