Векторная диаграмма электросчетчика: Векторные диаграммы электросчётчиков — Зарисовки старого электрика

Проверка правильности включения счетчика | Монтаж и эксплуатация счетчиков | Архивы

• эксплуатация
• монтаж
• учет

Содержание материала

• Монтаж и эксплуатация счетчиков
• Принцип действия и устройство
• Схемы включения счетчиков
• Измерительные трансформаторы в цепях учета
• Установка и подключение счетчиков
• Проверка правильности включения счетчика
• Техника безопасности при эксплуатации счетчиков

Страница 6 из 7

1. ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ ВКЛЮЧЕНИЯ СЧЕТЧИКА

После установки и подключения счетчика производится проверка его схемы. Проверка схемы производится также в следующих случаях: после замены счетчика; после замены измерительных трансформаторов; после переделки монтажа вторичной коммутации или изменения ее схемы; после замены или капитального ремонта силового трансформатора или линий, питающих данное распределительное устройство; в случае возникновения сомнения в правильности учета.
Проверка схемы включения счетчика производится в два приема: сначала при отключенном присоединении, а затем на включенном присоединении при наличии на нем нагрузки.

При проверке схемы включения двухэлементного счетчика активной энергии, включенного в сеть через измерительные трансформаторы, необходимо иметь в виду следующее: чередование фаз, подключенных к зажимам параллельных обмоток счетчика слева направо, должно быть прямым; к обмоткам каждого вращающего элемента счетчика активной энергии должны подводиться ток и напряжение одноименной фазы. К элементу, зажимы которого выведены слева (1-й элемент), подводятся ток и напряжение опережающей фазы (фаза А), а к элементу, зажимы которого выведены справа,— ток и напряжение отстающей фазы (фаза С). К общей точке параллельных обмоток должно быть подведено напряжение фазы В (средняя фаза). В сетях с изолированной нейтралью в этой фазе обычно трансформаторы тока не устанавливаются.
О подключении «начала» последовательной обмотки каждого элемента к генераторным зажимам был) сказано ранее.

Проверка схемы на отключенном присоединении. В первую очередь необходимо произвести непосредственную прозвонку проводников. Для прозвонки могут быть использованы омметр, микротелефонные трубки, лампа или вольтметр с питанием от карманной батареи или трансформатора 220/12 в, звонок и т. п. (рис. 16). При прозвонке проверяемый провод с одного конца должен быть отсоединен от сборки — это исключает возможные обходные цепи. В результате проверки убеждаются в полном соответствии выполненного подключения монтажной схеме. После прозвонки восстанавливают схему, оставив отсоединенными параллельные цепи от трансформатора напряжения и заземляющий провод от вторичных обмоток трансформаторов тока.

Рис. 16. Проверка правильности монтажа с помощью батарейки и вольтметра (а), контрольной лампы (б), мегомметра (в).

Если параллельные и последовательные цепи объединены (рис. 8), то необходимо отсоединить перемычки на зажимах трансформаторов тока и счетчика.
Затем измеряется сопротивление изоляции вторичных цепей при помощи мегомметра 1 000 в. Производятся три замера: между последовательными цепями и «землей»; между параллельными цепями и «землей»; между параллельными и последовательными цепями.

Сопротивление изоляции во всех случаях должно быть не ниже 1 Мом. После этого схему восстанавливают полностью, плотно поджав все зажимы.
Следующий этап проверки — определение исправности цепей трансформатора напряжения, правильности их подключения к зажимам счетчика и соответствия токовой цепи и цепи напряжения на зажимах счетчиков.

Как известно, в электроустановках фазы А, В, С окрашиваются соответственно в желтый, зеленый и красный цвета. Правильность выполнения расцветки фаз, а также правильность включения трансформатора напряжения должны быть проверены перед сдачей электроустановки в эксплуатацию. При проверке схемы включения счетчика эта работа производится, если она не производилась ранее. Заключается она в следующем: убеждаются путем осмотра в том, что выводы обмотки высокого напряжения трансформатора напряжения
А,    В, С подключены к фазам соответствующей окраски. Если в схеме применены однофазные трансформаторы напряжения, то необходимо убедиться, что общая точка подключена к фазе В.

Проверяется порядок чередования фаз обмотки низшего напряжения на зажимах ячейки трансформатора напряжения при помощи индукционного фазоуказателя. Этот прибор представляет собой трехфазный асинхронный двигатель.
Для проверки чередования фаз необходимо подать напряжение на шины распределительного устройства и включить трансформатор напряжения. Выводы фазоуказателя А, В, С присоединяют к зажимам, на которых подключены соответствующие выводы обмотки низшего напряжения, затем кратковременно нажимают кнопку. При прямом чередовании фаз диск фазоуказателя вращается по часовой стрелке. Это указывает на правильность выполнения расцветки фаз. Если порядок чередования фаз обратный (диск вращается против часовой стрелки), то расцветка фаз выполнена неверно. В этом случае вторичная обмотка трансформатора тока, установленного в «желтой» фазе, подключается ко второму элементу счетчика,   а обмотка трансформатора тока, установленного в «красной» фазе,— к первому элементу.

Далее производятся следующие измерения: измеряется вольтметром напряжение между зажимами параллельных обмоток счетчика. При исправных и правильно включенных трансформаторах напряжения все три измерения должны дать величину приблизительно 100 в. 1
Измеряется вольтметром напряжение между каждым зажимом параллельной обмотки и «землей». Если в схеме применен трехфазный трансформатор напряжения с заземленной нулевой точкой, то каждое измерение даст величину около 100//3 =58 в, если в схеме применены два однофазных трансформатора напряжения, соединенные по схеме открытого треугольника, то два измерения дадут величину около 100 в, а третье (общая фаза) равно 0.

Определяются фазы, подключенные к зажимам параллельных обмоток. Для этого сначала находят общую фазу (фазу В). Если в схеме применен трехфазный трансформатор, то его отключают со стороны высшего и низшего напряжения. Со средней фазы (фаза В) на стороне высшего напряжения снимается предохранитель и трансформатор вновь включается в работу. Измеряются напряжения между зажимами параллельных обмоток. Напряжение между неотключенными фазами составляет величину около 100 в, напряжение между отключенной и неотключенной — 50 в. Затем трансформатор напряжения снова отключается с двух сторон, предохранитель устанавливается на место и трансформатор снова включается в работу.
При двух однофазных трансформаторах напряжения средняя фаза находится путем замеров напряжений относительно «земли». Напряжение между средней фазой и «землей» равно нулю. Найденный провод от средней фазы трансформатора напряжения подключают к среднему зажиму параллельных обмоток.

Проверяется чередование фаз непосредственно на зажимах счетчика. Если чередование фаз обратное, необходимо поменять местами провода, подключенные к крайним зажимам параллельных обмоток.
Фазы напряжения могут быть также определены путем фазировки с параллельными цепями счетчика с проверенной ранее схемой включения. Можно также произвести фазировку с вторичными цепями другого трансформатора напряжения с проверенной схемой. К этому прибегают в случае, если трансформатор напряжения не может быть отключен по условию работы релейной защиты.

У счетчиков, включенных в сеть 0,4 кв по схеме рис. 8, обеспечивается соответствие фаз токовой цепи и цепи напряжения.
Проверка схемы включения счетчика под нагрузкой в установках напряжением выше 1 000 в. При равномерной и симметричной нагрузке фаз проверка может быть произведена наиболее просто путем перекрещивания цепей напряжения на активном счетчике. Провод, идущий к зажиму 1 активного счетчика, пересоединяют к зажиму 3, а провод, идущий к зажиму 3, пересоединяют к зажиму 1 (рис. 9). Если счетчик до-этого пересоединения был включен правильно, то после пересоединения диск счетчика должен остановиться. Это объясняется тем, что при такой схеме вращающие моменты, создаваемые каждым из двух элементов счетчика, равны по величине и противоположны по направлению. При неправильной схеме включения счетчика при этом пересоединении проводов диск счетчика будет вращаться в ту или другую сторону. Этот способ проверки является приближенным, так как равномерная и симметричная нагрузка фаз имеет место не во всех случаях. Поэтому его можно применять лишь при отсутствии лабораторных приборов.

Укажем еще один приближенный способ проверки, не требующий лабораторных приборов. Его можно применять, когда нагрузка постоянна в течение нескольких минут. Проверка производится следующим образом. Отсчитывается число оборотов, совершаемое диском активного счетчика в течение определенного промежутка времени (1—3 мин). Затем отсоединяется провод цепи напряжения средней фазы и снова отсчитывается число оборотов за тот же промежуток времени. Если счетчик включен правильно, то во втором случае число оборотов будет вдвое меньше.
Наиболее точным способом проверки схемы включения счетчика, дающим полную уверенность в результате, является снятие и построение векторной диаграммы. Этот способ заключается в определении положения векторов токов, протекающих через последовательные обмотки счетчика. Построив эти векторы, определяют правильность включения счетчика по углу ф, образованному вектором тока, с вектором напряжения соответствующей фазы. Отсчет угла, как было указано выше, ведется от вектора тока к вектору напряжения против часовой стрелки.

При индуктивном характере нагрузки вектор тока отстает от вектора напряжения на некоторый угол, лежащий в пределах от 0 до 90°. При емкостном характере нагрузки вектор тока опережает вектор напряжения на угол, лежащий в тех же пределах.
Для снятия векторных диаграмм можно использовать следующие приборы: ваттметр, прибор ВАФ-85, вектормер Ц-50, фазометр, контрольный счетчик. Ниже излагаются методы снятия векторных диаграмм с помощью ваттметра и с помощью прибора ВАФ-85. Эти методы получили наибольшее распространение.

Рис. 17. Принцип снятия векторной диаграммы с помощью ваттметра.

Как известно, ваттметр, включенный в цепь нагрузки однополярными генераторными зажимами в сторону питания, покажет мощность P=UIcos ф. Произведение /cos ф можно представить как проекцию вектора тока / на вектор напряжения U (рис. 17). Таким образом, если напряжение, подводимое к ваттметру, остается неизменным, то он в определенном масштабе покажет проекцию вектора тока, протекающего через его последовательную обмотку, на вектор подведенного к нему напряжения. Отрицательные показания ваттметра при этом соответствуют отрицательной проекции вектора тока, т. е. положительной проекции, повернутой на 180°. Зная проекции вектора тока на две оси, которыми являются векторы линейных напряжений, можно построить и сам вектор тока.
Для снятия векторной диаграммы используется переносный ваттметр класса 0,5 с пределами измерения 5 а, 150 в, имеющий переключатель направления мощности (например, типа АСТ-Д).

Порядок снятия векторной диаграммы следующий. Токовая цепь ваттметра включается в рассечку последовательной цепи фазы А счетчика, причем к зажиму последовательной обмотки ваттметра, обозначенному звездочкой, подключается провод, который был подключен к началу последовательной обмотки счетчика. Последовательно с токовой обмоткой ваттметра включается амперметр с пределом измерения 2,5—5 а. Для того чтобы не допустить разрыва цепей трансформаторов то ка, эти цепи должны быть предварительно закорочены на специально предназначенных для этого зажимах После подключения приборов закоротка снимается.
Далее на зажимы параллельной обмотки ваттметра с зажимов параллельных обмоток счетчика поочередно подаются напряжения согласно последовательности фаз 1—2, 2—3, 3—1. Зажим, обозначенный первой цифрой, подключается к зажиму параллельной обмотки ваттметра, обозначенному звездочкой. Показания ваттметра в делениях с указанием знака, а также показания амперметра записываются в бланк векторной диаграммы. Те же измерения проделывают, включая ваттметр и амперметр в другую фазу. Проведенные измерения считаются правильными, если в каждой фазе алгебраическая сумма трех показаний ваттметра равна нулю или близка к нулю. Затем приборы отсоединяются.

Векторная диаграмма строится на заранее заготовленной сетке, на которой нанесены векторы линейных напряжений 1—2, 2—3, 3—1, обратные им векторы и векторы фазных напряжений. Для удобства построения векторов тока векторы линейных напряжений разделены на равные отрезки прямыми, перпендикулярными их направлению.
Результаты показаний контрольного ваттметра в выбранном масштабе откладывают на линии вектора соответствующего линейного напряжения. При этом отрицательные показания откладывают на векторе, обратном вектору линейного напряжения. Из концов полученных отрезков восстанавливают перпендикуляры. Точка пересечения двух перпендикуляров определяет на векторной диаграмме положение вектора соответствующего тока. Третий перпендикуляр должен пересечься с первыми двумя в той же точке или вблизи нее.

Необходимо запомнить, что для построения векторов тока используются векторы линейных напряжений, а правильность включения определяется по углу, образованному вектором тока с вектором соответствующего ему фазного напряжения.
Если векторная диаграмма покажет, что счетчик включен неверно, то схему включения необходимо исправить. Исправление производят на зажимах счетчика, после чего векторная диаграмма снимается снова.

Пример 4. На отходящем присоединении с индуктивным характером нагрузки (активная и реактивная мощности положительны) установлен счетчик активной энергии. При снятии векторной диаграммы получены следующие данные:

Для построения векторной диаграммы (рис. 18) откладываем на линии вектора Uab отрезок ОК, равный в выбранном масштабе
25 единицам; на линии вектора UBC отрезок 01, равный 10 единицам; отрезок От, равный 35 единицам, откладываем на линии вектора, обратного вектору Uca, так как показание ваттметра имеет отрицательный знак. Из точек К, I, т восстанавливаем перпендикуляры. Точка их пересечения является концом вектора тока /а.

Вектор /с строится аналогично. Из диаграммы видно, что ток отстает от соответствующего ему фазного напряжения   на угол ф,
равный приблизительно 15°.

Полученная диаграмма соответствует диаграмме,    приведенной на рис. 7. Следовательно, первый элемент счетчика    включен на ток 1а и напряжение Uab, а второй элемент — на ток 1с и напряжение Uс в, т. е. счетчик включен правильно.

Рис. 18. Векторная диаграмма к примеру 4.  

Вольтамперфазоиндикатор ВАФ-85 более удобен для снятия векторных диаграмм. Он позволяет определять величину и фазу тока и напряжения без разрыва цепи, а также чередование фаз. Вольтамперфазоиндикатор является многопредельным детекторным прибором. В качестве выпрямителя используются германиевые диоды Д2В, работающие по однополупериодной схеме. Для определения величины тока в пределах 1, 5 и 10 а, а также фазы тока без разрыва цепи имеется токосъемная приставка — клещи. Она представляет собой разъемный магнитопровод и работает как трансформатор тока.

При определении фазы вместо диодов последовательно, с измерительным прибором включается механический выпрямитель. Напряжение возбуждения подается на механический выпрямитель с ротора фазорегулятора (сельсина). На трехфазную обмотку статора фазорегулятора подается питание от сети 100 в или 220 в. С поворотом оси фазорегулятора меняется фаза возбуждения механического выпрямителя, а следовательно, фаза включения и выключения его контактов относительно фазы тока по измерительному прибору. Отсчет угла производится по лимбу, закрепленному на оси фазорегулятора, в момент, когда стрелка прибора становится на нуль. Нуль градуировки лимба установлен на фазе АВ, т. е. если на зажим, обозначенный звездочкой (*), подается фаза А, а на зажим, обозначенный U,— фаза В,        то прибор покажет нуль при установке на контрольную риску отметки нуль лимба (питанию от трехфазной сети 110 в соответствует левая риска, питанию от сети 220 в соответствует правая риска). Таким путем можно проверить правильность работы прибора. Фазорегулятор служит одновременно и указателем чередования фаз.

Измерение малых переменных токов с разрывом цепи производится при помощи трансформатора тока, встроенного в прибор и выполненного на тороидальном пермаллоевом сердечнике. Во вторичную обмотку трансформатора тока включается измерительный прибор. Выпрямление производится с помощью диодов Д2В, включенных по двухполупериодной схеме.
Проверка правильности включения счетчика с помощью прибора ВАФ-85 производится следующим образом.

Тумблер «тА — IjU» устанавливается в положение IjU; тумблер «фаза — величина» устанавливается в по-( ложение «величина»; переключатель пределов измерения устанавливается в положение «125 в». Производятся замеры линейных и фазных напряжений, а в случае необходимости отыскивается фаза В, как было указано выше.
К зажимам А, В, С подводятся соответственно три фазы напряжения. Отжав рукоятку верньера, наблюдают за вращением свободной оси фазорегулятора. Вращение по часовой стрелке указывает на правильность чередования фаз.

Для определения величины и фазы тока необходимо охватить клещами токопровод последовательной обмотки фазы А так, чтобы сторона магнитопровода, отмеченная знаком *, была обращена к генераторному концу токопровода (аналогично включению токовой цепи ваттметра.) Соединительная вилка клещей включается в гнезда * и /. Штыри соединительных вилок должны
входить в гнезда клещей и в клеммы лицевой панели прибора одноименными обозначениями.

Переключатель пределов измерения устанавливается в положение 1, 5 или 10 а в зависимости от предполагаемой величины вторичного тока. Три фазы напряжения остаются подведенными к зажимам А, В, С.
В положении тумблера «величина» записывается величина вторичного тока. Затем тумблер переводится в- положение «фаза». Лимб вращают, добиваясь установки стрелки прибора на нуль. Затем производят отсчет угла по лимбу у левой риски (110 в). Так как за один оборот лимба стрелка устанавливается на нуль дважды, то необходимо запомнить, что во внимание принимается то показание, при котором стрелка устанавливается на нуль, двигаясь в ту же сторону, что и лимб.

Затем клещами охватывают токопроводы, подключенные к последовательным обмоткам других фаз, и- повторяют измерения. Полученные углы откладывают на бланке векторной диаграммы относительно напряжения иАв.
Пример 5. Счетчик активной энергии установлен на стороне низшего напряжения питающего трансформатора. Характер нагрузки емкостный. При снятии векторной диаграммы прибором ВАФ-85 получены следующие данные.

Откладывая от вектора линейного напряжения UАв по часовой стрелке угол 15°, строим вектор тока 1А (рис. 19). Этот вектор опережает вектор напряжения UA на угол <рл = 15°. Откладывая от вектора линейного напряжения Uав против часовой стрелки угол 105°, строим вектор тока /с. Он также опережает вектор напряжения Uс на угол фс = 15°. Следовательно, счётчик включен правильно.
Пример £. Счетчик активной энергии установлен на отходящем присоединении с индуктивным характером нагрузки. При снятии

векторной диаграммы прибором ВАФ-85 получены следующие данные:

Рис. 19. Векторная диаграмма к примеру 5.

Построим векторы токов, как было указано ранее (рис. 20). Вектор тока /А отстает от вектора напряжения UA на угол Фа =25°. Приблизительно на тот же угол от вектора напряжения должен отставать и вектор тока 1с- Однако он отстает от вектора

Рис. 20. Векторная диаграмма к примеру 6.

-Uс на угол фс=75°. Легко убедиться, что этот вектор в действительности является вектором тока, протекающего в нулевом проводе, так как он находится в противофазе с вектором тока фазы В. Отсюда делаем вывод, что к началу последовательной обмотки фазы С счетчика подключен нулевой провод трансформаторов тока.
Отметим, что для отыскания нулевого провода трансформаторов тока может быть применен способ, состоящий в следующем. Три провода, идущие от трансформаторов тока, закорачиваются перемычками на специально предназначенных для этого зажимах, причем средний зажим заземляется. К первому зажиму подсоединяется амперметр, второй конец которого заземлен, затем перемычка отсоединяется от этого зажима. Наличие тока по амперметру указывает на то, что к этому зажиму подключен фазный провод; отсутствие тока указывает на то, что к зажиму подключен нулевой провод. Измерение производят поочередно и на двух других зажимах.

При совместном включении счетчиков активной и реактивной энергии достаточно снять векторную диаграмму только на счетчике- активной энергии. После этого необходимо убедиться путем просмотра коммутации и проверки фазировки цепей напряжения, что к обмоткам обоих счетчиков подключены одноименные фазы с соблюдением одинаковой полярности.
Рассмотрим ряд характерных ошибок, обнаруживаемых при проверке правильности включения счетчика.

Перегорание предохранителей или отключение, автомата трансформатора напряжения после подключения счетчика. При этом должна работать предупредительная сигнализация. Возможная причина: соединение на. зажимах счетчика вторичной цепи трансформаторов тока с вторичными цепями трансформатора напряжения. Это происходит в результате подключения цепей трансформатора напряжения к зажимам последовательных обмоток счетчика либо вторичных цепей трансформаторов тока к зажимам параллельных обмоток.
Из трех. измерений междуфазных напряжений два измерения дают нуль, а третье—100 в. В схеме применены два однофазных трансформатора напряжения.

Возможная причина: перегорание предохранителя или обрыв провода на низкой стороне трансформатора напряжения.
Из трех измерений междуфазных напряжений одно измерение дает нуль, а два других—100 в, В схеме применен трехфазный трансформатор напряжения.

Возможные причины: к двум зажимам параллельных обмоток подключена одна и та же фаза; перегорание предохранителя или обрыв провода на стороне низкого напряжения в фазах А или С.
Из трех измерений междуфазных напряжений два дают 30—50 в, а третье— 100 в. В схеме применен трехфазный трансформатор напряжения.

Возможные причины: перегорание предохранителя или обрыв провода средней фазы со стороны низкого напряжения; перегорание предохранителя в одной из фаз со стороны высокого напряжения.

При наличии симметричной нагрузки присоединения токи в последовательных обмотках счетчика отсутствуют, либо токи малы и не соответствуют первичному току нагрузки, либо величина токов в фазах Л и С различна.
Возможные причины: обрыв вторичной цепи трансформаторов тока, наличие во вторичных цепях трансформаторов тока второго заземления, шунтирование последовательной цепи проводом или обмоткой какого- либо прибора, неисправность трансформатора тока.

При равенстве междуфазных напряжений и наличии токов в последовательных обмотках диск счетчика не вращается.
Возможные причины: перекрещенные провода, идущие к последовательным обмоткам фаз А и С; затирание диска.

Проверка схемы включения счетчика под нагрузкой в установках ниже 1 000 в. Если параллельные и последовательные цепи счетчика объединены (рис. 8), то определять фазы напряжения не требуется. Достаточно замерить фазные и линейные напряжения и определить порядок   чередования фаз. Для трехдисковых счетчиков активной энергии (СА4У-ТЧ, некоторые счетчики иностранного производства) порядок чередования фаз безразличен и его можно не определять.
Векторная диаграмма счетчика может быть снята с помощью ваттметра, как было указано выше. Однако ввиду того, что работы на счетчике в установках напряжением 0,4 кв, производимые без снятия напряжения, представляют значительную опасность, снятие векторной диаграммы, как правило, не производится. Следует применять другие способы проверки. Так, для трехэлементных счетчиков, включенных по схеме на рис. 8, можно применить способ проверки правильности включения, который заключается в поочередном включении каждого элемента. Путем снятия перемычек на зажимной коробке два других элемента выводятся из работы. Снятие и подключение перемычек производится только при снятом напряжении с зажимов счетчика, после чего счетчик снова вводится в работу.

Если счетчик включен правильно, то каждый его элемент будет вращать диск вправо. Вращение диска в противоположную сторону указывает на протекание тока в последовательной цепи элемента в обратном направлении. Для исправления схемы необходимо поменять местами провода, подключенные к последовательной обмотке данного элемента.
Существует довольно распространенное мнение, что при всех неправильных включениях счетчика скорость вращения диска будет меньше, чем при правильном включении. В действительности же это утверждение справедливо только в тех случаях, когда cosф присоединения выше 0,5.

• Назад
• Вперед

• Назад
• Вперед

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• Архивы
• Поиск дефектов в электрооборудовании

Читать также:

• Инструкция по эксплуатации ограничителей перенапряжения (ОПН)
• Опыт внедрения АСКУЭ потребителей
• Комплектные конденсаторные установки
• Кабельные маслонаполненные линии 110-500 кВ высокого давления
• Электросварщик оборудования АЭС

Векторная диаграмма токов и напряжений: график, обозначения, виды

Пример HTML-страницы

Использование векторных диаграмм при анализе, расчете цепей переменного тока делает возможным рассмотреть более доступно и наглядно происходящие процессы, а также в некоторых случаях значительно упростить выполняемые расчеты.

Векторной диаграммой принято называть геометрическое представление изменяющихся по синусоидальному (либо косинусоидальному) закону направленных отрезков — векторов, отображающих параметры и величины действующих синусоидальных токов, напряжений либо их амплитудных величин.

Широкое применение векторные диаграммы нашли в электротехнике, теории колебаний, акустике, оптике и т.д.

Различают 2-х вида векторных диаграмм:

• точные;
• качественные.

Интересное видео о векторных диаграммах смотрите ниже:

Точные изображаются по результатам численных расчетов при условии соответствия масштабов действующих значений. При их построении можно геометрически определить фазы и амплитудные значения искомых величин.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Качественные диаграммы изображаются с учетом взаимных соотношений между электрическими величинами, без указания численных характеристик.

Они являются одним из основных средств анализа электрических цепей, позволяя наглядно иллюстрировать и качественно контролировать ход решения задачи и легко установить квадрант, в котором располагается искомый вектор.

Для удобства при построении диаграмм анализируют неподвижные векторы для определенного момента времени, который выбирается таким образом, чтобы диаграмма имела удобный для понимания вид. Ось OХ соответствует величинам действительных чисел, ось OY — оси мнимых чисел (мнимая единица). Синусоида отображает движение конца проекции на ось OY. Каждому напряжению и току соответствует собственный вектор на плоскости в полярных координатах. Его длина отображает амплитудное значение величины тока, при этом угол равен фазе.

Векторы, изображаемые на такой диаграмме, характеризуются равновеликой угловой частотой ω. В виду чего при вращении их взаимное расположение не изменяется.

Ещё одно полезное видео о векторных диаграммах:

Поэтому при изображении векторных диаграмм один вектор можно направить произвольным образом (например, по оси ОХ).

А остальные — изображать по отношению к исходному под различными углами, соответственно равными углам сдвига фаз.

Таким образом, векторная диаграмма дает отчетливое представление об опережении либо отставании различных электрических величин.
Допустим у нас есть ток, величина которого изменяется по некоторому закону:

i = Im sin (ω t + φ).

С начала координат 0 под углом φ проведем вектор Im, величина которого соответствует Im. Его направление выбирается так, чтобы с положительным направлением оси OX вектор составлял угол — соответствующий фазе φ.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Проекция вектора на вертикальную ось и определяет значение мгновенного тока в начальный момент времени.

В основном векторные диаграммы изображают для действующих значений, а не амплитудных. Векторы действующих значений количественно отличаются от амплитудных значений — масштабом, поскольку:

I = Im /√2.

Основным преимуществом векторных диаграмм называют возможность простого и быстрого сложения и вычитания 2-х параметров при расчете электроцепей.

векторных диаграмм | Powermetrix | Оборудование для испытаний электрических счетчиков

Ключи к пониманию векторных диаграмм и правил знаков на основе углов

Патч прошивки 1.1.0.8 вносит небольшое изменение в способ, которым PowerMaster смотрит и отображает мощность и фазовые углы, упрощая понимание векторных диаграмм. Изменение было основано на желании быть более стандартизированным на основе последней версии справочника счетчика.

Рис. 1: Единичная векторная диаграмма

При взгляде на типичную векторную диаграмму счетчика предполагается, что вектора тока вращаются против часовой стрелки, а вектора напряжения неподвижны в заранее определенных местах. В демонстрационных целях на рис. 1 показана 4-проводная система, сконфигурированная звездой, с вращением ABC. Напряжение фазы А, или Va, лежит на первичной оси «x» при фазовом сдвиге 0°. Ia также лежит поверх вектора напряжения под углом 0°, что указывает на единичный коэффициент мощности или коэффициент мощности, равный 1. Пары напряжений и токов фаз B и C разнесены на 120 градусов.

Когда происходит фазовый сдвиг между напряжением и током, это происходит из-за реактивного сопротивления нагрузки, обычно в виде индуктивности. Это создает запаздывающий коэффициент мощности. Когда что-то упоминается как опережающее или отстающее, это средство связывания фазового соотношения формы волны тока с формой волны напряжения и всегда относится к тому, что делает ток. Помня следующую фразу, «ELI the ICE man» описывает следующее:

1. E – Электродвижущая сила, Напряжение
2. Я – Текущий
3. С – Емкость
4. L – Индуктивность

ELI показывает, что в индуктивной цепи ток отстает от напряжения. ICE дает ток, опережающий напряжение в емкостной цепи. На рисунке 2 представлена ​​типичная векторная диаграмма со сдвигом фазы на 60° (PF = 0,5), показывающая, что ток опережает напряжение, а ток отстает от напряжения.

Рис. 2a: 60° отстающий ток

Рис. 2b: 60° опережающий ток

При просмотре векторной диаграммы важно понимать контрольную точку и направление, чтобы понять, какое измерение мощности представляют векторы. Зная это, легко с первого взгляда определить необходимое количество, которое представляет каждый фазовращатель. В электрических системах мощность может быть выражена тремя различными величинами, иногда с разными названиями. Ниже приведены три формы власти, а также различные способы их определения.

1. Вт: Фактическое количество мощности, рассеиваемой в цепи. Также называется:
   1. Реальная мощность
   2. Истинная сила
   3. П
   4. Может быть положительным или отрицательным
2. Вольт-ампер: Произведение напряжения и тока цепи без учета фазового угла. Также называется:
   1. Полная мощность
   2. С
   3. Всегда значение без знака, ни положительное, ни отрицательное
3. Вольт-ампер Реактивный: Мощность, потребляемая и возвращаемая в нагрузках за счет реактивной мощности. Также называется:
   1. Варс
   2. Реактивная мощность
   3. В
   4. Может быть положительным или отрицательным.

Как показано, отслеживать различные мощности может быть сложно, однако использование векторной диаграммы может помочь упростить этот процесс. Глядя на вектор, можно определить большое количество информации о нагрузке и о том, правильно ли выглядит система. Соотношение между приведенными выше значениями определяется коэффициентом мощности (PF), который представляет собой отношение активной мощности к полной мощности и может рассматриваться как значение от -1 до 1. Его можно рассчитать по следующей формуле:

pf = \frac{Ватт}{ВА}

Где Pf = коэффициент мощности и  = разность фаз между напряжением и током. Другой способ расчета коэффициента мощности:

pf =\cos\тета

Понимание этого отношения может помочь понять различные векторные диаграммы. Одна из причин заключается в том, что векторную диаграмму можно разбить на 4 части, иногда называемые квадрантами. Приведенная ниже диаграмма получена со ссылкой на рис. 3.

Рис. 3: Соглашение о знаках на основе углов векторной диаграммы

Таблица 1: Соглашение на основе векторной диаграммы

на 0 ° и 180 °, коэффициент мощности 1 и -1, а также -1, а также -1, а на 0 ° и 180 °. 90° и 270° это 0. Это углы, при которых знаки будут менять значения. Обратите внимание, что знаки основаны на ссылках между Va и Ia соответственно. Например, если Va равно 0, а Ia равно 200°, то все ватты, вары и коэффициент мощности будут отрицательными.

Основываясь на знаке и местоположении вектора, можно определить, получена или передана энергия. Поставленная мощность — это мощность, потребляемая нагрузкой, или оплачиваемая мощность. Принимаемая мощность — это мощность, которая вырабатывается и возвращается в сеть или вверх по течению от точки измерения. Во многих случаях это встречается в местах, где солнечные панели или генераторы используются в сценариях сглаживания пиковых нагрузок или распределения нагрузки. Например, когда светит солнце и нагрузка низкая, солнечная панель будет отправлять дополнительную энергию обратно в сеть, иногда для оплаты счетов. Когда солнце садится или нагрузка выше, чем может обеспечить солнечная панель, мощность течет к нагрузке и оплачивается. С появлением солнечных панелей и распределенной генерации первоочередной задачей является проверка любого счетчика в ситуации, когда мощность является двунаправленной (может течь в любом направлении), при наличии мощности, протекающей в обоих направлениях.

В таблице 2 показано, чего ожидать на основе фазовых углов векторной диаграммы.

 Таблица 2: Принятая и отдаваемая мощность

При выполнении теста быстрый взгляд на векторную диаграмму вместе с приведенными выше знаниями может помочь диагностировать установку счетчика за короткий период времени.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Если вы чувствовали, что вам нужно вернуться в старшую школу, чтобы разобраться в этом, вот несколько ссылок, которые помогут вам вернуться в седло:

  Класс физики:  Vector Диаграммы

YouTube

Вопросы и комментарии размещайте ниже или свяжитесь с нами здесь.

Векторный измеритель импеданса (прямое считывание)

Если требуется некоторое знание реактивного и резистивного факторов, помимо получения прямого считывания величины импеданса (Z), метод испытаний для определения вектора Можно использовать измеритель импеданса.

Этот метод определяет Z в полярной форме, то есть он дает величину IZI и фазовый угол (θ) тестируемого импеданса, а не отдельное сопротивление и реактивное сопротивление в прямоугольной форме, (R + j X) . Тестовая схема показана на рис. 10.5. Используются два резистора одинакового номинала R. Падение напряжения на R _AB и R _BC , то есть E _AB и E _BC , будут равны (каждое значение равно половине напряжения питания, E _AC ). Так как один и тот же ток I ₁  протекает через переменный эталонный резистор R _ст,  неизвестное сопротивление последовательно. Величину Z _x можно определить методом равного отклонения путем получения равных падений напряжения на R _st и Z _x , т.е. E _AD и E _DC и считывание калиброванного эталонного резистора R _st , необходимого для получения этого условия.

Фазовый угол θ импеданса Z _x  можно получить из показаний напряжения в точках B и D, то есть E _DB . Отклонение измерителя будет зависеть от Q неизвестного импеданса Z _x . Показания переменного напряжения VTVM будут изменяться от 0 В при фазовом угле 0° (Q = 0) до максимального напряжения при угле 90° (Q = бесконечность). Угол между напряжениями Е _AB и E _AD составляет половину фазового угла θ, поскольку E _AD делается равным E _DC .

Поскольку известно, что E _AB  составляет половину известного входного напряжения E _in,  показания вольтметра E _DB можно интерпретировать с точки зрения θ/2 и, следовательно, фазового угла θ неизвестного Z _x можно определить.

Хотя этот метод получения Z и θ является приблизительным из-за скученности, вызванной нелинейным соотношением, он полезен для получения первого приближения. Для большей точности используется коммерческий векторный измеритель импеданса.

Коммерческий векторный измеритель импеданса:

Коммерческий прибор, который измеряет импеданс непосредственно в полярной форме и дает величину Z в омах при фазовом угле θ, требует только одного балансировочного регулятора для обоих значений.

Он измеряет любую комбинацию R, L и C и включает не только чистые резистивные, емкостные или индуктивные элементы, но и комплексные импедансы. Поскольку для определения величины и угла требуется только один контроль баланса, можно избежать неудобного состояния скользящего баланса, часто встречающегося при измерении низкодобротных реакторов с обычными мостовыми схемами, что требует большого количества последовательных регулировок.

Измерения импеданса в диапазоне от 0,5 до 100 000 Ом могут выполняться в диапазоне частот от 30 Гц до 40 кГц при питании от внешнего генератора. Доступны внутренние генерируемые частоты 60 Гц, 400 Гц или 1 кГц. На этих внутренних частотах и ​​внешних частотах до 20 кГц показания имеют точность ±1% для величины Z и ±2% для θ.

Основная схема, которая является базовой для измерения как Z, так и фазового угла, показана на рис. 10.6 (a) и (b).

В обеих частях при измерении используется метод равного отклонения путем сравнения падения напряжения на неизвестном Z с падением напряжения на стандартном сопротивлении при одинаковом токе в обеих частях.

В схеме измерения импеданса на рис. 10.6 (а) Z _x  – это неизвестное сопротивление, а переменное сопротивление R _s  – это стандартное сопротивление, которое изменяется с помощью калибровочной шкалы импеданса. Циферблат регулируют до тех пор, пока напряжение не упадет на Z _x и R _s равны. Каждое падение напряжения усиливается в двух секциях симметричного усилителя и подается на каждую секцию двойного выпрямителя. Тогда алгебраическая сумма выпрямленных выходов будет равна нулю, на что указывает нулевое показание VTVM постоянного тока, независимо от фазового угла Z _x , поскольку выпрямленное напряжение зависит только от величины IZI неизвестного Z. Это неизвестное Z , в омах, считывается непосредственно на циферблате переменного эталона R _s .

Схема, показанная на рис. 10.6(b), используется для измерения фазового угла после получения Z-баланса.

Когда переключатель находится в положении калибровки, напряжение подачи калибруется путем регулировки его отклонения на полную шкалу на индикаторе или VTVM. Затем функциональный переключатель устанавливается в положение фазы. В этом положении функциональный переключатель прибора параллельно выходу симметричного усилителя перед выпрямлением. Сумма выходных напряжений переменного тока усилителей теперь является функцией разности векторов между напряжениями переменного тока, подаваемыми на усилители.

Выпрямленное напряжение, полученное в результате этой разности векторов, показано на VTVM постоянного тока как мера фазового угла между напряжениями на Z _x и R _s , которые равны по величине, но отличаются по фазе.