§41. Оборудование, используемое при проверке электрических цепей
Вольтамперфазоиндикаторы.
Вольтамперфазоиндикаторами называют устройства, позволяющие измерять напряжение, силу тока и фазовые углы в электрических цепях переменного тока. Вольтамперфазоиндикатор ВАФ-85 (рис. 161, а) позволяет измерять силу тока на пределах 10; 50 и 250 мА включением в разрез соответствующей цепи и силу тока на пределах 1; 5 и 10 А без разрыва цепи при помощи специальных токоизмерительных клещей, напряжение на пределах 1; 5; 25; 125 и 250 В, фазу напряжения и тока, чередование фаз напряжения в трехфазной сети, направление и величину магнитной индукции. Основная погрешность прибора при измерении тока и напряжения составляет 5%, а по углу — 5°.
Рис. 161. Вольтамперфазоиндикатор ВАФ-85:
а— общий вид, б— схема подключения при измерениях без разрыва токовых цепей панели реле
Входное сопротивление прибора при измерений напряжения 2500 Ом на 1 В, а при измерении силы тока на пределах 10; 50 и 250 мА соответственно 4; 0,2; 0,02 Ом. При измерении тока и напряжения переключатель П2 -устанавливают в положение Величина, а при измерении фазового угла он переключается в положение Фаза. При измерении фазового угла к зажимам А, В и С подводится базовое напряжение 110 или 220 В, синхронное с током или напряжением, фаза которого определяется.
При измерении прибором ВАФ-85 надо соблюдать следующие правила:
подключив трехфазное напряжение 110 или 220 В к зажимам Л, В и С, необходимо убедиться, что освобожденный от стопора лимб вращается по часовой стрелке; после этого в процессе измерения нельзя ни отключать, ни переключать питание прибора;
при сборке схемы ножки вилок, отмеченные звездочкой, должны быть вставлены в гнезда, отмеченные таким же знаком;
сторона клещей, отмеченная звездочкой, должна быть обращена к вторичным обмоткам трансформаторов тока, в которых измеряется фазовый сдвиг;
лимб прибора следует всегда вращать по часовой стрелке, а измерение производить, когда стрелка прибора подойдет к его пулевому значению слева, т. е. будет перемещаться тоже по часовой стрелке при подходе к нулю.
При помощи прибора ВАФ-85 измеряют величину фазовых углов между любыми токами и напряжениями, поэтому его можно применять для снятия векторных диаграмм токов и напряжений, а также для измерения мощности.
Рассмотрим в качестве примера последовательность снятия векторной диаграммы токов при проверке правильности включения реле мощности (или электрического счетчика). Зажимы прибора ВАФ-85, обозначенные А, В и С, соединяют с зажимами панели защиты, к которым подводятся цепи от трансформаторов напряжения к проверяемому реле (рис. 161,6). Переключатель П2 устанавливают в положение Величина, а переключатель П1 — в положение VI. Отпустив тормоз, по направлению вращения лимба определяют порядок чередования фаз (при правильном чередовании лимб будет вращаться по часовой стрелке). После проверки чередования фаз лимб останавливают тормозом.
Подключив клещи, охватывают ими один из проводов, подходящих от трансформаторов тока к панели (например, провод фазы А). Переключателем пределов измерения силы тока ПЗ выбирают нужный предел измерения, и по шкале прибора определяют силу тока в амперах. Не изменяя положения переключателя пределов, ставят П2 в положение Фаза, при этом прибор будет показывать какую-то величину. Вращением лимба по часовой стрелке добиваются приближения стрелки прибора к нулю. Если при продолжении вращения лимба стрелка уходит от нуля влево, продолжают вращать лимб по часовой стрелке, пока снова стрелка прибора не станет на нуль, после чего отсчитывают фазовый угол между напряжением VAB и током 1А по шкале лимба, указанный отметкой 110 или 220 (в зависимости от величины напряжения, подведенного к прибору). В данном примере угол между напряжением VАв и током 1А, отсчитанный по отметке 110,
равен 30е. Поскольку нулевое деление шкалы лимба расположено левее отметки 110, можно сделать вывод, что ток отстает по фазе от напряжения. При опережающем токе нулевое деление лимба расположится вправо от отметки 110. Поэтому правая часть лимба называется индуктивной, а левая — емкостной. Если определяют угол между двумя любыми векторами тока или напряжения, следует поочередно определять углы между каждым вектором контролируемой величины и базовым напряжением Uлв. Искомый угол будет равен разности измеренных углов.
Как уже указывалось, прибором ВАФ-85 можно определить величину и направление магнитного поля. Для этого в зазор клещей вставляют любой немагнитный предмет, обеспечивающий расстояние между губками 7 мм. Поворачивая клещи в измеряемом магнитном поле, находят такое их положение, при котором стрелка прибора максимально отклоняется, тогда поле направлено перпендикулярно плоскости разъема клещей. Величина поля определяется умножением показаний прибора на коэффициент, приведенный в таблице заводской инструкции.
Нагрузочные устройства.
Рис. 162. Нагрузочный реостат:
а — общий вид, б — схема
Эти устройства предназначены для создания необходимой силы тока в проверяемой электрической цепи. Нагрузочные устройства выполняют в виде сопротивлений (активных или реактивных) или трансформаторов. Они могут быть однофазными и трехфазными, регулируемыми и нерегулируемыми. В качестве нагрузочных устройств могут быть применены также трансформаторы безопасности, сварочные генераторы и трансформаторы, пускорегулирующие реостаты электрических машин и др. Рассмотрим нагрузочные устройства, выпускаемые промышленностью и получившие широкое распространение при наладочных работах.
Рис. 163. Нагрузочный трансформатор:
а — расположение выводов, 6 — схема
Нагрузочный реостат (рис. 162, а, б) позволяет регулировать силу тока в электрической цепи в пределах 0,5—100 А при напряжении сети 220 В и до 50 А при напряжении сети 127 В. Реостат состоит из двух нагрузочных секций rl и г2 с однополюсными переключающими рубильниками 1—14, которые включают параллельно необходимое количество резисторов в каждой секции. Кроме того, он имеет ползунковые реостаты гЗ и г4, которые обеспечивают плавное регулирование силы тока и включаются параллельно секциям через балластное сопротивление. Нагрузочный реостат имеет также общий выключатель и ряд зажимов для подключения испытываемой цепи, амперметра и электросекундомера (электросекундомер применяют при проверке реле и включают через специальный разделительный трансформатор). Нагрузочный реостат конструкции ЦЛЭМ Мосэнерго (рис. 162) имеет габариты 620 x 355 x 670 мм и массу 16 кг. При максимальной силе тока в реостате рассеивается мощность 22 кВт (для напряжения сети 220 В) и 7 кВт (для напряжения сети 127 В). Максимальную силу тока получают при подключении перемычек I, II и III.
Нагрузочный трансформатор (рис. 163) позволяет прогружать электрические цепи током до 600 А в течение 10 с и до 180 А в течение 10 мин. Первичная обмотка трансформатора состоит из шести секций: из двух групп по три последовательные обмотки (концы групп выведены на зажимы панели). При включении в сеть 127 В эти две группы включают параллельно, а при включении в сеть 220 В — последовательно. Вторичная обмотка тоже состоит из шести секций, которые могут специальным переключателем соединяться параллельно, последовательно и последовательно-параллельно. Начальные выводы всех секций вторичной обмотки проходят через окно в сердечнике измерительного трансформатора тока, встроенного в нагрузочный трансформатор. Этим обеспечивается автоматическое изменение коэффициента трансформации трансформатора тока при переключении вторичных секций нагрузочного трансформатора для изменения его коэффициента трансформации.
Если необходимо прогрузить цепи трехфазного тока, можно выполнять это пофазно одним нагрузочным трансформатором, либо тремя трансформаторами, соединенными в звезду или треугольник.
Регулировочные устройства.
Эти устройства служат для регулирования напряжения, силы тока и фазового угла в проверяемых электрических цепях. Для регулирования силы тока и напряжения применяют реостаты, лабораторные автотрансформаторы, вариаторы, индукционные регуляторы и др.
Большое распространение получили ползунковые реостаты (рис. 164, а). Выбор реостата определяют наибольшим значением силы тока и пределами регулирования, а также нагрузкой и напряжением источника питания схемы. Например, если требуется регулировать силу тока от 1 до 5 А в цепи, имеющей сопротивление 20 Ом (при напряжении сети 120 В), потребуется реостат (рис. 164, б), рассчитанный на ток 5 А и имеющий сопротивление не менее
Для более плавного регулирования применяют схему с двумя реостатами (рис. 164, в). Реостат 2 имеет сопротивление в 5—10 раз меньше, чем реостат 1, поэтому даже значительное перемещение движка этого реостата не приводит к большому изменению силы тока в регулируемой цепи.
Напряжение можно регулировать реостатом, включенным по схеме потенциометра (рис. 164, г). Такая схема позволяет регулировать напряжение от нуля до полного напряжения сети. Реостат и этом случае следует выбирать с допустимым током, не меньшим суммарного тока, определяемого потреблением самого реостата (без нагрузки) и той электрической цепи, напряжение на которой должно регулироваться.
Рис. 164. Ползунковый реостат:
а — общий вид, б — нормальная схема включения, в — схема включения для плавного регулирования тока, г — включение по схеме потенциометра
Например, при напряжении сети 120 В для регулирования напряжения на реле, имеющем сопротивление 60 Ом, реостат должен быть рассчитан на силу тока
т. е. для реостата с сопротивлением 60 Ом — на 4 А, а с сопротивлением 120 Ом — на 3 А и т. д.
Лабораторные автотрансформаторы ЛАТР-1 и ЛАТР-2 служат для регулирования напряжения в цепях однофазного тока в пределах от 0 до 250 В при включении в сеть напряжением 127 или 220 В. ЛАТР-1 рассчитан на ток до 9 А, а ЛАТР-2 —до 2 А. Кроме того, выпускают разнообразные регулировочные автотрансформаторы, или вариаторы, как в однофазном, так и в трехфазном исполнении на большие мощности (однофазные РНО от 0,5 до 10 кВ-А, трехфазные РНТ на 6 и 12 кВ-А). Все эти регуляторы являются автотрансформаторами, в которых на стальной сердечник намотаны в один ряд обмотки из медной проволоки. По зачищенной от изоляции одной из сторон обмотки перемещаются контактные щетки, с которых и снимается нужное напряжение.
Индукционные регуляторы или потенциалрегуляторы представляют собой заторможенный асинхронный электродвигатель с фазовым ротором, у которого обмотки ротора и статора соединены между собой, как в автотрансформаторе. Если число витков этих обмоток одинаково, поворачивая ротор, можно регулировать выходное напряжение от нуля до двойного напряжения сети, к которой подключен индукционный регулятор. Индукционные регуляторы выпускают на различные напряжения (от 220 до 6000 В) и мощности (от долей до сотен киловольт-ампер).
Регулирование напряжения в индукционных регуляторах обеспечивается тем, что при повороте ротора изменяется угол сдвига между напряжениями статора и ротора, а следовательно, и результирующее напряжение, равное геометрической сумме этих напряжений. Наибольшее напряжение на выходе будет тогда, когда напряжения ротора и статора совпадут по фазе, и наименьшее, когда они будут в противофазе. Отсутствие скользящих контактов для токосъема делает индукционные регуляторы очень надежными в работе.
Регулирование фазового угла осуществляют с помощью фазорегуляторов. Наиболее просто плавное регулирование фазового угла в широких пределах обеспечивается электромашинным фазорегулятором, представляющим собой заторможенный асинхронный двигатель с фазовым ротором. Для двухполюсной машины поворот ротора относительно статора вызывает сдвиг по фазе напряжения ротора относительно напряжения статора на такой же угол, на который повернут ротор. Часто потенциалрегулятор можно использовать как фазорегулятор. Для этого надо электрически разъединить обмотки ротора и статора.
