Меры электрических величин. Измерительные трансформаторы тока

метки: Напряжение, Эталон, Величина, Сопротивление, Электрический, Показание, Коэффициент, Значение

Эталоны и меры электрических величин. Назначение, устройство, режим работы и применение измерительного трансформатора тока. Образцовые катушки индуктивности. Измерение сопротивления изоляции электроустановок, находящихся под рабочим напряжением.

Вопрос №1

Что вы знаете об эталонах и мерах электрических величин?

Средства измерения, обеспечивающие воспроизведение и хранение единицы с целью передачи ее размера другим средствам измерения и выполненное по особой спецификации, называется эталоном.

В зависимости от назначения эталоны делятся на государственные, первичные, вторичные, эталоны копии, эталоны сравнения и рабочие эталоны. Рабочие эталоны — это эталоны, предназначенные для передачи размера единицы образцовым средствам измерения или в наибольшей мереточным средствам измерения.

Существуют следующие меры электрических величин:

1. Мера тока — токовые весы (Рис.1).

Имеют коромысло, на одном плече которого подвешена подвижная катушка. Последовательно с ней соединена неподвижная катушка. При прохождении тока по катушкам возникает сила их электрического взаимодействия, которая уравновешивается эталонными гирями, нагруженными на второе плечо коромысла.

Рис. 1

Рис. 2

Мера э.д.с. — нормальный элемент (НЭ) (Рис. 2).

Нормальный элемент состоит из запаянного стеклянного Н-образногно сосуда. Положительным электродом служит ртуть (1), заполняющая нижнюю часть одной ветви сосуда. Над положительным электродом расположена паста — деполяризатор (2) кристаллов сернокислого кадмия и серной закиси ртути. Над пастой и отрицательным электродом (3) которым служит амальгальма кадмия, расположены кристаллы сернокислого кадмия (5).

Электролитом служит водный раствор сернокислого кадмия (4).

Рис. 3

Меры электрического сопротивления (Рис.3).

Меры электрического сопротивления — образцовые резисторы или образцовые катушки сопротивления. Точность измерительных резисторов определяется по ГОСТ 6864-69, который делит их на классы: 0,0005; 0,001; 0,002; 0,005; 0,01; 0,02; 0,05. Измерительные резисторы изготавливаются из манганиновой проволоки или ленты. Образцовые резисторы изготавливаются на номинальные сопротивления: 0,00001; 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1; 10; 100; 1000; 10000; 100000 Ом. На рис. 3 показано устройство одной из катушек сопротивления. На латунный или фарфоровый цилиндр А наложена бифилярная (выполненная в два провода) обмотка, на концах которой расположены две пары зажимов I и U, укрепленные на эбонитовой панели Б, к которой крепиться кожух катушки В

Электрические измерения

... наибольшую допустимую погрешность ДА наиб для поверяемого прибора, или определяют его истинный класс точности. Меры основных электрических величин эталоны, образцовые и рабочие Эталоны – средство измерения, обеспечивающее воспроизведение ... -э.д.с. при контакте с медью (2 мкВ на 1 єС). Образцовые резисторы изготовляются на номинальные сопротивления 0,00001; 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1,0; 10; 100; ...

2. Меры индуктивности и взаимной индуктивности

Меры индуктивности с постоянным значением — это катушки с постоянным значением индуктивности (рис.4).

Рис.4

Образцовые катушки индуктивности представляют собой пластмассовый или фарфоровый каркас с наложенной на него обмоткой из медной изолированной проволоки, концы которой укрепляются на зажимах. Использование каркаса из немагнитного материала обеспечивает независимость индуктивности от тока в катушке.

Образцовые катушки изготавливаются на следующие номинальные значения индуктивности: 0,0001; 0,001; 0,01; 0,1; 1 Гн.

Меры емкости

Рис. 5

Меры емкости — это образцовые конденсаторы с известной постоянной или переменной емкостью (Рис.5).

Емкость конденсатора должна возможно меньше изменяться в зависимости от времени, температуры, частоты и других факторов, Конденсатор должен обладать малыми диэлектрическими потерями и большим сопротивлением изоляции. В качестве образцовых используются воздушные и слюдяные конденсаторы.

Вопрос №2

Каково назначение, устройство, режим работы и применение измерительного трансформатора тока и его векторная диаграмма?

Измерительные трансформаторы тока предназначены для преобразования измеряемых переменных токов в относительно малые токи, не превышающие обычно 5 А. Во вторичную цепь трансформатора тока включают амперметры, последовательные обмотки ваттметров, счетчиков и других приборов.

Измерительные трансформаторы тока состоят из стального магнитопровода и двух изолированных обмоток. Первичная обмотка, имеющая меньшее число витков, включается в рассечку провода с измеряемым током. Вторичная обмотка с большим числом витков замыкается на амперметр и токовые обмотки измерительных приборов, соединенные последовательно, так что сопротивление вторичной цепи мало и не превышает обычно 1 — 2 Ом.

Первичный ток трансформатора не зависит от сопротивления его вторичной цепи. При работе этот ток может изменяться от нуля до номинального, а при коротких замыканиях в цепи может превосходить номинальный в десятки раз.

По векторной диаграмме (Рис.1) запишем уравнение намагничивающих сил

— результирующая намагничивающая сила возбуждающая магнитный поток в магнитопроводе трансформатора. Под током холостого хода I₀ следует понимать ток первичной обмотки, который при разомкнутой вторичной обмотке создает в магнитопроводе номинальный для данного режима магнитный поток.

Приборы для измерения электрического напряжения и тока магнитоэлектрического, ...

... . Сопротивление шунта значительно меньше сопротивления катушки прибора, вследствие чего измеряемый ток в основном проходит по шунту. Шунты и добавочные резисторы служат для расширения пределов измерения приборов. Из принципа действия магнитоэлектрического прибора ...

При нормальном режиме работы трансформатора тока н.с. I₀ w₁ и магнитный поток в магнитопроводе не значительны, так как этот поток должен наводить на вторичной обмотке незначительную э.д.с., необходимую для покрытия малых активных и реактивных потерь вторичной цепи трансформатора.

Отношение действительного значения первичного тока I₁ к действительному значению вторичного тока I₂ называется действительным коэффициентом трансформации трансформатора тока «k»

Рис. 1 Векторная диаграмма трансформатора тока:

Вопрос № 3

Как измерить сопротивление изоляции установки, находящейся под рабочим напряжением?

Для измерения сопротивления изоляции установки. Находящейся под рабочим напряжением U, измеряют вольтметром напряжение U, напряжение U_A между проводом А и землей (положение переключателя А) и обозначив r_v сопротивление вольтметра, можно написать выражение тока, идущего через r_B — сопротивление изоляции провода В:

Включив вольтметр между проводом В и землей (положение переключателя B) и обозначив r_v — сопротивление вольтметра, можно написать выражение тока, идущего через r_A — сопротивление изоляции провода А:

Решив совместно данные выражения, можно найти сопротивление

и сопротивление

Если сопротивление r_A >>r_v то при переключателе, установленном в положении А, вольтметр будет соединен последовательно с сопротивлением r_B , которое можно определить по формуле:

r_B = r_v (U/U_A -1)

Аналогично, если сопротивление r_В >>r_v , то при переключателе, установленном в положении В, вольтметр будет соединен последовательно с сопротивлением r_A , значение которого:

r_А = r_v (U/U_В -1)

Контроль за состоянием изоляции в двухпроводных сетях можно осуществлять при помощи вольтметров. При нормальном состоянии изоляции каждый из вольтметров покажет напряжение, равное половине напряжения сети.

Задача 1

Определить чувствительность по напряжению магнитоэлектрического прибора на 5 мВ с внутренним сопротивлением на 10 Ом и шкалой на 100 делений.

Найти сопротивление прибора, чтобы при той же чувствительности по току, чувствительность по напряжению составила 4 дел/мВ

Решение:

Измеритель сопротивления изоляции

... сети. Кроме того, на результат измерений оказывает влияние работающая электроустановка. Эти особенности определили ряд специфических способов измерения сопротивления изоляции. Предложенное устройство позволяет контролировать медленное снижение сопротивления изоляции фидеров постоянного тока без отключения ...

Из определения чувствительности магнитоэлектрического прибора по напряжению знаем:

где n — количество делений шкалы; U_r — предел измерения прибора.

дел/мВ

Найдем чувствительность магнитоэлектрического прибора по току:

=> S_I = S_U

• r_Г

где S _I — чувствительность прибора по току; S_U — чувствительность прибора по напряжению; r_Г — сопротивление прибора

S _I = 20

• 10 = 200 дел/мА

Найдем сопротивление прибора при S _U = 4 дел/мВ и S_I = 200 ;дел/мА

Ом

Ответ

S _U = 20 дел/мВ

r _Г = 50 Ом

Задача 2

Сопротивление изоляции двухпроводной линии, работающей под напряжением 120 В, измерялось вольтметром с внутренним сопротивлением 3 кОм, Напряжение между каждым проводом и землей оказалось равным соответственно U ₁ = 25В, U₂ = 60 В.

Определить значение сопротивления изоляции на землю и оценить качество изоляции

Решение:

Воспользуемся методом и схемой измерения сопротивления изоляции электроустановок находящихся под рабочим напряжением:

• где U — напряжение сети;
• U ₁ — показание первого вольтметра;
• U₂ — показание второго вольтметра;
• r_V — внутреннее сопротивление вольтметра;
• r₁ сопротивление изоляции провода А;
• r₂ — сопротивление изоляции провода В

Решив совместно эти два уравнения, найдем сопротивления

Ответ:

В данном случае при измерении сопротивления изоляции двухпроводной линии при нормальном состоянии изоляции напряжения U ₁ и U₂ должны быть равными половине напряжения сети, т.е. 60 В, то о состоянии изоляции можно сделать вывод, что сопротивление изоляции первого провода не соответствует норме, а второго соответствует.

Задача 3

В трехпроводную сеть трехфазного тока включены амперметры на 5А и вольтметры на 100В и два однофазных ваттметра на 5А и 150В со шкалой на 150 делений через измерительные трансформаторы тока 200/5 и напряжения 6000/100 (по схеме двух ваттметров).

Определить мощность симметричной нагрузки и показания ваттметра в делениях шкалы, если показания вольтметров до 95В, амперметров 4,2А, а коэффициент мощности нагрузки 0,8. Начертите схему включения приборов.

Решение:

Определим показания ваттметра

Р _W = U_V ·I_A ·cos? = 95

• 4,2
• 0,8 = 319,2 Вт

где U _V — показания вольтметров; I_A — показания амперметров; cos? (коэффициент мощности нагрузки) = 0,8

Определим мощность симметричной нагрузки

Р = Р _W

• k_{н I}

• k_{н U} = 319,2

• 200/5
• 6000/100 = 766080 Вт = 766,08 кВт

где P _W — показание ваттметров; k_{н I} — коэффициент трансформации трансформатора тока; k_{н U} — коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

Электрические измерения и приборы

... измерительного механизма, например при измерении в цепях переменного тока прибором, способным измерять постоянный ток. В качестве примера рассмотрим электромагнитный вольтметр (рис. 4.1.1). Конструктивно ... кругового сечения (между поршеньком и стенками камеры существуют зазоры). Преодолевая сопротивление воздуха, поршень расходует энергию колебательной системы и останавливается. Принцип действия ...

Определим предел измерения ваттметров

Р _Wmax = U_W

• I_W = 150 ·5 = 750 Вт

где U _W — предел измерения ваттметров по напряжению; I_W — предел измерения ваттметров по току.

Определим цену деления ваттметров

n _W = P_Wmax / N_W = 750/150 = 5 Вт

где P _Wmax — предел измерения ваттметров; N_W — количество делений шкал ваттметров

Определим показания ваттметров в делениях

P’ _W = P_W /n_W = 319,2 / 5 ? 64 дел

где P _W — показание ваттметров; n_W — цена деления ваттметров

Ответ

Р = 766,08 кВт

P’ _W ? 64 дел

Задача 4

При измерении тока было получено значение I ₁ = 25,5 A, тогда как действительное его значение было I = 25 А. Определить абсолютную и относительную погрешности.

Решение:

Определим абсолютную погрешность

?I = I ₁ — I = 25,5 — 25 = 0,5 A

Определим относительную погрешность

Ответ

?I = 0,5 A

? _I = 2%

Литература

[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/etalonyi-elektricheskih-velichin/

1. «Электрические измерения» В.С. Попов (М. 1974г.)

2. «Электротехника и электроника» под ред. проф. Б.И. Петленко М.2003г.

3. «Электрические измерения» под редакцией Малиновского 1983 год