3. НАУЧНОТЕОРЕТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ МОДУЛЯ

3.1 СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ

Измерительный прибор - это техническое устройство, при помощи которого выполняют измерение электрических и неэлектрических величин. Теплосчетчик – это средство измерений, состоящее, как правило, из преобразователей расхода, температуры, давления, а также тепловычислителя служащее для контроля количества потреблённого тепла.

Пускатель – комбинация всех коммутационных устройств, необходимых для пуска и остановки электродвигателя с защитой от перегрузок.

Плавкий предохранитель – простейший защитно-позиционный аппарат, предназначенный для однократного отключения электрических цепей при коротких замыканиях или длительных перегрузках.

Автоматический выключатель (автомат) служит для нечастых включений и отключений электрических цепей и защиты электроустановок от перегрузки и коротких замыканий, а также недопустимого снижения напряжения.

Тепловое реле предназначено для защиты электродвигателей от перегрузок

Устройство защитного отключения (УЗО) – это защитный аппарат предназначенный для защиты людей и животных от токов утечки.

Вводно-распределительное устройство – это комплекс объединенных в одном устройстве пускозащитных аппаратов, предназначенных для приёма и распределения электроэнергии.

3.2 ОСНОВНОЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

Лекция 1. Аппаратура управления и защиты электрооборудования

1.Оборудование и приборы для электрических измерений, испытаний и учёта электрической энергии.

2.Монтаж аппаратуры управления электрооборудованием.

3.Монтаж аппаратуры защиты электрооборудования

4.Устройство и монтаж ВРУ

Оборудование и приборы для электрических измерений, испытаний и учёта электрической энергии.

Приборы, предназначенные для измерения электрических величин, называют электроизмерительными. Электроизмерительные приборы можно классифицировать по некоторым основным признакам: методу измерения, роду измеряемой величины, роду тока, виду выдаваемой информации, степени точности измерения и принципу действия.

Электроизмерительные приборы подразделяют по методу измерения на показывающие приборы (приборы непосредственной оценки) и приборы сравнения. К показывающим приборам относятся амперметры, вольтметры, ваттметры и другие, шкала которых проградуирована в единицах измеряемой

54

величины. При этом указанная величина определяется непосредственно по показанию стрелки на шкале прибора или по показаниям цифрового индикатора. К приборам сравнения относятся различные измерительные мосты и компенсаторы, в которых значение измеряемой величины сравнивается со значением известной однородной величины – мерой.

Электроизмерительные приборы обеспечивают проведение измерений с разной точностью, то есть имеется определённая погрешность в определении измеряемой величины. Существуют несколько видов погрешности. Абсолютной погрешностью называется разность между измеренным (Аизм) и действительным (А) значениями измеряемой величины:

Точность выполненного измерения электрической величины оценивается в основном относительной погрешностью, которая определяется как отношение абсолютной погрешности к действительному или измеренному значению электрической величины, выраженное в процентах:

Электроизмерительные приборы подразделяются на ряд классов точности

(0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4 и т. д.), под которыми понимается допустимая для данного прибора приведенная погрешность, определяемая по формуле:

где ∆Анаиб – наибольшая относительная погрешность; Ав – верхний предел или максимальное значение шкалы прибора.

Кроме того, аналоговые электроизмерительные приборы характеризуются ценой деления, определяемой отношением численного значения измеряемой

По роду измеряемой величины приборы разделяются на амперметры – приборы для измерения силы тока, вольтметры – приборы для измерения величины напряжения, ваттметры или варметры – приборы для измерения активной или реактивной мощности, омметры – приборы для измерения сопротивления и другие.

По роду тока существуют электроизмерительные приборы постоянного и переменного тока (однофазного и трёхфазного), а также универсальные, способные работать в цепях как постоянного, так и переменного тока.

По виду выдаваемой информации приборы разделяются на аналоговые (со шкалой) и цифровые (с цифровым индикатором).

В принципе работы аналоговых приборов непосредственной оценки используются физические процессы, создающие вращающий момент и перемещение подвижной системы прибора. В зависимости от природы физического взаимодействия, происходящего в измерительном механизме

55

прибора, электроизмерительные приборы делятся на: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, ферродинамические, индукционные, электростатические, термоэлектрические, вибрационные и др.

Магнитоэлектрические приборы состоят из двух основных частей: постоянного магнита и катушки. По своей конструкции они разделяются на приборы с подвижной катушкой (с внешним или внутренним магнитом) и приборы с подвижным магнитом. В приборах с внешним магнитом (рис. 3.1, а) имеется постоянный магнит 1 и магнитопровод 2 с цилиндрическими выточками на полюсах 3, которые охватывают катушку с внешней стороны. Между полюсами находится цилиндр 4, обеспечивающий радиальное магнитное поле в зазоре между полюсом и цилиндром. Магнитопровод и цилиндр изготовлены из стали. В зазор между полюсами и цилиндром помещается подвижная катушка 8, выполненная в виде рамки с обмоткой из изолированного провода на алюминиевом каркасе. Катушка жёстко крепится к двум полуосям 5, заострённые концы которых опираются на подпятники 6 из твёрдых минералов. На верхней полуоси закреплена указательная стрелка. К полуосям электрически изолированно от них крепятся две спиральные пружины 7, служащие для подвода тока к катушке и создания противодействующего момента. Верхняя спиральная пружина связана с корректором 9. При подключении прибора к электрической цепи в катушке появляется ток и она вместе со стрелкой поворачивается в магнитном поле постоянного магнита на некоторый угол, пропорциональный току в катушке. При отключении питания пружины возвращают стрелку в исходное положение.

Магнитоэлектрические приборы с внешним магнитом имеют ряд положительных качеств: равномерную шкалу; высокую чувствительность; высокий класс точности; малую чувствительность к воздействию внешних магнитных полей ввиду наличия сильного магнитного поля в зазоре полюсов.

Недостатки приборов указанной системы: чувствительность к перегрузке по току, так как ток в подвижную катушку подаётся через тонкие спиральные пружины; возможность использования только в цепях постоянного тока.

Электромагнитный прибор (рис. 3.1, б) имеет неподвижную катушку 1, которая может быть круглой или плоской, имеющей узкую щель, куда втягивается железный сердечник 2. Сердечник эксцентрично насажен на ось 3, на которой также крепится указательная стрелка 5 и спиральная пружина 6. Пружина служит для создания противодействующего момента и возвращения стрелки в начальное положение при отсутствии тока в приборе. Поршень 4 выполняет роль воздушного успокоителя. Принцип действия механизма электромагнитной системы — взаимодействие магнитного поля тока, проходящего по обмотке катушки, с магнитным полем намагничивающегося ферромагнитного сердечника. Вследствие этого взаимодействия сердечник втягивается внутрь катушки, благодаря чему отклоняется указательная стрелка. При повороте оси поршень воздушного успокоителя перемещается внутри цилиндра, и сопротивление воздуха тормозит движение, благодаря чему гасится колебание стрелки. Достоинствами электромагнитной измерительной системы являются: возможность работы на переменном и постоянном токе; устойчивость к перегрузкам по току; простота и достаточная механическая

56

прочность конструкции. Недостатки приборов электромагнитной системы: неравномерность шкалы; влияние внешних магнитных полей на показания прибора; малая чувствительность; невысокая точность.

В электродинамических приборах (рис. 3.1, в) имеются две катушки. Одна из них неподвижная, намотанная из изолированного провода большого сечения, состоит из двух секций 1, последовательно соединённых между собой. Другая катушка 2 является подвижной, крепится на оси и намотана из тонкого изолированного провода. На этой же оси крепится указательная стрелка 3, алюминиевая пластинка 4 электромагнитного успокоителя колебаний стрелки, а также две изолированные спиральные пружины.

Работа электродинамических приборов (рис. 3.1, в) основана на принципе взаимодействия двух катушек с током. При прохождении тока по обмоткам подвижная катушка поворачивается так, чтобы её плоскость совпала с плоскостью неподвижной катушки. Вместе с катушкой поворачивается указательная стрелка и пластинка успокоителя. В результате перемещения указанной пластинки в магнитном поле в ней создаются вихревые токи, взаимодействующие с магнитным полем и гасящие колебания указательной стрелки. Способ соединения подвижной и неподвижной катушек между собой зависит от назначения прибора. В амперметрах для измерения токов до 0,5 А катушки соединяются последовательно, для измерения токов более 0,5 А – параллельно. В вольтметрах обе катушки соединяются последовательно и, кроме того, последовательно включается дополнительной сопротивление.

а) б) в) Рисунок 3.1 Схемы электроизмерительных систем: а – магнитоэлектрическая

(1-постоянный магнит, 2-магнитопровод, 3-полюс, 4-цилиндр, 5-полуось, 6- подпятник, 7-спиральная пружина, 8-подвижная катушка, 9-корректор); б – электромагнитная (1-неподвижная катушка, 2-сердечник, 3-ось, 4-поршень, 5- стрелка, 6-спиральная пружина); в – электродинамическая (1-неподвижная катушка, 2-подвижная катушка, 3-стрелка указательная, 4-пластинка электромагнитного успокоителя, 5-пружина спиральная, 6-экран).

Электродинамические приборы обеспечивают возможность применения в цепях переменного и постоянного тока, высокую точность, однако имеют неравномерную шкалу (за исключением ваттметра), низкую чувствительность. Кроме того, приборы неустойчивы к перегрузкам по току и воздействию внешних магнитных полей.

57

Наряду с измерительным механизмом электродинамической системы широко применяют механизмы ферродинамической системы. Принцип действия механизмов этих систем одинаков. Конструкция же ферродинамического механизма отличается тем, что его неподвижная обмотка помещена на магнитопроводе, благодаря чему повышается чувствительность прибора.

Устройство и принцип действия измерительного механизма индукционной системы будут рассмотрены далее на примере счётчиков электрической энергии.

Учет израсходованной электрической энергии осуществляется счетчиками электрической энергии. Счетчики электрической энергии в зависимости от их конструкции, назначения и схемы включения изготавливают различных типов и маркируют буквами и цифрами, которые означают: С – счетчик; А – активной энергии; Р – реактивной энергии; О – однофазные; 3 и 4

– для трехпроводной или четырехпроводной сети; У – универсальный; И – индукционной измерительной системы; три следующие цифры характеризуют конструктивное исполнение счетчика. Буквы после них означают: П – прямоточный (для включения без трансформатора тока), Т – в тропическом исполнении, М – модернизированный.

Рисунок 3.2 Схема устройства счетчика:

1 - обмотка тока; 2 - обмотка напряжения; 3 - червячный механизм; 4 - счетный механизм; 5 - алюминиевый диск; б - магнит для притормаживания диска.

Измерительный механизм однофазного счетчика индукционной системы состоит из двух электромагнитов, расположенных под углом 90° друг к другу, в магнитном поле которых находится легкий алюминиевый диск (рис. 3.2.).

Для включения счетчика в цепь его токовую обмотку соединяют с электроприемниками последовательно, а обмотку напряжения - параллельно. При прохождении по обмоткам счетчика переменного тока в сердечниках обмоток возникают переменные магнитные потоки, которые, пронизывая алюминиевый диск, индуцируют в нем вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками электромагнитов создает усилие, под действием которого диск вращается. Последний связан со счетным

58