Библиотека электромонтёра
Глеб Петрович Минин
Измерение
электрических
величин
*** 1971 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) Переносный комплект К51 рекомендуется во всех случаях, когда требуется точное измерение мощности в трехфазных трехпроводных установках с любой степенью неравномерности нагрузки. В том случае, если при изме-
рении мощности в трехфазпых трехпроводных сетях необходимо измерять активную и реактивную мощность, может быть применен трехфазный двухэлементный ваттметр Д581 4 класса 0,5 с номинальными токами 2,5 — 5 а и номинальными напряжениями по 110, 125, 250, 375 в и пределами измерения по мощности от 400 до 3 000 вт. (вар). Установка пределов измерения по току и напряжению производится при помощи соответствующих переключателей. Ваттметр включается по схеме на рис. 16. При измерении реактивной мощности схема включения ваттметра не изменяется, а переход на измерение реактивной мощности осуществляется переключателем ваттметра. Измерение активной мощности одно-фазного тока. В тех случаях, когда необходимо из-мерить активную мощность однофазной установки, применяется один однофазный ваттметр. В зависимости от мощности установки токовая цепь ваттметра включается ( непосредственно в цепь нагрузки или через ТТ. Если напряжение установки более 300 в, то цепь напряжения ваттметра включается через ТН. При включении соблюдается полярность включения зажимов ваттметра и измерительных трансформаторов. Генераторный зажим ваттметра (обозначаемый звездочкой) должен быть включен со стороны питания, генераторный зажим цепи напряжения — к этой же фазе. Если используются только ТТ, то измеряемая мощность равна: Р = ссСвтДтт-10~3, кет, где К = 1, если ТТ отсутствует. Схема на рис. 9 может быть использована для включения ваттметра, если фаза 3 отсутствует, а между фазами 1 и 2 включена нагрузка. Для измерения однофазной мощности в установках с напряжением 220 — 380 в могут быть применены клещи для измерения мощности типа Д-90 (см. рис. 10). Наиболее удобно при измерении однофазной мощности пользоваться переносным измерительным комплектом типа К-50 [Л. 5). Измерение реактивной мощности. Необходимость в измерении реактивной мощности возникает относительно редко, например, при эпизодическом определении cos ф установки, при определении распределения потоков реактивной мощности в энергосистемах и т. п. Промышленность не выпускает переносных ваттметров реактивной мощности (с внутренним 90°-ным сдвигом). Поэтому измерение реактивной мощности в трехфазньг сетях производится с помощью ваттметров активной мощности, включаемых по специальным схемам, н воз можно только при симметричной звезде фазных напряжений, сдвинутых относи тельно друг друга на углы 120° и равных между собой по величине. Принцип измерения основан на использовании 90-градусного сдвига между фазным и одним из междуфазных напряжениями. Наиболее широкое применение получила схема двух ваттметров с искусственной нулевой точкой. Эта схема пригодна для трехфазных трехпроводных сетей при симметрии фазных напряжений при равномерной и неравномерной нагрузке по фазам. Принципиальная схема (И ее векторная диаграмма приведены на рис. 18. Из векторной диаграммы следует, что первый ваттметр измеряет мощность (...) Мощность постоянного тока может быть также измерена переносным ваттметром электродинамическом системы. При измерении мощности в цепях выпрямлен ного переменного тока (например, при испытании сило вых выпрямительных устройств, в цепях ионного возбуждения генераторов и т. п.) необходимо при выборе приборов обращать внимание на систему прибора (условное обозначение на шкале). Так, при измерении в цепи постоянного тока, источником которого служит аккумуляторная батарея, вращающийся коллекторный ге ператор постоянного тока или хорошо сглаженный вы прямленный ток, могут применяться как магнитоэлек трические, так и электродинамические или электромаг нитные амперметры и вольтметры. При измерении вы прямленного синусоидального тока без сглаживающей фильтра показания амперметров магнитоэлектрической системы и электродинамической или электромагнитной одного и того же класса будут различны. Система приборов выбирается в зависимости от детей измерения. При измерении мощности пульсирующего выпрямленного тока следует применять приборы электродинамической или электромагнитной системы. 5. Измерение фазы Фазовый сдвиг между током и напряжением в трехфазных электрических сетях и установках характеризует режим их работы с точки зрения дополнительных потерь, присущих переменному току, и обычно определяется coscp. В общем случае неравномерной и неоднородной нагрузки по фазам трехфазной сети cosp каждой фазы может быть различным. Для измерения coscp каждой фазы в этом случае необходимо включить три однофазных фазометра, цепи напряжений которых должны быть включены на фазные напряжения Полученные при одновременном отсчете три различных значения coscp неудобны для характеристики режима работы трехфазной сети. В таких случаях определяется усредненное значение coscp трехфазной сети, который определяется по данным одновременного измерения активной Р и реактивной мощности Q по выражениям (...) где cos ср, определенный за установленный промежуток времени (например, за месяц) по показаниям активного и реактивного счетчиков, называется средневзвешенным значением coscp и используется в тарифах или расчете за электроэнергию. Текущее значение coscp может быть определено по одновременным показаниям щитовых ваттметров активной и реактивной мощности, и фазометр в энергетических установках обычно не предусматривается. К тому же измерение реактивной мощности, а не cos ф, более удобно для ведения режима работы сетей. Применение фазометров. Необходимость в измерении cos ср в трехфазных энергетических установках при помощи переносных фазометров возникает крайне редко. Если же такая необходимость возникает, то надо иметь в виду, что трехфазные переносные фазометры пригодны для симметричной и однородной нагрузки фаз исследуемой установки. Схема включения переносного трехфазного фазометра аналогична схеме включения трехфазного ваттметра и показана на рис. 20 для фазометра типа Д586. Как и при включении ваттметра, необходимо строго соблюдать полярность зажимов измерительных трансформаторов и фазометра. Однофазные переносные фазометры применяются в промышленности для контроля режима мощных однофазных токоприемников (например, однофазные дуговые печи и т. п.), а также при наладке различного электрооборудования. При выборе фазометра необходимо исходить из номинального напряжения и тока нагрузки цепи, в которой измеряется cos р. Показания фазометра практически не зависят от тока нагрузки в больших пределах, однако ток нагрузки не должен превосходить номинальный ток во избежание его порчи. Необходимо помнить, что при токовой перегрузке стрелка фазометра не изменит своих показаний (стрелка «за шкалу не уйдет»), но его токовая цепь может быть повреждена. При токах, значительно меньших номинального тока фазометра, устанавливающий момент прибора снижается и погрешность измерения возрастает. Пределы измерений переносных фазометров обычно лежат в следующих границах: 0,9 емк., 1 — 0,2 инд... или 0,5 емк., 1 — 0,5 инд., или же 0 — 1- -0, т. е. охватывают емкостную и индуктивную нагрузки. Однофазные фазометры часто применяются для снятия векторных диаграмм при испытаниях и наладке различного электрооборудования и аппаратуры, и, в частности, релейной защиты. Для этой цели наиболее удобно применять четырхквадрантный фазометр типа Д578 с двухстрочной шкалой, одна из которых градуирована в электрических градусах. Это дает возможность определять измерением непосредственно углы сдвига фаз между напряжением и током, между токами или напряжениями. Для примера рассмотрим снятие векторной диаграммы токов нагрузки в трехфазной сети. Схема включения фазометра приведена на рис. 21. Цепь напряжения фазометра подключается к опорному напряжению, по отношению к которому последовательно измеряются фазовые сдвиги всех трех токов, по данным которых и строится векторная диаграмма. В качестве опорного напряжения можно использовать, наприме! междуфазное вторичное напряжение ТН Ul2 (на преде ле 100 в фаза 1 подключается к зажиму, обозначенном звездочкой, и фаза 2 — к зажиму 100 в). Далее, к токо вым зажимам фазометра на пределе 5а подключаем по очередно с соблюдением полярности вторичные цепи ТТ фазы ь г, з, каждый раз отмечая показание прибора (подключение должно производиться без размыкани" вторичных обмоток ТТ). Допустим, что при подключении токовой цепи 1 фазометр показал а=52° в индуктивном квадранте при положении переключателя Приемник, при подключении 12 стрелка фазометра уперлась в правый упор шкалы. Переведя переключатель в положение Генератор, снимаем показания прибора в емкостном квадранте сс^ДО0, чему соответствует аг=180 — 10=170°. Да лее, подключая 3, снимаем показания прибора в емко стном квадранте при положении переключателя Прием ник и fз =67°, чему соответствует аз=360 — 67=293° (от счет углов ведется в одном направлении по часовой стрелке от 0° при положении переключателя Приемник). На рис. 22 изображена в развернутом положении шкала фазометра, причем нижние квадранты соответствуют положению переключателя Генератор. На шкале нанесены результаты наших измерений — положения стрелки фазометра, которые соответствуют направлениям векторов токов относительно взятого в качестве опорного между-фазного напряжения U 2. Из векторной диаграммы видно, что углы сдвига между токами равны: ZIJ2 = а2 — си = 170 — 52 = 118°; ZI2I3 = a3 — а2 = 293 — 170 = 123° и Z зЛ = а, — а3 = 360 + 52 — 293 = 119°. Аналогично может быть определен фазовый сдвиг между векторами напряжений, используя для этой цели произвольный опорный ток. Точность фазометра Д578 соответствует классу 0,5, так что фазовый сдвиг может быть измерен с точностью до 1°. При снятии векторных диаграмм фазовые сдвиги в измеряемых цепях должны быть неизменными в течение всего времени измерения. Применение векторметров. Более удобными более универсальным прибором для снятия векторных диаграмм является векторметр типа Ц-50. Действиевек-торметра основано на применении механического выпрямителя с регулированием фазы срабатывания контактов. Если обеспечить длительность замыкания контактов выпрямителя точно 1 2 периода синусоидального тб-ка и начало замыкания их установить точно в момент перехода синусоиды через нуль, то при неизменной величине выпрямляемого тока показания прибора будут максимальны. Это соответствует совпадению вектора коммутации1 и вектора выпрямляемого тока (рис. 23,а). Если же начало замыкания контактов установить в момент, когда синусоида тока достигает максимума, то показание прибора будет равно нулю, так как половина площади положительной полуволны синусоиды будет равна половине площади отрицательный полуволны. В этом случае вектор коммутации и вектор тока взаимно сдвинуты на угол ф = 90° (рис. 23,6). При промежуточном значении угла коммутации ф показания прибора будут равны (рис. 23, в): где К — коэффициент пропорциональности (постоянная прибора). Замыкание и размыкание контактов производятся эксцентриком, насаженным на вал синхронного двигателя, питающегося током той же частоты, что и измеряемый (выпрямляемый) ток. Момент замыкания контактов (начальная фаза вектора коммутации) устанавливается путем поворота контактной группы относительно вала двигателя. Поворотная группа контактов снабжена шкалой, разделенной на 360° (электрические градусы совпадают с угловыми), и называется поворотной головкой. Принцип измерения угла сдвига между двумя векторами токов или напряжений, или тока и напряжения, основан на измерении угла (отсчет по поворотной шкале) между двумя однозначными экстремальными положениями измеряемых векторов относительно вектора коммутации (наибольшие показания прибора или нулевые). Более точные измерения достигаются при нулевых показаниях приборов, когда измеряемые векторы перпендикулярны вектору коммутации. Так как нахождение экстремальных положений измеряемых векторов относительно вектора коммутации производится последовательно во времени, то результаты измерения 1 Под вектором коммутации понимается периодически повторяющийся процесс замыкания контактов, причем модулю вектора соответствует длительность замыкания контактов. будут правильны лишь при неизменном режиме в измеряемой электрическом цепи. Точность измсренш угла достигается порядка ±1°. Применение век торметра Ц-50 рассмотрим на примере. Допустим необходимо определить coscp в трехфазной установке переменного тока при равномерной нагрузке фаз. Для измерения могут быть использованы установленные ТТ и ТН, соединенные по схеме неполного (открытого) треугольника. Поскольку измерение производится во вторичных цепях измерительных трансформаторов, можно использовать зажимы векторметра, обозначенные для цепи тока 5а и для цепи напряжения 150 в. Перед включением векторметра необходимо проверить режим работы контактов. Для этого верхний переключатель (П4) устанавливается в положение В. Внутри прибора образовывается цепь: встроенная батарейка типа КБС — реостат — измерительный прибор (без контактов). Ручкой реостата, расположенной на панели векторметра, устанавливают произвольное показание в конце шкалы прибора (например, а = 50 делений по верхней шкале). Подключают вектор метр к сети 220 в (частота сети та же, что и в измеряемой цепи) и пусковой кнопкой (КП) запускают синхронный двигатель, замыкающий и размыкающий контакты. Далее переводят переключатель П 4 в положение Г. В этом положении переключателя последовательно с прибором включаются контакты выпрямителя. У правильно отрегулированного векторметра показание прибора в положении Г должно быть вдвое меньше предыдущего показания (в нашем случае а = 50 2 = 25 делений). Если этого нет, то при помощи вращения в ту или иную сторону рифленой гайки УК, расположенной на шкале поворотной головки, добиваются необходимого показания прибора. После этого переключатель П4 переводят в рабочее положение А или Б. При измерениях во вторичных цепях ТТ и в цепях напряжения, когда (7100 в, рабочим положением переключателя является положение А. В этом случае контакты выпрямителя включаются параллельно прибору (цепь тока не размыкается, искрение контактов практически отсутствует). При измерениях малых значений токов и напряжений, например подключаемых к зажимам 1 и 2, переключатель Д4 устанавливается в положение Б. Схема включения векторметра приведена на рис. 24. Подключение цепи должно быть выполнено без размыкания вторичной обмотки ТТ. При подключении цепей тока и напряжения необходимо строго соблюдать полярность цепей. Необходимо проверить правильность подключения к векторметру тока фазы Б и между-фазного напряжения Ui 2. Измерение производится следующим образом. При установке переключателя П3 в положение 150 в путем вращения поворотной головки ПГ добиваются установки стрелки измерительного прибора на нуль. При этом возможны два положения шкалы (поворотной головкн), отличающиеся друг от друга на 180°. Правильным положением будет такое, при котором дальнейшее вращение поворотной головки по часовой стрелке вызывает положительное отклонение стрелки прибора. После этого передвижной указатель шкалы НУ устанавливается против нулевой отметки шкалы и стопорится боковым винтом СТ. Далее переключатель Я3 переводится в положение 5 а, и вращением головки вновь находится нулевое положение прибора. Отсчет по шкале поворотной головки (против указателя шкалы) дает угол сдвига в градусах между вектором междуфазного напряжения U12 и вектором тока 1 . Если нулевое показание измерительного прибора прн этом достигается поворотом головки по часовой стрелке и измеренный угол а 90°, то ток отстает от напряжения. Фазовый угол между фазным напряжением и током, по которому определяется cosp установки, как это видно из векторной диаграммы, будет равен 9 = ai — 30°. Если в установке имеется возможность измерить фазное напряжение, то векторметром измеряется непосредственно угол ф. Измерение фазы между векторами двух любых токов производится аналогично, но цепи тока подключаются к зажимам 5 а и . Измерение возможно, если величина одного из токов лежит в пределах 2 — 5 а. Возможная величина второго тока определяется пределами измерения, устанавливаемыми переключателем Я2 от 0,01 до 5 а. Переключатель Я3 при этом последовательно устанавливается в положения 5А и . Если необходимо измерить угол сдвига фаз между векторами двух напряжений, то цепи напряжений подключаются к зажимам 150 в и U. Измерение возможно, если напряжение, подключаемое к зажимам 150 в, лежит в пределах 50 — 150 в. Величина напряжения, подключаемого к зажимам U, может быть в пределах 0,3 — 300 в и устанавливается переключателем Я]. Переключатель Я3 при измерении последовательно устанавливается в положение 150 в и U. При измерении фазового сдвига между векторами с модулем до 150 мв или до 3 ма используются зажимы и 2. Возможно измерение фазы между токами до 5 а и до 0,003 а или между напряжением до 150 — 300 в и до 0,15 в, а также комбинации между токами и напряжениями. Положение переключателя Я3 при измерении должно соответствовать обозначению зажимов, к которым подключена измеряемая величина. В заключение отметим, что векторметр является идеальным прибором для измерения среднего значения тока или напряжения синусоидальной формы. При измерении путем поворота головки добиваются максимального отклонения стрелки прибора (удобнее сперва установить стрелки прибора на нуль, а затем повернуть шкалу в любую сторону точно на 90°). Так как шкала градуирована в действующих значениях синусоидального тока (напряжения), то для получения среднего значения необходимо показание прибора умножить на2| 2 тс. В практике наладки релейных защит энергоустановок широкое распространение получил портативный универсальный прибор — вольтамперфазоиндикатор типа ВАФ-85. Погрешность этого прибора довольно велика — при измерении тока и напряжения ±5%, но при наладочных работах эта погрешность допустима. При измерении фазы используется механический выпрямитель вибрационного типа, обмотка возбуждения которого питается от фазорегулятора. При изменении фазорегулятором фазы напряжения возбуждения выпрямителя изменяется фаза замыкания и размыкания его контак тов относительно выпрямляемого тока или напряжения В качестве фазорегулятора используется встроенный в прибор трехфазный сельсин. Поэтому питание фазорегулятора производится от трехфазной сети 220 н 110 в. Вектор коммутации выпрямителя фиксирован относительно вектора междуфазного напряжения UAb (^12) трехфазной сети с порядком следования фаз А — В — С. Контакты выпрямителя отрегулированы так, что при установке шкалы фазорегулятора на нуль и подаче напряжения UAв измерительный прибор показывает нуль (т. е. вектор коммутации и вектор UAв взаимно перпендикулярны). Таким образом, при первом измерении определяется фаза исследуемого тока или напряжения относительно фазы Нлв трехфазной сети. Для измерения фазы тока предусмотрены миниатюрные токоизмерительные клещи, рассчитанные на применение во вторичных цепях коммутации без разрыва токовых цепей. Измерение прибором ВАФ-85 фазы рассмотрим на примерах. Допустим, необходимо определить cosp трехфазной установки по схеме на рис. 25. Левый тумблер устанавливается в положение V, правый — в положение Фаза. К зажимам ABC прибора подключаем соответствующие фазы от ТН. Напряжение 110 и 220 в подключается к одним и тем же зажимам, но для каждого предела измерения по напряжению на панели прибора имеется отдельная риска для установки нулевого значения шкалы (лимба) фазорегулятора. Проверяется порядок следования фаз подключенной сети, для чего нажимается кнопка, расположенная около лимба. При правильном чередовании фаз А — В — С лимб фазорегулятора должен вращаться по часовой стрелке. Далее проверяем регулировку контактов выпрямителя, для чего переключатель пределов измерения переводим в положение 125 в и к зажиму, обозначенному звездочкой , подключаем фазу Л, а к зажиму с обозначением U — фазу В. Поворотом лимба фазорегулятора добиваются установки стрелки измерительного прибора на нуль. При этом нуль шкалы лимбы должен расположиться точно против риски 110 в. Если этого нет, то за нулевую отметку принимается значение шкалы против риски 110 в (в приборе не предусмотрено корректирующее устройство). Далее отключаем напряжение UAB и к зажимам, обозначенным звездочкой и , подключаем провода от токоизмерительных клещей, соблюдая обозначенную полярность по отношению к прибору и клещам. Предел измерения по току устанавливается переключателем пределов измерения на 5 а. Клещами охватывается провод фазы А, ток в которой измеряется, причем сторона клещей с обозначением звездочки должна быть со стороны источника тока. Вращением лимба добиваемся нулевого показания прибора и против риски 110 в отсчитываем угол сдвига фаз между напряжением Uав и током А, равным а°. Угол а определен правильно, если при смещении лимба стрелка прибора отклоняется в ту же сторону, что н лимб. Искомый угол сдвига фаз между фазным напряжением и током равен р = а — 30°. При измерении угла между двумя любыми векторами вычисляется разность углов, полученных при двух измерениях фазы каждого вектора, относительно вектора UAB. При измерении напряжения или тока по величине правый тумблер переводится в положение Величина. При этом вместо механического выпрямителя включается полупроводниковый выпрямитель и фазорегулятор в измерении не участвует. В приборе предусмотрены зажимы для измерения токов небаланса. ЛИТЕРАТУРА 1. Мансуров Н. Н. и Попов В. С., Теоретическая электромеханика, изд-во «Энергия», 1968. 2. М и н и н Г. П., Эксплуатация электроизмерительных приборов, Госэнергонздат, 1959. 3. Приборы электроизмерительные, ГОСТ 1845-59. 4. Правила техники безопасности при обслуживании электроустановок, изд-во «Энергия». 5. Минин Г. П., Измерение мощности, изд-во «Энергия», 1965. ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1. Краткие сведения об аналоговых электроизмерительных приборах 2. Измерение напряжения 3. Измерение тока 4. Измерение мощности 5. Измерение фазы Приложения Литература |
