Вимірювання напруги промислової частоти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Введення

1. Вимірювані параметри і методи вимірювань

1.1 Метод безпосередньої оцінки

1.2 Метод порівняння

2. Абсолютні електростатичні вольтметри

3. Технічні електростатичні вольтметри

4. Вимірювання високої напруги кульовим розрядником

5. Вимірювання високої напруги змінного струму низьковольтними приладами з дільниками напруги

6. Вимірювання змінної напруги мультиметрами

6.1 Вимірювання напруги аналоговим мультиметром

6.2 Вимірювання напруги цифровим мультиметром

7. Вимірювання напруги Поясом Роговського

8. Вимірювання напруги вимірювальними трансформаторами

9. Оцінка синусоїдальності високої напруги

Висновок

Список літератури



Введення

Аналізувати енергоспоживання неможливо без постійного моніторингу потоків енергії в системі електропостачання. У системах енергоменеджменту та управління собівартістю, а також в системах контролю якості електромережі не обійтися без універсальних вимірювальних пристроїв.

В усі часи швидкість розвитку прогресу безпосередньо залежить від технічного рівня вимірювання. Пїд час росту кількості вимірюваних величин, зростає і точність вимірювань. В сучасному світі «виміром» можна назвати знаходження значення фізичної величини за допомогою певних технічних засобів дослідним шляхом. Фізичні величини, в свою чергу, характеризують навколишні нас об'єкти, наприклад габаритні величини, маса, швидкість. Розділити вимірювані величини можна на дві великі підгрупи: якісні та кількісні. Прикладом якісної характеристики може послужити величина різниці потенціалів, а кількісною - скільки одиниць певної системи вимірювань міститься в даній фізичній величині.

Окремо варто відзначити значення електричних і радіо-величин, оскільки дослідження в різних областях фізики, радіотехніки, електроніки, космонавтики, медицини, біології та інших галузей людської діяльності базуються на визначенні електромагнітних величин.

Основними напрямками якісної сторони розвитку електровимірювальної техніки можна визначити:

підвищення точності вимірювання;

автоматизація процесів вимірювання;

підвищення швидкодії і надійності вимірювальних приладів;

зменшення споживаної потужності живлення і габаритів всіх засобів вимірювальної техніки.

Електрорадіовимірювання, як і інші виміри, засновані на метрології.

Наука про отримання кількісної інформації досвідченим шляхом називається метрологією. Дослідним шляхом, тобто експериментально, кількісна інформація виходить за допомогою вимірювань. Таким чином, метрологія - наука про отримання вимірювальної інформації.

Метрологічне забезпечення - це встановлення і застосування наукових і організаційних основ, технічних засобів, правил і норм, необхідних для досягнення єдності і необхідної точності проведених вимірювань.

МЕТОДИ (М) ВИМІРЮВАНЬ

- Метод безпосередньої оцінки - значення визначається безпосередньо за шкалою приладу;

- Метод порівняння - вимірювана величина порівнюється з мірою (наприклад, ваги з гирями);

- Метод порівняння - вимірювана величина порівнюється з мірою (наприклад, ваги з гирями).

Використовують методи порівняння:

нульовий - коли дія вимірюваної величини врівноважується до нуля дією;

відомої величини;

диференціальний - приладом вимірюється різниця між вимірюваною і відомою величиною;

заміщення - вимірювана величина замінюється мірою, поки дія від міри стане такою ж, як від вимірюваної величини;

Сформувалися і розвиваються три взаємопов'язаних розділи метрології: теоретична, законодавча і прикладна метрологія.

Теоретична метрологія - це основа всієї вимірювальної техніки, що займається вивченням проблем вимірювань в цілому та різних складових: засобів вимірювань, фізичних величин та їх одиниць, методів і методик вимірювань, результатів і похибок вимірювань та ін. Теорія метрології розглядається в розділах: Принципи метрологічного забезпечення, єдність вимірювань, одиниці вимірювань.

Законодавча метрологія - займається затвердженням правил вимірювань, вказує відповідний порядок проведення досвіду і регламентує процеси, пов'язані з перевіркою точності вимірювального обладнання та введення його в експлуатацію, а так само встановлює терміни та визначення в галузі метрології, одиниці фізичних величин та правила їх застосування. Даний розділ метрології описується в наступних розділах: законодавча метрологія, нормативні документи з метрології і метрологічного забезпечення.

Прикладна метрологія - в даній області здійснюється практичне застосування правил і законів вимірювань, зазначених у попередніх двох областях.



1. Вимірювані параметри і методи вимірювань

У попередньому пункті зазначено, що вимірювання електричних величин є особливим вимірювальним завданням. У зв'язку з широким діапазоном електротехнічного і електронного обладнання існує безліч способів вимірювання таких величин як: струм, напруга, опір, коефіцієнти трансформації, коефіцієнт потужності, індуктивність та інші.

Розглянемо докладніше вимірювання напруги.

Вимірювання струму і напруги здійснюється як в ланцюгах постійного струму, так і в ланцюгах змінного струму. Найбільш висока точність вимірювань досягається в ланцюгах постійного струму. При вимірюванні в ланцюгах змінного струму точність знижується з підвищенням частоти. При виборі вимірювачів струму та напруги слід керуватися зразковим амплітудним і частотним діапазонами, потужністю ланцюга, в якій здійснюється вимірювання, потужністю, споживаної вимірювальним приладом, а також необхідною точністю вимірювання.

Якщо необхідна точність вимірювання, допустима потужність споживання і інші вимоги можуть бути забезпечені приладами електромеханічної групи, то вимірювання слід проводити методом безпосередньої оцінки.

Основою є закон, що при вимірюванні напруги ідеальним вважається вольтметр з нескінченним опором. Вольтметр підключається паралельно вимірюваній ділянці ланцюга. Незважаючи на те, що вимірювання напруги вольтметром є найбільш поширеним способом, існує ряд інших методів і приладів які будуть розглянуті далі.

Змінну напругу можна розділити на періодичну і неперіодичну. Напруга промислової частоти - це напруга періодична, в ідеалі має синусоїдальну форму, але в зв'язку з рядом причин, наприклад: відмінність навантаження фаз, поява вищих гармонік у мережі, форма напруги дещо відрізняється від синусоїди, відхилення по амплітуді, частоті регламентуються в Правилах Пристрою Електроустановок. «Звичайно на практиці вимірюють постійну напругу і параметри змінної напруги. Такими параметрами є: амплітудне, середнє, середньовипрямлене і среднеквадратичне значення напруги ".

Для вимірювання напруги застосовують метод безпосередньої оцінки і метод порівняння.

1.1 Метод безпосередньої оцінки

Метод безпосередньої оцінки такий, що при даному методі використовується прилад прямої дії, з якого відповідно знімаються показання.

Даний метод заснований на застосуванні амперметрів і вольтметрів. Спочатку це були прилади аналогові, але зараз все частіше застосовуються високоточні цифрові електронні прилади. Амперметри і вольтметри відповідних систем дозволяють вимірювати струм і напругу в дуже великому спектрі значень. Відповідно до системи СІ до назви приладу підставляється приставка класу одиниць, на який розрахований прилад, наприклад кілоамперметр, мікровольтметр.

Вплив приладу на підключену мережу має бути мінімальним, при підключенні приладу повинен виконуватися ряд умов.

Невиконання цих умов призводить до систематичної методичної похибки, яка приблизно збігається зі значеннями відносин RA/RН і RН/RV. Умова RV > RН особливо важко виконати при вимірюванні напруги на ділянках (навантаженнях) з великим опором в так званих слабкострумових ланцюгах. Для цієї мети застосовують електронні вольтметри з вхідним опором до сотень мегаом.

З підвищенням частоти похибка вимірювань струму збільшується.



1.2 Метод порівняння

Даний метод дозволяє досягти більш високої точності, за рахунок застосування конденсаторів. Конденсатор має досить великий електричний опір, щоб вважати його нескінченним. Дане твердження дозволяє застосовувати компенсаторні установки для вимірювання ЕРС. В електронних приладах, що беруть участь в процесі вимірювання дуже високий клас точності.

При застосуванні даного методу потрібно врівноважити напругу на резисторі-еталоні. У момент компенсації показання гальванометра дорівнює 0. Точність показань залежить від кількох факторів: спочатку зазначена точність величини ЕРС, внутрішній опір потенціометрів а так само чутливість гальванометра застосовується. Точність потенціометра досягається за рахунок застосування сучасних цифрових дільників напруги.

До переваг методу можна віднести наступне:

- в момент компенсації струм від джерела вимірюваного напруги в ланцюзі компенсації відсутня, тобто практично вимірюється значення ЕРС на затискачах джерела напруги;

- відсутність струму в ланцюзі гальванометра дозволяє виключити вплив опору сполучних проводів на результат вимірювання;

- при повній компенсації потужність від об'єкта вимірювання не споживають.

Метод порівняння застосовується також для вимірювання змінних напруг. Принцип дії схем порівняння на змінному струмі, як і аналогічних схем компенсаторів на постійному струмі, полягає у врівноваженні вимірюваної напруги відомою напругою, створюваним змінним струмом на активних опорах допоміжного ланцюга. Залежно від способу врівноваження за величиною і фазою вимірюваної напруги розрізняють полярно-координатні і прямокутно-координатні схеми.



2. Абсолютні електростатичні вольтметри

"Вимірювання напруги можна виробляти як високого, так і низького, але механізми і прилади будуть відрізнятися. Для вимірювань високої змінної напруги промислової частоти застосовуються кіловольтметри: абсолютні і технічні.

В абсолютних кіловольтметрах відстань між електродами залишається незмінною. Проводяться вимірювання сили електростатичного впливу на рухливий електрод, що залежить від напруги між електродами, тому такі вимірювання є прямими.»

В абсолютних електростатичних вольтметрах вимірювана напруга визначається в результаті безпосереднього вимірювання сили F з допомогою вантажів або масштабів. При відносних вимірах ця напруга порівнюється з відомою напругою трансформатора, з показниками абсолютних вимірювальних приладів і розрядників.

Даним типом кіловольтметров можна виміряти напруги до 300-400 кВ. З метою зменшення габаритів вони виготовляються в баках з підвищеним тиском газу. Процес вимірювання досить незручний, але у зв'язку з високою точністю вимірювання до 0.01% він застосовується в якості еталонного приладу при градуюванні технічних вольтметрів високої напруги.



3. Технічні електростатичні вольтметри

«У технічних електростатичних кіловольтметрах значення вимірюваної напруги оцінюється величиною переміщення рухомого електрода. Існує два типи конструктивного виконання даних вольтметрів, в яких рухливий електрод здійснює або поступальний або обертальний рух. Найбільш широке застосування отримали вольтметри з обертальним рухом рухомого електроду. У лабораторній практиці знайшли застосування електростатичні кіловольтметри, градуйовані від стороннього джерела. Кіловольтметр С-96 для напруг до 30 кВ має рухливий і нерухомий електроди, ізольовані один від одного ізолятором чашкового типу, виготовленим з високочастотної кераміки. Рухливий електрод з'єднаний з електростатичним екраном, яким є корпус приладу. До електродів підводиться вимірювана напруга, під дією якого рухливий електрод повертається. Кут його повороту вказує величину прикладеної напруги.»

Великою перевагою електростатичних вольтметрів є те, що вони мало навантажують вимірюваний ланцюг. Це стає особливо важливим при вимірюванні малопотужних установок, адже навантаження на ці джерела виникає тільки в момент заряду ємності вольтметра, підключеного до ланцюга високої напруги. Так як ємність вольтметра коливається в діапазоні від 5 до 50 пікофарад, а опір витоку при відповідному виборі ізоляційних матеріалів може бути дуже великим, в десятки порядків вище ємності (до 105 Ом), можна сказати, що електростатичний прилад фактично не створює ніякого навантаження на вимірюваний ланцюг.



4. Вимірювання високої напруги кульовим розрядником

вольтметр напруга електростатичний

З теорії газових розрядів відомо, що розрядна напруга повітряних проміжків залежить від відстані між електродами. Підключивши фіксований проміжок і джерела високої напруги можна розрахувати значення напруги високовольтного джерела, знаючи параметри середовища, де проводиться досвід вимірювання. На цьому заснований принцип роботи вимірювальних розрядників.

Такий спосіб вимірювань має очевидні недоліки, тому що не дозволяє проводити вимірювання безперервно. Умови, при яких досягається досить точна відтворюваність пробою, визначається, в першу чергу, формою електродів. Необхідно прагнути до однорідного або квазіоднородного поля в розрядному проміжку. Прикладом такого вимірювального розрядника може служити кульовий розрядник, у якого розрядний проміжок багато менше діаметра куль. Кульові розрядники досить добре описані в літературі. Для них можна знайти таблиці пробивних значень, різні поправочні коефіцієнти.

Так само існують інші електроди зі слабонеоднородним полем-електроди Рогівського, але з огляду на їх складності виготовлення, кульовий розрядник набув найбільшого поширення.

Вимірювальний кульовий розрядник являє собою дві металевих кулі з добре обробленими поверхнями і з можливістю зміни відстані між кулями. Цей розрядник вважається дуже надійним приладом для вимірювання постійної напруги, а також для вимірювання амплітуди змінної та імпульснї напруги. Розкид розрядних напруг кульового розрядника не перевищує , і при дотриманні умов вимірювання напруги така ж і похибка вимірювання напруги відсутня.

Можливість вимірювання заснована на законі Пашена, який пов'язує пробивну напругау проміжку з відстанню між поверхнями куль. Залежності пробивних напруг від відстані для куль різних діаметрів наведені в спеціальних таблицях, отриманих шляхом ретельної обробки численних експериментальних даних. Таблиці складені для тиску повітря 760 мм рт. ст. і температури 20оС. При інших атмосферних умовах потрібне коригування табличного значення пробивної напруги на відносну щільність повітря.

Для захисту поверхні куль від оплавлення при пробої, послідовно з розрядником встановлюється резистор опору, обираний зі співвідношення 1..10 Ом/В.

«Якщо за кульового розрядника градуюється інший вимірювальний прилад (електростатичний киловольтметр або система з додатковим резистором), то відстань між кулями виставляється на напругу, на яку розраховується градуйований пристрій, і напруга повільно підвищується до пробою кульового розрядника.»

Зазвичай градуювання проводиться в межах 50-80% нормованої випробувальної напруги, більше підвищення напруги може вивести з ладу обладнання. Значення випробувальної напруги рівне 100% знаходиться шляхом екстраполяції градуювальної кривої.



5. Вимірювання високої напруги змінного струму низьковольтними приладами з дільниками напруги

Під час виміру високої напруги змінного струму низьковольтними приладами в якості подільника напруги переважно застосовується ємнісний дільник напруги.

Ємнісні дільники напруги дозволяють вимірювати високі змінні напруги за допомогою низьковольтних вольтметрів, забезпечуючи точне повторення форми високої напруги на низьковольтному виході. Остання вимога важлива в разі контролю гармонійного складу змінної напруги.

Омічні дільники на основі резисторів на змінній напрузі не придатні через наявність паразитних ємностей, що вимагає застосування резисторів з порівняно невеликим опором і великий розсіюваною потужністю; індуктивні подільники мають нелінійністю параметрів і паразитними ємнісними і омічними властивостями.

Ємнісний дільник має високовольтне плече C1 і низьковольтне плече C2. Ємність високовольтного плеча багато менше ємності низьковольтного плеча, і практично всі висока напруга припадає на високовольтне плече, яке часто виконують послідовним з'єднанням декількох конденсаторів. Вхідна і вихідна напруга дільника пов'язані один з одним коефіцієнтом ділення дільника.

Дільник напруги повинен задовольняти трьом основним вимогам:

- виконання ізоляції дільника таким чином, щоб були відсутні часткові розряди, що спотворюють форму кривої вимірюваної напруги;

- точний збіг форм кривих вхідного і вихідного напруг;

- мале завантаження вимірюваних ланцюгів.

Перша вимога призводить до того, що висота дільника напруги (не тільки ємкісного, але і омічного дільника) зазвичай становить 2.5 м/МВ для постійних напруг і грозових імпульсів і близько 5 м/МВ (ефективне значення) для змінного напруги.

Спотворення форми вихідної напруги (або залежність коефіцієнта ділення від частоти) виникає через обмеження частотного діапазону роботи конденсаторів дільника, через впливу паразитних індуктивностей схеми і через підключення вхідного опору вольтметра. Для зниження впливу останнього фактора необхідно дотримуватися умови на нижній межі частотного діапазону роботи дільника.

Мале завантаження замірюваних ланцюгів створюється при малій ємності високовольтного плеча дільника, однак при занадто малих ємностях стає помітним вплив оточуючих предметів на коефіцієнт поділу. Практично при досить великій висоті дільника питома ємність високовольтного плеча повинна бути не менше 30-50 пФ/м.



6. Вимірювання змінної напруги мультиметрами

Загальна назва для комбінованих електровимірювальних приладів, що об'єднують в собі кілька функцій - мультиметри.

Як правило, в сучасних цифрових приладах в одному пристрої об'єднується кілька приладів: вольтметр, амперметр, фазометр і омметр. Незважаючи на це, існують так само і аналогові мультиметри, але обидва типи мають свої особливості і недоліки.

6.1 Вимірювання напруги аналоговим мультиметром

Пристрій

Аналоговий мультиметр складається з стрілкового магнітоелектричного вимірювального приладу (мікроамперметра), набору додаткових резисторів для вимірювання напруги і набору шунтів для вимірювання струму. Вимірювання опору проводиться з використанням вбудованого джерела живлення, а вимір опорів більше 1..10 МОм - від зовнішнього джерела.

Особливості та недоліки

Технічні характеристики аналогового мультиметра багато в чому визначаються чутливістю магнітоелектричного вимірювального приладу. Чим менший струм повного відхилення мікроамперметра, тим більш високоомні додаткові резистори і більш низькоомні шунти можна застосувати. А значить, вхідний опір в режимі вимірювання напруги буде більш високим, а падіння напруги в режимі вимірювання струмів буде більш низьким. Проте, навіть при використанні мікроамперметра зі струмом повного відхилення 50 мкА (типові значення 50..200 мкА), вхідний опір вольтметра складає всього 20 кОм/В (20 кОм на межі вимірювання 1 В, 200 кОм на межі 10). Це призводить до великих похибок вимірювання в високоомних ланцюгах (результати виходять заниженими), наприклад при вимірюванні напруг на висновках транзисторів і мікросхем, і малопотужних джерел високої напруги.

Аналогові мультиметри мають нелінійну шкалу в режимі вимірювання опорів. Крім того, вона є зворотною (нульовому значенню опору відповідає крайнє праве положення стрілки приладу). Перед початком вимірювання опору, необхідно виконати установку нуля спеціальним регулятором на передній панелі при замкнутих вхідних клемах приладу, так як точність вимірювання опору залежить від внутрішнього напруги джерела живлення.

Шкала на малих межах вимірювання змінної напруги і струму також може бути нелінійною.

Відлік проводиться безпосередньо по шкалі. Похибка вимірювання становить:

±3 % від номінального значення шкал постійного струму;

±5 % від максимального значення шкал змінного струму;

±10 % від величини вимірюваного опору.

6.2 Вимірювання напруги цифровим мультиметром

Найбільш прості цифрові мультиметри мають розрядність 2,5 цифрових розряду (точність зазвичай близько 10 %). Найбільш поширені прилади з розрядністю 3,5 (точність зазвичай близько 1,0 %). Випускаються також трохи дорожчі прилади з розрядністю 4,5 (точність зазвичай близько 0,1 %) і істотно дорожчі прилади з розрядністю 5 розрядів і вище. Точність останніх сильно залежить від діапазону вимірювання і виду вимірюваної величини, тому обмовляється окремо для кожного піддіапазону. У загальному випадку точність таких приладів може перевищувати 0,01%, незважаючи на Портативне виконання.

Розрядність цифрового вимірювального приладу, наприклад, «3,5» означає, що дисплей приладу показує 3 повноцінних розряда, з діапазоном від 0 до 9, і 1 розряд -- з обмеженим діапазоном. Так, прилад типу «3,5 розряду» може, наприклад, давати показання в межах від 0,000 до 1,999, при виході вимірюваної величини за ці межі потрібно перемикання на інший діапазон (ручне або автоматичне).

Типова похибка цифрових мультиметрів при вимірюванні опорів, постійної напруги і струму менше ±(0,2 % +1 одиниця молодшого розряду). При вимірюванні змінної напруги та струму в діапазоні частот 20 Гц...5 кГц похибка вимірювання ±(0,3 %+1 одиниця молодшого розряду). У діапазоні високих частот до 20 кГц при вимірюванні в діапазоні від 0,1 межі вимірювання і вище похибка значно зростає, до 2,5 % від вимірюваної величини, на частоті 50 кГц вже 10 %. З підвищенням частоти підвищується похибка вимірювання.

Вхідний опір цифрового вольтметра близько 11 МОм (не залежить від меж виміру, на відміну від аналогових вольтметрів), ємність-100 пФ, падіння напруги при вимірюванні струму не більш 0,2 В. Харчування портативних мультиметрів зазвичай здійснюється від батареї напругою 9В. Споживаний струм не перевищує 2 мА при вимірювання постійних напруг і струмів, і 7 мА при вимірюванні опорів і змінних напруг і струмів. Мультиметр зазвичай працездатний при розряді батареї до напруги 7,5 В .

Кількість розрядів не визначає точність приладу. Точність вимірювань залежить від точності АЦП, від точності, термо - та тимчасової стабільності застосованих радіоелементів, від якості захисту від зовнішніх наведень, від якості проведеної калібрування.

Типові діапазони вимірювань, наприклад для поширеного мультиметра M832:

постійна напруга: 0..200 мВ, 2 в, 20 в, 200 в, 1000 В;

змінна напруга: 0..200 В, 750 В;

постійний струм: 0..2 мА, 20 мА, 200 мА, 10 А (зазвичай через окремий вхід) змінний струм;

немає опору: 0..200 Ом, 2 кОм, 20 кОм, 200 кОм, 2 МОм.



7. Вимірювання напруги поясом Роговського

Вимірювання напруги даним способом здійснюється за допомогою розрахунку напруги зі знятих показань струму, шляхом множення струму на опір навантаження. Пояс Роговського - вимірювальний трансформатор струму, що представляє собою соленоїд, одна з обмоток розташована на гнучкому каркасі, магнітна проникність якого дуже близька до 1. З. Метою нівелювання ємнісний зв'язку з зовнішніми ланцюгами і наведень від сторонніх полів пояс Роговського розташовується в електростатичний екран, який забезпечує проникнення лише вимірюваного струму. Також зустрічається конструкція з «зворотним витком». Вона забезпечує захист тільки від зовнішніх електромагнітних полів. У разі пронизування тора змінним магнітним полем, наведена на зворотному витку напруга буде протилежна за знаком напруги на «прямому» витку.

Режим роботи пояса з інтегруванням сигналу на власній індуктивності пояса і сумі внутрішнього опору і опору навантаження найчастіше застосовується на практиці. Чутливість пояса, рівна відношенню вихідної напруги до струму в даному режимі низька. Основна похибка у вимірюванні струму викликана кінцевим значенням сталої часу обмотки вимірювального трансформатору.

При великих значеннях опору навантаження, пояс працює в режимі контуру ударного збудження. У порівнянні з раніше розглянутими режимом роботи, чутливість підвищується, проте форма вихідної напруги спотворюється, і не відповідає формі імпульсу вимірюваного струму. Для боротьби з даним дефектом використовується інтегруюча ланцюг - обмотка поясами і елементи ланцюжка - R і С, є коливальний контур з загасанням, до якого послідовно включений джерело зовнішньої ЕРС.

Одним їх особливостей вимірювань поясом Роговського є незалежність від розташування провідника, в якому проводяться вимірювання, досить, щоб вимірюваний струм "пронизував" контур, на який намотаний пояс.

Існує так само роз'ємна конструкція пояса Роговського. Вона складається з двох половин, а в місці з'єднання встановлюються феромагнітні муфти. Така конструкція передбачає наявність похибок пов'язаних з:

- відсутністю обмотки в місцях з'єднання двох половин пояса Роговського;

- наявністю муфт в місцях з'єднання (феромагнітного стрижня);

Похибки практично усуваються при підборі оптимального розміру муфти, тому що чим менше муфта, тим більше фазова похибка.

Також спостерігається похибка вимірювання в залежності від форми струмопроводу. При круглій формі перерізу, похибки майже не спостерігається, але при наявності прямокутного перерізу (квадратного) з'являється фазова похибка до 0,4 0 ,пов'язана з нерівномірним розподілом струму у провіднику і відсутністю обмотки в місцях з'єднання половинок пояса.



8. Вимірювання напруги вимірювальними трансформаторами

Вимірювальний трансформатор напруги призначений для зниження високої напруги, з подальшою метою перекладу показань на вимірювальні прилади і різні прилади РЗА.

Це робиться з метою зменшення габаритів вимірювального обладнання.

Так само трансформатор відокремлює собою прилади від високовольтної вимірюваної лінії, підвищуючи при цьому безпеку всієї вимірювальної установки. Вимірювальні трансформатори широко застосовуються в високовольтної техніки, і від них залежить точність багатьох показників роботи ланцюга в цілому: облік електроенергії, надійність спрацьовування приладів РЗА.

По суті, знижуючий вимірювальний трансформатор нічим не відрізняться від силового знижуючого трансформатора конструктивно. Так само як і на силових трансформаторах є варіанти виконання з різною кількістю обмоток, а саме:

- заземляемый трансформатор напруги - однофазний трансформатор напруги, один кінець первинної обмотки якого повинен бути заземлений;

- трифазний трансформатор напруги, нейтраль первинної обмотки якого повинна бути заземлена;

- незаземлений трансформатор напруги - трансформатор напруги, у якого всі частини первинної обмотки, включаючи затискачі, ізольовані від землі до рівня, відповідного класу напруги;

- каскадний трансформатор напруги;

- неформатор напруги, первинна обмотка якого розділена на кілька послідовно з'єднаних секцій, передача потужності від яких до вторинних обмоток здійснюється за допомогою сполучних і вирівнюючих обмоток;

- ємнісний трансформатор напруги - трансформатор напруги, що містить ємнісний дільник;

- двохобмотувальний трансформатор напруги - трансформатор напруги, що має одну вторинну обмотку;

- трьохобмотувальний трансформатор напруги -трансформатор напруги, що має дві вторинні обмотки: основну і додаткову .



9. Оцінка синусоїдальності високої напруги

Важливим параметром при роботі і визначенні якості електроенергії є синусоїдальність напруги. Ідеальним режимом роботи для електричного приладу змінного струму є робота при синусоїдальній безперебійному напрузі, але, на практиці несинусоїдальність явище неминуче. Вплив несинусоїдальності напруги на роботу електрообладнання:

Фронти несинусоїдальної напруги впливають на ізоляцію кабельних ліній електропередач, -- частішають однофазні короткі замикання на землю. Аналогічно кабелю, пробиваються конденсатори.

В електричних машинах, включаючи трансформатори, зростають сумарні втрати.

Так, при коефіцієнті спотворення синусоїдальної форми кривої напруги KU = 10 % сумарні втрати в мережах підприємств, великих промислових центрів, мереж електрифікованого залізничного транспорту можуть досягати 10...15 %.

Зростає недооблік електроенергії, внаслідок гальмуючого впливу на індукційні лічильники гармонік зворотній послідовності.

Неправильно спрацьовують пристрої управління і захисту.

Виходять з ладу комп'ютери.

Функцію, що описує криву мають несинусоїдну напруги, можна розкласти в ряд Фур'є синусоїдальних (гармонійних) складових з частотою в n-разів перевищують частоту мережі електропостачання -- частоту першої гармоніки (f n=1 = 50 Гц, f n=2 = 100 Гц, f n=3 = 150 Гц ...).

У зв'язку з різними особливостями генерації, розповсюдження мереж і впливу на роботу обладнання, розрізняють парні і непарні гармонійні складові, а також складові прямої послідовності (1, 4, 7 і т. д.), зворотній послідовності (2, 5, 8 і т. д.) і нульової послідовності (гармоніки кратні трьом).

З підвищенням частоти (номери гармонійної складової) амплітуда гармоніки знижується.

У разі синусоїдальності напруги відношення амплітудного значення напруги до ефективного значення дорівнює (згідно з вимогами МЕК воно повинно дорівнювати), а частота випробувальної напруги приймається.



Висновок

Вимірювання напруги промислової частоти - процес дуже різноманітний. Перед вимірюванням напруги потрібно мати уявлення про його частоті, формі, очікуваному значенні, необхідній точності вимірювання і опорі ланцюга, в якій проводиться вимірювання. Ці попередні відомості дозволять вибрати найбільш підходящий метод вимірювання і вимірювальний прилад. За допомогою сучасної техніки можна здійснити вимірювання напруги у великому амплитудном і частотному діапазонах. На прикладі можна переконатися, що важливість правильного і достовірного вимірювання дуже велика. Процес правильного і обґрунтованого підбору обладнання так чи інакше пов'язаний з потребою проводити випробування з високою точністю. У роботі були розглянуті кілька способів вимірювання високої і низької напруги. При вимірюванні низької напруги похибки не сильно розрізняються, а при вимірюванні високої напруги спостерігається відмінність результатів вимірювання. Основні переваги і недоліки способів наведені в таблиці 1.

Спосіб вимірювання	Особливість
1. Кіловольтметр.	Абсолютні переваги: Вимірювання напруги до 300-400 кВ, висока точність вимірювання, похибки 0.01-0.04%, тому використовуються як еталонний приладів. Недоліки: Мають складну конструкцію, складність експлуатації.
	Технічні переваги: Простота вимірювання, мало навантажують вимірювану мережу (особливо важливо при вимірі напруги в малопотужних установках.) Недоліки: Похибка на порядок вище, ніж у абсолютних кіловольтметрів, межа вимірювань нижче - до 100 кВ.
2.Розрахунок через коефіцієнт трансформації.	Переваги: Найпростіший спосіб вимірювання Недоліки: Висока похибка вимірювань через нелінійність характеристик сердечнику трансформатору.
3. Кульовий розрядник	Переваги: Похибка близько 3%, але дані по розрядникам добре вивчені і просто знайти поправочні коефіцієнти в літературі. Недоліки: Складність вимірювання, великий час досвіду, процес вимірювання переривається, виникнення перехідних процесів, перенапруги, градуювальна крива стає недійсною після вилучення розрядника їх схеми, тому що змінюється ємність (3-5% похибки)
4. Вимірювальний трансформатор.	Переваги: Простота обслуговування і експлуатаціїї. Недоліки: Втрати на намагнічування, обмежений клас точності 0.2 - присутність кутового зсуву напруги вторинної обмотки. ОБМЕЖЕНОЮ число підключаються приладів, тому що виникає підвищений струм, падіння напруги на вторинній обмотці.
5. Дільник напруги.	Омічний. Недоліки: Непридатні для вимірювань високої напруги через наявність паразитних ємностей-виникає необхідність наявності невеликого опору і великої розсіює потужності. Індуктивний. Недоліки: Непридатні для вимірювання високої напруги, тому що параметри нелінійні, наявність омічних і ємнісних паразитних складових. Ємнісний Переваги: Точне повторення форми кривої напруги на вході і виході, обеспечуется точний контроль гармонічного складу, мала завантаженість вимірюваної ланцюга за рахунок підбору оптимальної ємності. Недоліки: Великі габарити установки, складність в експлуатації.
6. Пояс Роговського.	Переваги: Простота експлуатації, наявність варіантів конструкцій - роз'ємна, нераз'емна. Нероз'ємний Переваги: Незалежність розташування вимірюваного провідника всередині пояса. Недоліки: Наявність похибки, пов'язаної з кінцевим значенням постійної часу обмотки вимірювального трансформатора. Роз'ємний Переваги: Зручність експлуатації, тому що роз'ємна конструкція, незалежність розташування вимірюваного провідника круглого перетину всередині пояса. Недоліки: Відсутність обмотки в місцях з'єднання половин пояса, наявність феромагнітної муфти, залежність від форми перетину провідника, при прямокутному перерізі спостерігається фазова похибка до 0.40 Сучасна техніка, що працює на промисловій частоті, складає величезну частину сучасного життя суспільства, що говорить про те, що процес вимірювання напруги промислової частоти буде розвиватися далі, і є однією з перспективних галузей розвитку сучасної електротехніки.



Список літератури

1. Методи і засоби вимірювання змінних струмів і напруг середньої і низької частоти, Бугаєв А. А., Самара, 2002р.

2. http://metrоb.ru/- сайт компанії «Метрологічне забезпечення виробництва»

3. «Методи контролю і вимірювань при захисту підземних споруд від корозії», Глазов Н.П.

4. "Застосування нормативних методів в управлінні хімічними підприємствами", Ейдінов А. М.

5. Електроенергетика. Короткий курс техніки високих напруг. Навчальний посібник, Ю. м.Бочаров, В. В. Тітков та ін., М. Санкт-Петербург, 2011р.

6. Велика енциклопедія нафти і газу, http://www.ngpedia.ru/index.html

7.Техніка високих напруг: Підручник для ВТУЗов/ Л. Ф. Дмоховська, м., видавництво "енергія", 1976

8. Вимірювання високих напруг. Лекция11. Конспект лекцій для студентів спеціальності "Електропостачання залізничного транспорту", В. П. Закарюкин.

9. ГОСТ 11282-93 Резистивні дільники напруги постійного струму

10. Словник-довідник з електротехніки, промислової електроніки та автоматики. -- 2-е вид., пер. і дод., Бензар В. К. -- М.: Вища школа, 1985.

11. Несинусоїдальність напруги, А. Лавцов. http://e-audit.ru/quality/nо_sinus.shtml

12. Вимірювання параметрів напруги різної форми, В. А. Кунцевич.,вид. МАІ, 2010р.

13. Сайт компанії Enetra technоlоgies/http://www.enetra.ru/uslugi/electrоlab/ispytaniya_pоvyshennym_napryazheniem_prоmyshlennоy_chastоty_i_vypryamlennоgо_tоka_elektrооbоrudоvani.php

14. Електроенергетика. Ізоляція та перенапруги: лабораторний практикум / Бельков та ін.-СПб, Видавництво політехнічного університету, 2011-208с.

16. Матеріал сайту Wikipedia. Стаття вимірювальні трансформатори напруги.

17. Опис лабораторних робіт. Частина 3. Електрика і магнетизм. Новосибірськ 1998, стор.

18. "Дослідження похибок вимірювання струму поясом Роговського на основі математичного і фізичного моделювання», стаття журналу «Вісник ІГЕУ»,вип. 6, 2013р., В. Д. Лебедєв, А. А. Яблоков, А. Е. Нестерехін.

Размещено на Allbest.ru