Как можно определить направлние перетока по PEN-проводнику на повторное заземление (WB-MAP6S)?

Периферийные устройства Счётчики WB-MAP
1

Здравствуйте!
В продолжение разработки способов обнаружения аварийного тока в заземляющем проводнике, возникает задача определения, откуда он берется: от своей установки, или от соседей, в случае обрыва PEN-проводника (“отгорания нуля”) где-то между нами с ними и трансформатором, в том числе в ситуации, когда по какой-то причине при этом нет напряжения на своем вводе, а вот ток от соседей есть.

Для экспериментов по определению (уточнению) поведения WB-MAP6S в различных ситуациях, был собран небольшой стенд, со следующей схемой:

Схема имитатора заземления и PEN
Схема имитатора заземления и PEN562×657 37.3 KB

Серый фон и точки соединения (подключения) А, Б, В, Г соотвествуют “доступной для подключения” части реальной установки (А и Б – соотвствуют точки подключения к однофазной воздушной линии после не указанного счетчика; В – точка разделения PEN на N и PE, а также подключения повторного заземления, Г – точка подключения заземляющего проводника в достунпной части заземлителя). Цветные стрелки соответсвуют токам с учетом “направления передачи можности” (последовательности соединения между выводами трансформатора).

На стенде сопротивление своих нагрузок (R2) и соседей (R1) имитируется лампами накаливания по 40 Вт, сопротивление цепи “заземляющий проводник-повторный заземлитель-Земля-заземлитель трансформатора” имитируется лампой накаливания 75 Вт. А1…А6 – подключение токовых трансформаторов каналов тока измерителя WB-MAP6S, в предположении, что “направление передачи можности” совпадает с зелеными или желтыми стрелками на схеме. К1, К2, К4, К5 – выключатели дял формирования схем, имитирующих нормальные и аварийные режимы работы.

Нормальные условия: замкнуты К4 и К5, К1 и К2 могут быть замкнуты или разомкнуты в любых сочетаниях. Если К2 замкнут (независимо от К1), ожидаемо I5 мало (на стенде точно 0, в реальности пропорция от сопротивления проводника Б-Е-Ж), I3 равно I2. I4 = I3 (или I2+I3, если К1 замкнут). Углы тока показывается везде примерно 0. Алгебраические суммы токов на счетчике сходятся.
Ток I3 должен соответствовать зеленой стрелке “3 Прямой”.

Конкретные значения токов при нормальной работе (примерно по памяти): I1, I2 чуть больше 150 мА, I6 чуть больше 300 мА.

Аврийные ситуации с обрывом PEN (К4 разомкнут) – Ток I3 соответствует красной стрелке “3 Обратный”:

  1. замкнут К2, разомкнут К1 “обрыв PEN на своем вводе”: I3=0, I2=I5. Вся своя нагрузка работает через повторное заземление, но только своя (в реальности - дополнительное падение напряжения, чем больше нагрузка);
  2. замкнут К2, замкнут К1 “обрыв PEN за соседом”: I3=I1, I5=I3+I2. Вся нагрузка своя и соседа работает через повторное заземление (в реальности также - дополнительное падение напряжения, чем больше нагрузка);
  3. разомкнут К2, замкнут К1 “обрыв PEN за соседом”: I3=I1, I5=I3. Вся нагрузка соседа работает через повторное заземление (в реальности также - дополнительное падение напряжения, чем больше нагрузка);
  4. разомкнут К2, замкнут К1, отсутствует проводник И-А “обрыв PEN за соседом с обрывом только фазы у мебя”: I3=I1, I5=I3. Вся нагрузка соседа работает через повторное заземление (в реальности также - дополнительное падение напряжения, чем больше нагрузка). Не проверить наличие напряжения в сети. На стенде 3) и 4) неразличимы.

На стенде также не моделировались ситуации 3) и 4) в варианте R1=0 (при прокладке воздушной линии СИП – такое сочетание короткое замыкания с обрывом PEN само по себе маловероятно, только как ошибка монтажа электриками). Они отличимы от исходных 3) и 4) только большим током I3, ограниченным только сопротивлением R3.

В аварийных режимах, ток I5 (=I6) около 200 мА, возрастает в аварийной ситуации 2).

При моделировании аварийных ситуаций, алгебраически суммы токов на счетчике WB-MAP6S также сходятся. Но непонятно, что должно быть с фазовыми углами: они то все сразу на 180, то часть около 90, часть 180, часть иногда 0, иногда около 25. С разными занками. Систему установить не удалось.

Поэтому возникает три вопроса:

  1. подскажите, исходя из существующей (приведенной) схемы стенда, какие отличия в наблюдаемых показаниях (каких параметров каких каналов) счетчика WB-MAP6S могут считаться признками (являются однозначным следствием) изменения направления пердачи энергии на участке Б-В прямой/обратный?
  2. подскажите, если рассматривать подключение различных каналов WB-MAP6S (в том числе, куда подключать канал напряжения/вольтметр) или других измерительных приборов только в предлах выделенной серой области (только к точкам А, Б, В и Г), как можно обнаруживать возникновение обратной передачи энергии по проводнику Б-В?
  3. возможно ли решение задачи 2 в ситуации, когда нет возможности замерить напряжение между А-Б (А-В) из-за обрыва И-А, или задча 2 решается только через углы между токами и напряжением?

Зарнее благодарю за подсказки!

3

Здравствуйте!

Предварительно могу вам сразу обозначить, что для определения направления нагрузки используются следующие обозначения в параметрах:

  • P — прямая (positive);
  • N — обратная (negative).

В остальном потребуется еще время чтобы разобраться с вашей задачей.

4

Возможно вы имеете ввиду I2+I1 = I4

В этом случае I3 - это ток соседа протекающий через ваше заземляющее устройство.

  • Правильно ли я понимаю у вашего соседа отсутствует собственное повторное заземление?
  • Вы уверены что у вас с ним одноименная фаза?

Из приведенного вами выше я думаю чтобы контролировать обрыв нулевого проводника вам достаточно измерять ток у вас на вводе, проводнике N и PE.
При обрыве нуля между соседом и вами будете наблюдать равенство токов I2 и I5.
И дополнительно сверять напряжение между вводом и нулем и между вводом и землей.

Если обрыв нуля произошел между ТП и соседом, то увидите ток в своем заземляющем проводнике I1+I2 и аномально низкое значение напряжения меду фазой и нулем.

При этом WB-MAP6S покажет ток I3 с соответствующим знаком. Если он изменится на “-”, то это будет свидетельствовать о том, что ноль отсутствует и через ваше заземление протекает ток соседа.

5

Извините, опечатка.
В нормальных условиях – да. Если замкнуты К1 и К2, I4=I1+I3, I3=I2 => I1+I2 = I4.

Совершенно верно. Рассматривается именно такая (самая неудачная) ситуация, для однофазного ввода:
– фаза с соседом (или несколькими, для задачи это не важно, их всех можно пересчитать как единую паралельную нагрузку R1) одна и та же;
– ни у кого нет повторного заземления PEN, кроме моего ввода.
И тогда I3 – совершенно верно, ток от нагрузки соседа, идущий вместо нормального пути.
По модулю I3 по идее равен I1. Но есть один момент. Ожидалось именно такое поведение:

Но насколько помню, знак не менялся (на праздниках ещё раз проверю, как есть и переподключив вольтметр между А и В). Менялся только Phase Angle. И не только у I3 (но в разной степени). У I3 – примерно на 180 градусов. Это и есть “-” “отрицательный ток”?

Здесь под “PE” подразумевается заземляющий проводник В-Г (ток I5)? Поскольку собственно PE внутренней проводки не показан (подсоединяется к точке В).

Да, именно такое поведение ожидается. И по модулю значения токов наблюдались именно такие.
Если знак для переменного тока определяется только через фазовый угол между током и напряжением, то что будет, если напряжение окажется настолько аномально низким, что будет меньше заявленной чувствительнсти счетчика (или вообще обрыв)? Кстати, какой именно (не нашел в wiki диапазон измерения напряжения для WB-MAP6S, только дипапзон питания от измерительной части)?

И ещё уточнение, с точками измерения напряжения:

Верно понимаю, что предлагается измерение напряжений между парами точек А-Б и А-Г?
Но если считать (по сравнению с нагрузкой R2) сопротивление проводников В-Б и В-Г пренебрежимо малым, то ведь эти два напряжения будут равны, поскольку фактически это будет напряжение между точками А и В?

6

По этому параметру уже можно понять, что изменилось направление тока. Еще можно ориентироваться по AN energy.

Интересует именно “PE”. ВГ на вашей схеме.

В случае наступления случая аномально низкого напряжения – это уже аварийная ситуация.

Можете ориентироваться на диапазон измерений 90-510 В.

Вы правы - такой способ определения обрыва нуля при вашей системе заземления не подойдет.

7

Благодарю за разбор и советы!

Как “решеный вопрос” пока не отмечаю, проверю сначала на модифицированном стенде (вольтмер на А-Б) более точно с Phase Angle и AN Energy для тока I3.

P.S.: И это ещё хорошо, что на ближайшую перспективу не акутален трехфазный случай, от него может только что ещё одно изменение напряжения прилететь.

8

До сих пор не совсем понимаю - вам нужно контролировать обрыв нуля или факт протекания тока соседа через ваше заземляющее устройство?

9

Если под “обрывом нуля” понимать только повреждение проводника Б-Ж (PEN ввода нашего домика) на схеме, то обе ситуации. Факт же протекания тока “от соседа” на заземляющее устройство нашего домика возникает также от повреждения PEN на линии, только уже где-то дальше.
Обе ситуации могут приводить по расчету к относительно большим (в неудачном случае) токам В-Г и существенному падению напряжения на той части R3, что относится к самим заземлителям. В теории до возникновения опасного шагового напряжения на заземлителе.
Поэтому интересует возможность обнаружения таких аварийных и потенциально опасных ситуаций, для оповещения о них и, по-возможности, устранения.

Последствия обрыва нуля на своем вводе, приводящего к лего обнаруживаемому признаку I2=I5 И I3 → 0, могут быть (после оповещения) дистанционно устранены в пределе просто отключением всего ввода. И уже потом можно выяснть причины и устранять последствия.

Вариант же с перетоком от соcеда опаснее, его не устранить без обращения к другим лицам. Которым потребуется ещё дистанционно объяснять, что вообще происходит. Или же ещё потребуется для таких объяснений неурочно прибывать на место, хоть и не далеко относительно, но возможности такой может и не оказаться.

P.S.: Читал про несколько случаев, когда из-за неудачного стечения обстоятельств зимой пара десятков коттеджей в не совсем до конца заселенном поселке полностью соединялась с трансорматором только через одно такое повторное заземленеие. Пока по длительному падению напряжения сообразили начать искать энергетиков, пока приехали и разобрались, над заземлителем снег усел заметно подтаять.

Ещё одно плохое следствие подобной аварии с током от соседа может возникунть (но не наш случай хотя бы), если используются слишком “умные” счетчики с измерением в фазе и нуле одновременно и оплатой по большему модулю, без учета направлений, “для предотвращения безучетного потребления”, вдруг сумел до него провода местами переменить?.. И при этом установленные на столбе до А-Б (в точках А-Б) и все того же разделения и повторного заземления PEN. Тоже есть собщения.

10

Доабвлю, что эта тема связана по смыслу с предшествующими темами про диапазоны токов токовых трансформаторов и частоту включения контроллера и ещё некоторых:
Что будет с токовым трансформатором при превышении измеряемого тока?
Ограничения на частоту включения/выключения контроллера
А здесь этот макет уже планировался в конце:
Два токовых трансформатора на одном проводнике для расширения диапазона измерений одним WB-MAP6S в режиме амперметра

12

В этом случае через ваше заземляющее устройство будет протекать только ваш ток, а ваш сосед будет от него отрезан.

А что если в случае возникновения второго варианта, который можно идентифицировать по наличию тока ВГДЕ и по исключению первого случая (обрыв на нулевом проводе ЖБВ) предусмотреть расцепитель вашего нулевого проводника в месте БВ или ЖБ? Например использовать двухполюсный. Таким образом вы сможете предотвратить последствия протекания большого тока через заземлитель, но при этом останетесь обесточены.

Обычно в современных счетчиках есть возможность разделять прямую и обратную энергию.
Я до конца не знаком с вашей схемой электроснабжения (не знаю как организован у вас с соседом учёт) но исходя из приведенной вами конфигурации – при нормальном режиме по ЖЕ протекает общий ток и возникает вопрос - кто берет на себя эти потери в линии.

13

Здравствуйте!

Проверил на немного измененном стенде, с вот такой схемой (изменено подключение вольтметра для корректности показания, а также расположение токовых трансформаторов, чтобы легче смотреть показания в веб-интерфейсе):

Схема имитатора заземления и PEN
Схема имитатора заземления и PEN925×660 57.8 KB

Всё работает, как подсказали – при изменении подключения с “замкнуто все” на “разомкнут К5”, угол между I4 и U на вольтметре V увеличивается на 180 граудсов (с примероно -1,5 до примерно 178,5), меняется знак активной мощности P, начинается прирост AN.

Основной вопрос можно считать решенным (отметил).

Из интересных наблюдений, где аномалии скорее всего следсвтие “скученной” сборки стенда:

– все токи при “нормальном” расчетном направлении (разомкнут К6) и подключенном вольтметре имеют угол с напряжением в диапазоне -0,5 до -2. И считается небольшая обратная реактивная энергия. Либо какие-то емкостные утечки на стенде (точно есть С1 и С2), либо следствие подключения через сетевой фильтр;

– при замыкании единственного К3 через 1-2 минут приводит к измерению сетвого напряжения (значение 220-230 В) и его частоты (около 50 Гц) при нулевых токах в интерфейсе. Предположение утечки обозначено емкостью C1;

– при замыкании К1 (К1 и К2), К3 и К6 (К5 разомкнут), напряжение U на вольтметре ожиlаемо падает до примерно 180 В (только К1) или до 110 В (замкнуты К1 и К2), угол между I4 и U изменяется до примерно 178,5 градусов;

– если же “отключить” вольтметр при работе только через повторное заземление (замкунты К1, либо К1 и К2, К6, разомкунты К3 и К5), то вольтметр все равно показывает напряжение U равное примерно 40-55 В, если замкунт только К1, либо 110 В (замкнуты К1 и К2), углы между всеми ненулевыми токами и U увеличиваются на 180 граудсов. Похоже на измерение падения напряжения на R3 за счет утечки через емкость C2;

– если разомкнуты все контакты Кi, вольтметр показывает около 2-2,5 В с частотой 0;

– если размкунт К3 при замкнутом К5 и/или К6 (разомкунты К1 и К2, все токи нулевые), вольтметр показывает от 0,6 до 1,2 В, частота 0;

– и самое странное: если разомкнут К3, замкунт К5 (сотояние К6 не влияет) и хотя бы один из К1 или К2 (или оба), вольтметр опять показывает от 0,6 до 1,2 В, а угол между токами и напряжением, если он был около -1 – становится примерно 108 градусов. Возможно опять утечка через C2.

В общем, теперь стало понятно, и как делать измерения, и какие ещё ситуация надо обрабатывать как аварии, в том числе самой измерительной системы.

Благодарю за консультации!

14

Что тоже является аварийной ситуацией. И тоже может быть обнаружена по I2~=I6, I4~=0. (Здесь ~= – “приблизительно равно”. Уже не первый раз не хватает возможности добавления символов из LaTeX… :wink: )

Подобный разрыв PEN либо PE нормативно (и обоснованно) недопустим (ПУЭ 7, действующие ГОСТ на электроустановки зданий жилого, административного и аналогичного назначения, на основе стандартов ISO IEC), хоть и встречается. Как и разрыв их связи с повторным заземлением при его наличии. Могут возникать более опасные ситуации, свзяанные с появлением опасного потенциала в нейтральных проводниках из-за несинхронного срабатывания полюсов расцепителя (или нарушения их связи), а в ряде случаев – и на корпусах приборов (если раздление PEN будет сделано после расцепителя).
Уж лучше снег соседским током растапливать. Благо за него у нас мне не насчитают.

Далеко не во всех. И рассуждения об их устройстве, требованиям к ним (для разных задач) и о том, насколько такие требования согласуются с упомнутыми нормативными документами – явно предмет отдельной дискуссии.
У меня сейчас ни на одном такого нет (ни в квартире, ни на даче). Как нет и учета по PEN-проводнику (один шунт в фазе).
Небольшие комментарии вселед к Вашим последним предложениям

У каждого участка свой счетчик (канал напряжения А-Б, И-Ж соответственно) с учетом тока только по фазным проводникам, внутренний учет. Счетчики внутреннего АСКУЭ (у кого уже они) тоже только по фазам токи считают. И общий счетчик на КТП, оплата сетям по нему сразу за все садоводство. Поэтому потери в линиях от КТП (аналогии на стенде – К-И, Ж-Е, Г-Д-Е, если обрыв Ж-Е) делятся на всех пропорционально потреблению – внутренний % к внешнему тарифу. Потери хоть и уменьшились после последней модернизацией линий, но они всё ещё заметны.