Переносные устройства для наладки электроустановок - Модернизация электроизмерительных клещей Ц91

Модернизация электроизмерительных клещей типа Ц91. Измерение токов срабатывания мгновенных расцепителей (отсечки), достигающих 4000 А, у автоматических выключателей 0,4 кВ может производиться с помощью малогабаритного измерительного трансформатора тока УТТ6М1 с номинальным током 2000 А и амперметра с пределом измерения 10 А. Для измерения больших токов требуется трансформатор тока с номинальным током не менее 5000 А.
Отечественной промышленностью выпускается лишь один тип трансформатора с такими параметрами — образцовый трансформатор тока И523 10000/5 А класса 0,1, который как по весу и габаритам, так и но условиям эксплуатации (наладка, как правило, ведется в незаконченных монтажом, а зачастую и строительством неотапливаемых помещениях) использовать в полевых условиях нецелесообразно, тем более с учетом высокой стоимости аппарата. Вследствие изложенного, а также с целью упрощения схемы прогрузки и уменьшения количества используемой аппаратуры в МНУ ЭЦМ для измерения токов применяются модернизированные электроизмерительные клещи Ц91М. Модернизация заключается в расширении пределов измерения клещей с 10—500 до 100—5000 А. После переделки в МНУ клещи имеют следующие пределы измерения тока: 100; 250; 1000; 2500; 5000 А при классе точности 4,0 на всех оцифрованных делениях шкалы, начиная со второго.
Расширение пределов измерения токов достигнуто путем насадки на каждую половинку разъемного магнитопровода прибора («клешню») поверх тонкой многовитковой заводской обмотки массивных короткозамкнутых витков — экранов из красной меди.
Принцип загрубления клещей по току  заключается в размагничивающем действии экранов, в которых благодаря их незначительному сопротивлению наводятся большие токи, трансформированные из первичной цепи (кабеля, шины), пропускаемой через окно клещей. Размагничивающий магнитный поток экранов в несколько раз уменьшает э. д. е., наводимую во вторичной, заводской обмотке клещей, вследствие чего для достижения прежней величины э. д. е., достаточной для полного отклонения подвижной измерительной системы клещей на каждом из пяти пределов измерения, требуется во столько же раз больший ток.

Рис. 11. Схема внутренних соединений электроизмерительных клещей Ц91 (заводская).
Поскольку геометрические размеры магнитопровода не позволяют применить экраны из медной шины большего сечения, дополнительное снижение э. д. с. для обеспечения десятикратного загрубления на всех пределах шкалы прибора достигается подбором новых значений сопротивлений и заменой заводских шунтов внутренней схемы клещей. Заводская схема клещей Ц91 приведена на рис. 11.
Заводской класс точности 4,0, сохраняющийся у переделанных клещей, начиная со второй оцифрованной точки нижней шкалы 200°, является вполне приемлемым для калибровки элементов защиты автоматов серий А3000, АВ и АВМ, обладающих разбросом параметров срабатывания 15% и более. Лишь в отдельных случаях, при настройке селективных автоматов (например, автомата, защищающего транзитную групповую сборку
0,4 кВ, от которой питаются электродвигатели с самозапуском), может потребоваться большая точность измерений с применением измерительных трансформаторов тока и приборов класса точности 1,5—2,5.

Конструктивное исполнение.

Габариты экранов, устанавливаемых взамен пластмассовых чехлов, защищающих обмотки клещей, выбраны с таким расчетом, чтобы внутренний размер окна клещей в замкнутом положении сохранялся прежним и позволял охватывать клещами кабель сечением до 240 мм2 при снятой броне.
Для защиты тонких заводских полуобмоток («клешней») от механических повреждений при насадке экранов и от нагрева экранами при больших токах на них предварительно накладывается дополнительная изоляция из тонкой стеклоткани марок JICK-5 (ЛСК-155, ЛСК-130 или Л СМ-105/120) внахлест на 1 /3 ширины ленты.
Для насадки экранов клещи разбираются и половинки магнитопровода отделяются друг от друга, полуобмотки «клешней» при этом предварительно разъединяются (распаивается соединительная перемычка). Насадка, опрессовка, склепка и пропайка экранов являются технологически сложной задачей, разбивающейся на несколько последовательных операций, подробно излагаемых ниже.

Рис. 12. Обойма (экран) для клещей Ц91М.

Заготовка (рис. 12) на специальной оправке сгибается по линиям перегиба настолько, чтобы ее можно было завести на прямолинейный участок «клешни», не задевая дополнительно изолированной заводской полуобмотки. Затем между обмоткой и экраном закладывается один слой кабельной бумаги К-120 или К-170 либо электрокартона ЭВС или ЭВП толщиной 0,25—0,3 мм, после чего экран обжимается в тисках вокруг «клешни» до плотного смыкания его губок.
В губках просверливаются сквозные отверстия диаметром 5 мм, которые затем раззенковываются снаружи сверлом 7 мм на глубину 1—1,2 мм. Затем губки склепываются заклепками из красной меди и места склепки пропаиваются. Экранированные поверхности «клешней» изолируются эпоксидной смолой и просушиваются при температуре 45—50°С в термостате. Экраны после просушки окрашиваются в черный цвет по цвету корпуса клещей.
В заводском исполнении клещи Ц91 имеют измерительный прибор с двойной шкалой — верхней для предела измерения 10 А и нижней с метками 100—500° для остальных четырех пределов измерения. После переделки клещей необходимость в двойной шкале отпадает: все пять пределов измерения удается расположить на нижней шкале, что упрощает отсчет показаний прибора.
Проверка клещей Ц91М. Проверке модернизированных клещей предшествуют их предварительная проверка до насадки экранов и затем калибровка на каждом пределе измерений с экранами. До насадки экранов следует с помощью моста постоянного тока типа ММВ или РЗЗЗ измерить сопротивление постоянному току каждой полуобмотки клещей, которое должно быть одинаковым у обеих полуобмоток и составлять 60— 70 Ом. После насадки, склепки и пропайки экранов перед сборкой клещей необходимо повторно измерить сопротивление постоянному току полуобмоток, которое должно остаться без изменения, если в процессе насадки экранов не произошло повреждения заводской обмотки. Затем мегаомметром на напряжение 1000 В следует испытать изоляцию обмоток относительно экранов и магнитопровода клещей. После этого производятся сборка клещей и их калибровка первичным током.
1 При наличии соответствующего оборудования и опыта сварки цветных металлов склепка и пайка могут быть заменены более эффективным способом — сваркой.
При калибровке проводник с первичным током сечением не менее 120 мм2 (желательнее медная трубка или пруток наружным диаметром 120—150 мм) следует располагать строго по центру окна сомкнутых клещей. Обратный провод следует располагать на расстоянии не менее 0,5 м от клещей.
Калибровка экранированных клещей на новых пределах измерения осуществляется путем замены встроенных внутрь клещей резисторов, шунтирующих выпрямительную схему измерительного прибора (микроамперметр магнитоэлектрической системы на 200 мкА). Как видно из схемы клещей (рис. 11), составной шунт предела измерения 10 А присоединен непосредственно к выводам обмотки. Шунты всех остальных пределов измерения подключены к встроенному переключателю пределов измерения.
Порядок калибровки клещей Ц91М следующий. Вначале калибруется первый предел измерения— 100 А. Подается первичный ток до полного отклонения стрелки микроамперметра клещей. Если показанию клещей 500° соответствует ток менее 100 А, то сопротивление подгоночной обмотки шунта 10 А должно быть уменьшено путем отмотки части ее витков. Если же для полного отклонения прибора требуется ток более 100 А, то необходимо вначале отрегулировать показания прибора с помощью встроенного переменного резистора 300 Ом, уменьшая его сопротивление. Если же этого окажется недостаточно, то необходимо выпаять добавочное сопротивление в цепи выпрямительного мостика — резистор 1,2 кОм — и, заменив его магазином сопротивлений либо реостатом на 1—1,2 кОм, подобрать требуемую величину, при которой показания клещей и контрольного амперметра совпадут при токе 100 А. Встроенный резистор 300 Ом при этом должен находиться в среднем положении.
Затем следует подобрать новый резистор сопротивлением, равным или близким подобранному, и впаять его в схему взамен заводского резистора 1,2 кОм. После этого вновь подается ток 100 А и переменным резистором 300 Ом производится точная регулировка показаний прибора клещей.
Калибровка следующих пределов измерений производится путем замены соответствующих шунтов. При этом сопротивление переменного резистора 300 Ом, отрегулированное на пределе измерения 100 А и зафиксированное стопорным винтом, изменять нельзя.   Поочередно устанавливаются значения первичного тока 250, 1000, 2500 и 5000 А (или 2500 А при двух витках в окне клещей) и для каждого соответствующего положения встроенного переключателя клещей подбирается с помощью реостата, присоединяемого взамен выпаянного заводского шунта, необходимое значение сопротивления шунта постоянному току.
После впаивания взамен реостата вновь подобранного резистора необходимо повторно убедиться в совпадении показаний клещей и контрольного прибора, подключенного к измерительному трансформатору тока в первичной цепи. Погрешность измерения клещей на последней оцифровке шкалы 500° не должна превышать 2— 3%, с тем чтобы при усреднении шкалы в дальнейшем на второй оцифровке 200° обеспечить точность измерений не ниже 4%.
Примерные значения сопротивлений шунтов, Ом, для разных пределов измерений составляют:
для предела 250 А 60—80 (взамен     300 Ом        заводских)
1000 А         10—14 ( „    50 Ом „        )
2500 А         5—6,5 (       19 Ом „        )
5000А          2,5—3,5 ( „  9,5 0м         „        )
Сопротивление постоянному току подсоединенного к схеме шунта для предела измерения 100 А, так же как и добавочного резистора в цепи выпрямительного мостика, сильно зависит от сопротивления рамки микроамперметра, э. д. с. обмотки клещей и размагничивающего потока экранов. Эти факторы и определяют столь значительный разброс значений сопротивлений шунтов для различных экземпляров клещей.

Окончательная калибровка и проверка клещей.

После подбора сопротивлений всех шунтов и добавочных резисторов и калибровки конечной оцифровки шкалы 500° на всех пяти пределах до монтажа вновь подобранных резисторов производится окончательная подгонка шкалы по всем оцифрованным делениям. Начиная с первого предела измерения 100 А, производится проверка погрешности прибора на каждом делении шкалы. Начиная с деления 200°, погрешность не должна превышать 4%- Если на какой-либо промежуточной точке погрешность превысит это значение, то необходимо произвести усреднение показаний путем дополнительной подрегулировки шунта.
Начинать усреднение шкалы необходимо с первого предела 100 А и только после этого последовательно переходить к окончательной калибровке и усреднению
следующих пределов. По окончанию калибровки и монтажа схемы прибора на съемной крышке футляра клещей над шкалой переключателя пределов гравируется надпись «X 10».
Общими требованиями при переделке и калибровке клещей являются: 1) применение только высокостабильных резисторов; 2) недопущение сильного (свыше 75— 80°С) перегрева экранов при калибровке клещей током 2500—5000 А, так как с ростом сопротивления экранов при нагреве уменьшается размагничивающий поток в сердечнике и соответственно растет погрешность измерений (при наладке автоматов на объектах с временем срабатывания отсечки не более 0,5 с и строгом соблюдении режима ПВ экраны не успевают нагреваться до такой температуры); 3) форма кривой первичного тока при калибровке клещей должна быть по возможности близка к синусоидальной. Для этого источник тока должен обладать достаточной мощностью, обеспечивающей кратковременную отдачу приблизительно 25 кВт при калибровке предела 5000 А в режиме короткого замыкания трансформаторов, когда каждый из них потребляет из сети около 12 кВт.
В качестве источника тока могут быть рекомендованы: нагрузочный трансформатор ТН-10 на 10 кА, выпускаемый Московским опытным заводом электромонтажной техники Главэлектромонтажа Минмонтажспецстроя, или два соединяемых параллельно трансформатора типа НТ-69 ЦЛЭМ Тулэнерго либо НТ-74 МНУ ЭЦМ, описание которого приведено ранее.
Для измерения тока в первичной цепи калибруемых клещей (т. е. вторичного тока нагрузочных трансформаторов) следует пользоваться лабораторным трансформатором тока И523 на 10 кА либо, при отсутствии такового, измерительным трансформатором УТТ-6М1 и амперметром с пределами измерения 5—10 А при калибровке клещей током до 5000 А. В последнем случае провод с первичным током после прохождения через окно клещей должен расщепляться на две ветви, разнесенные друг от друга не менее чем на 1 м. Однако при этом резко возрастает сопротивление цепи и соответственно требуемая мощность источника тока.
Другим возможным способом измерения токов свыше 4000 А является пропускание в окно клещей двух витков общим сечением не более 240 мм2 (с изоляцией).
В этом случае требуемая мощность нагрузочного устройства также значительно возрастает.

Правила пользования комплектом устройств.

Ввиду весьма большой кратковременно потребляемой мощности при проверке мгновенных расцепителей (отсечки) автоматов вся схема от шин источника питания до зажимов прогружаемого автомата должна обладать наименьшим возможным сопротивлением, с тем чтобы падение напряжения в цепи было минимальным. В первую очередь это относится к нагрузочному трансформатору НТ-74, во вторичной цепи которого при напряжении 3— 6 В могут протекать токи до 3000 А. Поэтому трансформатор должен устанавливаться в непосредственной близости от прогружаемого автомата и присоединяться к нему возможно более короткими гибкими проводниками сечением, обеспечивающим кратковременное протекание тока до 5000 А (автоматы на номинальные токи 400 и 600 А имеют уставки по току срабатывания отсечки такой величины). Не менее важное значение имеет всемерное снижение переходного сопротивления в местах присоединения схемных проводников, для чего они должны иметь на обоих концах массивные медные зажимы. В МНУ ЭЦМ для этой цели изготовлялись специальные комплекты из двух гибких соединительных кабелей длиной 1 и 1,5 м. 
Кабели для большей эластичности расщепляются на две ветви с сечением каждой 100—120 мм2 и снабжены медными зажимами под болт Ml6  на ветвях и универсальным, специально изготовляемым зажимом на неразветвленном конце, подсоединяемом к автомату любого типоразмера серий А3000, АВ и АВМ.
Расщепление кабеля на две ветви позволяет подсоединить его на каждом выводе НТ-74 под два болта и тем самым уменьшить вдвое переходное сопротивление контактов. Однако опыт эксплуатации показал, что при большом сечении каждой ветви кабеля и малой его длине присоединение таких концов к автоматам, установленным в верхнем ряду панели, затруднено. Поэтому следует уменьшать сечение каждой ветви до 70—95 мм2, а длину концов соответственно делать не менее 1,2— 1,5 и 1,8—2 м. Изготовлять концы следует из гибких шланговых кабелей марок КРПТ, КШПЭ или ПРГД.

По тем же соображениям регулирующий элемент РНО-250-5М должен устанавливаться рядом с трансформатором и соединяться с ним короткими концами сечением не менее 6 мм2.
При прогрузке автоматов с уставкой отсечки более 3000 А два трансформатора НТ-74 устанавливаются рядом и соединяются на вторичной стороне параллельно, а на первичной в зависимости от напряжения питающей сети: параллельно при 220 В и последовательно при 380 В, как показано на рис. 13. Д

Рис. 13. Схема прогрузки автомата током свыше 3 кА при питании от сети 380 В.
А — место наложения электроизмерительных клещей Ц91М.
ля предотвращения опасного перегрева трансформатора и регулирующего элемента схемы — вариатора, а также и обмоток расцепителя и в особенности тепловых элементов у автоматов серии А3000 протекание тока свыше 1000 А разрешается только кратковременное при строгом соблюдении допустимых по условиям нагрева трансформаторов НТ-74 циклов ПВ для разных значений тока, приведенных ниже:

Максимально допустимая длительность протекания тока ТДоп, мин, вычисляемая по выражению

где Т — постоянная нагрева, мин (для НТ-74 7=40 мин); tyc-t.max — температура трансформатора, °С, при длительном протекании максимального тока; /ДОп — допустимая температура нагрева, СС (/ДОп=120оС), приведена ниже:

Однако, учитывая режимы ПВ, требующие весьма длительных перерывов между двумя включениями, и необходимость многократной подачи тока при настройке уставок тока срабатывания расцепителей автоматов, рекомендуется ограничивать длительность каждого включения тока 20 с, что вполне достаточно для отсчета показаний приборов, имеющих по ГОСТ время успокоения порядка 4 с.
Требуемая длительность одного цикла ПВ в зависимости от тока дана в табл. 1.
Таблица 1

Для уменьшения нагрева вариатора его следует отключать от сети после каждого срабатывания автомата при прогрузке, а затем уже выводить движок в исходное положение. Автомат, обеспечивающий подачу напряжения на PHO-2SO-5M, следует располагать в непосредственной близости от вариатора.
Автомат типа АП50-2МТ или A3163 следует выбирать на номинальные токи 50—80 А с уставкой срабатывания мгновенного расцепителя примерно 200—250 А. Тепловые элементы в автомате должны быть за шунтированы или демонтированы. Питание к автомату следует подводить возможно более коротким кабелем с сечением жил не менее 6 мм2. Желательно использовать сплетенные
провода общим сечением 10 мм2 для уменьшения падения напряжения в них при протекании максимальных токов прогрузки.
Для компактного размещения всей аппаратуры и удобства ее перемещения вдоль щита 0,4 кВ от панели к панели в МНУ ЭЦМ применяются двухъярусные металлические столики— тележки с размерами 590Х400Х Х890 мм. Вариатор размещается на нижней полке, а трансформаторы — на верхней. Здесь же установлен автомат питания АП50-2МТ.
При высоте тележки 890 мм расстояния от доски зажимов НТ-74 до автоматов, расположенных в нижней и верхней частях панели, получаются наименьшими.
Токоизмерительные клещи при производстве измерений следует располагать горизонтально на нерасщепленном участке схемного кабеля, на максимальном удалении от трансформатора и обратного провода, чтобы исключить влияние потоков рассеяния. Кабель должен располагаться по центру окна клещей.