Измерение напряжения промышленной частоты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Кафедра ТВН

Реферат

Измерение напряжения промышленной частоты

Санкт-Петербург 2014



Содержание

Введение

1. Измеряемые параметры и методы измерений

1.1 Метод непосредственной оценки

1.2 Метод сравнения

2. Абсолютные электростатические вольтметры

3. Технические электростатические вольтметры

4. Измерение высокого напряжения шаровым разрядником

5. Измерение высокого напряжения переменного тока низковольтными приборами с делителями напряжения

6. Измерение переменного напряжения мультиметрами

6.1 Измерение напряжения аналоговым мультиметром

6.2 Измерение напряжения цифровым мультиметром

7. Измерение напряжения Поясом Роговского

8Измерение напряжения измерительными трансформаторами

9.Оценка синусоидальности высокого напряжения

Вывод

Список литературы



Введение

Во все времена скорость развития прогресса напрямую зависит от технического уровня измерения. С ростом количества измеряемых величин, растет и точность измерений. В современном мире «измерением» можно назвать нахождение значения физической величины, с помощью определенных технических средств опытным путем. Физические величины, в свою очередь характеризуют окружающие нас объекты, к примеру габаритные величины, масса, скорость. Разделить измеряемые величины можно на две большие подгруппы: качественные и количественные. Примером качественной характеристики может послужить величина разности потенциалов, а количественной - сколько единиц определенной системы измерений (СИ, СГС и т.д.) содержится в данной физической величине.

В отдельной степени стоит отметить нахождение электрических и радио-величин, поскольку исследования в различных областях физики, радиотехники, электроники, космонавтики, медицины, биологии и других отраслей человеческой деятельности базируются на определении электромагнитных величин.

Основными направлениями качественной стороны развития электрорадиоизмерительной техники являются:

· повышение точности измерения;

· автоматизация процессов измерения;

· повышение быстродействия и надёжности измерительных приборов;

· уменьшение потребляемой мощности питания и габаритов всех средств измерительной техники.

Электрорадиоизмерения, как и другие измерения, основаны на метрологии.

Метрология - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности [2]

Метрологию можно выделить среди современных наук. С одной стороны, это наука с длинной историей, ведь известно, что даже в Древнем Египте, использовались различные инструменты для измерения площадей земляных участков, к примеру; так метрологию можно считать фундаментом таких отраслей математических наук как геометрия, прикладная физика и т.д. К началу двадцатого века метрология развилась, были введены системы измерения, приняты соответствующие эталоны, но к началу двадцать первого века, понятие «метрология» стало более обширным, появилось понятие - метрологическое обеспечение производства.

Метрологическое обеспечение - установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности проводимых измерений.

Сформировались и развиваются три взаимосвязанных раздела метрологии: теоретическая, законодательная и прикладная метрология [2]

Теоретическая метрология - это основа всей измерительной техники, занимается изучением проблем измерений в целом и различных составляющих: средств измерений, физических величин и их единиц, методов и методик измерений, результатов и погрешностей измерений и др. Теория метрологии рассматривается в разделах: Принципы метрологического обеспечения, единство измерений, единицы измерений.

Законодательная метрология - занимается утверждением правил измерений, указывает соответствующий порядок проведения опыта и регламентирует процессы, связанные с проверкой точности измерительного оборудования и введения его в эксплуатацию, а так же устанавливает термины и определения в области метрологии, единицы физических величин и правила их применения. Данный раздел метрологии описывается в следующих разделах: законодательная метрология, нормативные документы по метрологии и метрологическому обеспечению [2]

Прикладная метрология - в данной области осуществляется практическое применение правил и законов измерений, указанных в предыдущих двух областях.

напряжение промышленный мультиметр синусоидальность



1. Измеряемые параметры и методы измерений

В предыдущем пункте указано, что измерение электрических величин является особой измерительной задачей. В связи с широким диапазоном электротехнического и электронного оборудования существует множество способов измерения таких величин как: ток, напряжение, сопротивление, коэффициенты трансформации, коэффициент мощности, индуктивность и прочие.

Рассмотрим подробнее измерение напряжения.

Основой является закон, что при измерении напряжения идеальным считается вольтметр с бесконечным сопротивлением. Вольтметр подключается параллельно измеряемому участку цепи. Несмотря на то, что измерение напряжения вольтметром является наиболее распространённым способом, существует ряд иных способов и приборов которые будут рассмотрены далее.

Переменное напряжение можно разделить на периодическое и непериодическое. Напряжение промышленной частоты - это напряжение периодическое, в идеале имеющее синусоидальную форму, но в связи с рядом причин, к примеру: различие нагрузки фаз, появление высших гармоник в сети, форма напряжения несколько отличается от синусоиды, отклонения по амплитуде, частоте регламентируются в Правилах Устройства Электроустановок. «Обычно на практике измеряют постоянное напряжение и параметры переменного напряжения. Такими параметрами являются: амплитудное, среднее, средневыпрямленное и среднеквадратическое значения напряжения» [12]

Для измерения напряжения применяют метод непосредственной оценки и метод сравнения.



1.1 Метод непосредственной оценки

Метод непосредственной оценки - при данном методе используется прибор прямого действия, с которого соответственно снимаются показания.

Данный метод основан на применении амперметров и вольтметров. Изначально это были приборы аналоговые, но сейчас все чаще применяются высокоточные цифровые электронные приборы. Амперметры и вольтметры соответствующих систем позволяют измерять токи и напряжения в очень большом спектре значений. В соответствии с системой СИ к названию прибора подставляется приставка класса единиц, на который рассчитан прибор, например килоамперметр, микровольтметр.

Влияние прибора на подключенную сеть должно быть минимальным, при подключении прибора должен выполняться ряд условий.

«Невыполнение этих условий приводит к систематической методической погрешности, которая приблизительно совпадет со значениями отношений R_A/R_Н и R_Н/R_V. Условие R_V > R_Н особенно трудно выполнить при измерении напряжения на участках (нагрузках) с большим сопротивлением в так называемых слаботочных цепях. Для этой цели применяют электронные вольтметры с входным сопротивлением до сотен мегаом.

С повышением частоты погрешность измерений тока увеличивается»

1.2 Метод сравнения

Данный метод позволяет достичь более высокой точности, за счет применения конденсаторов. Конденсатор имеет достаточно большое электрическое сопротивление, чтобы считать его бесконечным. Данное утверждение позволяет применять компенсаторные установки для измерения ЭДС. В электронных приборах, участвующих в процессе измерения очень высокий класс точности, обеспечивающий результат то долей процентов.

При применении данного метода требуется уравновесить напряжение на резисторе-эталоне. В момент компенсации показания гальванометра равно 0. Точность показаний зависит от нескольких факторов: изначально указанная точность величины ЭДС, внутреннее сопротивление потенциометров а так же чувствительность применяемого гальванометра. Точность потенциометра достигается за счет применения современных цифровых делителей напряжения.

К достоинствам метода можно отнести следующее:

· в момент компенсации ток от измеряемого источника напряжения в цепи компенсации отсутствует, т.е. практически измеряется значение ЭДС на зажимах источника напряжения;

· отсутствие тока в цепи гальванометра позволяет исключить влияние сопротивления соединительных проводов на результат измерения;

· при полной компенсации мощность от объекта измерения не потребляется.

Метод сравнения применяется также для измерения переменных напряжений. Принцип действия схем сравнения на переменном токе, как и аналогичных схем компенсаторов на постоянном токе, состоит в уравновешивании измеряемого напряжения известным напряжением, создаваемым переменным током на активных сопротивлениях вспомогательной цепи. В зависимости от способа уравновешивания по величине и фазе измеряемого напряжения различают полярно-координатные и прямоугольно-координатные схемы.



2. Абсолютные электростатические вольтметры

«Измерения напряжения можно производить как высокого, так и низкого, но механизмы и приборы будут отличаться. Для измерений высокого переменного напряжения промышленной частоты применяются киловольтметры: абсолютные и технические.

В абсолютных киловольтметрах расстояние между электродами остается неизменным. Производятся измерения силы электростатического воздействия на подвижный электрод, зависящей от напряжения между электродами, поэтому такие измерения являются прямыми.» [5]

В абсолютных электростатических вольтметрах измеряемое напряжение определяется в результате непосредственного измерения силы F с помощью грузов или масштабов. При относительных измерениях данное напряжение сравнивается с известным напряжением трансформатора, с показаниями абсолютных измерительных приборов и разрядников.

Данным типом киловольтметров можно измерить напряжения до 300-400 кВ. С целью уменьшения габаритов они изготавливаются в баках с повышенным давлением газа. Процесс измерения довольно неудобен, но в связи с высокой точностью измерения до 0.01% он применяется в качестве эталонного прибора при градуировке технических вольтметров высокого напряжения.



3. Технические электростатические вольтметры

«В технических электростатических киловольтметрах значение измеряемого напряжения оценивается величиной перемещения подвижного электрода. Существует два типа конструктивного исполнения данных вольтметров, в которых подвижный электрод совершает либо поступательное, либо вращательное движение. Наиболее широкое применение получили вольтметры с вращательным движение подвижного электрода. В лабораторной практике нашли применение электростатические киловольтметры, градуированные от постороннего источника. Киловольтметр С-96 для напряжений до 30 кВ имеет подвижный и неподвижный электроды, изолированные друг от друга изолятором чашечного типа, изготовленным из высокочастотной керамики. Подвижный электрод соединен с электростатическим экраном, которым является корпус прибора. К электродам подводится измеряемое напряжение, под действием которого подвижный электрод поворачивается. Угол его поворота указывает величину приложенного напряжения.» [7]

Большим преимуществом электростатических вольтметров является то, что они мало нагружают измеряемую цепь. Это оказывается особенно важным при измерении маломощных установок, ведь нагрузка на эти источники возникает только в момент заряда емкости вольтметра, подключаемого к цепи высокого напряжения. Так как емкость вольтметра колеблется в диапазоне от 5 до 50 пикофарад, а сопротивление утечки при соответствующем выборе изоляционных материалов может быть очень велико, в десятки порядков выше емкости (до 10⁵ Ом), можно сказать, что электростатический прибор фактически не создает никакой нагрузки на измеряемую цепь.



4. Измерение высокого напряжения шаровым разрядником

Из теории газовых разрядов известно, что разрядное напряжение воздушных промежутков зависит от расстояния между электродами. Подключив фиксированный промежуток и источнику высокого напряжения можно рассчитать значение напряжения высоковольтного источника, зная параметры среды, где проводится опыт измерения. На этом основан принцип работы измерительных разрядников.

Такой способ измерений имеет очевидные недостатки, т.к. не позволяет производить измерения непрерывно. Условия, при которых достигается достаточно точная воспроизводимость пробоя, определяется, в первую очередь, формой электродов. Необходимо стремится к однородному или квазиоднородному полю в разрядном промежутке. Примером такого измерительного разрядника может служить шаровой разрядник, у которого разрядный промежуток много меньше диаметра шаров. Шаровые разрядники достаточно хорошо описаны в литературе. Для них можно найти таблицы пробивных значений, различные поправочные коэффициенты.

Так же существуют иные электроды со слабонеоднородным полем - электроды Роговского, но ввиду их сложности изготовления, шаровой разрядник получил наибольшее распространение.

Измерительный шаровой разрядник представляет собой два металлических шара с хорошо обработанными поверхностями и с возможностью изменения расстояния между шарами. Этот разрядник считается очень надежным прибором для измерения постоянного напряжения, а также для измерения амплитуды переменного и импульсного напряжений. Разброс разрядных напряжений шарового разрядника не превышает , и при соблюдении условий измерения напряжения такова же и погрешность измерения напряжения.

Возможность измерения основана на законе Пашена, который связывает пробивное напряжение промежутка с расстоянием между поверхностями шаров. Зависимости пробивных напряжений от расстояния для шаров разных диаметров приведены в специальных таблицах, полученных путем тщательной обработки многочисленных экспериментальных данных. Таблицы составлены для давления воздуха 760 мм рт. ст. и температуры 20^оС. При других атмосферных условиях требуется корректировка табличного значения пробивного напряжения на относительную плотность воздуха.

Для защиты поверхности шаров от оплавления при пробое последовательно с разрядником устанавливается резистор сопротивлением, выбираемым из соотношения 1..10 Ом/В.

«Если по шаровому разряднику градуируется другой измерительный прибор (электростатический киловольтметр или система с добавочным резистором), то расстояние между шарами выставляется на напряжение, на которое рассчитывается градуируемое устройство и напряжение медленно повышается до пробоя шарового разрядника.» [8]

Обычно градуировка проводится в пределах 50-80% нормированного испытательного напряжения, большее повышение напряжения может вывести из строя оборудование. Значение испытательного напряжения равное 100% находится путем экстраполяции градуировочной кривой.



5. Измерение высокого напряжения переменного тока низковольтными приборами с делителями напряжения

При измерении высокого напряжения переменного тока низковольтными приборами в качестве делителя напряжения более предпочтительно является применение емкостного делителя напряжения.

Емкостные делители напряжения позволяют измерять высокие переменные напряжения с помощью низковольтных вольтметров, обеспечивая точное повторение формы высокого напряжения на низковольтном выходе. Последнее требование важно в случае контроля гармонического состава переменного напряжения.

Омические делители на основе резисторов на переменном напряжении не пригодны ввиду наличия паразитных емкостей, что требует применения резисторов со сравнительно небольшим сопротивлением и большой рассеиваемой мощностью; индуктивные делители обладают нелинейностью параметров и паразитными емкостными и омическими свойствами.

Емкостный делитель имеет высоковольтное плечо C1 и низковольтное плечо C2. Емкость высоковольтного плеча много меньше емкости низковольтного плеча, и практически все высокое напряжение приходится на высоковольтное плечо, которое часто выполняют последовательным соединением нескольких конденсаторов. Входное и выходное напряжения делителя связаны друг с другом коэффициентом деления делителя

Делитель напряжения должен удовлетворять трем основным требованиям:

- выполнение изоляции делителя таким образом, чтобы отсутствовали частичные разряды, искажающие - форму кривой измеряемого напряжения;

- точное совпадение форм кривых входного и выходного напряжений;

- малая загрузка измеряемых цепей [9]

Первое требование приводит к тому, что высота делителя напряжения (не только емкостного, но и омического делителя) составляет обычно 2.5 м/МВ для постоянных напряжений и грозовых импульсов и около 5 м/МВ (эффективное значение) для переменного напряжения.

Искажение формы выходного напряжения (или зависимость коэффициента деления от частоты) возникает из-за ограничения частотного диапазона работы конденсаторов делителя, из-за влияния паразитных индуктивностей схемы и из-за подключения входного сопротивления вольтметра. Для снижения влияния последнего фактора необходимо соблюдать условие

на нижней границе частотного диапазона работы делителя.

Малая загрузка замеряемых цепей создается при малой емкости высоковольтного плеча делителя, однако при слишком малых емкостях становится заметным влияние оцепляющих предметов на коэффициент деления. Практически при достаточно большой высоте делителя удельная емкость высоковольтного плеча должна быть не менее 30-50 пФ/м [8]



6. Измерение переменного напряжения мультиметрами

Общее название для комбинированных электроизмерительных приборов, объединяющих в себе несколько функций - мультиметр.

Как правило, в современных цифровых приборах в одном устройстве объединяется несколько приборов: вольтметр, амперметр, фазометр и омметр. Несмотря на это, существуют так же и аналоговые мультиметры, но оба типа имеют свои особенности и недостатки.

6.1 Измерение напряжения аналоговым мультиметром

Устройство

Аналоговый мультиметр состоит из стрелочного магнитоэлектрического измерительного прибора (микроамперметра), набора добавочных резисторов для измерения напряжения и набора шунтов для измерения тока. Измерение сопротивления производится с использованием встроенного источника питания, а измерение сопротивлений более 1..10 МОм -- от внешнего источника.

Особенности и недостатки

Технические характеристики аналогового мультиметра во многом определяются чувствительностью магнитоэлектрического измерительного прибора. Чем меньше ток полного отклонения микроамперметра, тем более высокоомные добавочные резисторы и более низкоомные шунты можно применить. А значит, входное сопротивление в режиме измерения напряжений будет более высоким, а падение напряжения в режиме измерения токов будет более низким. Тем не менее, даже при использовании микроамперметра с током полного отклонения 50 мкА (типичные значения 50..200 мкА), входное сопротивление вольтметра составляет всего 20 кОм/В (20 кОм на пределе измерения 1 В, 200 кОм на пределе 10 В). Это приводит к большим погрешностям измерения в высокоомных цепях (результаты получаются заниженными), например при измерении напряжений на выводах транзисторов и микросхем, и маломощных источников высокого напряжения.

Аналоговые мультиметры имеют нелинейную шкалу в режиме измерения сопротивлений. Кроме того, она является обратной (нулевому значению сопротивления соответствует крайнее правое положение стрелки прибора). Перед началом измерения сопротивления, необходимо выполнить установку нуля специальным регулятором на передней панели при замкнутых входных клеммах прибора, так как точность измерения сопротивления зависит от напряжения внутреннего источника питания.

Шкала на малых пределах измерения переменного напряжения и тока также может быть нелинейной.

Отсчет производится непосредственно по шкале. Погрешность измерения составляет:

· ±3 % от номинального значения шкал постоянного тока

· ±5 % от максимального значения шкал переменного тока

· ±10 % от величины измеряемого сопротивления [10]

6.2 Измерение напряжения цифровым мультиметром

Наиболее простые цифровые мультиметры имеют разрядность 2,5 цифровых разряда (точность обычно около 10 %). Наиболее распространены приборы с разрядностью 3,5 (точность обычно около 1,0 %). Выпускаются также чуть более дорогие приборы с разрядностью 4,5 (точность обычно около 0,1 %) и существенно более дорогие приборы с разрядностью 5 разрядов и выше. Точность последних сильно зависит от диапазона измерения и вида измеряемой величины, поэтому оговаривается отдельно для каждого поддиапазона. В общем случае точность таких приборов может превышать 0,01 %, несмотря на портативное исполнение.

Разрядность цифрового измерительного прибора, например, «3,5» означает, что дисплей прибора показывает 3 полноценных разряда, с диапазоном от 0 до 9, и 1 разряд -- с ограниченным диапазоном. Так, прибор типа «3,5 разряда» может, например, давать показания в пределах от 0,000 до 1,999, при выходе измеряемой величины за эти пределы требуется переключение на другой диапазон (ручное или автоматическое).

Типичная погрешность цифровых мультиметров при измерении сопротивлений, постоянного напряжения и тока менее ±(0,2 % +1 единица младшего разряда). При измерении переменного напряжения и тока в диапазоне частот 20 Гц…5 кГц погрешность измерения ±(0,3 %+1 единица младшего разряда). В диапазоне высоких частот до 20 кГц при измерении в диапазоне от 0,1 предела измерения и выше погрешность намного возрастает, до 2,5 % от измеряемой величины, на частоте 50 кГц уже 10 %. С повышением частоты повышается погрешность измерения.

Входное сопротивление цифрового вольтметра порядка 11 МОм (не зависит от предела измерения, в отличие от аналоговых вольтметров), ёмкость -- 100 пФ, падение напряжения при измерении тока не более 0,2 В. Питание портативных мультиметров обычно осуществляется от батареи напряжением 9В. Потребляемый ток не превышает 2 мА при измерении постоянных напряжений и токов, и 7 мА при измерении сопротивлений и переменных напряжений и токов. Мультиметр обычно работоспособен при разряде батареи до напряжения 7,5 В [10]

Количество разрядов не определяет точность прибора. Точность измерений зависит от точности АЦП, от точности, термо- и временной стабильности применённых радиоэлементов, от качества защиты от внешних наводок, от качества проведённой калибровки.

Типичные диапазоны измерений, например для распространённого мультиметра M832:

· постоянное напряжение: 0..200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В, 1000 В

· переменное напряжение: 0..200 В, 750 В

· постоянный ток: 0..2 мА, 20 мА, 200 мА, 10 А (обычно через отдельный вход)

· переменный ток: нет

· сопротивления: 0..200 Ом, 2 кОм, 20 кОм, 200 кОм, 2 МОм.



7. Измерение напряжения поясом Роговского

Измерение напряжения данным способом осуществляется с помощью расчета напряжения из снятых показаний тока, путем умножения тока на сопротивление нагрузки. Пояс Роговского - измерительный трансформатор тока, представляющий собой соленоид, одна из обмоток расположена на гибком каркасе, магнитная проницаемость которого очень близка к 1. С целью нивелирования емкостной связи с внешними цепями и наводок от сторонних полей пояс Роговского помещается в электростатический экран, который обеспечивает проникновение только лишь измеряемого тока. Также встречается конструкция с «обратным витком». Она обеспечивает защиту только от внешних электромагнитных полей. В случае пронизывания тора переменным магнитным полем, наводимое на обратном витке напряжение будет противоположно по знаку напряжению на «прямом» витке.

Режим работы пояса с интегрированием сигнала на собственной индуктивности пояса и сумме внутреннего сопротивления и сопротивления нагрузки чаще всего применяется на практике. Чувствительность пояса, равная отношению выходного напряжения к току в данном режиме низкая. Основная погрешность в измерении тока вызвана конечным значением постоянной времени обмотки измерительного трансформатора.

При больших значениях сопротивления нагрузки, пояс работает в режиме контура ударного возбуждения. В сравнении с ранее рассмотренным режимом работы, чувствительность повышается, однако форма выходного напряжения искажается, и не соответствует форме импульса измеряемого тока. Для борьбы с данным дефектом используется интегрирующая цепочка - обмотка пояса и элементы цепочки - R и С, представляет колебательный контур с затуханием, к которому последовательно включен источник внешней ЭДС.

Одним их особенностей измерений поясом Роговского является независимость от расположения проводника, в котором проводятся измерения, достаточно, чтобы измеряемый ток «пронизывал» контур, на который намотан пояс. [17]

Существует так же разъемная конструкция пояса Роговского. Поя состоит из двух половин, а в месте соединения устанавливаются ферромагнитные муфты. Такая конструкция предполагает наличие погрешностей связанных с:

- отсутствием обмотки в местах соединения двух половин пояса Роговского

- наличием муфт в местах соединения (ферромагнитного стержня)

Погрешности практически устраняются при подборе оптимального размера муфты, т.к. чем меньше муфта, тем больше фазовая погрешность.

Также наблюдается погрешность измерения в зависимости от формы токопровода. При круглой форме сечения, погрешности почти не наблюдается, но при наличии прямоугольного сечения (квадратного) появляется фазовая погрешность до 0,4 ⁰ ,связанная с неравномерным распределением тока в проводнике и отсутствием обмотки в местах соединения половинок пояса. [18]



8. Измерение напряжения измерительными трансформаторами

Измерительный трансформатор напряжения предназначен для понижения высоковольтного напряжения, с дальнейшей целью перевода показаний на измерительные приборы и различные приборы РЗА. Это делается с целью уменьшения габаритов измерительного оборудования. Так же трансформатор отделяет собой приборы от высоковольтной измеряемой линии, повышая при этом безопасность всей измерительной установки. Измерительные трансформаторы широко применяются в высоковольтной технике, и от них зависит точность многих показателей работы цепи в целом: учет электроэнергии, надежность срабатывания приборов РЗА.

По сути, понижающий измерительный трансформатор ничем не отличатся от силового понижающего трансформатора конструктивно. Так же как и на силовых трансформаторах есть варианты выполнения с различным количеством обмоток, а именно:

· заземляемый трансформатор напряжения -- однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть заземлен, или трехфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть заземлена;

· незаземляемый трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня, соответствующего классу напряжения;

· каскадный трансформатор напряжения -- неформатор напряжения, первичная обмотка которого разделена на несколько последовательно соединенных секций, передача мощности от которых к вторичным обмоткам осуществляется при помощи связующих и выравнивающих обмоток;

· емкостный трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, содержащий емкостный делитель;

· двухобмоточный трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, имеющий одну вторичную обмотку;

· трехобмоточный трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, имеющий две вторичные обмотки: основную и дополнительную [16]



9. Оценка синусоидальности высокого напряжения

Важным параметром при работе и определении качества электроэнергии является синусоидальность напряжения. Идеальным режимом работы для электрического прибора переменного тока является работа при синусоидальном бесперебойном напряжении, но, на практике несинусоидальность явление неизбежное. Влияние несинусоидальности напряжения на работу электрооборудования:

* Фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач, -- учащаются однофазные короткие замыкания на землю. Аналогично кабелю, пробиваются конденсаторы.

* В электрических машинах, включая трансформаторы, возрастают суммарные потери.

Так, при коэффициенте искажения синусоидальной формы кривой напряжения K_U = 10 % суммарные потери в сетях предприятий, крупных промышленных центров, сетях электрифицированного железнодорожного транспорта могут достигать 10...15 %.

* Возрастает недоучёт электроэнергии, вследствие тормозящего воздействия на индукционные счётчики гармоник обратной последовательности.

* Неправильно срабатывают устройства управления и защиты.

* Выходят из строя компьютеры.

Функцию, описывающую несинусоидальную кривую напряжения, можно разложить в ряд Фурье синусоидальных (гармонических) составляющих, с частотой в n-раз превышающих частоту сети электроснабжения -- частоту первой гармоники (f n=1 = 50 Гц, f n=2 = 100 Гц, f n=3 = 150 Гц ...).

В связи с различными особенностями генерации, распространения по сетям и влияния на работу оборудования, различают чётные и нечётные гармонические составляющие, а также составляющие прямой последовательности (1, 4, 7 и т.д.), обратной последовательности (2, 5, 8 и т.д.) и нулевой последовательности (гармоники кратные трём).

С повышением частоты (номера гармонической составляющей) амплитуда гармоники снижается.

ГОСТ 13109-97 требует оценивать весь ряд гармонических составляющих от 2-й до 40-й включительно [11]

В случае синусоидальности напряжения отношение амплитудного значения напряжения к эффективному значению равно (согласно требованиям МЭК оно должно равняться ), а частота испытательного напряжения принимается



Вывод

Измерение напряжения промышленной частоты - процесс очень разнообразный. Перед измерением напряжения нужно иметь представление о его частоте, форме, ожидаемом значении, требуемой точности измерения и сопротивлении цепи, в которой производится измерение. Эти предварительные сведения позволят выбрать наиболее подходящий метод измерения и измерительный прибор. С помощью современной техники можно осуществить измерения напряжения в большом амплитудном и частотном диапазонах. На примере, можно убедиться, что важность правильного и достоверного измерения очень велика. Процесс корректного и обоснованного подбора оборудования так или иначе связан с потребностью проводить испытания с высокой точность. В работе были рассмотрены несколько способов измерения высокого и низкого напряжения. При измерении низкого напряжения погрешности не сильно различаются, а при измерении высокого напряжения наблюдается отличие результатов измерения. Основные достоинства и недостатки способов приведены в таблице 1.

Способ измерения	Особенности
1. Киловольтметры.	Абсолютные Достоинства: Измерение напряжения до 300-400 кВ, высокая точность измерения, погрешности 0.01-0.04%, поэтому используются в качестве эталонный приборов. Недостатки: Имеют сложную конструкцию, сложность эксплуатации.
	Технические Достоинства: Простота измерения, мало нагружают измеряемую сеть (особенно важно при измерении напряжения в маломощных установках.) Недостатки: Погрешность на порядок выше, чем у абсолютных киловольтметров, предел измерений ниже - до 100 кВ.
2.Расчет через коэффициент трансформации.	Достоинства: Самый простой способ измерения. Недостатки: Высокая погрешность измерений из-за нелинейности характеристик сердечника трансформатора.
3. Шаровой разрядник	Достоинства: Погрешность около 3%, но данные по разрядникам хорошо изучены и просто найти поправочные коэффициенты в литературе. Недостатки: Сложность измерения, большое время опыта, процесс измерения прерывается, возникновение переходных процессов, перенапряжения, градуировочная кривая становится недействительной после изъятия разрядника их схемы, т.к. меняется емкость (3-5% погрешности)
4. Измерительные трансформаторы.	Достоинства: Простота обслуживания и эксплуатациии. Недостатки: Потери на намагничивание, ограниченный класс точности 0.2 - присутствие углового сдвига напряжения вторичной обмотки. Ограниченной число подключаемых приборов, т.к. возникает повышенный ток, падение напряжения на вторичной обмотке.
5. Делители напряжения.	Омические. Недостатки: непригодны для измерений высокого напряжения из-за наличия паразитных емкостей - возникает необходимость наличия небольшого сопротивления и большой рассеивающей мощности. Индуктивные. Недостатки: непригодны для измерения высокого напряжения, т.к. параметры нелинейные, наличие омических и емкостных паразитных составляющих. Емкостные Достоинства: Точное повторение формы кривой напряжения на входе и выходе, обеспечивеется точный контроль гармонического состава, малая загруженность измеряемой цепи за счет подбора оптимальной емкости. Недостатки: большие габариты установки, сложность в эксплуатации.
6. Пояс Роговского.	Достоинства: Простота эксплуатации, наличие вариантов конструкций - разъемная, неразъемная. Неразъемная Достоинства: Независимость расположения измеряемого проводника внутри пояса. Недостатки: Наличие погрешности, связанной с конечным значением постоянной времени обмотки измерительного трансформатора. Разъемная Достоинства: Удобство эксплуатации, т.к. разъемная конструкция, независимость расположения измеряемого проводника круглого сечения внутри пояса. Недостатки: Отсутствие обмотки в местах соединения половин пояса, наличие ферромагнитной муфты, зависимость от формы сечения проводника, при прямоугольном сечении наблюдается фазовая погрешность до 0.40

Современная техника, работающая на промышленной частоте, составляет огромную часть современной жизни общества, что говорит о том, что процесс измерения напряжения промышленной частоты будет развиваться далее, и является одной из перспективных отраслей развития современной электротехники.



Список литературы

1. Методы и средства измерения переменных токов и напряжений средней и низкой частоты, Бугаёв А.А.,Самара,2002г.

2. http://metrоb.ru/- сайт компании «Метрологическое обеспечение производства»

3. «Методы контроля и измерений при защите подземных сооружений от коррозии», Глазов Н.П.

4. «Применение нормативных методов в управлении химическими предприятиями», Эйдинов А.М.

5. Электроэнергетика. Краткий курс техники высоких напряжений. Учебное пособие, Ю.Н .Бочаров, В.В. Титков и др. , г. Санкт-Петербург, 2011г.

6. Большая энциклопедия нефти и газа, http://www.ngpedia.ru/index.html

7.Техника высоких напряжений: учебник для ВТУЗов/ Л.Ф. Дмоховская , М., издательство «Энергия»,1976

8. Измерение высоких напряжений. Лекция11. Конспект лекций для студентов специальности "Электроснабжение железнодорожного транспорта", В.П. Закарюкин.

9. ГОСТ 11282-93 Резистивные делители напряжения постоянного тока

10. Словарь-справочник по электротехнике, промышленной электронике и автоматике. -- 2-е изд., пер. и доп., Бензарь В. К. -- М.: Высшая школа, 1985.

11. Несинусоидальность напряжения, А. Лавцов. http://e-audit.ru/quality/nо_sinus.shtml

12. Измерение параметров напряжения различной формы, В.А. Кунцевич.,изд. МАИ,2010г.

13. Сайт компании Enetra technоlоgies/

http://www.enetra.ru/uslugi/electrоlab/ispytaniya_pоvyshennym_napryazheniem_prоmyshlennоy_chastоty_i_vypryamlennоgо_tоka_elektrооbоrudоvani.php

14. Электроэнергетика. Изоляция и перенапряжения: лабораторный практикум/ Бельков и др. - СПб, Издательство Политехнического университета,2011-208с.

16. Материал сайта Wikipedia. Статья измерительные трансформаторы напряжения.

17. Описание лабораторных работ. Часть 3. Электричество и магнетизм. Новосибирск 1998, стр.2-4

18. «Исследование погрешностей измерения тока поясом Роговского

на основе математического и физического моделирования», статья журнала «Вестник ИГЭУ»,вып. 6, 2013г. , В.Д. Лебедев, А.А. Яблоков, А.Е. Нестерехин.

Размещено на Allbest.ru

...