Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поверка средств измерений электрических величин. Учебное пособие
.pdf
81
В зависимости от точности деления напряжения делителям присваивается
соответствующий класс точности (K) от 0,001 до 0,2.
Класс точности нормируется (определяется ГОСТом) по предельному
значению относительной погрешности в процентах от номинального коэффициента деления:
дн дд
вх
пр
дн дн вых
KK
K δ 100 1 100
KK
U
U
−
= = −
, (3.1)
где
вх н вх н
дн
вых н вых н
K
UR
UR
==
— номинальный коэффициент деления;
дд
K
— действительный коэффициент деления;
вх
U
и
вых
U
— действительные значения входного и выходного напря-
жения.
Делители напряжения классов точности 0,005 и выше, как правило, термостатированы и имеют специальные устройства для поэлементной поверки.
Делители напряжения предназначены для расширения пределов измерения измерителей напряжения (ИН) (см. рис. 3.7а) с большим входным сопротивлением. При невыполнении этого условия коэффициент деления будет отличаться от номинального значения.
Так, для схемы на рис. 3.7а
21э
д
1э
K
RR
R
+
=
, где
ин1
ин1
э1
RR
RR
R
+
=
,
ин
R
— входное
сопротивление измерителя напряжения.
Рис. 3.6. Схемы делителей напряжения
82
Рассмотренные резисторные делители напряжения не могут обеспечить
нормируемую точность коэффициента деления на переменном токе при повышенных частотах, так как резистор представляет собой катушку с большим
числом витков высокоомного провода, т.е. обладает индуктивностью и межвитковой емкостью.
Несмотря на использование специальных методов намотки провода (бифилярная, секционированная), устранить полностью данные индуктивность и
емкость не удается.
Эквивалентная схема резистора (рис. 3.8) содержит R (сопротивление резистора постоянному току), L (индуктивность) и С (емкость).
Полное сопротивление цепи на переменном токе без учета величин второго порядка малости можно определить по формуле:
−+= RC
R
L
jRZ ω1
,
где
τ
L
RC
R
−=
— постоянная времени.
Рис. 3.7. Схемы резисторных делителей напряжения
83
Постоянная времени резистора и делителя напряжения в целом является
качественным показателем делителя напряжения с точки зрения пригодности
его для измерения на переменном токе.
Так, многопредельный делитель напряжения P501, входящий в комплект
потенциометра переменного тока P56, имеет
5
10τ−=
с при
60 кОм
вх
R =
и
К 0,1 %=
на частотах от 40 до 60 Гц.
Частотно-компенсированные делители напряжения (см. рис. 3.6б) применяются в основном как встроенные в электронные измерители напряжения
(вольтметры, осциллографы).
Шунтирование резисторов конденсаторами при выполнении равенств
1 1 2 2
RC R C=
позволяет улучшить передачу крутых фронтов импульсных напря-
жений. При низких частотах, включая постоянное напряжение такой делитель
работает как резисторный с коэффициентом деления
12
д
1
K
RR
R
+
=
, а на высоких
частотах — как емкостный (см. рис. 3.6в) с коэффициентом деления:
12
д
1
K
CC
C
+
=
. (3.2)
Индуктивные делители (см. рис. 3.6г) применяются в основном как согласующие в различных электронных устройствах.
Наличие межвитковых емкостей ограничивает частотный диапазон постоянства коэффициента деления.
Емкостный делитель напряжения (см. рис. 3.6в) используется для расширения пределов измерения электростатических вольтметров на переменном токе частотой до 5 МГц.
Если выбрать емкость низковольтного конденсатора
1
C
значительно боль-
ше входной емкости вольтметра (
304вх−=C
пФ), то коэффициент деления, неза-
висимо от напряжения, будет определяться формулой (3.2).
Рис. 3.8. Эквивалентная схема
резистора
84
При измерении больших напряжений в цепях переменного тока (сотни
киловольт) начинают проявляться токи утечки через изоляцию конденсаторов,
что приводит к погрешности коэффициента деления.
Для улучшения стабильности коэффициента деления высоковольтного
преобразователя используется гибридная схема на основе высоковольтного емкостного делителя напряжения и измерительного трансформатора тока
(рис. 3.9а).
По этой схеме фактически измеряется ток делителя напряжения, функционально связанный с измеряемым напряжением.
Ток в первичной обмотке ИТТ (рис. 3.9б) функционально связан с измеряемым напряжением
т
дт
K
U
I
Z
=
. Ток вторичной обмотки ИТТ с помощью элект-
ронного преобразователя преобразуется в стандартное напряжение 100 В.
Аналогичная схема измерения реализована в эталонном преобразователе
ВЕМПН-100, с той лишь разницей, что ЭП преобразует ток емкостного датчика
в напряжение.
Технические характеристики преобразователя:
Номинальное входное напряжение 110 кВ;
Номинальное выходное напряжение 100 В;
Рис. 3.9. Схема высоковольтного емкостного масштабного
преобразователя напряжения: ЭП — электронный преобразователь,
ИТТ — измерительный трансформатор тока,
Т
Z
— эквивалентное
сопротивление трансформаторной цепи, приведенное к первичной
обмотке, U — измеряемое напряжение
85
Класс точности 0,1 %;
Габариты 800×300 мм;
Масса 35 кг.
Поверка делителей напряжения классов точности 0,01 и ниже заключается в измерении входного и выходного напряжений или сопротивлений.
При измерении напряжений потенциометром или компаратором на делитель подают напряжение, которое способен измерить эталонный потенциометр
(компаратор) и измеряют
вх
U
и
вых
U
.
Погрешность коэффициента деления рассчитывают по формуле (3.1).
При измерении действительных значениях
вх.н
R
и
вых.н
R
с помощью потен-
циометра или моста постоянного тока погрешность делителя определяют
по формуле:
вх.н вх.д вых.н вых.д
вх.н вых.н
δ 100 %
R R R R
RR
− −
= −
.
Делители классов точности 0,005 и выше имеют специальные устройства
для подстройки коэффициентов деления под номинальные значения и могут
быть поверены без эталонных мер сопротивления. На рис. 3.10 изображена
упрощенная схема термостатированного делителя Р356 класса точности 0,003
с коэффициентом деления 10:1–10000:1.
Рис. 3.10. Схема делителя напряжения P356
В конструкции делителя имеются специальные контактные группы 1К–
4К, которые замыкаются с помощью сдвоенной вставки на время поверки соответствующей ступени делителя.
При указанном на рис. 3.10 соотношении сопротивлений ступеней делителя (от R до 3000R) общее сопротивление делителя равно
вх
10 МОмR =
.
86
Поверка (подстройка) заключается в сравнении действительных значений
сопротивлений ступеней:
АВ – ВС, АС – CD, AD – DE, AE – EF.
При этом замыкаются соответствующие контакты: 1К, 2К, 3К, 4К.
При замыкании, например, контактов 1К, эквивалентное сопротивление
ступени BC равно R, так как резисторы сопротивлением R3 соединяются параллельно. Один из резисторов на рис. 3.10 может изменяться, подгоняя значение
эквивалентного сопротивления данной ступени под значение сопротивления
соседней ступени.
В реальной конструкции делителя эта операция осуществляется с помощью дополнительного переменного резистора.
Резистор R ступени AB выполнен с допуском 0,05 % и не регулируется.
Погрешности коэффициентов деления (в процентах) определяются по формулам:
%δ9,0δ
110
RK =
,
( )
%δδ9,0δ
21100
RRK +=
,
( )
%δδδ9,0δ
3211000
RRRK ++=
,
( )
%δδδδ9,0δ
432110000
RRRRK +++=
,
где
14
δδRR−
определяются по результатам измерения сопротивлений соот-
ветствующих ступеней.
Так, для ступеней AB – BC:
%100δ
АВ
ВСАВ
1
R
RR
R
−
=
.
3.4. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И ИХ ПОВЕРКА
Измерительные трансформаторы по принципу действия являются электромагнитными масштабными преобразователями тока и напряжения. Они
предназначены для расширения пределов измерения измерителей тока (трансформаторы тока) и измерителей напряжения (трансформаторы напряжения).
При измерении в высоковольтных цепях трансформаторы обеспечивают:
87
• коэффициенты трансформации по току
1н
н
2н
K
I
I
I
=
, по напряжению
1н
н
2н
K
U
U
U
=
, где
н1н1
,UI
— номинальные значения первичного тока и напряжения,
н2н2
,UI
— номинальные значения вторичного тока и напряжения;
• погрешность по току
н 2 1
1
K
100 %
I
I
II
f
I
−
=
; (3.3)
• погрешность по напряжению
н 2 1
1
K
100 %
U
U
UU
f
U
−
=
, (3.4)
здесь
21
,II
и
21
,UU
— действительные значения первичных и вторичных токов
и напряжений;
• угловые погрешности
I
δ
трансформатора тока и
U
δ
трансформатора
напряжения.
Измерительные трансформаторы по своему назначению делятся на лабораторные и стационарные, которые отличаются друг от друга по исполнению и
по техническим параметрам (ГОСТ 23624-2001, 23625-2001).
Параметры, определяющие нормальный режим работы трансформаторов,
называются нормальными.
Лабораторные трансформаторы тока, как правило, многопредельные и
имеют номинальные первичные токи в диапазоне от 0,1 А до 60 кА и вторичные токи 1; 2; 5 А.
Лабораторные трансформаторы напряжения имеют номинальные первичные напряжения в диапазоне от 100 до 35 000 В, вторичные —
100
3
и 100 В.
Лабораторные трансформаторные тока могут работать в цепях переменного тока частотой от 10 Гц до 20 кГц, трансформаторы напряжения на промышленной частоте.
Основными метрологическими параметрами измерительных трансформаторов являются:
88
За угловые погрешности принимаются углы, выраженные в угловых минутах, дополняющие угол между векторами
1
I
и
2
I
до 180°.
Угловые погрешности имеют значения при работе трансформаторов
с ваттметрами, фазометрами и счетчиками электрической энергии.
Погрешности трансформаторов зависят от режима измерений (отличие
токов и напряжений от их номинальных значений) и от нагрузки вторичных
обмоток. Номинальные значения нагрузок нормированы.
Предельные значения погрешностей по току, по напряжению и угловые
нормированы в виде класса точности. Лабораторные трансформаторы тока
имеют следующие классы точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2, трансформаторы
напряжения — 0,05; 0,1; 0,2; 0,5. Класс точности стационарных трансформаторов тока: 0,2; 0,5; 3; 5; 10; трансформаторов напряжения: 0,2; 0,5; 1; 3.
При периодической поверке трансформаторов тока выполняются следующие операции: внешний осмотр; размагничивание, определение погрешностей.
При поверке трансформаторов напряжения осуществляется внешний
осмотр и определение погрешностей. После ремонта, кроме перечисленных
операций, измеряется сопротивление изоляции и проверяется электрическая
прочность изоляции.
При внешнем осмотре необходимо обратить внимание на исправность
зажимных устройств, наличие щитков с четким указанием технических характеристик трансформаторов, наличие четких и правильных обозначений зажимов. От правильности обозначения зажимов трансформаторов зависит правильность показаний приборов, работающих с трансформаторами.
В случае сомнения в правильности обозначения зажимов трансформаторов, можно проверить это с помощью источника постоянного тока и магнитоэлектрического милливольтметра по схемам, изображенным на рис. 3.11а, б.
При правильном обозначении зажимов в момент замыкания ключа Кл
стрелка прибора отклонится вправо. Прочность изоляции первичных обмоток
трансформаторов, находящихся в эксплуатации, испытываются подачей напряжения величиной 75 % от испытательного напряжения, указанного на щитке,
в течение 1 мин.
Изоляция вторичных обмоток должна выдерживать напряжение 2 кВ
в течение 1 мин.
89
Трансформаторы тока перед определением погрешностей подвергаются
размагничиванию одним из указанных способов:
1) к вторичной обмотке подключают резистор с сопротивлением 10 Ом
(при
2н
5 АI =
) или 250 Ом (при
2н
1 АI =
); через первичную обмотку пропускают
ток номинального значения и затем его плавно уменьшают до нуля;
2) вторичную обмотку размыкают; через первичную обмотку пропускают
ток, равный 10 % от
1н
I
, и плавно уменьшают его до нуля;
3) размыкают первичную обмотку, а ток, равный 10 % от
2н
I
, пропускают
по вторичной обмотке и уменьшают его до нуля.
В связи с наличием большого числа различных трансформаторов и невозможностью подробно изложить все методики поверки, остановимся на некоторых общих принципах их поверки.
Погрешности трансформатора по току и напряжению можно определить,
измеряя с помощью эталонных приборов первичные и вторичные токи и напряжения. При этом приборы включаются либо непосредственно в первичную цепь,
либо через эталонные трансформаторы по схеме, показанной на рис. 3.12.
Аналогично включаются вольтметры при поверке трансформатора
напряжения.
Рис. 3.11. Определение маркировки
зажимов трансформаторов
90
При непосредственном включении приборов погрешности определяются
по формулам (3.3) и (3.4); если приборы включены по схеме на рис. 3.12, то
по формулам:
пн 2 эн 1
эн 1
KK
100 %
K
I
II
f
I
−
=
,
пн 2 эн 1
эн 1
KK
100 %
K
U
UU
f
U
−
=
,
где
1
I
и
1
U
— показания соответственно амперметра
1
А
и вольтметра
1
V
;
2
I
и
2
U
— показания соответственно амперметра
2
А
и вольтметра
2
V
.
Поскольку трансформаторы поверяют при различных значениях первичных токов и напряжений, то измерения проводят дважды для каждого значения, увеличивая или уменьшая токи и напряжения. Результирующее значение
погрешности равно среднему арифметическому значению результатов двух измерений.
Так как погрешности трансформаторов зависят от режима нагрузки вторичной цепи, при поверках во вторичную цепь поверяемого трансформатора
тока включается магазин сопротивлений
н
Z
(см. рис. 3.12) или магазин прово-
димостей для трансформатора напряжения.
Окончательное значение погрешности, например, трансформатора тока:
эср
fff
II
+=
,
где
срI
f
— среднее значение токовой погрешности при увеличении и уменьшении
тока;
Рис. 3.12. Схема определения токовой
погрешности трансформатора тока
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]