Как снять векторную диаграмму трансформатора тока

Обновлено: 04.05.2024

16-3. Снятие векторных диаграмм

Снятие векторных диаграмм состоит по существу в определении углов между векторами токов и напряжений. Поэтому для снятия векторных диаграмм обычно используются приборы, с помощью которых можно измерить угол между током и напряжением: фазометр, ваттметр и др. Для снятия векторных диаграмм широко применяется специальный прибор — вольтамперфазоиндикатор (ВАФ-85) с токоизмерительными клещами.

Применение разных приборов характеризуется своими особенностями, но вместе с тем имеются следующие общие положения, которые должны быть выполнены независимо от способа снятия векторной диаграммы:

1. Для снятия векторных диаграмм токов необходимо использовать синхронное с токами напряжение. Если векторная диаграмма снимается для анализа взаимного расположения токов (например, при проверке правильности вклю-чения токовых цепей дифференциальной защиты) и снятие диаграммы производится однофазным фазометром, достаточно использовать одно междуфазное или фазное напряжение, синхронное с измеряемыми токами.

Если же при снятии векторной диаграммы нас интересует взаимное расположение токов и напряжений (например, при проверке правильности включения реле направления мощности), необходимо, чтобы трехфазное напряжение, используемое при измерениях, было симметричным и имело строго определенное чередование фаз напряжений, подаваемых на прибор. Строгое чередование и симметрия фаз напряжений необходимы также во всех случаях, когда для снятия векторной диаграммы используется трехфазное напряжение (например, при использовании однофазного ваттметра, вольтамперфазоиндикатора).

Для снятия векторных диаграмм токов можно использовать как фазные, так и междуфазные напряжения. При использовании фазных напряжений несколько проще анализировать полученную векторную диаграмму. Междуфазные напряжения целесообразно применять для снятия векторных диаграмм при малых токах с целью увеличения показании прибора, а также при значительной несимметрии фазных напряжений, если разница их величии превышает 5%.

2. Если векторная диаграмма снимается для проверки защиты, действие которой зависит от взаимного расположения векторов тока и напряжения, как это имеет место, например, у реле направления мощности, векторную диаграмму следует снимать, подключая к прибору напряжения и токи, которые подаются непосредственно на панель проверяемой защиты.

3. Приборы, применяемые для снятия векторных диаграмм, имеют определенную полярность обмоток, так как показания этих приборов зависят от угла между током и напряжением. Полярность обмоток ваттметра или фазометра обозначается так же, как и у реле направления мощности.

Обычно при снятии векторных диаграмм прибор включается во вторичные цепи трансформаторов тока и напряжения. При этом знак его показаний будет зависеть не только от угла между векторами первичных тока и напряжения, но и от схемы соединения обмоток измерительных трансформаторов.

На рис. 16-3 показаны три схемы включения фазометра на фазное напряжение и ток а также соответствующие векторные диаграммы. Вектор вторичного напряжения совпадает с вектором первичного напряжения при выбранных положительных направлениях напряжений и схеме соединения обмоток трансформаторов напряжения

Вектор первичного тока отстает от вектора первичного напряжения на угол величина которого определяется соотношением активной и реактивной нагрузки в первичной сети.

Вектор вторичного тока совпадает с вектором при выбранных положительных направлениях токов в схеме соединения трансформаторов тока с «прямой полярностью» (нулевая точка собрана на «концах» вторичных обмоток трансформаторов тока).

Обмотка напряжения фазометра во всех случаях, приведенных на рис. 16-3, подключена полярным зажимом, обозначенным на схеме точкой или звездочкой на приборе, к выводу фазы а. Поэтому фазометр измеряет угол вектора тока относительно напряжения

При включении фазометра по схеме, приведенной на рис. 16-3, а и б, вторичный ток входит в полярный зажим, обозначенный точкой, и поэтому прибор измеряет угол между векторами Замер фазометра при этом будет равен (рис. 16-3, а и б).

При включении фазометра по схеме на рис. 16-3, в вторичный ток входит в зажим токовой обмотки, не обозначенный точкой, и поэтому прибор замеряет угол между векторами Замер фазометра будет равен + 180°.

Если прибор (фазометр или ваттметр) включить так, чтобы его однополярные зажимы были подключены к «началам» вторичных обмоток трансформаторов тока и напряжения, то токи в его обмотках проходят так, как если бы прибор был включен прямо в первичную сеть, минуя измерительные трансформаторы. Знак показаний прибора при этом совпадает со знаком мощности в первичной сети. Подключение прибора к цепям тока и напряжения всегда следует выполнять одинаково в соответствии с принятым правилом, для того чтобы иметь возможность, сравнивая его показания с известным направлением потока мощности в первичной сети, проверить правильность соединения цепей тока и напряжения. При этом «начало» токовой обмотки прибора (зажим, обозначенный звездочкой, точкой или плюсом) всегда подключается к проводу, приходящему от фазного вывода трансформатора тока, а «конец» — к проводу, который идет к реле или к нулевой точке трансформаторов тока.

«Начало» обмотки напряжения прибора подключается к напряжению фазы в порядке чередования. Например, при включении прибора на напряжение «начало» обмотки напряжения подключается к напряжению фазы а.

Схемы включения фазометра для снятия векторных диаграмм согласно сформулированному выше правилу показаны на рис. 16-3, а и б.

б) Снятие векторных диаграмм с помощью фазометра

Для снятия векторных диаграмм удобно использовать однофазный фазометр — прибор, измеряющий угол между током и

напряжением, подводимыми к его обмоткам. На фазометр подаются одно напряжение, фазное или междуфазное, и поочередно все токи, так что измеряется угол между вектором напряжения и каждым из токов. На рис. 16-4 построена векторная диаграмма токов, снятая с помощью однофазного фазометра при подаче на его обмотку напряжения фазного напряжения

в) Снятие векторных диаграмм однофазным ваттметром. Построение векторных диаграмм

Возможность использования для снятия векторных диаграмм однофазного ваттметра определяется зависимостью показаний этого прибора от угла между током и напряжением, подводимыми к его обмоткам:

где — угол между напряжением и током, подводимыми к обмоткам ваттметра.

Иначе говоря, показание однофазного ваттметра пропорционально проекции вектора тока на вектор напряжения

Подавая на токовую обмотку ваттметра ток, например а к обмотке напряжения поочередно напряжения получаем замеры ваттметра, равные проекции вектора тока на векторы напряжения Зная проекции вектора тока на два-три напряжения, можно построить сам вектор (см. гл. 1).

Для этого на диаграмме строятся три зектора напряжения, и на них, как на осях координат, откладываются соответственно проекции определяемого вектора тока. В качестве примера па рис. 16-5 построен вектор тока по его проекциям на фазные напряжения, определенные с помощью однофазного ваттметра.

Векторную диаграмму токов можно построить также, если за оси координат принять междуфазные напряжения и подводить их поочередно к ваттметру.

Очевидно, что рассмотренный способ снятия векторных диаграмм токов применим и для определения векторов напряжений, если векторы токов принять за оси координат.

Для того чтобы упростить и ускорить построение и анализ векторных диаграмм, снятых однофазным ваттметром, применяется специальный бланк, образец которого приведен на рис. 16-5. В нижней части бланка находятся таблицы для записи величин напряжений и токов, а также показаний ваттметра. Здесь же записывается направление активной и реактивной мощности в первичной сети, что необходимо для анализа правильности включения реле направления мощности.

После выполнения всех измерений размечаются оси координат ( на рис. 16-5) и строятся векторы токов. Для этого показания ваттметра в удобном для построения масштабе откладываются па соответствующих осях, и из концов проекций восстанавливаются перпендикуляры, точка пересечения которых определяет конец вектора тока. Для определения положения вектора на диаграмме достаточно двух измерений ваттметра. Однако обычно подают на ваттметр все три фазных или междуфазных напряжения. При этом третий замер является контрольным, по которому проверяется правильность произведенных подключений прибора.

Особенностью бланка, приведенного на рис. 16-5, является порядок записи показаний ваттметра, позволяющий просто и удобно осуществить контроль правильности снятия векторной диаграммы. Если векторная диаграмма снята правильно, т. е. не было ошибок в подключении ваттметра

при измерениях, алгебраическая сумма показаний ваттметра, включенного на один и тот же ток и поочередно на все три напряжения, принятые за оси координат, должна быть равна нулю (сумма чисел в вертикальных столбцах бланка). Если, кроме того, система векторов токов, определяемых при снятии векторной диаграммы, симметрична и имеет правильное чередование фаз, будет выполнено также следующее условие: чередование знаков и величин показаний ваттметра при поочередном подключении его на токи всех фаз должно быть одинаковым (одинаковое чередование знаков и величин показаний ваттметра в вертикальных столбцах бланка).

Следует отметить, что для снятия векторной диаграммы токов с помощью однофазного ваттметра необходимо использовать синхронное и симметричное трехфазное напряжение. Поэтому, прежде чем приступить к снятию векторной диаграммы, необходимо проверить цепи напряжения согласно § 16-2.

г) Снятие векторных диаграмм с помощью прибора ВАФ-85

Для снятия векторных диаграмм широко применяется вольтамперфазоиндикатор ВАФ-85, внешний вид которого показан па рис. 16-6, а. Этот прибор позволяет измерять величину переменного тока и напряжения, угла между током и напряжением (или между двумя токами или двумя напряжениями), а также определять чередование фаз напряжений трехфазной системы. Поскольку основная погрешность прибора ВАФ-85 составляет 5%, он не пригоден для точных измерений и поэтому называется индикатором.

Для измерения угла между током и напряжением ток к измерительному прибору подается через механический выпрямитель MB (рис. 16-6, б). Механический выпрямитель, в качестве которого используется поляризованное реле, переключает свои контакты с частотой переменного напряжения, подведенного к его обмотке. Контакты реле, включенные в цепь измерительного прибора, в течение одного полупериода замкнуты, а в течение другого разомкнуты. В результате ток в обмотке прибора проходит только в течение половины периода.

Показания магнитоэлектрического прибора, используемого в ВАФ-85, пропорциональны среднему значению тока, проходящего через его обмотку. Поэтому показание прибора зависит от угла между током и напряжением, подведенным к обмотке MB. Если напряжение и ток совпадают по фазе, показание прибора будет максимальным, так как в течение всего полупериода через его обмотку будет проходить ток одного направления (рис. 16-7, а). При угле между током и напряжением 90° показание прибора будет равно нулю, так как в течение четверти периода ток проходит в одном направлении, а в течение следующей четверти периода в другом. Промежуточным значениям углов между 0 и 90° соответствуют промежуточные показания прибора.

Измерение угла производится в следующем порядке: переключатель П₂ (рис. 16-6) устанавливается в положение «Фаза». На прибор подается трехфазное напряжение А, В, С для питания статора фазорегулятора в качестве которого в приборе используется сельсин с трехфазным статором и однофазным ротором.

Провод, по которому проходит измеряемый ток, охватывается клещами так, чтобы измеряемый ток входил в воздушный зазор со стороны магнитопровода, обозначенной звездочкой. Ток, наводимый в обмотке, размещенной на магнитопро-воде клещей, поступает к обмотке прибора через переключатель П₁, который устанавливается в положение I, U. Вторичная цепь токовой обмотки также должна быть соединена с учетом полярности, для чего вилка должна быть

вставлена в гнезда I так, чтобы ее ножка, обозначенная звездочкой, совпала с обозначенным звездочкой гнездом.

После подключения цепей тока и напряжения вращением лимба Л фазорегулятора изменяется положение его ротора, а следовательно, и угол напряжения на обмотке механического выпрямителя относительно симметричной системы напряжений, поданной на обмотку статора. Вращение ротора фазорегулятора и связанного с ним лимба продолжается до тех пор, пока показание прибора станет равным нулю. После этого по числу делений шкалы лимба, указываемому отметкой «110» или «220», в зависимости от величины междуфазного напряжения, поданного на статор фазорегулятора, определяется угол между вектором измеряемого тока и вектором напряжения

Для правильного измерения угла необходимо соблюдать следующее правило: при подходе стрелки к нулю лимб с ротором фазорегулятора необходимо вращать в ту же сторону, куда движется стрелка. Например, при вращении лимба по часовой стрелке стрелка прибора должна двигаться слева направо.

Снятие векторной диаграммы токов с помощью ВАФ-85 производится следующим образом. На прибор подается трехфазное напряжение ABC, используемое для снятия векторной диаграммы, и измеряются все фазные и междуфазные напряжения. Освобождается тормоз Т, удерживающий лимб фазорегулятора в неподвижном положении, и по его вращению определяется чередование фаз напряжения, поданного на прибор. При правильном чередовании фаз лимб вращается по часовой стрелке. После проверки чередования фаз лимб останавливается тормозом.

Затем с учетом полярности собирается токовая цепь, и провод с измеряемым током охватывается клещами. Производится измерение угла между током и напряжением как описано выше. Одновременно со снятием векторной диаграммы измеряется величина тока, для чего переключатель П₂ переводится в положение «Величина».

Достоинством рассматриваемого способа снятия векторных диаграмм является в первую очередь использование токоизмерительных клещей, что позволяет осуществлять необходимые измерения, не производя переключений в токовых цепях. Прибор ВАФ-85 удобен также потому, что в нем совмещены все приборы, необходимые для снятия векторных диаграмм (вольтметр, амперметр, фазоуказатель и измеритель фазы).

Поскольку звездочки на приборе и клещах могут быть размечены неправильно, перед началом проверки необходимо убедиться в правильности показаний прибора. Это можно осуществить, измеряя угол между напряжением, подаваемым на прибор, и током в одной из фаз цепей напряжения, например С. Для этого провод фазы С охватывается измерительными клещами так, чтобы звездочка была обращена в сторону прибора. Измеренный при этом угол должен быть близок к нулю.

14 Июнь, 2009 60687 ]]> Печать ]]>

Инструкция по снятию векторных диаграмм

В целях обмена опытом БТИ ОРГРЭС по поручению Технического управления МЭС выпускает серию инструкций Мосэнерго по релейной защите. Эти инструкции не являются типовыми и обязательны только для системы Мосэнерго.
Публикуемая инструкция составлена инженерами М. А. Берковичем, М. Л. Голубевым, Н. В. Чернобрововым и П. К. Фейстом (участвовавшим в составлении первого выпуска инструкции), под общей редакцией Н. В. Чернобровова.
Снятие векторных диаграмм токов и напряжений при проверке устройств релейной защиты и автоматики является одним из основных способов проверки правильности соединения вторичных обмоток измерительных трансформаторов и правильности подсоединения к ним реле.
Снятие векторных диаграмм дает возможность:
а) в дифференциальных токовых защитах определить векторы токов от каждой группы трансформаторов тока и по взаимному их расположению проверить правильность схемы соединений трансформаторов тока по фазам и по их полярности;
б) в защитах, для которых необходимо обеспечить определенное сочетание фаз токов и напряжений (омметры, реле направления мощности, пусковые импедансные реле), проверить правильность включения этих реле;
в) в направленных защитах проверить правильность выбора направления реле мощности путем сравнения фактического поведения реле с тем, которое должно быть при данном сочетании токов и напряжений и правильном включении реле.

Рисунок 1. Схема включения ваттметра для снятия векторной диаграммы фазовых токов.
ТН – трансформатор напряжения; ТТ – трансформатор тока; V - вольтметр; Л – амперметр; W – ваттметр; ФУ – фазоуказатель.

Векторные диаграммы снимаются главным образом однофазным ваттметром. Этот способ основан на том, что для определения любого вектора на плоскости необходимо и достаточно знать по величине и направлению две его проекции на любые оси координат, расположенные в той же плоскости.
Для построения искомого вектора необходимо отложить ею проекции на принятых осях координат и из их концов восстановить перпендикуляры к осям. Точка пересечения перпендикуляров будет концом искомого вектора, а центр системы координат – его началом.
В практике эксплуатации релейной защиты за систему координат принимаются три фазовых или линейных напряжения симметричной трехфазной системы, равные друг другу по величине и сдвинутые между собой на угол в 120°.
Все векторные диаграммы должны сниматься на симметричные токи или напряжения, принятые за оси координат. При снятии векторной диаграммы токов за оси координат могут приниматься как фазовые, так и линейные напряжения, однако для более удобного сравнения полученной диаграммы с фактическим направлением мощности в первичной цепи рекомендуется снимать диаграммы на фазовые напряжения.
В сетях с заземленной нулевой точкой фазовые напряжения практически вполне симметричны. В сетях с изолированной нулевой точкой и в компенсированных сетях несимметрия фазовых напряжений может быть настолько велика, что недопустимо исказит результаты замеров.
Допускается снятие векторной диаграммы на фазовые напряжения, если несимметрия их не превышает +5% от среднего значения.
Если несимметрия больше, то диаграмму надо снимать на линейные напряжения, а для анализа ее нанести при построении векторы фазовых напряжений.
При малых токах нагрузки целесообразно снимать диаграмму на линейные напряжения для увеличения показаний ваттметра. Если диаграмма снимается для проверки органов направления мощности или направленных омметров, то напряжение на ваттметр нужно подавать от того же трансформатора напряжения, от которого питаются проверяемые реле.
Для проверки защит, не имеющих цепей напряжения, например, дифференциальных токовых, векторные диаграммы можно снимать на напряжения любою источника симметричного трехфазного напряжения, синхронного с проверяемыми токами.

Рисунок 2. Направления вектора тока при разных направлениях активной и реактивной мощности

Векторная диаграмма правильно определяет действительное положение векторов тока только в том случае, если цепи напряжения и тока имеют правильное обозначение одноименных фаз. Для правильного нанесения на векторную диаграмму векторов напряжения необходимо знать их чередование.
Чередование фаз напряжения проверяется предварительно фазоуказателем. Правильность обозначения одноименных фаз тока и напряжения проверяется предварительно прозвонкой и контролируется по векторной диаграмме.
Правильное соединение по полярностям обмоток реле и измерительных трансформаторов должно указываться в принципиальных и монтажных схемах защит; особенно это важно для дифференциальных и направленных защит.
Необходимо отметить, что в ряде схем релейной защиты измерительные трансформаторы тока специально включаются так, чтобы повернуть один из векторов вторичною тока в реле на 180° относительно другого (например, дифференциальные защиты). При снятии векторных диаграмм в таких цепях это обстоятельство всегда следует учитывать.

Содержание

Предисловие
I. Назначение векторных диаграмм
II. Метод снятия векторных диаграмм
III. Порядок снятия векторных диаграмм фазовых токов
IV. Векторные диаграммы токов и напряжений нулевой последовательности

Сканы предоставил Sm@rt (форум Советы бывалого релейщика)

Построение векторной диаграммы и схемы замещения ТТ

В этой статье будем строить схему замещения трансформатора тока и векторную диаграмму. Начнем со схемы замещения. Как и на векторной диаграмме, все величины мы приводим к вторичному току. Величины токов приводятся через коэффициент трансформации в первой степени, значения сопротивлений – через коэффициент трансформации в квадрате.

Первичный ток разделяется на ветвь тока намагничивания и ветвь вторичного тока.

Теперь, на основе этой схемы замещения можно построить векторную диаграмму.

Для начала строим из начала координат вектор вторичного тока I₂ и его активную составляющую I₂*R_н. Затем из конца вектора I₂*R_н откладываем на 90 градусов вектор I₂*Х_н. Сумма двух векторов будет равна U₂, т.е.:

Или другими словами – вторичное напряжение равно падению напряжения в сопротивлении нагрузки. Далее аналогично откладываем вектора I₂*R₂ и I₂*X₂. В итоге получим вектор ЭДС E₂

Вектор между вторичным током I₂ его ЭДС E₂ обозначим «альфа». Его величина зависит от отношения активных и индуктивных сопротивлений вторичной цепи:

Из вводной статьи про трансформаторы тока мы узнали, что первичный ток I’₁ состоит из тока намагничивания I_нам и вторичного тока I₂.

Угол между током намагничивания и ЭДС зависит от активных потерь в стали сердечника. Чем больше угол, тем меньше потери. Более подробно про углы на векторной диаграмме можно почитать в статье про погрешности в трансформаторах тока.

Угол гамма называется углом потерь и показывает отношение активной составляющей тока намагничивания к реактивной. Угол потерь определяют по экспериментальной кривой, которую снимают для конкретного трансформатора тока.

Определение порядка следования фаз и снятие векторных диаграмм

Определение порядка следования фаз и снятия векторных диаграмм необходимы для проверки правильности выполнения схем:

а) дифференциальных токовых защит (по взаимному расположению векторов тока);

б) включения щитовых ваттметров, счетчиков электроэнергии, фазометров, реле сопротивления и др. (по взаимному расположению векторов напряжения и тока, подведенных к прибору или реле);

в) токовой стабилизации автоматических регуляторов напряжения.

Определение порядка следования фаз производят обычно фазоуказателем индукционной системы типа И517М, представляющим собой асинхронный короткозамкнутый двигатель, вращение которого при подключении к зажимам питающей сети с нормальным чередованием фаз происходит по направлению указанной на нем стрелки или против - при обратном чередовании фаз.

Порядок следования фаз и углы фазового сдвига могут быть определены с помощью одного из следующих приборов: однофазного фазометра (например, Д578), вольтамперфазоиндикатора ВАФ-85М, однофазного ваттметра, электронного осциллографа.

Снятие векторных диаграмм

При снятии векторных диаграмм в качестве "опорных векторов" обычно используют симметричную трехфазную систему фазных или линейных векторов напряжения, по отношению к которым строят векторы токов. Поэтому на первом этапе измерения необходимо проверить правильность чередования и симметрию фаз, измерить значения фазных (линейных) напряжений и в произвольном масштабе на миллиметровой бумаге под углом 120° (для симметричной системы) нанести векторы напряжения; измерить ток нагрузки, который для получения более точных результатов должен составлять не менее 20-30 % номинального.

При измерении однофазным фазометром зажим обмотки напряжения фазометра, обозначенный звездочкой, подключают к фазе А, а другой - к нулевому проводу. Токовую обмотку фазометра подключают последовательно нагрузке зажимом, помеченным звездочкой, - к генератору или выводу трансформатора тока (при трансформаторной схеме включения). Замерив угол, откладывают его от вектора UA и строят вектор тока IA в принятом масштабе. Аналогично определяют векторы токов IB и IC. В случае использования линейных векторов напряжения в качестве опорных фазометр подключают на линейные напряжения.

При измерении с помощью вольтамперфазоин-дикатора типа ВАФ-85М в качестве опорного принят вектор линейного напряжения UАB. Отсчет измеренных углов ведется от вектора НАВ по часовой стрелке при индуктивном характере нагрузки и против часовой - при емкостном. Угол определяют по лимбу, вращением которого стрелка показывающего прибора устанавливается на нуль. Угол установлен правильно, если при смещении лимба стрелка движется в ту же сторону, что и лимб, в противном случае угол будет отличаться от отсчитанного на 180°. Снятие тока производят без разрыва цепи токопровода с помощью токосъемной клещевой приставки.

Векторная диаграмма, построенная с помощью однофазного фазометра (а), прибора ВАФ-85М (б) и однофазного ваттметра (в)

Использование однофазного ваттметра

При измерении однофазным ваттметром токовую обмотку включают последовательно и согласно с нагрузкой в цепь фазы А. Начало обмотки напряжения поочередно включают на фазные напряжения UA, UB и UC (конец обмотки на нулевом проводе) и записывают показания ваттметра.

Если на векторах опорных напряжений отложить в выбранном масштабе измеренные мощности соответственно включению обмотки напряжения с учетом их знаков и восстановить из их концов перпендикуляры, то точка пересечения последних будет являться концом вектора фазы А. Аналогично определяют положение векторов токов фаз В и С.

Использование электронного осциллографа

При измерении с помощью электронного осциллографа фазовый сдвиг между током и напряжением можно определить методом линейной развертки, сравнивая на экране осциллографа кривую опорного напряжения и кривую тока, снимаемую с датчика тока (например, шунта). Совмещая линии их разверток при использовании двух лучевого осциллографа или засинхронизировав развертку по опорному напряжению - при использовании однолучевого осциллографа, можно рассчитать значение и знак фазового угла. Найденный угол сдвига откладывается от соответствующего опорного напряжения, и строится вектор тока.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Как проверить правильность включения счетчика на действующем присоединении

Сделать вывод о правильности включения счетчика можно, если векторная диаграмма, снятая на его зажимах, совпадет с нормальной. Необходимыми и достаточными условиями для этого являются, во-первых, правильность выполнения вторичных цепей трансформатоpa напряжения и подключения к ним параллельных обмоток счетчика и, во-вторых, правильность выполнения вторичных цепей трансформатора тока и подключения к ним последовательных обмоток счетчика.

Векторная диаграмма трехфазного двухэлементного счетчика при индуктивной нагрузке

Итак, проверка правильности включении счетчиков состоит из двух этапов: проверки цепей напряжения и цепей тока (снятие векторной диаграммы). Проверка вторичных цепей трансформатора напряжения. Эта проверка заключается в проверке правильности маркировки фаз и в проверке исправности цепей напряжения.

Проверка выполняется под рабочим напряжением. Измеряются все линейные напряжения и напряжения каждой фазы относительно «земли». Очевидно, что в исправных цепях все линейные напряжения равны и составляют 100 — 110 В.

Значения же напряжений между фазой и «землей» зависят от схемы включения трансформатора напряжения и выполнения вторичных цепей. Если два однофазных трансформатора напряжения соединены в открытый треугольник, либо применен трехфазный трансформатор напряжения с заземленной фазой, то напряжение этой фазы относительно «земли» равно 0, а на остальных фазах оно равно линейному.

Если в трехфазном трансформаторе напряжения заземлена нейтраль вторичной обмотки, то напряжения всех фаз относительно «земли» составят около 58 В.

Проверку правильности наименования фаз начинают с отыскания фазы B , которая должна быть подсоединена к среднему зажиму счетчика. В первом случае ее легко найти по результатам измерения напряжении относительно «земли». Во втором случае можно поступить следующим образом.

Трансформатор напряжения отключают с обеих сторон. После проверки отсутствия напряжения и принятия всех необходимых мер безопасности на стороне высшего напряжения вынимается предохранитель средней фазы.

Трансформатор напряжения включается в работу. Измеряются вторичные линейные напряжения. Линейные напряжения на отключенной фазе будут снижены (примерно вдвое), в то время как напряжение между неотключенными фазами не изменится. Найденная фаза подключается к среднему зажиму цепей напряжения счетчика, а две другие к крайним зажимам соответственно маркировке.

Затем после повторного отключения трансформатора напряжения и принятия мер безопасности предохрантель устанавливается на место, после чего трансформатор напряжения включается в работу.

Остальные фазы во всех случаях можно определить при помощи фазоуказателя, который предназначен для определения порядка чередования фаз в трехфазной сети. Этот прибор представляет собой миниатюрный трехфазный асинхронный двигатель с кнопочным выключателем. В качестве ротора в нем используется легкий металлический диск с контрастными секторами. Прибор рассчитан .на кратковременную работу (до 5.с).

Для проверки маркированные выводы фазоуказателя в таком же порядке, как и у счетчика, присоединяют к выводам обмоток напряжения счетчика и, нажав кнопку, наблюдают за направлением вращения диска. Вращение диска по стрелке указывает на правильность маркировки, а следовательно, и на правильное подключение обмоток напряжения. В противном случае необходимо выявить одну из возможных причин обратного чередования фаз: неправильную маркировку (расцветка фаз) первичных цепей или ошибку в выполнении вторичных цепей трансформатора напряжения.

Для выявления причин обратного чередования фаз проверяют чередование фаз на ближайшей к трансформатору напряжения сборке зажимов и повторяют прозвонку цепей напряжения. После исправления ошибки (пересоединение «крайних» фаз в первичных цепях или в цепях трансформатора напряжения) проверку чередования фаз повторяют.

Определение правильности маркировки значительно упрощается, если от этого трансформатора напряжения питаются другие счетчики или устройства релейной защиты с заведомо проверенной правильностью включения. Тогда достаточно сфазировать с ними проверяемый счетчик.

Рассмотрим некоторые ошибки и неисправности, выявляемые при проверке цепей напряжения. Перегорание предохранителей или отключение автоматического выключателя вследствие короткого замыкания во вторичных цепях чаще всего происходит из-за ошибочного подключения цепей напряжения к зажимам последовательных обмоток.

Понижение или отсутствие линейного напряжения может быть вызвано различными причинами: обрыв провода или перегорание предохранителя, неисправность трансформатора напряжения, подключение к двум зажимам одноименной фазы. Конкретная причина выявляется в результате дальнейших проверок после отключения трансформатора напряжения.

Если при измерении линейных напряжений одно из них, обычно между крайними зажимами, будет около 173 В, то это указывает на то, что вторичная обмотка одного трансформатора напряжения вывернута по отношению к вторичной обмотке второго трансформатора.

После исправления ошибок в схеме и устранения неисправностей все измерения повторяют.

Проверка вторичных цепей трансформаторов тока

Если на коробке зажимов поменять местами провода двух крайних цепей напряжения, то при симметричной нагрузке диск правильно включенною счетчика активной энергии должен остановиться (возможен небольшой ход в любую сторону). При втором способе отсчитывается число оборотов диска счетчика активной энергии за некоторый промежуток времени (1 - 3 мин).

Затем отсоединяется провод средней фазы цепи напряжения и снова отсчитывается число оборотов диска за тот же промежуток времени. Если счетчик включен правильно, то число оборотов уменьшится вдвое.

Проверка правильности включения счетчиков в установках ниже 1000 В

При проверке правильности включения счетчика измеряются фазные и линейные напряжения, а также определяется порядок чередования фаз. Если чередование обратное, следует взаимно переключить любые два вращающих элемента и питающие их трансформаторы тока.

Затем поочередно проверяют правильность направления вращения диска при воздействии на подвижную систему каждого элемента в отдельности. Проверка производится путем снятия перемычек на зажимной коробке поочередно, при этом в работе остается один вращающий элемент, а два других выводятся из работы. Отсоединение и подключение перемычек производится только при снятом напряжении.

При другом способе присоединение отключается и к каждой фазе поочередно кратковременно подключается искусственная однофазная нагрузка. Ею может служить сопротивление 40 - 50 Ом мощностью 200 Вт. Если счетчик включен правильно, то каждый его элемент будет вращать диск вправо. Вращение диска в противоположную сторону указывает на протекание тока в последовательной обмотке в обратном направлении. Для исправления ошибки необходимо поменять мостами провода, подключенные к данному элементу.

Как построить векторную диаграмму токов и напряжений

Векторные диаграммы — метод графического расчета напряжений и токов в цепях переменного тока, в которых переменные напряжения и токи символически (условно) изображаются с помощью векторов.

В основе метода лежит тот факт, что всякую величину, меняющуюся по синусоидальному закону (смотрите - синусоидальные колебания), можно определить как проекцию на какое-то выбранное направление вектора, вращающегося вокруг своей начальной точки с угловой скоростью, равной угловой частоте колебаний изображаемой переменной величины.

Поэтому всякое переменное напряжение (или переменный ток), меняющееся по синусоидальному закону, можно изображать с помощью такого вектора, вращающегося с угловой скоростью, равной угловой частоте изображаемого тока, причем длина вектора в определенном масштабе изображает амплитуду напряжения, а угол — начальную фазу этого напряжения.

Если рассмотреть электрическую цепь, состоящую из последовательно соединенных источника переменного тока, резистора, индуктивности и конденсатора, где U – мгновенное значение переменного напряжения, а i – это ток в текущий момент времени, причем U изменяется по синусоидальному (косинусоидальному) закону, то для тока можно записать:

Согласно закону сохранения заряда, в любой момент времени ток в цепи имеет одно и то же значение. Следовательно на каждом элементе будет падать напряжение: UR– на активном сопротивлении, UC – на конденсаторе, и UL – на индуктивности. Согласно второму правилу Кирхгофа, напряжение источника будет равно сумме падений напряжений на элементах цепи, и мы имеем право записать:

Заметим, что согласно закону Ома: I = U/R, и тогда U = I*R. Для активного сопротивления значение R определяется исключительно свойствами проводника, оно не зависит ни от тока, ни от момента времени, следовательно ток совпадает по фазе с напряжением, и можно записать:

А вот конденсатор в цепи переменного тока обладает реактивным емкостным сопротивлением, и напряжение на конденсаторе все время отстает по фазе от тока на Пи /2 , значит пишем:

Катушка, обладающая индуктивностью, в цепи переменного тока выступает реактивным индуктивным сопротивлением, и напряжение на катушке в любой момент времени опережает по фазе ток на Пи/ 2 , следовательно, для катушки запишем:

Можно записать теперь сумму падений напряжений, но в общем виде для приложенного к цепи напряжения можно записать:

Видно, что здесь имеет место некий сдвиг фаз, связанный с реактивной составляющей общего сопротивления цепи при протекании по ней переменного тока.

Поскольку в цепях переменного тока и ток и напряжение изменяются по закону косинуса, причем мгновенные значения отличаются между собой лишь фазой, то физики придумали в математических расчетах рассматривать токи и напряжения в цепях переменного тока как векторы, поскольку тригонометрические функции можно описать через векторы. Итак, запишем напряжения в виде векторов:

Используя метод векторных диаграмм, можно вывести, например, закон Ома для данной последовательной цепи в условиях протекания по ней переменного тока.

Согласно закону сохранения электрического заряда, в любой момент времени ток во всех частях данной цепи одинаков, так отложим же векторы токов, построим векторную диаграмму токов:

Пусть в направлении оси Х будет отложен ток Im – амплитудное значение тока в цепи. Напряжение на активном сопротивлении совпадает по фазе с током, значит эти векторы будут сонаправленными, отложим их из одной точки.

Напряжение на конденсаторе отстает на Пи/2 от тока, следовательно откладываем его под прямым углом вниз, перпендикулярно вектору напряжения на активном сопротивлении.

Напряжение на катушке опережает на Пи /2 ток, следовательно откладываем его под прямым углом вверх, перпендикулярно вектору напряжения на активном сопротивлении. Допустим, что для нашего примера UL>UC.

Поскольку мы имеем дело с векторным уравнением, сложим векторы напряжений на реактивных элементах, и получим разницу. Она будет для нашего примера (мы приняли что UL>UC) направлена вверх.

Прибавим теперь вектор напряжения на активном сопротивлении, и получим, по правилу векторного сложения, вектор суммарного напряжения. Так как брали максимальные значения, то и получим вектор амплитудного значения общего напряжения.

Так как ток менялся по закону косинуса, то напряжение тоже меняется по закону косинуса, но со сдвигом фаз. Между током и напряжением есть постоянный сдвиг фаз.

Запишем закон Ома для общего сопротивления Z (импеданса):

Из векторных изображений по Теореме Пифагора можем записать:

После элементарных преобразований получим выражение для полного сопротивления Z цепи переменного тока, состоящей из R, C и L:

Тогда получим выражение для закона Ома для цепи переменного тока:

Заметим, что наибольшее значение тока получатся в цепи при резонансе в условиях, когда:

Косинус фи из наших геометрических построений получается:

Андрей Повный, FB, ВК

Читайте также: