Дәріс. Өндіріс жағдайында тұрақты ток пен кернеуді өлшеу
Дәрістің мазмұны:
1. Шунт пен қосымша кедергіні электр тізбегіне қосу сұлбалары және оларды қолданғанда пайда болатын қателіктер.
2. Шунттар мен қосымша кедергілердің метрологиялық сипаттамалары.
Дәрістің мақсаты:шунттар мен қосымша кедергілердің жұмыс істеу принципін, пайда болатын қателіктерді және олардың метрологиялық сипаттамаларын білу және есте сақтау.
Экономикалық құндылықты арттыру үшін және энергетикалық объектілердің жұмысын оңтайлату үшін үлкен токтарды не жоғары кернеулерді өлшеу дәлдігі үлкен дәрежеде болу қажет. Қазіргі кезде бұл шамаларды өлшеу қателігі көбінесе 2,5% не одан артық болып келеді. Электроэнергияның сапасын арттыру үшін өлшеу құралдарының қателігі 0,5-1,0% аспау керек. Бұл жағдайды орындау үшін келесі себептерді еске алу керек: үлкен ток болғандықтан ток жүргізуші сымдарда үлкен болады; олардың электромагниттік әсері күшті; өлшеу құралдарын жоғары кернеулі тізбектерде жақсы оқшаулама (изоляция) жасау керек.
Үлкен тұрақты токтарды, мысалы 200-500 кА, өлшеу аллюминдерді электролиздеу құралғыларында қолданады. Жоғары тұрақты кернеуді (800...3000В) өлшеу жылжымалы электр көліктерінің қосалқы станцияларына қажет.
Үлкен токтарды не жоғары кернеулерді өлшеу өлшемдік кедергілердің (шунттар, қосымша кедергілер не кернеуді бөлгіштер) арқасында масштабтық түрлендіру әдістерімен шешіледі.
Үлкен токтарды өлшеу өлшенетін токтың өлшемдік кедергіден өткенде кернеудің түсу шамасын өлшеуге негізделген. Бұл жағдайда өлшемдік кедергілер манганиннен жасалған шунттар түрінде жұмыс істейді (5.1 сурет).
5.1 суретте көрсетілген: а) шунтпен токты өлшеу схемасы; б) шунттың электр схемасы.
Мұндай сұлбаны өлшейтін токтың тізбегіне Т1 және Т2 токтық қыспақ арқылы қосылады, ал кернеудің түсуі П1 және П2 потенциалдық қыспақтар арқылы өлшенеді.
а) б)
5.1 Сурет – Шунтты қосу схемасы
Шунттың метрологиялық параметрлері:
1. Шунттың номинальдық тоғы – Iшн (1А....7.5кА).
2. Шунттан Iшн тоғы өткенде кернеудің номинальдық түсуі Uшн (50, 60, 75, 100 мВ).
3. Шунттың дәлдік класы
(0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5).
= (Rшд-Rшн )*100/ Rшн (5.1)
мұнда Rшд – жасалып шыққаннан кейінгі шунттың кедергісі.
Шунттың кедергісі номинальдық мәндер арқылы табылады
Rшн=Uшн/Iшн. (5.2)
Өлшеуіш механизм ретінде магнитоэлектрлік аспап қолданылады, оның номинальдық токтары Iан=1мА,...,100мА, ал ішкі кедергісі Rа. Сондықтан шунттың кедергісі мына формуламен табылады
Rш=Ra/ (n-1) (5.3)
мұнда n=I/Iан – шунтталу коэффициенті. Сонда өлшенетін токтың шамасы
I= (1+ Ra / Rш )* Iан. (5.4)
Егер токтың күші 7,5 кА асса оны өлшеу үшін шунттарды параллельдік қосу әдісі қолданады (5.2 сурет).
Бұл сұлба үшін
. (5.5)
5.2 Сурет – Шунттарды паралельді қосу
Жоғары мәнді кернеу қосымша резистор арқылы өлшенеді ( 5.3 Сурет).
5.3 Сурет – Кернеуді өлшеудің сұлбасы
Қосымша резисторлар мангазиннен жасалады және олардың формасы әртүрлі болады: өзек түрлі, таспа, қиықша, орауыш, шығыршық түрде.
Олар қорғауыш қорабқа орналасады.
Олар үшін келесі метрологиялық сипаттамалар бекітілген:
1. Номиналдық кернеу, URH, (300-3000)В.
2. Номиналдық ток, IRH, (3...30мА).
3. Дәлдік классы, γ (0,1; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5%).
Қосымша резистордың мәнін табу үшін мына формуланы қолданады
Rқ=Ra(m-1)
мұнда m=U /Uан =U/IанRа – бөлу коэффициенті.
Қосымша резисторы бар және 220 В жоғары кернеуді өлшейтін вольтметрлердің қорабы қызыл түспен боялады, онан кейін оператордан алыс жерге орналастырады.
Токты амперметрмен не кернеуді вольтметрмен өлшегенде әдістемелік қателіктер болуы мүмкін.
a) б)
5.4 Сурет – Токты өлшегендегі әдістемелік қателіктер
5.4 а суретінде көрсетілген электр тізбегіндегі ток күшінің шын мәні Ом заңымен табылады
I=U/R.
Бұл тізбекке амперметрді қосқан токтың мәні өзгереді.
I1=U /(R+Ra).
Бұл жағдай әдістемелік қателік пайда болуға әкеліп соғады:
а) абсолюттік – Δәқ=U/(R+Ra )-U/R=-(URa)/R(R+Ra);
ә) салыстырмалы – δәқ=Δэқ/(U/R)=-Ra/(R+Ra)=-1/ (1+R/Ra).
Мысал. R=10 Ом,
Ra=0.1 Ом.
δэқ=-[1/(1+100)]*100=-0.99=-1%.
Жалпы қарастырғанда былайша жасаймыз:
а) егер R/Ra>1 деп алсақ (5.10) арқасында рауалды (допустимая) қателікті табуға болады
қр<|Ra/R|;
ә) рауалды қателік амперметрдің дәлдік класына қарағанда 10 есе аз болу керек:
δқр<0,1γа.
Мысал. Егер γа=1%; егер R=10 Ом, сонда Ra=δәқр*R=0,1*10-2*10=0,01 Ом.
Кернеуді өлшегенде де вольтметрдің ішкі кедергісінің әсерімен өлшеу қателігі пайда болады (5.5 сурет).
a) б)
5.5 Сурет – Кернеуді өлшегендегі әдістемелік қателіктер
Вольтметрдің ішкі кедергісінен электр тізбегіндегі токтың шын мәні (I=V/R) – өзгереді
.
Сондықтан әдістемелік қателік пайда болады:
а) абсолюттік – Δәқ=U(R+Rв)/RRв-U/R=U/Rв;
ә) салыстырмалы – δәқ=Δәқ*R/U=R/Rв.
Rв –үлкен болған сайын қателік азаяды.
Рауалды қателік вольтметрдің дәлдік класынан (γв) 10 есе аз болуы керек.
Мысал. γв=1%, δәқр=0,1%,
R=10кОм.
Сонда Rв=R/ δәқр=(10*100)/0.1=10кОм.