9. Приборы учета и контроля электроснабжения
9.1. Измерительные преобразователи
9.1.1. Измерительные трансформаторы тока и напряжения
Простейший преобразователь тока в напряжение – шунт представляет собой четырехзажимный резистор. Два входных зажима, к которым подводится ток, называются токовыми, с двух выходных, называемых потенциальными, снимается напряжение. Шунты имеют малое сопротивление и применяются главным образом в измерительных цепях постоянного тока для отбора энергии путем параллельного включения.
Добавочный резистор – преобразователь напряжения в ток, используется в устройствах измерения параметров электроэнергии для расширения пределов измерения и температурной стабилизации. Подсоединяется последовательно с измерительным устройством. Добавочные резисторы и шунты, как и все электроизмерительные приборы, делятся на классы точности: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 и 1. Класс точности определяется по относительной погрешности в %:
,
(9.1)
где – абсолютная погрешность; Rном – номинальное сопротивление шунта или добавочного резистора.
В качестве датчиков переменных токов и напряжений применяются измерительные трансформаторы (ИТ), которые служат для преобразования переменных токов и напряжений с целью измерения, гальванической развязки и согласования с последующими элементами электрической цепи [13, 24, 33, 166-168]. Измерительный трансформатор состоит из двух изолированных обмоток 1 и 2, помещенных на магнитопровод (рис. 9.1, а, б). Выводы первичной обмотки подключаются к измеряемой цепи, нагрузкой Zн является ВИП или конечный измерительный прибор. При измерениях параметров высоковольтных цепей трансформаторы обеспечивают безопасность обслуживания приборов, присоединенных к вторичным обмоткам за счет гальванической развязки.
Первичная обмотка ИТ тока (рис. 9.1, а) включается в измерительную цепь последовательно, а к вторичной обмотке подключают последовательную цепь измерителя тока. Режим работы ИТ тока – близкий к короткому замыканию (малое значение Zн).
Первичная
обмотка ИТ
напряжения
(рис. 9.1, б) включается в измеряемую
цепь параллельно, а к зажимам вторичной
обмотки подключают параллельную цепь
измерителя напряжения. Режим работы ИТ
напряжения близок к холостому ходу
(Zн).
В дальнейшем при определении значений
токов и напряжений учитываются номинальные
коэффициенты трансформации ИТ тока
и ИТ напряжения
,
действительные значения которых зависят
от параметров электрического тока и
конструктивных особенностей. Относительные
погрешности ИТ из-за неравенства
номинальных и действительных значений
коэффициентов трансформации составляют
более 2%.
а б
Р и с. 9.1. Схемы включения измерительных трансформаторов: а – тока и б – напряжения
При определении качества электроснабжения используются показатели датчиков угла сдвига фаз и коэффициента мощности cos между током Iн и напряжением Uн нагрузки Zн.
9.1.2.Электродинамический фазометр
На рис. 9.2 показана схема электродинамического фазометра и соответствующая его работе векторная диаграмма. Подвижная часть механизма представляет собой две жестко скрепленные между собой под углом 600 рамки, которые насажены на ось, закрепленную в опорах. При протекании тока I1 через цепи рам изменение значения приводит к повороту подвижной системы на соответствующий угол. С осью системы соединен преобразователь углового перемещения, выдающий значение и/или cos . Электродинамические фазометры применяются в основном в трехфазных цепях переменного тока с включением взаимно смещенных на 1200 систем в цепь каждой фазы.
В электронных фазометрах на входах устанавливаются нормирующие звенья НЗ и компараторы К1 и К2, которые преобразуют синусоидальные сигналы от датчиков тока ДТ и напряжения ДН в соответствующие периодические последовательности прямоугольных импульсов (рис. 9.3). По передним фронтам прямоугольных импульсов в дифференциаторах Дф1 и Дф2 формируются узкие импульсы, которые совпадают с нулевыми фазами сигналов токовой и потенциальной цепей. Эти импульсы поступают на входы RS-триггера, который вырабатывает импульс с длительностью t , пропорциональной значению .
а б
Р и с. 9.2. Электродинамический фазометр: а – принципиальная схема; б – векторная диаграмма
Р и с. 9.3. Электронный фазометр: а – структурная схема; б – эпюры сигналов
При измерении частоты тока в энергетических цепях АСКУЭ применяют электродинамические и электронные частотомеры. Принцип действия электродинамического частотомера основан на измерении сдвига фаз электродинамическим фазометром (см. рис. 9.3). При изменении частоты сигнала f с известным исходным значением 0 на величину f происходит изменение угла сдвига фаз на величину f. Недостаток электромеханических и электродинамических частотомеров – узкие пределы измерения, равные f =0,1f0 , и низкая мощность измеряемого сигнала.