Teoriya (1)

Отже, з показів приладів для цієї схеми дістають значення потужності Р1 яке більше від вимірюваної Рх на

Рис. 118. Вимірювання потужності постійного струму з допомогою амперметра і вольтметра.

Рис. 119. Вимірювання ватметром потужності постійного та однофазного змінного струмів: а — схема правильного вимірювання напруги; б — схема правильного вимірювання струму; в, г — відповідні векторні діаграми.

Відповідно для схеми правильного вимірювання струму (рис. 118,6)

звідки

Таким чином, значення похибки методу для обох схем залежить від відношення потужності, яку споживає відповідний прилад, до вимірюваної. При вимірюванні порівняно великих потужностей це відношення є нехтовно малим, а при малих — слід вибирати схему, для якої значення методу є меншим. Цю похибку можна повністю усунути, коли враховувати поправку на потужність, споживану приладами, і знаходити значення Рх за формулами: для схеми (рис. 118,а)

21 Вимірювання коефіцієнту потужності в електричних колах, похибки.

Значення коефіцієнта потужності можна визначити за показаннями амперметра, вольтметра та ватметра:

Приклад 9.4

Котушка індуктивності підключена до однофазного джерела (50 Гц). У коло котушки включені ватметр, вольтметр і амперметр. Після подачі напруги на затиски котушки показання приладів склали: ватметра – 110 Вт, вольтметра – 220 В, амперметра – 5 А.

Визначити коефіцієнт потужності котушки.

Рішення.

1. Визначаємо коефіцієнт потужності котушки за (9.11):

Коефіцієнт потужності можна також визначити за допомогою електровимірювального приладу, який називають фазометром, літерне позначення якого на принципових електричних схемах – р .

22Вимірювання енергії в однофазних і трифазних колах, похибки.

Для вимірювання і обліку енергії постійного струму застосовують електродинамічні та феродинамічні лічильники електричної енергії. Схеми їх вмикання у вимірювальне коло подано на рис. 130, Основне застосування такі лічильники мають на залізничному та міському електротранспорті. В окремих випадках, коли основним показником технологічного процесу є кількість затрачених ампер-годин (у гальванічних ваннах, при заряджанні акумуляторів) або вольтгодин (при виробництві алюмінію), застосовують магнітоелектричні та електролітичні лічильники ампер-годин або магнітоелектричні лічильники вольт-годин. У колах змінного струму промислової частоти вимірювання і облік електроенергії здійснюється з допомогою індукційних лічильників електричної енергії. Схема вмикання однофазного лічильника з однією послідовною обмоткою аналогічна схемі вмикання електродинамічного лічильника постійного струму (рис. 130, а). Проте слід пам'ятати, що при вимірюванні енергії в колі «фаза—заземлений нуль» послідовну обмотку лічильника треба обов'язково вмикати у фазовий, а не в нульовий провід (інакше лічильник не враховуватиме енергії навантаження, увімкненого споживачем між фазою і землею). Це зауваження не стосується лічильників з двома послідовними обмотками, схема вмикання яких показана на рис. 131. При вимірюванні енергії порівняно потужних споживачів лічильники вмикаються через вимірювальні трансформатори струму, а при високій напрузі — через трансформатори струму і напруги (рис. 132).

Рис.

мічних лічильників енергії постійного струму:

а — пряме вмикання в коло; б — з застосуванням окремого шунта і додаткового резистора.

вимірювальних трансформаторів струму і напруги.

Вимірювання енергії трифазного змінного струму здійснюється з допомогою трифазних індукційних лічильників.

Активну енергію в чотирипровідному трифазному колі при будь-якій асиметрії напруг і струмів можна виміряти з допомогою три-елементного індукційного лічильника, механізм якого складається з трьох однофазних елементів, з'єднаних за схемою, аналогічною зображеній

на рис. 121. Для вимірювання активної енергії в трипровідному трифазному колі при будь-якій несиметрії застосовують двоелементний лічильник, елементи якого з'єднані за схемою двох ватметрів (рис. 123).

Для вимірювання реактивної енергії в три- й чотирипровідному трифазному колі при простій асиметрії застосовують триелементні лічильники, побудовані на основі схеми, зображеної на рис. 126.

Для розширення границь вимірювання струму і напруги лічильниками використовують вимірювальні трансформатори струму і напруги, при цьому керуються такими самими правилами, як і при вмиканні ватметрів (π.π. 11.2—11.4). Схему одночасного вмикання трифазних лічильників активної і реактивної енергії в коло високої напруги {U > 600 В) показано на рис. 133. В цій схемі, як і в схемі рис. 124, для вимірювання трьох лінійних струмів застосовано лише два трансформатори струму. Для захисту від високої напруги вторинні обмотки вимірювальних трансформаторів і їх корпуси треба обов'язково заземлити.

Рис. 133. Схема одночасного вмикання трифазних лічильників активної і реактивної енер-

гії.

23 Вимірювання показників якості електроенергії.

Якість електричної енергії та основні неполадки живлення, які становлять небезпеку для роботи електрообладнання.

Якість електричної енергії - це ступінь відповідності фактичних значень параметрів електричної енергії встановленим ГОСТ 13109-97 значенням, основні з яких наведено нижче у таблиці:

Примітки:

* Встановлюються в договорах на користування електроенергією між електропостачальною організацією і споживачем. Наведено величини, за визначенням нормальних допустимих та гранично допустимих значень показників, відносяться до розрахункового періоду 24 години в електричній мережі напругою до 1 кВ.

Проблеми живлення - будь-які відхилення параметрів напруги від встановлених стандартом значень якості електроенергії.

Основні неполадки живлення, які становлять небезпеку для роботи електрообладнання відповідно наведеної класифікації (у дужках наведені найбільш поширені англомовні еквіваленти) відображає вимоги міжнародного стандарту ГОСТ 13109-97, термінологічних стандартів ГОСТ

30372-95 та ДСТУ 3466-96 *:

1.Зникнення напруги (Power Failure, Loss of Voltage) - відсутність напруги в електромережі протягом більше двох періодів (40 мс). Наслідками зникнення напруги можуть бути: втрата, пошкодження даних на серверах і поточної інформації на робочих станціях, пошкодження файлової системи, порушення технологічного процесу, вихід з ладу апаратури.

2.Провал напруги (Power Sag, Voltage Dip) - раптове зниження напруги в електричній мережі нижче величини 90% від номінального значення, за яким слідує відновлення напруги до початкового або близького до нього рівня за проміжок часу від десяти мілісекунд до декількох десятків секунд. Причиною провалу напруги можуть бути: включення енергоємного обладнання, запуск потужних електродвигунів, робота зварювальних апаратів і т.д. Можливі наслідки: скидання оперативної пам"яті; виникнення помилок, вихід з ладу апаратури, мерехтіння освітлення.

3.Перенапруга (Power Surge, Over Voltage) - раптове підвищення напруги в електричній мережі вище величини 110% від номінального значення, за яким слід відновлення напруги до початкового або близького до нього рівня за проміжок часу від десяти мілісекунд до декількох десятків секунд. Причиною виникнення перенапруг може бути відключення енергоємного обладнання. Можливі наслідки: скидання оперативної пам"яті; виникнення помилок, вихід з ладу апаратури, мерехтіння освітлення.

4.Відхилення напруги (Brownout, Voltage Deviation) - відхилення (зниження / підвищення) напруги в мережі від допустимих стандартом значень на тривалий час (більше десятків секунд). Виникає зазвичай через зростання споживання електроенергії в певні періоди часу при обмеженій потужності джерела електроенергії або довгих лініях електроживлення. Можливі негативні нас-

лідки: додаткові втрати потужності в стабілізаторах, скорочення терміну служби блоків живлення, збої у виконанні програм.

5.Електромагнітна перешкода (Electrical Line Noise) - виникнення у мережі високочастотних імпульсів, що накладаються на синусоїдальну форму напруги. Основними причинами виникнення електромагнітних перешкод є робота потужних електродвигунів, перемикання релейної апаратури

ісилової комутаційної електроніки, мовлення суміжних станцій, магнітні бурі. Можливі наслідки - виникнення помилок, скидання оперативної пам"яті, "зависання" операційної системи, вихід з ладу накопичувачів на жорстких дисках. У [1,2] цей термін відсутній;

6.Імпульс напруги (High Voltage Spikes, Voltage Impulse) - це короткочасне перевищення напруги вище 110% від номінального значення тривалістю 10-50 мкс (з часом фронту імпульсу 1-10 мкс). При цьому, амплітуда імпульсів перенапруги може досягати величин 6000 В. Причиною їх появи можуть бути удари блискавок, розряди статичної електрики. Такі високовольтні імпульси з дуже крутим переднім фронтом без перешкод минають захисні фільтри блоків живлення ПЕОМ і потрапляючи в ланки системних плат, викликають скидання оперативної пам"яті і вихід з ладу мікросхем.

7.Відхилення частоти (Frequency Variations, Frequency Deviation) - відхилення частоти на ве-

личину більше 0,2 Гц від номінального значення (50 Гц). Причиною появи можуть бути: нестабільність джерела електроенергії, нестабільність частоти обертання ротора дизель-генератора. Можливі наслідки: перегрів і вихід з ладу блоків живлення, «зависання» операційної системи, програмні збої, втрата даних.

8.Тимчасове перенапруга (Switching Transient) - це короткочасне перевищення напруги вище 110% від номінального значення тривалістю 1000-5000 мкс. При цьому, амплітуда імпульсів перенапруги може досягати величин 4500 В. Причиною їх появи є комутаційні процеси потужнострумових ланцюгів електропостачання, іскріння комутаційних апаратів. Можливі наслідки: скидання оперативної пам"яті і вихід з ладу мікросхем.

9.Несинусоїдальність напруги (Harmonic Distortion) - характеризується двома основними показниками: а) коефіцієнтом спотворення синусоїдальності кривої напруги (струму) - відношення діючих значень суми вищих гармонік напруг (струмів) до діючого значення напруги (струму) основної гармоніки або у спрощеному варіанті до номінальної напруги ( струму);

б) коефіцієнтом гармоніки напруги (струму) - відношення діючого значення аналізованої гармоніки напруги (струму) до діючого значення змінної напруги (струму) або у спрощеному варіанті до номінальної напруги (струму). Крім перерахованих використовуються такі показники якості електроенергії, як: коефіцієнти форми і амплітуди кривих змінної напруги (струму), гармоніка напруги (струму), джерело гармонік напруги, струму (Source of Harmonic Voltage, Current), гармонійний резонанс (Harmonic Resonance). Небезпеку для електрообладнання представляють спотворення синусоїдальності кривої напруги більше 8% або наявність в кривій напруги гармонійних складових напруги непарного (парного) порядку, з коефіцієнтом гармонік більше 5%.

Причиною їх появи є наявність споживачів з нелінійним навантаженням, таких як комп"ютери, тиристорні перетворювачі і т.п. При цьому поряд із спотворенням відбувається генерування значного потоку реактивної потужності в зовнішню електромережу, що погіршує якість роботи інших споживачів електроенергії та вимагає використання пристроїв автоматичної компенсації реактивної потужності або інших пристроїв, що коректують форму вхідного струму.

24 Вимірювання опору ізоляції електричних пристроїв і визначення місця пошкодження ізоляції.

Вимірювання опору ізоляції. Опір ізоляції постійному струму RІЗ є основним показником стану ізоляції. Наявність значних внутрішніх і зовнішніх дефектів (ушкодження, зволоження, поверхневе забруднення) знижує опір ізоляції. Визначають RІЗ (Ом) методом вимірювання струму витоку IВТ, що проходить через ізоляцію, при прикладанні до неї випрямленої напруги:

RІЗ = UПРИК. ВИПР/ I ВТ

Опір RІЗ залежить від часу, що минув з моменту прикладення напруги. Достовірний результат може дати вимірювання струму витоку через 60 секунд після прикладення, тобто в момент, до якого струм абсорбції в ізоляції в основному загасає. Другим показником стану ізоляції машин і трансформаторів є коефіцієнт абсорбції (КАБС), який найкраще визначає зволоження ізоляції. Він є відношенням RІЗ, виміряного мегаомметром через 60 секунд із моменту прикладення

напруги, до RІЗ, виміряного через 15 секунд після початку прикладання випробувальної напруги від мегаомметра:

КАБС = R60/R15.

Якщо ізоляція суха, то коефіцієнт абсорбції значно перевищує одиницю, у той час як у вологої ізоляції коефіцієнт абсорбції близький до одиниці. Пояснюється це часом заряду абсорбційної ємності в сухій та вологій ізоляції. У першому випадку (суха ізоляція) час великий, струм заряджання змінюється повільно, значення RІЗ, що відповідають 15 і 60 секундам після початку вимірів, дуже різняться. У другому випадку (волога ізоляція) час малий – струм заряджування змінюється швидко, і протягом 15 секунд після початку вимірів досягає сталого значення, тому RІЗ, що відповідають 15 і 60 секундам після початку вимірів, майже не різняться. Третім показником стану електроізоляції є коефіцієнт поляризації КПОЛ (індекс поляризації IP), що відображає здатність заряджених часток і диполів у діелектрику переміщатися під дією електричного поля, що і визначає ступінь старіння ізоляції. Коефіцієнт поляризації також повинен значно перевищувати одиницю. Коефіцієнт поляризації КПОЛ – це відношення RІЗ, виміряного мегаомметром через 600 секунд із моменту прикладення напруги, до RІЗ, виміряного через 60 секунд після початку прикладення випробувальної напруги від мегаомметра:

КПОЛ = R600/R60.

Параметри електроізоляції вимірюють спеціалізованими приладами – мегаомметрами. Мегаомметр застосовується для вимірювання опору ізоляції електричних проводів, кабелів, роз'ємів, трансформаторів, обмоток електричних машин та інших пристроїв, а також для вимірювання поверхневих і об'ємних опорів ізоляційних матеріалів.

Для знаходження місця пошкодження на кабельних лініях необхідно розробити практичний, найбільш ефективний метод і отримати кінцевий алгоритм для реалізації цього методу.

1.Перед початком виконання випробування кабельних ліній високою напругою, згідно

зГКД 34.20.302-2002 «Норми випробування електрообладнання», необхідно виконати вимір опору ізоляції мегомметром на напругу 2,5 кВ протягом 1хв. Але в даній роботі пропонується першочергово зробити ехограму, для отримання інформації щодо кабеля перед виконанням вимірювань та випробувань і занести її в пам'ять локаційного пристрою (якщо є така можливість).

2.Якщо при вимірюванні опору ізоляції мегомметром визначено що опір ізоляції нижче норми наведеної в діючих нормативних документах, то виконується локалізація місця пошкодження, в іншому разі – виконується випробування ізоляції кабельної лінії підвищенною напругою.

3.Випробування виконуються напругою постійного струму. Величина випробувальної напруги для кабелів різного класу напруги регламентовані в діючих нормативних документах.

Якщо при випробуванні було виявленне пошкодження ізоляції кабеля то подальшим етапом є локалізація місця пошкодження, яка починається з зняття ехограми методом відображеного імпульсу. При цьому визначити відстань до місця пошкодження можна лише у випадку низькоомного пошкодження. Якщо пошкодження низькоомне, то за допомогою пошукової електромагнітної котушки та генератору високої частоти та (або) акустичного пристрою і установки «удару» виконується пошук місця пошкодження на місцевості.

При багатоомних пошкодженнях необхідно перетворити його на низькоомне, створивши струм

прожигу такої величини, щоб в місці пошкодження виникла струмоведуча дорожка з малою величиною опора. Це необхідно для того щоб можна було локалізувати місце пошкодження за методом відображення імпульсу (найбільш зручний метод). При багатоомних пошкодженнях цим методом цього зробити неможливо тому, що при цьому використовується напруга невеликої величини (декілька Вольт).

Перетворивши високоомне пошкодження на низькоомне пошук точного місця пошкодження виконується таким же чином, як було вказано раніше.

Якщо цього досягти невдається то локалізувати місце пошкодження можна за допомогою методу «імпульсної (ударної) локалізації» або методом «локалізації перекриттям дугою». Цей метод більш складний і потребує більшої витрати часу. Якщо за допомогою цих методів вдається це зробити то в подальшому, знову таки, потрібно більш точно визачити місце пошкодження. Це можна зробити за допомогою «ударної» установки та пошукової електромагнітної котушки та акустичного пристрою.

Якщо за цими двома методами визначити відстань до місця пошкодження не вдається, треба знову спрбувати перетворити високоомне пошкодження на низькоомне.

Алгоритм випробування та пошуку місць пошкодження на кабельних лініях буде мати вигляд:

25 Вимірювання опору заземлення.

ВИЗНАЧЕННЯ Під терміном заземлення маємо на увазі електричне підключення якого-небудь ланцюга або

устаткування до землі. Заземлення використовується для установки і підтримки потенціалу підключеного ланцюга або устаткування максимально близьким до потенціалу землі. Ланцюг заземлення утворений провідником, затискачом, за допомогою якого провідник підключений до електроду, електродом і грунтом навколо електроду.

Заземлення широко використовується з метою електричного захисту. Наприклад, в освітлювальній апаратурі заземлення використовується для замикання на землю струму пробою, щоб захистити персонал і компоненти устаткування від дії високої напруги.

Низький опір ланцюгу заземлення забезпечує стікання струму пробою на землю і швидке спрацьовування захисних реле. В результаті стороння напруга щонайшвидше усувається, щоб не піддавати його дії персонал і устаткування.

Щоб найкращим чином фіксувати опорний потенціал апаратури в цілях її захисту від статичної електрики і обмежити напруги на корпусі устаткування для захисту персоналу, ідеальний опір ланцюгу заземлення повинен бути рівний нулю. З подальшого опису стане ясно, що на практиці цього добитися неможливо.

ОПІР ЗАЗЕМЛЯЮЧОГО ЕЛЕКТРОДУ На мал.1 показаний заземляючий штир. Його опір визначається наступними компонентами:

(А) опір металу штиря і опір контакту провідника з штирем; (Б) опір контакту штиря з грунтом;

(В) опір поверхні землі протікаючому струму, інакше кажучи, опір землі, який часто є найважливішим з перерахованих доданків.

Докладніше:

(А) Зазвичай заземляючий штир робиться з добре провідного металу (повністю мідний штир або з мідним покриттям) і клемою відповідної якості, тому опором штиря і його контакту з провідником можна нехтувати.

(Б) Національне бюро стандартизації показало, що опором контакту електроду з грунтом можна нехтувати, якщо електрод щільно вбитий і на його поверхні немає фарби, масла і подібних речовин.

(В) Залишився останній компонент – опір поверхні грунту. Можна уявити, що електрод оточений концентричними шарами грунту однакової товщини. Ближній до електроду шар має найменшу поверхню, але найбільший опір. У міру видалення від електроду поверхня шару збільшується, а його опір зменшується. Кінець кінцем, внесок опору видалених шарів в опір