Специальные измерения. Виды, методы, измерений электроизмерительными приборами

1. Назначение измерительных приборов

Назначение. Электроизмерительные приборы служат для контроля режима работы электрических установок, их испытания и учета расходуемой электрической энергии. В зависимости от назначения электроизмерительные приборы подразделяют на амперметры (измерители тока), вольтметры (измерители напряжения), ваттметры (измерители мощности), омметры (измерители сопротивления), частотомеры (измерители частоты переменного тока), счетчики электрической энергии и др. Различают две категории электроизмерительных приборов: рабочие — для контроля режима работы электрических установок в производственных условиях и образцовые — для градуировки и периодической проверки рабочих приборов.

Типы приборов. В зависимости от способа отсчета электроизмерительные приборы разделяют на приборы непосредственной оценки и приборы сравнения.

Приборами непосредственной оценки, или показывающими, называются такие, которые позволяют производить отсчет измеряемой величины непосредственно на шкале. К ним относятся амперметры, вольтметры, ваттметры и др. Основной частью каждого такого прибора является измерительный механизм. При воздействии измеряемой электрической величины (тока, напряжения, мощности и др.) на измерительный механизм прибора подается соответствующий сигнал на отсчетное устройство, по которому определяют значение измеряемой величины.

По конструкции отсчетного устройства показывающие приборы делятся на приборы с механическим указателем (стрелочные), со световым указателем (зеркальные), с пишущим устройством (самопишущие) и электронные приборы со стрелочным или цифровым указателем отсчета. В стрелочных приборах измерительный механизм поворачивает стрелку на некоторый угол, который определяет значение измеряемой величины (шкала прибора проградуирована в соответствующих единицах: амперах, вольтах, ваттах и пр.).

В электроизмерительных приборах сравнения измерения осуществляются путем сравнения измеряемой величины с какой-либо образцовой мерой или эталоном. К ним относятся различные мосты для измерения сопротивлении и компенсационные измерительные устройства (потенциометры). Последние измеряют разность между измеряемым напряжением или ЭДС. и компенсирующим образцовым напряжением (э. д. с). В качестве сравнивающего прибора обычно используют гальванометр.

Действие электроизмерительных приборов непосредственной оценки основано на различных проявлениях электрического тока (магнитном, тепловом, электродинамическом и пр.), используя которые можно при помощи различных измерительных механизмов вызвать перемещение стрелки.

В зависимости от принципа действия, положенного в основу устройства измерительного механизма, электроизмерительные приборы относятся к различным системам: магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, тепловой, индукционной и др. Приборы каждой из этих систем имеют свои условные обозначения.

Приборы могут выполняться с противодействующей возвратной пружиной и без пружины. В последнем случае они называются логометрами. Точность приборов. Каждый механический электроизмерительный прибор имеет некоторую погрешность, которая определяется трением в его осях, технологическими допусками отдельных его деталей, гистерезисом в магнитной системе и т. д. Для оценки точности измерений используют понятие относительная погрешность Δx%. Она представляет собой отношение абсолютной погрешности Δx, которая имеет место при измерениях (разность между измеренной величиной xиз и ее действительным значением хд), к действительному значению измеряемой величины в процентах:

относительная погрешность (1)

Эта погрешность различна при разных значениях измеряемой величины, т. е. для различных делений шкалы прибора. Поэтому точность электроизмерительных приборов оценивают по основной приведенной погрешности Δ, которая равна отношению наибольшей абсолютной погрешности Δxmax для данного прибора к наибольшему (номинальному) значению хном той величины (тока, напряжения, мощности и пр.), которую может измерять прибор:

приведенная погрешность (2)

Основной приведенной погрешностью считается погрешность прибора при нормальных условиях его работы. При отклонении от этих условий возникают дополнительные погрешности: температурная (от изменения окружающей температуры), от влияния внешних магнитных полей, от изменения частоты переменного тока и прочих.

По степени точности электроизмерительные приборы непосредственной оценки подразделяются на восемь классов:

Класс прибора 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 1,5 2,5 4,0

Основная приведенная погрешность, % ±0,05 ±0,1 ±0,2 ±0,5 ±1,0 ±1,5 ±2,5 ±4,0

К первым трем классам относят точные лабораторные приборы. Приборы классов 0,5; 1,0 и 1,5 используют для различных технических измерений. Они обычно переносные, подключаемые к электрическим установкам только во время измерений.

Приборы классов 2,5 и 4,0 устанавливают постоянно на щитах и панелях управления электрическими установками.

Ошибка в показаниях прибора определяется его классом точности. Например, амперметр класса 1,5 со шкалой на 100 А может дать погрешность (100·1,5)/100= 1,5А.

Таблица 1. Классификация приборов

Магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой
Магнитоэлектрический прибор с подвижным магнитом
Электродинамический прибор
Электромагнитный прибор
Ферродинамический прибор
Индукционный прибор
Электростатический прибор
Вибрационный (язычковый) прибор
Тепловой прибор (с нагреваемой проволокой)
Биметаллический прибор
Термоэлектрический прибор с измерительным магнитоэлектрическим механизмом
Выпрямительный прибор с
измерительным магнитоэлектрическим механизмом

Погрешность прибора не следует смешивать с погрешностью измерений. Так как погрешность для рассматриваемого прибора, равная 1,5 А, задается независимо от измеряемого им тока, то при токе 50А погрешность измерений будет составлять 3%, а при токе 5А — 30%. Поэтому при измерениях рекомендуется так выбирать приборы, чтобы значения измеряемой величины не были существенно меньшими наибольшего ее значения, указанного на шкале прибора.

Обозначения на шкале. На шкале каждого прибора проставляют соответствующие условные обозначения, характеризующие назначение прибора (амперметр, вольтметр и т. д.), его класс точности, род тока, при котором он может применяться, систему прибора, нормальное его положение при измерениях, испытательное напряжение, при котором проверялась изоляция прибора, и пр. Для указания назначения прибора в его условное обозначение вписывают буквенные символы измеряемых величин, например А (амперметр), V (вольтметр), W (ваттметр).

2. Меры безопасности при выполнении электрических измерений

Общие требования при электрических испытаниях и измерениях сформулированы в ГОСТ 12.3.019-80. При испытании электрических машин наряду с ТБ, указанными в ГОСТ 11828-86, должны соблюдаться «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей». Ниже приводятся некоторые выработанные практикой рекомендации по монтажу измерительных схем и проведению измерений:

Для испытательных установок постоянного тока желательно заземление одного полюса (обычно отрицательной полярности). Для установок переменного тока должен заземляться один провод однофазной схемы или нулевая точка в схеме λ.

Амперметры и токовые обмотки ваттметров должны, как правило, включаться в заземленные провода. Если это невозможно, то для переменного тока 220 В и более применяются ТТ с заземлением корпусов и одного зажима вторичной (измерительной) цепи.

К заземленной точке должны присоединяться один зажим вольтметра и один зажим обмотки напряжения ваттметра, а не зажим их добавочных сопротивлений.

Обмотки ваттметров должны включаться таким образом, чтобы между ними была минимальная разность потенциалов (т. е. один из зажимов тока и один зажим напряжения должны подключаться к одному проводу сети), а если это невозможно, то минимальная разность потенциалов не должна превышать предельное напряжение, указанное на зажимах ваттметра.

Для напряжений более 220 В вольтметры и обмотки напряжения ваттметров включаются через ΊΉ, корпуса которых и один полюс вторичной (измерительной) цепи заземляются.

Провода, присоединяемые к приборам, должны иметь наконечники с изолированной частью достаточной длины, предупреждающие прикосновение к токоведущей части. Целесообразно применение используемых рядом испытательных станций изоляционных цилиндров, надвигаемых с помощью пружины на наконечник после отключения провода. Приборный отсек должен закрываться застекленной крышкой, при открывании которой подается световой или звуковой предупредительный сигнал «осторожно — напряжение», а при необходимости снимается напряжение с измерительных цепей. Между амперметрами и вольтметрами (ваттметрами) целесообразно иметь изоляционные перегородки.

Амперметры, в случае их включения в заземленных проводах, могут размещаться в соседнем отсеке без блокировки застекленной крышки.

Корпуса приборов (например, электронных с питанием от сети и др.) должны быть заземлены в соответствии с инструкцией по их эксплуатации.

Во всех случаях, когда измерительные приборы могут оказаться под напряжением, опасным для персонала, возможность прикосновения к ним должна быть исключена.

Обязательным условием для допуска к работе на испытательной установке является, кроме знания общих правил техники безопасности, детальное знакомство со всеми электрическими схемами данной установки, что подтверждается соответствующими удостоверениями, выданными на основе периодической проверки знаний техники безопасности с присвоением квалификационной группы по электробезопасности.

Персонал испытательных станций там, где это необходимо, должен быть также знаком с техникой безопасности при перемещении грузов и сочленении испытуемых электрических машин.

3. Методика работы с комбинированными электроизмерительными приборами

Мультиметр это универсальный комбинированный измерительный прибор, который сочетает в себе функции нескольких измерительных приборов, то есть может измерять целый диапазон электрических величин.

Самый малый набор функций мультиметра — это измерение величины напряжения, тока и сопротивления. Однако современные производители на этом не останавливаются, а добавляют в набор функций, такие, как измерение емкости конденсаторов, частоты тока, прозвонка диодов (измерение падения напряжения на p-n переходе), звуковой пробник, измерение температуры, измерение некоторых параметров транзисторов, встроенный низкочастотный генератор и многое другое.

При таком наборе функций современного мультиметра действительно встает вопрос как же всетаки им пользоваться?

Кроме того, мультиметры бывают цифровые и аналоговые.

Основные функции цифрового мультиметра М-831 и назначения органов управления прибором.

Рассмотрим внимательно внешнюю панель мультиметра. Здесь мы видим в верхней части семисегментный жидкокристаллический индикатор, на котором и будут отображаться измеряемые нами величины.

Мультиметр

Рисунок 1. Мультиметр

  1. — выключение мультиметра.
  2. — режим измерения значений переменного напряжения, имеет два диапазона измерений 200 и 600 вольт. В других моделях мультиметров может применяться обозначение ACV — AC Voltage — (анг. Alternating Current Voltage) — переменное напряжение
  3. -режим измерения значений постоянного тока в следующих диапазонах: 200 мкА, 2000 мкА, 20 мА, 200 мА. В других моделях мультиметров может применяться обозначение DCA — (анг. Direct Current Amperage) — постоянный ток.
  4. -режим измерения больших значений постоянного тока до 10 ампер.
  5. — звуковая прозвонка проводов, звуковой сигнал включается при сопротивлении прозванимаего участка менее 50 Ом.
  6. — проверка исправности диодов, показывает падение напряжения на p-n переходе диода.
  7. — режим измерения значений сопротивления, имеет пять диапазонов: 200 Ом, 2000 Ом, 20 кОм, 200 кОм, 2000 кОм.
  8. -режим измерения значений постоянного напряжения, имеет пять диапазонов 200 мВ, 2000 мВ, 20 В, 200 В и 600 В. В других моделях мультиметров может применяться обозначение DCV — DC Voltage — (анг. Direct Current Voltage) — постоянное напряжение (рис.1).

В нижнем правом углу лицевой панели мультиметра имеется три гнезда, для подключения входящих в комплект шнуров со щупами.

Будьте внимательны, при измерении тока больше 200 мА плюсовой провод подключать только в верхнее гнездо!

Мультиметр питается от 9-вольтовой батарейки типа «Крона» или согласно типоразмеру — 6F22.

Измерение мультиметром электрических величин

Итак, настало время узнать, как пользоваться мультиметром. Будем учиться измерять электрические величины на примере все того же мультиметра М-831. Еще раз напомню, что с помощью данного мультиметра можно измерить постоянное и переменное напряжение до 600 вольт, значения только постоянного тока до 10 ампер и значения электрического (активного) сопротивления до 2 мегаом.

Напомню, что для измерения напряжения на элементе (участке) электрической цепи прибор включается параллельно этому элементу (или участку цепи).

Для измерения тока в цепи прибор включается в разрыв измеряемой цепи (то есть последовательно с элементами цепи).

Схема измерения

Рисунок 2. Схема измерения

Как пользоваться мультиметром при измерении постоянного напряжения.

Теперь давайте пошагово рассмотрим, как измерить постоянное напряжение нашим мультиметром рисунок 2 а.

Первое, что необходимо сделать, это выбрать род измеряемого напряжения и предел измерения. Для измерения постоянного напряжение мультиметр имеет целый диапазон значений постоянного напряжения, которые устанавливаются с помощью переключателя пределов.

Для установки предела измерения сначала определим приблизительно, какое значение напряжения мы хотим измерить. Тут надо действовать по обстановки, если измеряете, напряжение элементов питания (батареек, аккумуляторов), то ищите надписи на элементах, если измеряете, напряжение в различных электрических схемах, то раз уж туда «полезли», значит, вы и так знаете, как пользоваться мультиметром!

Допустим нам необходимо измерить постоянное напряжение на аккумуляторе от какого-то электронного устройства (можно взять аккумулятор видеокамеры).

  1. Изучаем внимательно надписи на аккумуляторе, видим, что напряжение АКБ равно 7,4 вольта.
  2. Устанавливаем предел измерения больше этого напряжения, но желательно близкий к этому значению, тогда измерения будут точнее.

Для нашего примера предел измерения 20 вольт.

Все же при измерении напряжения, например в схемах, советуем ставить предел больше напряжению питания схемы, дабы не привести прибор к выходу из строя.

  1. Подключаем мультиметр к клеммам аккумулятора (или параллельно тому участку, где вы проводите измерение напряжения).
    • щуп черного цвета один конец к гнезду COM мультиметра, другой к минусу измеряемого источника напряжения;
    • щуп красного цвета к гнезду VΩmA и к плюсу измеряемого источника напряжения.
  2. Снимаем значение постоянного напряжения с ЖК-индикатора.

Примечание: если вам не известно примерная величина измеряемого значения напряжения, то измерение необходимо начинать с установки самого большого предела, то есть для М-831 – 600 вольт, и последовательно приближаться к пределу наиболее близкому к измеряемому значению напряжения.

Как пользоваться мультиметром при измерении переменного напряжения.

Измерение переменного напряжения производится по такому же принципу, что и измерение постоянного напряжения.

Переключите прибор в режим измерения переменного напряжения, выбрав соответствующий предел измерения переменного напряжения.

Далее подключите щупы к источнику переменного напряжения и снимите показания с индикатора.

Желательно мультиметр в режиме измерения тока рисунок 2 б подключать в цепь при снятом напряжении в цепи, причем на пределе 10А это является обязательной операции, так как при больших токах это совсем не безопасно.

И последний нюанс: в характеристиках приборов некоторых производителей не рекомендуется включать мультиметр для измерения тока на пределе 10 А более 15 секунд.

Как пользоваться мультиметром при измерении сопротивления.

Для измерения сопротивления с помощью мультиметра, последний необходимо переключить в один из пяти пределов измерения сопротивления.

Причем правила выбора предела измерения, следующие:

  1. Если вам заранее известно значение измеряемого сопротивления (например, в случае проверки резистора на предмет «исправен» или «неисправен»), то предел измерения выбирается больше значения измеряемого сопротивления, но как можно ближе к нему. Только в этом случае вы сведете к минимуму погрешность измерения сопротивления.
  2. Если вам заранее не известно значение измеряемого сопротивления, то необходимо установить максимальный предел измерения (для М-831 это 2000 кОм) и изменяя пределы последовательно приближаться к измеряемому значению сопротивления.

Примечание: если на экране мультиметра отображается «1», то значение измеряемого сопротивления больше установленного предела измерения, в этом случае необходимо переключить предел в сторону его увеличения.

Для измерения сопротивления просто подключите щупы прибора к элементу, сопротивление которого вы хотите измерить и снимите показания с индикатора прибора.

4. Принципы телеизмерений. Измерение неэлектрических величин электрическими методами

Измерение различных неэлектрических величин (перемещений, усилий, температур и т. п.) электрическими методами выполняют с помощью устройств и приборов, преобразующих неэлектрические величины в зависимые от них электрические, которые измеряют электроизмерительными приборами со шкалами, градуированными в единицах измеряемых неэлектрических величин.

Преобразователи неэлектрических величин в электрические, или датчики, разделяют на параметрические, основанные на изменении какоголибо электрического или магнитного параметра (сопротивления, индуктивности, емкости, магнитной проницаемости и т. п.) под действием измеряемой величины, и генераторные, в которых измеряемая неэлектрическая величина преобразуется в зависимую от нее э. д. с. (индукционные, термоэлектрические, фотоэлектрические, пьезоэлектрические и другие). Параметрическим преобразователям необходим посторонний источник электрической энергии, а генераторные сами являются источниками энергии.

Один и тот же преобразователь можно использовать для измерения различных неэлектрических величин и, наоборот, измерение какой-либо неэлектрической величины можно выполнить с помощью преобразователей различных типов.

Кроме преобразователей и электроизмерительных приборов, установки для измерения неэлектрических величин имеют промежуточные звенья — стабилизаторы, выпрямители, усилители, измерительные мосты и т. п.

Для измерения линейных перемещений применяют индуктивные преобразователи — электромагнитные устройства, у которых параметры электрических и магнитных цепей изменяются при перемещении ферромагнитного магнитопровода или якоря, соединенного с перемещающейся деталью.

Для преобразования значительных перемещений в электрическую величину используют преобразователь с подвижным ферромагнитным поступательно движущимся магнитопроводом рисунок 1, а. Поскольку положение магнитопровода определяет индуктивность преобразователя (рисунок 1,б, а следовательно, и его полное сопротивление, то при стабилизированном напряжении источника электрической энергии переменного напряжения неизменной частоты, питающего цепь преобразователя, можно по току судить о перемещении детали, механически связанной с магнитопроводом. Шкалу прибора градуируют в соответствующих единицах измерения, например в миллиметрах (мм).

Индуктивный преобразователь с подвижным ферромагнитным магнитопроводом

Рисунок 1. Индуктивный преобразователь с подвижным ферромагнитным магнитопроводом: а — схема устройства, б — график зависимости индуктивности преобразователя от положения его магнитопровода.

Для преобразования малых перемещений в удобную для электрического измерения величину применяют преобразователи с изменяющимся воздушным зазором в виде подковы с обмоткой и якорем рисунок 2, а, который жестко связан с перемещаемой деталью.

Индуктивный преобразователь с изменяющимся воздушным зазором

Рисунок 2. Индуктивный преобразователь с изменяющимся воздушным зазором: а — схема устройства, б — график зависимости тока обмотки преобразователя от воздушного зазора в магнитной системе.

Всякое перемещение якоря приводит к изменению тока / в обмотке рисунок 2, б, что позволяет при неизменном переменном напряжении стабильней частоты градуировать шкалу электроизмерительного прибора в единицах измерения, например в микрометрах (мкм).

Большей чувствительностью обладают дифференциальные индуктивные преобразователи с двумя одинаковыми магнитными системами и одним общим якорем, расположенным симметрично относительно обоих магнитопроводов с воздушным зазором одинаковой длины (рис. 3), у которых линейное перемещение якоря из его среднего положения одинаково изменяет оба воздушных зазора, но с разными знаками, что нарушает равновесие предварительно уравновешенного моста переменного тока из четырех обмоток. Это дает возможность судить о перемещении якоря по току измерительной диагонали моста, если он получает питание при стабилизированном переменном напряжении неизменной частоты.

Схема устройства дифференциального индуктивного преобразователя

Рисунок 3. Схема устройства дифференциального индуктивного преобразователя.

Для измерения механических усилий, напряжений и упругих деформаций, возникающих в деталях и узлах различных конструкций, применяют проволочные преобразователи — тензорезисторы, которые деформируясь, вместе с исследуемыми деталями, наменяют свое электрическое сопротивление. Обычно сопротивление тензорезистора составляет несколько сотен ом, а относительное изменение его сопротивления — десятые доли процента и зависит от деформации, которая в пределах упругости прямо пропорциональна приложенным усилиям и возникающим механическим напряжениям.

Тензорезисторы изготовляют в виде зигзагообразно расположенной проволоки большого удельного сопротивления (константан, нихром, манганин) диаметром 0,02 — 0,04 мм либо из медной специально обработанной фольги толщиной 0,1 — 0,15 мм, которые заклеивают бакелитовым лаком между двумя слоями тонкой бумаги и подвергают термической обработке рисунок 4, а.

Тензорезистор

Рисунок 4. Тензорезистор: а — схема устройства: 1 — деформируемая деталь, 2 — тонкая бумага, пропитанная клеем, 3 — проволока, 4 — выводы, б –разновидность конструкций

Изготовленный тензорезистор приклеивают к тщательно очищенной деформируемой детали очень тонким слоем изоляционного клея так, чтобы направление ожидаемой деформации детали совпало с направлением длинных сторон петель проволоки. При деформации тела приклеенный тензорезистор воспринимает эту же деформацию, что изменяет его электрическое сопротивление вследствие изменения размеров проволоки датчика, а также структуры ее материала, которая сказывается на удельном сопротивлении проволоки.

Поскольку относительное изменение сопротивления тензорезистора прямо пропорционально линейной деформации исследуемого тела, а следовательно, и механическим напряжениям внутренних сил упругости, то, пользуясь показаниями гальванометра измерительной диагонали предварительно уравновешенного моста резисторов, одним из плеч которого является тензорезистор, можно судить о значениях измеряемых механических величин.

Применение неуравновешенного моста резисторов требует стабилизации напряжения источника питания или применения в качестве электроизмерительного прибора магнитоэлектрического логометра, на показания которого изменение напряжения в пределах ±20 % номинального, указанного на шкале прибора, существенного влияния не оказывает.

Для измерения температуры различных сред применяют термочувствительные и термоэлектрические преобразователи. К термочувствительным преобразователям относятся металлические и полупроводниковые терморезисторы, сопротивление которых в значительной степени зависит от температуры (рисунок 5, а.)

Наибольшее распространение получили платиновые терморезисторы для измерения температуры в диапазоне от -260 до +1100°С и медные терморезисторы — для интервала температур от -200 до +200°С, а также полупроводниковые терморезисторы с отрицательным коэффициентом электрического сопротивления — термисторы, отличающиеся высокой чувствительностью и малыми размерами по сравнению с металлическими терморезисторами, для измерения температур от -60 до +120°С.

Для защиты термочувствительных преобразователей от повреждений их помещают в тонкостенную стальную трубу с запаянным дном и устройством для присоединения выводов к проводам неуравновешенного моста резисторов рисунок 5, б, что позволяет по току измерительной диагонали судить об измеряемой температуре. Шкалу магнитоэлектрического логометра, используемого в качестве измерителя, градуируют в градусах Цельсия (°С).

Терморезисторы

Рисунок 5. Терморезисторы: а — графики зависимости изменения относительного сопротивления металлов от температуры, б — схема включения терморезисторов в плечо неуравновешенного моста резисторов

Термоэлектрические преобразователи температуры — термопары, генерирующие небольшую э. д. с. под влиянием нагрева места соединения двух разнородных металлов, помещают в защитную пластмассовую, металлическую или фарфоровую оболочку в зоне измеряемых температур рисунок 6, а, б.

Термопары

Рисунок 6. Термопары: а — графики зависимости э. д. с. от температуры термопар: ТПП — платинородий-платиновой, ТХА — хромельалюмелевой, ТХК-хромель-копелевой, б — схема установки для измерения температуры с помощью термопары

Свободные концы термопары соединяют однородными проводниками с магнитоэлектрическим милливольтметром, шкала которого проградуирована в градусах Цельсия. Наибольшее распространение получили следующие термопары: платинородий — платиновая для измерения температур до 1300 °С и кратковременно до 1600°С, хромель-алюмелевая для температур соответственно указанным режимам — 1000°С и 1300°С и хромель-копелевая, предназначенная для длительного измерения температур до 600°С и кратковременного — до 800°С.

Электрические методы измерения различных неэлектрических величин широко применяют в практике, поскольку они обеспечивают высокую точность измерений, отличаются широким диапазоном измеряемых величин, позволяют выполнять измерения и регистрацию их на значительном расстоянии от места расположения контролируемого объекта, а также дают возможность проводить измерения в труднодоступных местах.

5. Измерения в кабельных и воздушных линиях

В целях своевременного выявления и устранения дефектов изоляции кабеля предупреждения аварийных повреждений кабельные линии в процессе эксплуатации подвергают профилактическим испытаниям. которые проводят не реже одного раза в год. Кабели, находящиеся в благоприятных условиях по нагрузке (температурному режиму), способу прокладки (исключена возможность механических повреждений), испытывают не реже одного раза в 3 года.

Внеочередные испытания кабельных линий проводят после ремонтных работ и окончания земляных работ на трассе кабельных линий. Во время проведения профилактических испытаний проверяют следующее:

  • а) сопротивление изоляции;
  • б) целость жил и фазировку;
  • в) температуру кабеля;
  • г) сопротивление заземления концевых заделок;
  • д) измеряют блуждающие токи.

Испытание кабелей проводят путем измерения сопротивления изоляции мегомметром на напряжение 2500 В, которое должно быть не ниже 0,5 МОм. Мегомметром проверяют не только качество изоляции, но и отсутствие обрывов жил, короткого замыкания между жилами и на землю и т. д. Испытание мегомметром — основное для кабельных линий после выполнения на них монтажных и ремонтных работ.

Многие повреждения изоляции кабелей начинаются с потери герметичности оболочек кабеля. В этих случаях проникновение влаги ускоряет ухудшение изоляции. Поэтому обычно профилактические испытания проводят в теплое время года, в период наибольшей вероятности ухудшения изоляции.

Целость жил и фазировку кабельной линии в эксплуатации проверяют после перемонтажа муфт или отъединения жил кабеля, пользуясь при этом мегомметром и указателем напряжения.

Температуру кабелей измеряют в соответствии с указаниями местных инструкций на тех участках трассы, на которых возможны перегревы кабелей. Температуру нагрева измеряют термопарами, термосопротивлениями и лишь в крайнем случае термометрами.

В эксплуатации сопротивление заземления концевых заделок измеряют при капитальном ремонте заземляющих устройств. В остальных случаях проверяют целость заземляющего проводника, соединяющего концевую заделку с шиной заземляющего, устройства.

Надежность работы кабельных линий определяется состоянием оболочек кабеля. Нарушение герметичности оболочек, проникновение воздуха и влаги во внутренние полости кабеля приводит к электрическому пробою изоляции. Металлические оболочки кабелей в процессе их эксплуатации могут разрушаться вследствие химического или электрического взаимодействия с окружающей средой. Наиболее подвержены разрушению оболочки кабельных линий, проложенных в земле, от электролитической коррозии, вызываемой блуждающими токами. Источником блуждающих токов является электрифицированный рельсовый транспорт, где в качестве обратного провода используются рельсовые пути.

Вследствие большого активного сопротивления рельсовых путей и особенно в случаях нарушения контакта в стыках рельсов часть тока ответвляется в землю и, встречая на своем пути проводник с малым сопротивлением (металлические оболочки кабелей), идет по нему и вблизи тяговой подстанции уходит к отрицательному полюсу источника питания. В месте ухода тока с металлической оболочки в землю (анодная зона) происходит растворение металла.

Количество растворяющегося металла пропорционально силе блуждающего тока, продолжительности его действия и зависит от вида металла, из которого выполнены оболочки кабельных линий. Так, согласно расчетам, при блуждающем токе в 1 А потери за год свинца составляют 33 кг, алюминия — 3,95 кг и железа — 9 кг Для определения коррозионной опасности и разработки мер защиты кабельной линии в первый год эксплуатации блуждающие токи замеряют не менее двух раз. Для этого на кабельных линиях проводят комплекс испытаний, в процессе которого определяют следующее:

  • а) разность потенциалов между оболочками кабеля и землей;
  • б) плотность тока, стекающего с кабеля в землю;
  • в) силу и напряжение тока, протекающего по оболочке кабеля.

Периодичность измерений в последующие годы устанавливают на основании результатов первых измерений и анализа коррозионных зон.

Для обнаружения опасных зон, где оболочки кабеля имеют положительный потенциал по отношению к земле, измеряют разность потенциалов (относительно зоны с нулевым потенциалом). Опасными считаются участки в анодных и знакопеременных зонах, где бронированные кабели проложены в малоагрессивных грунтах (удельное сопротивление почвы более 20 Ом-м) при среднесуточной плотности тока утечки в землю более 0,15 мА/дм2 и при любом токе утечки для кабелей, проложенных в агрессивных грунтах. При обнаружении опасных участков принимают меры по предотвращению разрушения кабелей электрокоррозией. Для этого применяют катодную поляризацию, протекторную защиту или электрический дренаж.

Наиболее опасными зонами являются места расположения тяговых подстанций, отсасывающих линий (линии, соединяющие различные точки рельсового пути непосредственно с отрицательной шиной источника питания), места пересечения и сближения трасс кабельных линий с рельсовыми путями.

Для проведения комплекса испытаний отрывают шурфы. При измерении потенциалов оболочек кабеля по отношению к земле по схеме, приведенной на рисунке 7, для избежания появления погрешностей от возможности появления гальванических пар заземляющий электрод выполняют из того же металла, что и оболочку кабеля (свинец, алюминий), на котором измеряют блуждающие токи.

Схема измерения потенциалов на оболочках кабелей и плотности стекающих токов

Рисунок 7. Схема измерения потенциалов на оболочках кабелей и плотности стекающих токов.

Обычно в качестве электрода используют кусок кабеля длиной 300…500 мм. При измерении плотности тока вместо милливольтметра включают миллиамперметр. Измерив весь ток, стекающий с электрода в землю /з.э, и зная площадь поверхности электрода S, определяют удельную плотность тока (мА/дм2), стекающего в землю /уд: Сквозной ток, протекающий вдоль оболочки кабеля /ск желательно измерять компенсационным методом.

По оболочке кабеля пропускают от постороннего источника ток обратного направления, который компенсирует блуждающий ток, проходящий вдоль оболочки. В момент полной компенсации показание милливольтметра будет равно нулю, а ток, пропускаемый от постороннего источника, будет равен сквозному току, протекающему вдоль оболочки кабеля на рисунке 8. В связи с резко переменным характером блуждающих токов в каждом контрольном пункте их следует измерять в течение 10…20 мин, через равные промежутки времени, сделав за это время 40…50 контрольных отсчетов. По данным измерений определяют средние значения потенциалов и токов.

Схема измерения блуждающих токов, протекающих вдоль оболочки кабеля

Рисунок 8. Схема измерения блуждающих токов, протекающих вдоль оболочки кабеля: 1 — вспомогательная батарея; 2 — реостат; 3 — кабель; 4 — прибор.

Полное представление о блуждающих токах в районе расположения кабельных сетей может быть получено после построения по результатам замеров диаграмм блуждающих токов на плане кабельных сетей. На основании анализа построенных диаграмм можно принять правильное решение по защите кабельных сетей от коррозии блуждающими токами.

Испытания воздушных линий электропередачи производятся с целью проверки их соответствия требованиям ПУЭ гл.1.8.41. и ПТЭЭП прил. 3 п. 7.

Проверка изоляторов.

Производится внешним осмотром и путём измерения сопротивления и испытания изоляции подвесных и опорных фарфоровых изоляторов.

При внешнем осмотре обращается внимание на отсутствие боя, ожогов, трещин, загрязненности, повреждения глазури, неправильной насадки штыревых изоляторов на штыри или крюки, повреждений защитных рогов; должны быть на месте гайки, замки или шплинты; не должно быть трещин в арматуре, перетирания или деформации отдельных деталей;

Проверка соединений проводов.

Производится внешним осмотром и путём измерения переходного сопротивления в болтовых, опрессованных и сварных соединений.

При внешнем осмотре обращается внимание на состояние проводов и тросов: не должно быть обрывов и оплавлений отдельных проволок, набросов на провода и тросы, нарушений их регулировки, недопустимого изменения стрел провеса и расстояний от проводов до земли и объектов, смещения от места установки гасителей вибрации, предусмотренных проектом ВЛ.

Измерение переходного сопротивления болтовых, опрессованных и сварных соединений производится согласно п.1.8.27 ПУЭ

Проверка качества выполнения болтовых контактных соединений.

Производится выборочная проверка качества затяжки контактов и вскрытие 2-3% соединений. Измерение переходного сопротивления контактных соединений следует производить выборочно на 2-3% соединений. Контактные соединения на ток более 1000 А рекомендуется проверять в полном объеме.

Падение напряжения или сопротивление на участке шины (0,7-0,8 м) в месте контактного соединения не должно превышать падения напряжения или сопротивления участка шин той же длины более чем в 1,2 раза.

Не должно быть повреждений или обрывов заземляющих спусков на опорах и у земли, нарушений контактов в болтовых соединениях молниезащитного троса с заземляющим спуском или телом опоры.

Проверка качества выполнения опрессованных контактных соединений.

Опрессованные контактные соединения бракуются, если:

  • а) их геометрические размеры (длина и диаметр опрессованной части) не соответствуют требованиям инструкции по монтажу соединительных зажимов данного типа;
  • б) на поверхности соединителя или зажима имеются трещины, следы значительной коррозии и механических повреждений;
  • в) кривизна опрессованного соединителя превышает 3% его длины;
  • г) стальной сердечник опрессованного соединителя смещен относительно симметричного положения более чем на 15% длины прессуемой части провода.

Следует произвести выборочное измерение переходного сопротивления 3-5% опрессованных контактных соединений. Падение напряжения или сопротивление на участке соединения не должно превышать падения напряжения или сопротивления на участке провода той же длины более чем в 1,2 раза.

Не должно быть повреждений или обрывов заземляющих спусков на опорах и у земли, нарушений контактов в опресованных соединениях молниезащитного троса с заземляющим спуском или телом опоры.

Контроль сварных контактных соединений.

Сварные контактные соединения бракуются, если непосредственно после выполнения сварки будут обнаружены:

а) пережог провода наружного повива или нарушение сварки при перегибе соединенных проводов;

б) усадочная раковина в месте сварки глубиной более 1/3 диаметра провода.

Проверка заземлителей опор, их оттяжек и тросов.

Проверка заземлителей опор, их оттяжек и тросов производится в соответствии с 1.8.39 и указаниями главы 2.3 ПТЭЭП.

Внешний осмотр.

Внешним осмотром проверяется состояние фундаментов, приставок: не должно быть оседания или вспучивания грунта вокруг фундаментов, трещин и повреждений в фундаментах (приставках), должно быть достаточное заглубление;

Внешним осмотром проверяется состояние опор: не должно быть их наклонов или смещения в грунте, видимого загнивания деревянных опор, обгорания и расщепления деревянных деталей, нарушений целостности бандажей, сварных швов, болтовых и заклепочных соединений на металлических опорах, отрывов металлических элементов, коррозии металла, трещин и повреждений железобетонных опор, птичьих гнезд, других посторонних предметов на них. На опорах должны быть плакаты и знаки безопасности; не должно быть повреждений или обрывов заземляющих спусков на опорах и у земли, нарушений контактов в болтовых соединениях молниезащитного троса с заземляющим спуском или телом опоры, разрушения коррозией элементов заземляющего устройства.

Внешним осмотром проверяется состояние заземляющего устройства в пределах доступности осмотру. Сечения и проводимости элементов заземляющего устройства, включая главную заземляющую шину, должны соответствовать требованиям настоящих Правил и проектным данным.

Проверка цепи между заземлителями и заземляемыми элементами.

Следует проверить сечения, целостность и прочность проводников, их соединений и присоединений. Не должно быть обрывов и видимых дефектов в заземляющих проводниках, соединяющих аппараты с заземлителем. Надежность сварки проверяется ударом молотка.

Проверка состояния пробивных предохранителей в электроустановках до 1 кВ.

Пробивные предохранители должны быть исправны и соответствовать номинальному напряжению электроустановки.

Измерение сопротивления заземляющих устройств опор, их оттяжек и тросов.

Значения сопротивления заземляющих устройств с подсоединенными естественными заземлителями должны удовлетворять значениям, приведенным в соответствующих главах настоящих Правил и таблице 1.8.38.

Определение места повреждения воздушных и кабельных линий

Различают следующие виды повреждений кабельных линий:

  1. повреждение изоляции, вызывающее замыкание одной жилы на землю;
  2. повреждение изоляции, вызывающее замыкание двух или трех жил на землю либо двух или трех жил между собой;
  3. обрыв одной, двух или трех жил без заземления или с заземлением оборванных и необорванных жил;
  4. заплывающий пробой изоляции;
  5. сложные повреждения, представляющие собой комбинации из указанных выше видов повреждений.

Для определения вида повреждения кабельной линии во многих случаях бывает достаточно измерить с обоих концов линии сопротивление изоляции каждой токоведущей жилы по отношению к земле и сопротивление изоляции между токоведущими жилами, а также проверить целость жил. Эти измерения производят мегомметром МС-06 на 2500В или М-1101 на 500 — 1000В.

Если мегомметром не удается обнаружить вид повреждения изоляции, то дополнительно испытывают повышенным напряжением от испытательной установки поочередно изоляцию токоведущих жил по отношению к металлической оболочке кабеля и изоляцию между жилами. После того как произведены все необходимые измерения, составляют схему вида повреждения кабельной линии и заносят ее в протокол измерений.

Для определения места повреждения во многих случаях необходимо иметь малое переходное сопротивление в месте повреждения кабельной линии. Это сопротивление снижают до нужного предела, прожигая изоляцию в месте повреждения первоначально тоном от испытательной установки, затем от прожигательной установки и при необходимости током от генератора высокой частоты или трансформатора, присоединяемого к одному из концов линии.

В городских сетях прожигательная установка совмещается с испытательной и монтируется на автомашине смотри рисунок 9.

прожигательная установка, совмещенная с испытательной установкой

Рисунок 9. Внешний вид прожигательной установки, совмещенной с испытательной установкой

Монтаж проводов и отдельных частей установки выполняют открыто, чтобы можно было легко проконтролировать состояние и осуществить ремонт любого элемента схемы. Расположение оборудования, приборов и рукояток управления такое же, как в передвижной испытательной установке.

Процесс прожигания зависит от характера повреждения и состояния кабельной линии. Так, при повреждении кабеля с сухой изоляцией прожигание проходит спокойно и через 15 — 20 минут сопротивление изоляции снижается до нескольких десятков Ом, с увлажненной изоляцией — спокойно, но длится большее время и сопротивление удается снизить только до 2000 — 3000Ом. При повреждении кабельной линии в муфте прожигание длится до нескольких часов, а иногда и суток, причем сопротивление резко меняется, то снижаясь, то возрастая, пока не начнет постепенно снижаться. В некоторых случаях в процессе прожигания место повреждения в муфте заплывает, изоляция восстанавливается и пробои прекращаются.

При прожигании мест повреждений кабельных линий, проложенных открыто, например, в туннелях, подвалах и других помещениях, необходимо выставлять наблюдателей для обнаружения мест повреждений и предотвращения возможности загорания других кабелей.

Установив характер повреждения, бригада по измерениям в составе мастера и монтера приступает к определению места повреждения кабельной линии. Сначала она определяет зону повреждения одним из следующих методов:

  • импульсным,
  • колебательного разряда,
  • петлевым,
  • емкостным,
  • индукционным,
  • акустическим,
  • метод накладной рамки.

Для определения мест повреждений на линиях (обрывы проводов, замыкания между проводами, замыкания на землю) существуют приборы и методы, основанные на измерении времени распространения электрических импульсов по проводам линий и на измерении параметров аварийного

режима. При первом методе применяются неавтоматические локационные искатели типов ИКЛ-5, Р5-1А и др. Для определения расстояния от шин подстанции до места повреждения на линии локационный искатель подключают с помощью изолирующих штанг поочередно к проводам отключенной и заземленной со всех сторон линии (рис. 10). Затем со стороны подстанции, на которой производится проверка, с линии снимают заземление и в линию посылают электрический импульс. В месте повреждения импульс отражается от неоднородности волнового сопротивления и возвращается к началу линии.

схемы прожигания на переменном токе

Рисунок 10. Принципиальные схемы прожигания на переменном токе: а) — генератор высокой частоты, б)- резонансный трансформатор; 1 — электродвигатель (Р=5кВА; U=220В; n= 2960 об/мин), 2 — генератор повышенной частоты ГИС-2 (Р=3кВА; I = 15А; U=220В; F=1000Гц), 3 — положение переключателя для последовательного соединения обмоток, 4 — контакты для параллельного соединения обмоток (I-30А; U-110В), 5- поврежденный кабель, 6 — место повреждения, 7 -первичная обмотка, 8 и 9- вторичная высоковольтная обмотка, секцированная на две части с зажимом IIII и II-IV и с возможностью подключения двух секций или одной (показано пунктиром).

Трасса прохождения импульса изображена на рис. 11. Расстояние до места повреждения может быть подсчитано по формуле:

l =0,5 t n, (3)

где t — время между моментом посылки импульса и моментом его возвращения; n — скорость распространения импульса.

Отраженные сигналы наблюдают на экране электронно-лучевой трубки, где по числу масштабных меток определяют расстояние до места повреждения.

схема прожигательной установки на постоянном токе от выпрямителей

Рисунок 11. Принципиальная схема прожигательной установки на постоянном токе от выпрямителей1 — повышающий трансформатор (Р=6кВА; U=220/42 500В), 2 — полупроводниковый выпрямитель (300 последовательно соединенных диодов Д226), размещенный в масляном баке трансформатора 1, 3 — регулировочный трансформатор (Р=7кВА, U=220/0-250В) с двумя независимыми выводами со скользящими контактами, с заземлением середины вторичной обмотки для исключения высокочастотных перенапряжений при пробое кабеля, 4 — повышающий трансформатор (Р=6кВА, U=0,22/5 и 10кВ), 5 — газотроны ВГ-237, соединенные по схеме двухполупериодного выпрямления, 6 — трансформаторы накала газотронов, 7 — регулировочный автотрансформатор (Р = 1,5 кВА, У-220/0-250В), 8- переключатель для параллельного соединения двух секций высоковольтной обмотки повышающего трансформатора, 9 — разъединитель для параллельной работы полупроводникового выпрямителя с газотронами.

Так как волновые характеристики воздушных линий зависят от рельефа местности, транспозиции проводов на опорах и других факторов, то во избежание внесения ошибок в результаты проверки рекомендуется иметь предварительно снятые характеристики каждой исправной линии. С этими характеристиками нормального состояния линии сравниваются снятые характеристики аварийного состояния. Точность определения мест повреждений локационными искателями находится в пределах 0,3-0,5% длины линии.

К недостаткам, которые часто встречаются в эксплуатации и мешают точному определению мест повреждений на линиях, относятся:

  • дефекты воздушных проводок в открытых РУ;
  • повреждения защитных фильтров, которые не были своевременно выявлены из-за нарушения сроков профилактики;
  • отсутствие характеристик нормального состояния линий;
  • необученность персонала работе с импульсными измерителями.

Все работы с локационными измерителями должны проводиться в строгом соответствии с требованиями техники безопасности (ТБ).

Широкое распространение в энергосистемах получил второй метод — определение места повреждения по параметрам аварийного режима. Фиксация этих параметров производится фиксирующими приборами (индикаторами), установленными с двух сторон (для линий 110 кВ и выше) или только с одного конца линии (для линий 6-35 кВ), во время возникновения КЗ. К числу таких приборов относятся индикаторы серий ФИП, ФПТ, ФПН, ЛИФП, ФИС.

Индикаторы серий ФИП и ЛИФП имеют две модификации: для измерения тока (модификация А), подключаемые к трансформаторам тока каждой контролируемой линии, и для измерения напряжения (модификация В), подключаемые к шинным трансформаторам напряжения. Показания, снимаемые с блоков отсчета индикаторов серии. ФИП, переводятся в именованные единицы (килоамперы, киловольты) с помощью специальных таблиц. Расстояние в километрах до места повреждения находится затем по этим параметрам на основе расчетных алгоритмов.

Индикаторы ФИП с фильтрами тока и напряжения обратной последовательности получили название ФПТ (модификация А) и ФПН (модификация Н). Использование составляющих обратной последовательности расширило границы применения индикаторов. С их помощью возможно определение мест повреждений при всех видах КЗ, а также на линиях с ответвлениями и линиях, имеющих между собой сложную электромагнитную связь (например, на параллельных линиях с различной взаимоиндукцией по трассе).

При эксплуатации фиксирующих индикаторов важно, чтобы персонал подстанций быстро и правильно регистрировал и передавал диспетчеру данные замеров. После снятия показаний с фиксирующих индикаторов их необходимо каждый раз возвращать в состояние готовности к последующей работе.

Однофазные замыкания на землю в распределительных сетях 6-10 кВ составляют до 80% всех повреждений. Для отыскания воздушной линии, имеющей замыкание фазы на землю, без ее отключения применяют приборы «Поиск-1», «Волна», «Зонд».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *