Задача 4 Вибір вимірювальних приладів та вимірювальних трансформаторів
Задані значення сили струму І, напруги U, частота мережі f та величина кута зсуву фаз φ між напругою та силою струму (табл.4.1). Для електричного кола вибрати амперметр, вольтметр, ватметр, частотомір та фазометр і записати довірчий інтервал, в якому будуть знаходитися показання приладів. Привести схему вмикання приладів.
Вибрати номінальні коефіцієнти трансформації вимірювальних трансформаторів струму та напруги, визначити показання амперметра, вольтметра ватметра та фазометра ввімкнених у вторинні обмотки трансформаторів. Напруга U1, струм І1, та величина кута зсуву фаз φ вказані у таблиці 4.2. Частота мережі f=50 Гц.
– Визначити значення потужності у колі високої напруги.
– Вибрати прилади (типи, межі вимірювань, класи точності), які будуть ввімкнені у вторинні обмотки трансформаторів, обчислити їх показання та абсолютні похибки.
– Привести повну принципову схему ввімкнення приладів через вимірювальні трансформатори струму та напруги.
Методичні вказівки
Теоретичний матеріал необхідний для виконання задачі розглянуто в розділах “Вимірювання електричних величин” .
Метрологічні характеристики вибраних вимірювальних приладів повинні відповідати поставленому завданню.
При виборі вимірювальних приладів треба звернути увагу на :
а) діюче значення вимірюваної величини;
б) частотний діапазон мережі живлення;
в) необхідну точність вимірювання.
Всі запропоновані вимірювання являються технічними, тому висока точність результату не потрібна, але при виборі межі вимірювання приладу треба пам’ятати, що відносна похибка результату вимірювання , тим менша, чим ближче показання приладу А до границі вимірювання приладу Аmax.
(4-1)
Для приладів з двома вхідними величинами – ватметрами, фазометрами, лічильниками вказане вище положення справедливе для обох меж вимірювання (для струму та напруги).
Згідно з умовою задачі можливість використання вимірювальних приладів різних систем необхідно розглянути в такій послідовності:
магнітоелектрична система – на постійному струмі;
електромагнітна, електростатична, електро- та феродинамічна система – при досить великих вимірювальних струмах та напругах і низьких частотах, враховуючи їх невисоку чутливість та досить високе власне споживання;
приладів з випрямлячами для вимірювання малих струмів і напруг на середніх частотах;
приладів з термоелектричними перетворювачами для вимірювання струмів і напруг на високих частотах;
електронних аналогових для вимірювання при дуже малих струмах і напругах та високих частотах.
Для використання фазометрів та частотомірів при необхідності погодження значень вимірювальних напруг з вхідними параметрами паралельних обмоток вищеназваних приладів в установках до 1000 В слід використовувати резистивно – ємнісні подільники напруги (робочий струм 7,5 мА).
Номінальні коефіцієнти трансформації вимірювальних трансформаторів струму та напруги треба вибирати, користуючись стандартною шкалою, при цьому мінімальні похибки забезпечуються при виборі ближчого стандартного номінального коефіцієнта трансформації, при виконанні умови:
І1≤1,2І1н; U1≤1,2U1н;
де І1, U1 – вимірювані струм і напруга;
І1н, U1н – номінальні струм і напруга первинних обмоток вимірювальних трансформаторів.
При виборі необхідних типів вимірювальних приладів і трансформаторів слід користуватися таблицями технічних даних (див. табл..4.3 – 4.9).
Примітка. Варіант завдання вибрати по номеру залікової книжки. Якщо номер залікової книжки більше 40, тоді варіант вибрати (№книжки – 40).
Література
Л1: §§7.1, 8.2, с. 144-146, 172-182.
Л3: §§8.1-8.9, с. 404-486.
Л4. §§ 3.2, 3.5–3.8, с. 86-106, 129-136, 138-148.
Л5. §§ 5.2–5.6, 6.2, с. 100-120, 126-127.
Таблиця 4.1
Вихідні дані до задачі 4
№ варіанта |
U, В |
I, А |
, град |
f,Гц |
1 |
100 |
2 |
10 |
1000 |
2 |
30 |
0,1 |
60 |
500 |
3 |
150 |
5 |
90 |
150 |
4 |
220 |
1,0 |
30 |
100 |
5 |
127 |
0,2 |
45 |
60 |
6 |
0,2 |
0,2 |
0 |
2000 |
7 |
1,0 |
2,5 |
60 |
200 |
8 |
20 |
3 |
80 |
100 |
9 |
105 |
2 |
45 |
60 |
10 |
200 |
5 |
30 |
500 |
11 |
0,5 |
0,3 |
20 |
500 |
12 |
78 |
2,4 |
60 |
100 |
13 |
0,2 |
0,1 |
30 |
5000 |
14 |
0,1 |
0,01 |
60 |
10000 |
15 |
0,9 |
0,9 |
45 |
1000 |
16 |
98 |
2,5 |
30 |
100 |
17 |
0,2 |
0,001 |
0 |
20000 |
18 |
50 |
0,1 |
60 |
100 |
19 |
220 |
3 |
60 |
500 |
20 |
127 |
5 |
20 |
100 |
21 |
85 |
4 |
35 |
200 |
22 |
2 |
0,5 |
90 |
600 |
23 |
4,5 |
0,05 |
60 |
500 |
24 |
105 |
2,5 |
45 |
100 |
25 |
0,1 |
0,05 |
0 |
1000 |
26 |
220 |
4,5 |
30 |
100 |
27 |
1,5 |
0,2 |
50 |
400 |
28 |
7,5 |
0,3 |
60 |
5000 |
29 |
60 |
3,5 |
20 |
5000 |
30 |
127 |
0,1 |
15 |
6000 |
31 |
150 |
7 |
75 |
50 |
32 |
2 |
0,03 |
0 |
1000 |
33 |
78 |
0,15 |
10 |
100 |
34 |
50 |
1,5 |
20 |
200 |
35 |
0,2 |
0,01 |
60 |
1000 |
36 |
0,01 |
0,5 |
35 |
500 |
37 |
0,001 |
0,02 |
25 |
5000 |
38 |
0,3 |
0,05 |
35 |
500 |
39 |
9,8 |
1,5 |
40 |
400 |
40 |
15 |
0,8 |
55 |
150 |
Таблиця 4.2
Вихідні дані до задачі 4
№ варіанта |
, град |
U, кВ |
I, А |
1 |
10 |
2,9 |
125 |
2 |
60 |
4,9 |
45 |
3 |
90 |
0,49 |
85 |
4 |
30 |
6,1 |
305 |
5 |
45 |
9,8 |
590 |
6 |
0 |
14,5 |
49 |
7 |
60 |
0,510 |
205 |
8 |
80 |
3,1 |
295 |
9 |
45 |
5,9 |
610 |
10 |
30 |
10,1 |
145 |
11 |
20 |
14 |
50 |
12 |
60 |
1,7 |
65 |
13 |
30 |
6,6 |
100 |
14 |
60 |
12,1 |
90 |
15 |
45 |
10 |
75 |
16 |
30 |
12,5 |
45 |
17 |
0 |
14,5 |
80 |
18 |
60 |
8,5 |
125 |
19 |
60 |
6,2 |
110 |
20 |
20 |
10,5 |
105 |
21 |
35 |
2,6 |
126 |
22 |
90 |
5,0 |
40 |
23 |
60 |
14,5 |
125 |
24 |
45 |
12,2 |
190 |
25 |
0 |
8,4 |
220 |
26 |
30 |
1,7 |
615 |
27 |
50 |
0,6 |
2900 |
28 |
60 |
30 |
98 |
29 |
20 |
16,0 |
145 |
30 |
15 |
15 |
210 |
31 |
75 |
11,7 |
75 |
32 |
0 |
0,65 |
1900 |
33 |
10 |
1,9 |
600 |
34 |
20 |
2,4 |
270 |
35 |
60 |
10,5 |
190 |
36 |
35 |
13,5 |
250 |
37 |
25 |
31 |
80 |
38 |
35 |
29 |
75 |
39 |
40 |
20 |
110 |
40 |
55 |
18,5 |
220 |
Табл.. 4.3 Технічні данні приладів для вимірювання струму |
Система |
магніто-електрична |
електромагнітна |
електромагнітна |
електро-динамічна |
електро- динамічна |
термоелектрична |
термоелектрична |
електронний воль-тметр діючих значень синусоїдної та спотво-реної форм напруги |
|
Клас точності |
1,5 |
1,0 |
1,0 |
0,1 |
0,2 |
1,0 |
1,5 |
0,5 |
||
Діапазон частот, Гц |
0 |
50 |
50 |
451000...1500 |
451000... 3000 |
0 2107 |
50 2106 |
10Гц10МГц |
||
Межа вимірювання |
(1,5-3-7,5-15-60-75-150-300-750) мA (1,5-3-7,5-15) А |
(3-7,5-15-30-75-150-300-750-1500) мA |
(1,5-3-7,5-15) A |
(5-10-25-50-100-200) мA (0,5-1-2,5-5) A |
(5-10-25-50-100-200) мA |
(0,5-1-2,5-5-10) A |
(5-10-30-100-300) мA |
(0,5-1-2,5-5-10-25-50) A |
(2-10; 6-30; 20-100; 60-300) мA (0,2-1; 0,6-3; 2-10; 6-30) мA (0,02-0,1; 0,06-0,3; 0,2-1) A |
|
Тип |
М336 |
Е377 |
Е377 |
Д5054 |
Д5014/4 |
Д5014/2 |
Т15 |
Т18 |
Ф584 Ф5051 |
|
Найменування приладу |
Міліамперметр Амперметр |
Міліамперметр |
Амперметр |
Амперметр |
Міліамперметр |
Амперметр |
Міліамперметр |
Амперметр |
Вольтметр с приставкою для вимірювання струму |
|
Табл.. 4.4 Технічні дані вольтметрів |
Система |
магніто-електрична |
електромагнітна |
електромагнітна |
електро-динамічна |
електростатична |
термоелектрична |
електронний середньоквадратичного значення довільної форми |
цифровий вольтметр |
|
Клас точності |
0,5 |
1,5 |
1,0 |
0,2 |
1,0 |
1,5 |
4,0 |
4,0 |
0,15/0,2 |
|
Діапазон частот, Гц |
0 |
5060 |
451000 |
452000 |
0; 20106 |
02106 |
455106 |
205106 |
4520106 |
|
Межа вимірювання |
(1,5-3-7,5) мА, (150-300-750) мкA, (30-75-300) мВ |
(0,5-1-1,5-3-7,5-15-30-50-150-250-500-600) В |
(1,5-3-7,5-30-60-75-150-300-450-600) В |
(7,5-15-30-60-75-150-300-600) В |
(30-50-75-100-150-300-600) В |
(0,75-1,5-3-7,5-15-30-50) В |
(0,03-0,1-0,3-1-3-10-30-100-300) мкВ |
(1-3-10-30-100-300) мВ (1-3-10-30-100-300) В |
100 мВ, (1-10-30-100-300) В |
|
Тип |
М1200 |
Е377 Е378 |
Е531 Е534 |
Д5015 |
С700М |
Т16 |
В3-50 |
В3-38 |
В7-22 |
|
Найменування приладу |
Мілівольтмік-роамперметр |
Вольтметр |
Вольтметр |
Вольтметр |
Вольтметр |
Вольтметр |
Мікро-вольтметр |
Вольтметр |
Вольтметр |
|
Табл. 4.5 Технічні дані комбінованих приладів |
Клас точності, % |
змін. струм |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
пост. напр. |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
||
пост. струм |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
||
Діапазон частот, Гц |
4510000...20000 455000...10000 451000...2000 45100...500 4560...100 |
4560...10000 4560...5000 4560...1000 4560...400 |
455000...10000 452000...5000 45500...1000 45100..200 4560...100 |
4510000...20000 4560...500 4560...200 452000...5000 45200...1000 |
||
Границя вимірювань |
змінна напруга |
3–6 В 15 В 60 В 150 В 300–900 В |
2,5–50 В
250–500 В 1000 В |
0,06–30 В 120 В 300 В 600 В 1200 В |
0,001–30 В
100–300 В 1000 В |
|
змінний струм |
0–3000 мА
|
0,25–100 мА 0,5–2,5 А |
0,06–6000 мА |
1–300 мкА 1–300 мА 1–30 А |
||
постійна напруга |
0,6-1,2-3-12-30-60-120-600-1200 В |
0,5–2,5–10–50–250–500–1000 В |
0,06–0,3–1,2–6–30–120–300–600–1200 В |
1–3–10–100–300 мВ 1–3–10–30–100–300–1000 В |
||
постійний струм |
0,06–0,6–6–60–600 мА 3 А |
50–250 мкА 1–5–25 мА 0,1–0,5–2,5–5–25 А |
0,06–0,12–0,6–3–12–60–300 мА 1,2–6 А |
1–3–10–30–100–300 мкА 1–3–10–30–100–300 мА 1–3–10–30 А |
||
Тип |
Ц4324 |
Ц4340 |
Ф4313 |
Ф4318 |
||
Найменування приладу |
Комбінований прилад |
Комбінова-ний прилад |
Комбінова-ний прилад |
Комбінова-ний прилад |
||
Табл. 4.6 Технічні дані ватметрів |
Номіналь-ний cos н |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,1...1,0 |
Клас точності |
0,5 |
0,5 |
0,2 |
2,5 |
2,5 |
|
Діапазон частот |
(0…500) Гц |
(40÷60...450) Гц |
0; (45÷500...1000)Гц |
(50–500–1000–4000–8000–10000) Гц |
20 Гц…20 кГц |
|
Номінальна напруга |
(30–75–100–150–300–450–600)В |
(1–10–100–1000)В |
(30–75–150–300–450–600)В |
100В |
(20–30–100–300)мВ (1–3–10–30–100–300)В |
|
Номінальний струм |
(10,2–26–50–100)мА (0,1–0,2–0,5–1,2–2,5–5–10)А |
(0,2–5)А |
(0,0025–0,05–0,1–0,2––0,5–1,0–2,5–5–10)А |
5А |
(0,1–0,3–1–3–10–30–100–300–500)мА |
|
Тип |
Д5004 |
Ф4830 |
Д5016 |
Д37 |
Ф530 |
|
Найменування приладу |
Ватметр |
Ватметр цифровий |
Ватметр |
Ватметр |
Мікроватметр |
Табл. 4.7 Технічні характеристики частотомірів |
Система |
Електронний аналоговий |
Електромагнітний (логометр) |
Феродинамічний (логометр) |
Відносна похибка = (0 + 1/(fx tвим)) tвим = 1с, 0= 10-4 |
|
Клас точності |
0,5 |
2,5 |
1,5 |
|||
Діапазон напруги, В |
1...500 |
100...127...220... 380 |
127...220...380 |
0,1...100 |
0,1...10 |
|
Середня частота fo, Гц |
30–40–50–60–80–100–150–200–250–300–400 |
50 Гц |
50–400–500 |
– |
– |
|
Діапазон вимірів |
10% fo |
10% fo |
10% fo |
0,1Гц...50МГц |
10Гц...50МГц |
|
Тип |
Ф5043 |
Е373 |
Д126 |
Ф5034 |
Ч3-32 |
|
Найменування приладу |
Частотомір |
Частотомір |
Частотомір |
Частотомір електронно-лічильний |
Частотомір електронно-лічильний |
|
Табл. 4.8 Технічні характеристики фазометрів |
Система |
Електродинамічний (логометр) |
Електродинамічний (логометр) |
Електронно-аналоговий |
Електронно-лічильний |
Клас точності |
0,5 |
2,5 |
(0,02х +1) |
(0,2+ 0,004х) |
|
Діапазон вимірювання |
(0–90–180–270–360) о +1–0–1 |
-0,5–1–0,5 |
(0180)о |
(0180)о |
|
Частота, Гц |
50, 60 |
50, 500, 1000, 4000, 8000, 10000 |
20...1105 |
20...2106 |
|
Номінальна напруга, В |
100...127... 220 |
100 |
0,5...50 |
0,001...100 |
|
Номіналь-ний струм, А |
5...10 |
5 |
_ |
– |
|
Тип |
Д578 |
Д39 |
Ф2-13 |
Ф2-16 |
|
Наймену-вання приладу |
Фазометр |
Фазометр |
Фазометр |
Фазометр |
Табл. 4.9 Технічні дані вимірювальних трансформаторів |
Клас точності |
0,05 |
0,2 |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
І2ном |
5 А |
5 А |
– |
– |
– |
|
U2ном ф |
– |
– |
100 В |
100 В |
100 В |
|
І1ном, або U1ном ф |
(0,5–1–1,5–2,5–3–4–5–7,5–10–15–20–25–30–40–50–60–75–80–100–150–200–250–300–400–500–600–750–800–1000–1200–1500–2000–3000)А |
(15–50–100–150–200–300–600)А |
(3–6–10–15)кВ |
(220–380–500)В |
(13,5–15–18–35)кВ |
|
Тип |
И 512 |
УТТ...3М |
И 510 |
УТН...1 |
НОМ-15 |
|
Найменування вимірювального трансформатора |
Трансформатор струму |
Трансформатор струму |
Трансформатор напруги |
Трансформатор напруги |
Трансформатор напруги |