Основы электрических измерений

Контрольная работа Дисциплина: «Электрические измерения»

План Введение

1. Измерение сопротивления электрической цепи и изоляции

2. Измерение активной и реактивной мощности

3. Измерение магнитных величин Список литературы Введение Задачи магнитных измерений. Область электроизмерительной техники, которая занимается измерениями магнитных величин, обычно называют магнитными измерениями. С помощью методов и аппаратуры магнитных измерений решаются в настоящее время самые разнообразные задачи. В качестве основных из них можно назвать следующие: измерение магнитных величин (магнитной индукции, магнитного потока, магнитного момента и т. д.); определение характеристик магнитных материалов; исследование электромагнитных механизмов; измерение магнитного поля Земли и других планет; изучение физико-химических свойств материалов (магнитный анализ); исследование магнитных свойств атома и атомного ядра; определение дефектов в материалах и изделиях (магнитная дефектоскопия) и т. д.

Несмотря на разнообразие задач, решаемых с помощью магнитных измерений, определяются обычно всего несколько основных магнитных величин: Причем во многих способах измерения магнитных величин фактически измеряется не магнитная, а электрическая величина, в которую магнитная величина преобразуется в процессе измерения. Интересующая нас магнитная величина определяется расчетным путем на основании известных зависимостей между магнитными и электрическими величинами. Теоретической основой подобных методов является второе уравнение Максвелла, связывающее магнитное поле с полем электрическим; эти поля являются двумя проявлениями особого вида материи, именуемого электромагнитным полем.

Используются в магнитных измерениях и другие (не только электрические) проявления магнитного поля, например механические, оптические.

Настоящая глава знакомит читателя лишь с некоторыми способами определения ее основных магнитных величин и характеристик магнитных материалов.

1. Измерение сопротивления электрической цепи и изоляции Средства измерений К средствам измерения изоляции относятся мегомметры: ЭСО 202, Ф4100, М4100/1-М4100/5, М4107/1, М4107/2, Ф4101. Ф4102/1, Ф4102/2, BM200/G и другие, выпускаемые отечественными и зарубежными фирмами. Сопротивление изоляции измеряют мегомметрами (100−2500В) со значениями измеренных показателей в Ом, кОм и МОм.

1. К выполнению измерений сопротивления изоляции допускается обученный электротехнический персонал, имеющий удостоверение о проверке знаний и квалификационную группу по электробезопасности не ниже 3-й, при выполнении измерений в установках до 1000 В, и не ниже 4-й, при измерении в установках выше 1000 В.

2. К обработке результатов измерений могут быть допущены лица из электротехнического персонала со средним или высшим специальным образованием.

3. Анализ результатов измерений должен проводить персонал, занимающийся вопросами изоляции электрооборудования, кабелей и проводов.

Требования безопасности

1. При выполнении измерений сопротивления изоляции должны быть соблюдены требования безопасности в соответствии с ГОСТ 12.3.019.80, ГОСТ 12.2.007−75, Правилами эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

2. Помещения, используемые для измерения изоляции, должны удовлетворять требованиям взрывои пожарной безопасности по ГОСТ 12.01.004−91.

3. Средства измерений должны удовлетворять требованиям безопасности по ГОСТ 2 226 182.

4. Измерения мегомметром разрешается выполнять обученным лицам из электротехнического персонала. В установках напряжением выше 1000 В измерения производят по наряду два лица, одно из которых должно иметь по электробезопасности не ниже IV группы. Проведение измерений в процессе монтажа или ремонта оговаривается в наряде в строке «Поручается». В установках напряжением до 1000 В измерения выполняют по распоряжению два лица, одно из которых должно иметь группу не ниже III. Исключение составляют испытания, указанные в п. БЗ.7.20.

5. Измерение изоляции линии, могущей получить напряжение с двух сторон, разрешается проводить только в том случае, если от ответственного лица электроустановки, которая присоединена к другому концу этой линии, получено сообщение по телефону, с нарочным и т. п. (с обратной проверкой) о том, что линейные разъединители и выключатель отключены и вывешен плакат «Не включать. Работают люди» .

6. Перед началом испытаний необходимо убедиться в отсутствии людей, работающих на той части электроустановки, к которой присоединен испытательный прибор, запретить находящимся вблизи него лицам прикасаться к токоведущим частям и, если нужно, выставить охрану.

7. Для контроля состояния изоляции электрических машин в соответствии с методическими указаниями или программами измерения мегомметром на остановленной или вращающейся, но не возбужденной машине, могут проводиться оперативным персоналом или, по его распоряжению, в порядке текущей эксплуатации работниками электролаборатории. Под наблюдением оперативного персонала эти измерения могут выполняться и ремонтным персоналом. Испытания изоляции роторов, якорей и цепей возбуждения может проводить одно лицо с группой по электробезопасности не ниже III, испытания изоляции статора — не менее чем два лица, одно из которых должно иметь группу не ниже IV, а второе — не ниже III.

8. При работе с мегомметром прикасаться к токоведущим частям, к которым он присоединен, запрещается. После окончания работы необходимо снять остаточный заряд с проверяемого оборудования посредством его кратковременного заземления. Лицо, производящее снятие остаточного заряда, должно пользоваться диэлектрическими перчатками и стоять на изолированном основании.

9. Производство измерений мегомметром запрещается: на одной цепи двухцепных линий напряжением выше 1000 В, в то время когда другая цепь находится под напряжением; на одноцепной линии, если она идет параллельно с работающей линией напряжением выше 1000 В; во время грозы или при ее приближении.

10. Измерение сопротивления изоляции мегомметром осуществляется на отключенных токоведущих частях, с которых снят заряд путем предварительного их заземления. Заземление с токоведущих частей следует снимать только после подключения мегомметра. При снятии заземления необходимо пользоваться диэлектрическими перчатками.

Условия выполнения измерений

1. Измерения изоляции должны проводиться в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15 150–85 и при нормальном режиме питающей сети или оговоренных в заводском паспорте — техническом описании на мегомметры.

2. Значение электрического сопротивления изоляции соединительных проводов измерительной схемы должно превышать не менее чем в 20 раз минимально допускаемое значение электрического сопротивления изоляции испытуемого изделия.

3. Измерение проводят в помещениях при температуре 25±10 °С и относительной влажности воздуха не более 80%, если в стандартах или технических условиях на кабели, провода, шнуры и оборудование не предусмотрены другие условия.

Подготовка к выполнению измерений При подготовке к выполнению измерений сопротивления изоляции проводят следующие операции:

1. Проверяют климатические условия в месте измерения сопротивления изоляции с измерением температуры и влажности и соответствие помещения по взрывопожароопасности для подбора, к соответствующим условиям, мегомметра.

2. Проверяют по внешнему осмотру состояние выбираемого мегомметра, соединительных проводников, работоспособность мегаомметра согласно техническому описанию на мегомметр.

3. Проверяют срок действия госповерки на мегомметр.

4. Подготовку измерений образцов кабелей и проводов выполняют согласно ГОСТ 3345–76.

5. При выполнении периодических профилактических работ в электроустановках, а также при выполнении работ на реконструируемых объектах в электроустановках подготовку рабочего места выполняет электротехнический персонал предприятия, где выполняется работа согласно правилам ПТБЭЭП и ПЭЭП.

Выполнение измерений

1. Отсчет значений электрического сопротивления изоляции при измерении проводят по истечении 1 мин с момента приложения измерительного напряжения к образцу, но не более чем через 5 мин, если в стандартах или технических условиях на конкретные кабельные изделия или на другое измеряемое оборудование не предусмотрены другие требования.

Перед повторным измерением все металлические элементы кабельного изделия должны быть заземлены не менее чем за 2 мин.

2. Электрическое сопротивление изоляции отдельных жил одножильных кабелей, проводов и шнуров должно быть измерено:

для изделий без металлической оболочки, экрана и брони — между токопроводящей жилой и металлическим стержнем или между жилой и заземлением;

для изделий с металлической оболочкой, экраном и броней — между токопроводящей жилой и металлической оболочкой или экраном, или броней.

3. Электрическое сопротивление изоляции многожильных кабелей, проводов и шнуров должно быть измерено:

для изделий без металлической оболочки, экрана и брони — между каждой токопроводящей жилой и остальными жилами, соединенными между собой или между каждой токопроводящей; жилой и остальными жилами, соединенными между собой и заземлением;

для изделий с металлической оболочкой, экраном и броней — между каждой токопроводящей жилой и остальными жилами, соединенными между собой и с металлической оболочкой или экраном, или броней.

4. При пониженном сопротивлении изоляции кабелей проводов и шнуров, отличной от нормативных правил ПУЭ, ПЭЭП, ГОСТ, необходимо выполнить повторные измерения с отсоединением кабелей, проводов и шнуров от зажимов потребителей и разведением токоведущих жил.

5. При измерении сопротивления изоляции отдельных образцов кабелей, проводов и шнуров, они должны быть отобраны на строительные длины, намотанные на барабаны или в бухты, или образцы длиной не менее 10 м, исключая длину концевых разделок, если в стандартах или технических условиях на кабели, провода и шнуры не оговорена другая длина. Число строительных длин и образцов для измерения должно быть указано в стандартах или технических условиях на кабели, провода и шнуры.

Измерение изоляции преобразователей

1. Измерение электрического сопротивления, изоляции преобразователей проводят в соответствии с требованиями настоящего стандарта, а при воздействии климатических факторов измерение сопротивления изоляции проводят с учетом ГОСТ/16 962−71. Средства измерений: мегомметры и омметры по ГОСТ 16 862–71. Измерение электрического сопротивления изоляции проводят: в нормальных климатических условиях; при верхнем значении температуры окружающей среды после установления в преобразователе теплового равновесия; при верхнем значении относительной влажности. Сопротивление изоляции измеряют между электрически не соединенными между собой цепями; электрическими цепями и корпусом. В ТУ или конструкторской документации на преобразователи конкретных серий и типов указывают выводы, между которыми должно быть измерено сопротивление и значение постоянного напряжения, при котором проводится это измерение. Если один из выводов или элементов по схеме соединен с корпусом, то эта цепь на время испытаний должна быть разъединена. При измерении сопротивления изоляции преобразователей должны выполняться следующие условия:

Таблица 1.

Перед испытаниями преобразователь должен быть отсоединен от внешних питающих сетей и нагрузки; входные (выходные) выводы преобразователя, конденсаторы, связанные с силовыми цепями, а также анодные, катодные и выводы управления силовых полупроводниковых приборов должны быть соединены между собой или зашунтированы; контакты коммутационной аппаратуры силовых цепей должны быть замкнуты или зашунтированы; электрические цепи, содержащие полупроводниковые приборы и микросхемы, необходимо отключить и, при необходимости, подвергнуть испытаниям отдельно; напряжение измерительного прибора при измерении сопротивления изоляции в зависимости от номинального (амплитудного) значения напряжения цепи выбирают по табл. 1.

При необходимости сопротивление изоляции измеряют при более высоких напряжениях, но не превышающих испытательное напряжение цепи. Измерение сопротивления изоляции преобразователей, состоящих из нескольких шкафов, допускается проводить отдельно по каждому шкафу.

Если измеряют сопротивление изоляции каждого шкафа и (или) конструктивного узла преобразователя, то значение сопротивления изоляции каждого шкафа и (или) конструктивного узла должно быть указано в ТУ на преобразователи конкретных серий и типов.

Величины минимально-допустимых сопротивлений изоляции для силовых кабелей, выключателей, выключателей нагрузки, разъединителей, вентильных разрядников, сухих реакторов, измерительных трансформаторов, КРУ 6−10 кВ внутренней установки, электродвигателей переменного тока, стационарных, передвижных и комплектных испытательных устройств приведены в табл. 2.

Обработка результатов измерений

1. Если измерение для кабельных изделий проводилось при температуре, отличающейся от 20 °C, а требуемое стандартами или техническими условиями на конкретные кабельные изделия, значение электрического сопротивления изоляции нормировано при температуре 20 °C, то измеренное значение электрического сопротивления изоляции пересчитывают на температуру 20 °C по формуле:

R20=KRt,

где R20 — электрическое сопротивление изоляции при температуре 20 °C, МОм; Rt — электрическое сопротивление изоляции при температуре измерения, МОм; К — коэффициент для приведения электрического сопротивления изоляции к температуре 20 °C, значения которого приведены в приложении к настоящему стандарту.

При отсутствии переводных коэффициентов арбитражным методом является измерение электрического сопротивления изоляции при температуре (20±1)°С. 10.2. Пересчет электрического сопротивления изоляции R на длину 1 км должен быть проведен по формуле:

R=R20L,

где R20 — электрическое сопротивление изоляции при температуре 20 °C, МОм; L — длина испытуемого изделия без учета концевых участков, км. Коэффициент К приведения электрического сопротивления изоляции к температуре 20 °C. Погрешность величины сопротивления изоляции подсчитывают по рекомендациям, указанным в технических описаниях и инструкциях по эксплуатации на мегомметры с учетом внешних влияющих факторов.

Оформление результатов измерений Результаты измерений вносятся в протоколы испытания кабелей до и свыше 1000 В, а также в протоколы по профилактическим наладочным работам по устройствам РЗА и электрооборудования.

2. Измерение активной и реактивной мощности Измерение реактивной мощности осуществляется с помощью специального прибора варметра, также можно определить косвенным методом с помощью ряда приборов вольтметра, амперметра, фазометра.

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электрооборудование изменениями энергии электромагнитного поля в цепях переменного тока:

Q = UIsin ц Единица измерения реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (вар). Реактивная мощность в электрических сетях вызывает дополнительные активные потери и падение напряжения. В электроустановках специального назначения (индукционные печи) реактивная мощность значительно больше активной. Это приводит к увеличению реактивной составляющей тока и вызывает перегрузку источников электроснабжения. Для устранения перегрузок и повышения мощности коэффициента электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Чтобы правильно определить необходимое значение мощности установки компенсации реактивной мощности надо произвести измерения в электросети.

Применение современных электрических измерительных приборов на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии в сети.

Анализатор качества энергии и параметров сети потребителей является универсальной измерительной системой, предназначенной для измерения, хранения в памяти и контроля электрических параметров в электросетях с низким и средним напряжением. Измерение осуществляется в однофазных и трёхфазных сетях. Одним из главных достоинств анализатора качества энергии и параметров сети потребителей являются высокая точность измерений, компактные размеры и возможность измерения гармоник тока и напряжения в сети. Один анализатор качества энергии и параметров сети потребителей совмещает в себе 13 различных измерительных приборов: амперметр, вольтметр, ваттметр, измерители реактивной и полной мощности, коэффициента мощности cos ц, частотомер, анализатор гармоник тока и напряжения, счётчики активной, реактивной и полной потребляемой электроэнергии. Трёхфазная электронная измерительная система прибора измеряет и оцифровывает действующие значения напряжения и тока в трёхфазной сети с частотой 50/60 Гц. Прибор производит 2 измерения в течение секунды. Из полученных значений микропроцессором высчитываются электрические параметры. Максимальные, минимальные значения параметров и программные данные сохраняются в памяти. Выбранные измеряемые значения, а также данные о перебоях в сети записываются в буферную память с указанием даты и времени. После чего данную информацию можно просмотреть и проанализировать на мониторе компьютера или распечатать на принтере.

Измерение мощности

Измерение мощности должно производиться в цепях:

1) генераторов — активной и реактивной мощности.

При установке на генераторах мощностью 100 МВт и более щитовых показывающих приборов их класс точности должен быть не хуже 1,0.

На электростанциях мощностью 200 МВт и более должна также измеряться суммарная активная мощность.

Рекомендуется измерять суммарную активную мощность электростанций мощностью менее 200 МВт при необходимости автоматической передачи этого параметра на вышестоящий уровень оперативного управления;

2) конденсаторных батарей мощностью 25 Мвар и более и синхронных компенсаторов — реактивной мощности;

3) трансформаторов и линий, питающих СН напряжением 6 кВ и выше тепловых электростанций, — активной мощности;

4) повышающих двухобмоточных трансформаторов электростанций — активной и реактивной мощности. В цепях повышающих трехобмоточных трансформаторов (или автотрансформаторов с использованием обмотки низшего напряжения) измерение активной и реактивной мощности должно производиться со стороны среднего и низшего напряжений.

Для трансформатора, работающего в блоке с генератором, измерение мощности со стороны низшего напряжения следует производить в цепи генератора;

5) понижающих трансформаторов 220 кВ и выше — активной и реактивной, напряжением 110−150 кВ — активной мощности.

В цепях понижающих двухобмоточных трансформаторов измерение мощности должно производиться со стороны низшего напряжения, а в цепях понижающих трехобмоточных трансформаторов — со стороны среднего и низшего напряжений.

На подстанциях 110−220 кВ без выключателей на стороне высшего напряжения измерение мощности допускается не выполнять. При этом должны предусматриваться места для присоединения контрольных показывающих или регистрирующих приборов;

6) линий напряжением 110 кВ и выше с двусторонним питанием, а также обходных выключателей — активной и реактивной мощности;

7) на других элементах подстанций, где для периодического контроля режимов сети необходимы измерения перетоков активной и реактивной мощности, должна предусматриваться возможность присоединения контрольных переносных приборов.

При установке щитовых показывающих приборов в цепях, в которых направление мощности может изменяться, эти приборы должны иметь двустороннюю шкалу.

Должна производиться регистрация:

1) активной мощности турбогенераторов (мощностью 60 МВт и более);

2) суммарной мощности электростанций (мощностью 200 МВт и более).

3. Измерение магнитных величин Задачи магнитных измерений. Область электроизмерительной техники, которая занимается измерениями магнитных величин, обычно называют магнитными измерениями. С помощью методов и аппаратуры магнитных измерений решаются в настоящее время самые разнообразные задачи. В качестве основных из них можно назвать следующие:

— измерение магнитных величин (магнитной индукции, магнитного потока, магнитного момента и т. д.);

— определение характеристик магнитных материалов;

— исследование электромагнитных механизмов;

— измерение магнитного поля Земли и других планет;

— изучение физико-химических свойств материалов (магнитный анализ);

— исследование магнитных свойств атома и атомного ядра; определение дефектов в материалах и изделиях (магнитная дефектоскопия) и т. д.

Несмотря на разнообразие задач, решаемых с помощью магнитных измерений, определяются обычно всего несколько основных магнитных величин: магнитный поток Ф, магнитная индукция В, напряженность магнитного поля H, намагниченность М, магнитный момент т и др. Причем во многих способах измерения магнитных величин фактически измеряется не магнитная, а электрическая величина, в которую магнитная величина преобразуется в процессе измерения. Интересующая нас магнитная величина определяется расчетным путем на основании известных зависимостей между магнитными и электрическими величинами. Теоретической основой подобных методов является второе уравнение Максвелла, связывающее магнитное поле с полем электрическим; эти поля являются двумя проявлениями особого вида материи, именуемого электромагнитным полем.

Используются в магнитных измерениях и другие (не только электрические) проявления магнитного поля, например механические, оптические.

Меры магнитных величин. Единицы магнитных величин воспроизводятся с помощью соответствующих эталонов. У нас в стране имеется первичный эталон магнитной индукции и первичный эталон магнитного потока. Для передачи размера единиц магнитных величин от первичных эталонов рабочим средствам измерений используют рабочие эталоны, образцовые и рабочие меры магнитных величин и образцовые средства измерений. Примером передачи размера единиц может служить градуировка или поверка приборов для измерения магнитных величин, которая проводится с помощью мер магнитных величин и образцовых средств измерений.

В качестве меры магнитной индукции (напряженности магнитного поля) могут быть использованы катушки специальной конструкции (например, кольца Гельмгольца, соленоид), по обмоткам которых протекает постоянный ток, постоянные магниты.

В качестве меры магнитного потока обычно используют взаимоиндуктивную меру магнитного потока, состоящую из двух гальванически не связанных между собой обмоток и воспроизводящую магнитный поток, сцепляющийся с одной из обмоток, когда по другой обмотке протекает электрический ток.

Принципы построения приборов для измерения магнитных величин. В настоящее время известно много разнообразных приборов и способов для измерения магнитной индукции, магнитного потока и напряженности магнитного поля. Как правило, прибор для измерения магнитных величин состоит из двух частей — измерительного преобразователя, назначением которого является преобразование магнитной величины в величину иного вида (электрическую, механическую), более удобную для дальнейших операций, и измерительного устройства для измерения выходной величины измерительного преобразователя.

Измерительные преобразователи, входной величиной которых является магнитная величина, называют магнитоизмерительными и в соответствии с видом выходной величины делят на три основные группы: магнитоэлектрическиепреобразователи (выходная величина электрическая), магнитомеханические (выходная величина механическая) магнитооптические (выходная величина оптическая).

В каждой из этих групп много разновидностей преобразователей, основой для создания которых служат те или иные физические явления. В качестве основных, наиболее широко используемых явлений могут быть названы следующие:

— явление электромагнитной индукции;

— силовое взаимодействие измеряемого магнитного поля с полем постоянного магнита или контура с током;

— гальваномагнитные явления;

— явление изменения магнитных свойств материалов в магнитном поле;

— явления, возникающие при взаимодействии микрочастиц с магнитным полем.

Вторая часть прибора для измерения магнитных величин может быть либо обычным прибором для измерения электрической величины, либо прибором со специальными характеристиками.

1. Применение баллистического гальванометра В лабораторной практике при исследованиях электрических машин, аппаратов, трансформаторов, при испытаниях магнитных материалов, применяемых в производстве на электротехнических заводах, часто возникает необходимость измерения магнитных величин, как то: магнитного потока, магнитной индукции, магнитодвижущей силы, напряженности магнитного поля, магнитной проницаемости, а также потерь на гистерезис и вихревые токи в ферромагнитных материалах.

В большинстве случаев магнитные величины измеряют косвенным методом — путем измерения тех или иных электрических величин (тока, э.д.с., количества электричества), функционально связанных с измеряемой магнитной величиной. Измерения магнитных величин в настоящее время составляют большой самостоятельный раздел измерительной техники с глубоко развитой теорией.

Некоторые методы и аппаратуру для магнитных измерений используют не только в лабораториях, специализированных в области магнитных измерений, но также и в более универсальных лабораториях, занимающихся испытаниями и исследованиями электрических машин и аппаратов. К числу широко распространенных магнитных измерений относятся:

а) измерения при помощи баллистического гальванометра;

б) измерения с помощью флюксметра;

в) определение потерь в стали ваттметровым методом;

г) измерения переменных магнитных потоков при помощи потенциометра.

В основу действия данного прибора положен принцип, согласно с которым первый наибольший отброс указателя баллистического гальванометра пропорционален числу потокосцеплений магнитного потока с витками измерительной рамки.

2. Флюксметр Весьма удобным прибором для измерения постоянного магнитного потока является флюксметр, называемый иногда веберметром или милливеберметром.

Флюксметр представляет собой прибор магнитоэлектрической системы, в котором подвод тока к подвижной рамке осуществляется не через пружинки, а через безмоментные спирали, т. е. в его измерительном механизме отсутствует противодействующий момент. Вследствие этого указатель флюксметра при отсутствии тока в обмотке рамки может занимать любое положение относительно шкалы.

Флюксметр, как и большинство гальванометров магнитоэлектрической системы, имеет бескаркасную рамку, однако он рассчитывается так, чтобы при внешнем сопротивлении, меньшем 20 ом, подвижная часть оказывалась в режиме переуспокоения. Как и у баллистического гальванометра, подвижная часть флюксметра выполняется со сравнительно большим моментом инерции.

Флюксметр является прибором менее чувствительным, чем баллистический гальванометр, и поэтому не может применяться для измерения слабых магнитных полей.

При измерении достаточно сильных полей флюксметр имеет ряд преимуществ по сравнению с баллистическим гальванометром Список литературы

1. Малиновский В. Н., Электрические измерения. -М.: Энергоатомиздат, 1988 г.

2. Малиновский В. Н., Семенов В. Ф., Цепляев К. Н., Демидова-Парфенова P.M. Электрические измерения.(с лабораторными работами), -М.: Энергоатомиздат, 1982 г. .

3. Котур В. И., Скомская М. А., Электрические измерения и электроизмерительные приборы, -М.: Энергоатомиздат, 1986.