Фазометр: разновидности, популярные модели, как выбрать

Что такое нулевая последовательность

Для того чтобы разобраться как работает ТЗНП, сначала нужно вспомнить что такое трехфазная сеть. Трехфазная сеть — это сеть переменного синусоидального тока. В трёхфазной цепи фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов. Вот так это выглядит на графике:

Интересно! Основные идеи и положения трехфазных сетей электроснабжения были разработаны Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским. Он разработал трёхфазный асинхронный двигатель с КЗ ротором типа беличья клетка, с фазным ротором и пусковым реостатом, искрогасительную решетку, фазометр, стрелочный частотомер.

Если изобразить это на векторной диаграмме, то изображение будет напоминать трехлучевую звезду. При условии равенства токов и напряжений между фазами такая система будет называться симметричной. Геометрическая сумма этих векторов равна нулю.

Важно! Различают прямую и обратную последовательность чередования фаз. Фазы обозначаются буквами A, B и C

Тогда последовательность A B C — прямая, C B A — обратная. При этом угол сдвига фаз в обоих случаях составляет 120 градусов. При нулевой последовательности вектора всех фаз направлены в одном направлении, соответственно результирующий вектор значительно превышает таковой (в 3 раза, по сравнению с нулевой последовательностью) в нормальном состоянии системы.

В случае межфазного замыкания токи во всех фазах возрастут, система все равно останется симметричной. А напряжения и токи нулевой последовательности равны нулю, как и в нормальном состоянии цепи.

В результате однофазного замыкания на землю система станет несимметричной и будут наблюдаться токи нулевой последовательности I0 и U0. Допустим замкнула фаза C, тогда токи фаз A и B устремятся к нулю, а в фазе C к трети от Iкз.

Тогда:

I0=1/3(Ik+0+0)

Отсюда Iк=I0*3. Эти токи возникают под воздействием напряжения КЗ или Uк0 между выводом обмотки трансформатора или генератора и точкой, в которой произошло замыкание.

Отвертки

Еще одной разновидностью диэлектрического инструмента до 1000 В являются отвертки с различными вариантами рабочего жала.

Более современные модели имеют маркировку PZ, предыдущее поколение отверток имело маркировку PH. Отличие PZ состоит в том, что жало имеет дополнительные направляющие (речь идет о крестовом шлице).

Рукоятки изготавливаются из пластика высокого качества и также покрываются защитным веществом.

Ряд производителей выпускает более усовершенствованные отвертки. Они снабжены индикатором тока. Соприкосновение с фазой в электрической цепи сразу дает о себе знать тем, что на изделии загорается индикатор.

Такая продукция помимо основных функций выполняет еще и информативную.

Виды

Все фазометры по принципу работы делятся на три вида:

Электродинамические;
Цифровые;
Электромеханические.

Наибольшим спросом пользуются первые два типа, но рекомендуется применять цифровые приборы. Они отличаются большей точностью и низким уровнем помех.

По числу фаз фазометры бывают:

Однофазные — для проведения измерений в 1-фазной цепи.
Трехфазные — для 3-фазных цепей.

Электродинамический

Еще недавно наибольшим спросом пользовались электродинамические (электромагнитные) фазометры. Конструктивно этот прибор состоит из простого логометрического механизма, позволяющего с точностью измерять смещение фаз.

В устройстве предусмотрено две рамки, которые жестко объединены между собой. Угол между упомянутыми элементами составляет 60 градусов. Рамки крепятся на осях, зафиксированных на опорных узлах. Благодаря этой особенности, в устройстве отсутствует механическое противодействие.

В приборе предусмотрен специальный элемент, который поворачивается на угол, характеризующий величину текущего сдвига фаз. С помощью линейной шкалы специалист может зафиксировать измерение и определить текущий параметр смещения.

В основе электродинамического фазометра лежит неподвижная токовая катушка, а также еще два аналогичных, но подвижных элемента. В смещающихся катушках текут свои токи, что способствует появлению магнитного потока во всех катушках — подвижных и неподвижных.

При взаимодействии потоков катушек появляется пара вращающихся моментов, величина которых зависит от расстояния между перемещающимися элементами устройства. Упомянутые моменты имеют различное направление, которое противоположно по величине.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как узнать уровень освещенности в помещениях

Показатели моментов зависят от токов, протекающих в катушках подвижного типа, а также от уровня тока в фиксированной катушке. Кроме того, упомянутые показатели зависят от конструктивных особенностей катушки и углового фазного сдвига.

Как результат, перемещающийся элемент фазометра прокручивается под влиянием упомянутых моментов до ситуации, когда не возникнет равновесие, то есть моменты становятся равны.

У самого фазометра часто предусмотрена градация, позволяющая точно измерить коэффициент мощности.

Преимущества прибора — надежность, высокая точность показаний, доступная цена.

Недостаток — зависимость измеряемых параметров от показателя частоты. Еще один минус — повышенная потребляемая мощность с изучаемого источника.

Цифровой

Как отмечалось, это более предпочтительный тип прибора из-за более удобного применения и высокой точности. Такие устройства изготавливаются по различным технологиям.

К примеру, компенсационный фазометр делает максимально точные измерения, несмотря на необходимость ручного применения. Прибор работает на ином принципе. В процессе измерений появляется пара U, имеющих синусоидальный тип, а главное назначение прибора заключается именно в вычислении сдвига между фазами.

Сначала U подается на фазовращатель, управление которым производится со специального прибора. Процесс измерения происходит плавно до момента, пока в не произойдет совпадение фаз. В процессе настройки величина смещения фаз вычисляется с помощью устройства фазочувствительного вида.

Сигнал на выходе передается с детектора на управляющий прибор. Заданный алгоритм реализуется посредством кодировки импульсов. Как только происходит уравновешивание, код фазовращателя отражает интересующие сведения.

На современном этапе цифровые фазометры применяют методику, которая базируется на дискретном счете. Суть способа заключается в прохождении двух этапов.

Сначала выполнятся процесс по преобразованию смещения фаз в параметр сигнала с определенной продолжительностью. Далее меняется длина этого импульса с помощью дискретного счета.

В состав прибора входит:

Преобразователь, обеспечивающий преобразование смещения фаз в импульс;
Временной селектор;
Элемент, который формирует дискретные импульсы;
Управляющее устройство и счетчик.

Плюсы фазометров цифрового типа — меньшая погрешность, благодаря выполнению вычислений за несколько периодов, большая точность и удобство применения. Недостатки — более высокая цена.

Что является источником токов обратной и нулевой последовательностей?

Ток нулевой последовательности это:

Сумма мгновенных значений токов трех фаз трехфазной системы Система нулевой последовательности существенно отличается от прямой иобратной тем, что отсутствует сдвиг фаз. Нулевая система токов по существу представляет три однофазныхтока, для которых три провода трехфазной цепи представляют прямой провод, а обратным проводом служитземля или четвертый (нулевой), по которому ток возвращается.

Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное илидвухфазноеКЗ). Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Ток обратной последовательности, как известно из , появляется при любом несимметричном, а кратковременно и при трехфазном КЗ. Ток нулевой последовательности используется для повышения чувствительности пуска ВЧ-передатчика при КЗ на землю, а пусковое реле фазного тока КА — при симметричных КЗ

Практически ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток трансформаторов тока в фильтр токов нулевой последовательности (рис. 7.11). Из схемы видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз:Ток в реле появляется только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. Короткие замыкания между фазами являются симметричными системами, и соответственно этому ток в реле Iр=0 .

Зёх фазный ток — это когда фазы а,в,с отстоют друг от друга на 120градусов. Когда три фазы повёрнуты в 1 сторону — ток нулевой последовательности. Такое возникает при однофазных замыканиях на землю в сетях с заземлённой нейтралью. Поэтому применяются ТЗНП — токовые защиты нулевой последовательности для защиты от замыканий на землю — появился ток нулевой последовательности, значит есть замыкание на землю, защита срабатывает. . Токи обратной последовательности — это когда нарушен порядок чередования фаз. Возникают при межфазных замыканиях, для зашиты применяю ТЗОП — токовые защиты обратной последовательности. В двух словах так. Составляющие обратной последовательности (ток, напряжение) возникают при появлении в сети любой не симметрии (обрыв фазы, включение несимметричной нагрузки, однофазное или двухфазное КЗ).

Составляющие нулевой последовательности появляются при обрыве одной или двух фаз, однофазном или двухфазном КЗ на землю. ( при межфазных замыканиях без земли, составляющие равны нулю) Токи нулевой последовательности по существу являются однофазным током, разветвленным между тремя фазами и возвращающимся через землю и параллельные ей цепи. В силу этого, путь циркуляции токов нулевой последовательности резко отличен от пути, по которому проходят токи прямой или обратной последовательности Для практической реализации метода симметричных составляющих необходимо составлять три схемы замещения: прямой, обратной и нулевой последовательностей. Конфигурация этих схем и параметры их элементов в общем случае не одинаковы.

Схема прямой последовательности является той же, что и для расчета тока трехфазного замыкания. Из этой схемы находят результирующую ЭДС и результирующее сопротивление прямой последовательности: и . Началом этой схемы являются точки нулевого потенциала источников питания, концом – место короткого замыкания, к которой приложено напряжение прямой последовательности . Составляющие обратной последовательности возникают при появлении в сети любой несимметрии: однофазного или двухфазного короткого замыкания, обрыва фазы, несимметрии нагрузки.

Составляющие нулевой последовательности имеют место при замыканиях на землю (одно- и двухфазных) или при обрыве одной или двух фаз. В случае междуфазного замыкания составляющие нулевой последовательности(токи и напряжения) равны нулю.

Этот метод используют многие устройства РЗиА. В частности, принцип работы трансформатора тока нулевой последовательности основан на сложении значений тока во всех трех фазах защищаемого участка. В нормальном(симметричном) режиме сумма значений фазных токов равна нулю. В случае возникновения однофазного замыкания, в сети появятся токи нулевой последовательности и сумма значений токов в трех фазах будет отлична от нуля, что зафиксирует измерительный прибор (например, амперметр), подключенный ко вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности.

Для трехфазных транспозированых ЛЭП результат этого преобразования — точная матрица собственных векторов (матрица модального преобразования). Она одинакова как для тока, так и для напряжения.

Электромагнитные

Задействуется только в электроцепях с током постоянного типа и включает такие компоненты, как магнитопроводный элемент, обмотка управляющего типа, короткозамкнутый виток.

Задерживание в переключение создается благодаря короткозамкнутой обмотке. В ней присутствует один виток, который фиксируется на стержневом компоненте магнитопровода. Этот виток имеет вид гильзы. Производят его из металла – алюминия или меди.

Чтобы обеспечить интервал задержки на срабатывание, предусматривается магнитопоток вспомогательного действия. Регулировка возможна посредством изменения параметров зазора или натяжения пружины возвратного действия. Регулируется в пределах 5 с.

Реле распространено в цепях, обеспечивающих управление разгоном или торможением электрического привода. На временную задержку влияет температурный режим. Если обмоточная температура отклоняется на 10оС, то задержка меняется на 4%.

Как сделать собственноручно

Далее вкратце повествуем, как сделать генератор своими руками, который можно использовать в природных условиях или обесточенных местах.

Конечно, мощность этих приборов не сравнится с радиоизотопным экземпляром, но из-за трудной доступности плутония и его вредным качествам для человеческого организма, приходится радоваться и этому.

Потребуется элемент термоэлектричества. Лучше их использовать не в единственном экземпляре, подключив параллельно, это увеличит мощность.

Используя один элемент, мощности может не хватить даже зарядить самый простой гаджет.

Еще нужен будет корпус из металла, к примеру, бывшего в употреблении и уже ненужного блока питания от персонального компьютера и элемент охлаждения процессора.

Проверенные марки

Первая компания в списке уже второе десятилетие работает в направлении исследования, проектировки и производства диэлектрического инструмента, способного защищать работника от напряжения до 1000 В.

Завод дает гарантию на свою продукцию. Компания РОСТ добилась успеха не только за счет качества поставляемой продукции, но и за гарантийное и послегарантийное обслуживание выпускаемых изделий.

ШТОК работает над созданием специализированного инструмента для резки проводов, кабелей, снятии изоляционных слоев с них. Компания производит наборы инструментов широкого предназначения.

Почему может случиться поломка

В процессе постоянной работы электродвигателя может случаться масса непредвиденных обстоятельств, которые выведут его из строя. И для того, чтобы быть готовым ко всем этим трудностям, необходимо их знать и уметь предотвратить.

Вот, что может вывести из строя электродвигатель:

Слабое напряжение в электрической сети.
Слишком высокое напряжение, на которое не рассчитан двигатель.
Плохое электроснабжение и низкое качество сигнала.
Постоянные скачки в системе.
Неправильная установка или ненормированные правила эксплуатации электродвигателя.
Повышенная температура в работающем двигателе и частые перегревы.
Плохая охлаждаемость оборудования.
Повышенная температура в пространстве вокруг двигателя.
Низкое атмосферное давление в связи с работой двигателя в горной местности.
Проблемы с рабочей жидкостью двигателя.
Частое включение и выключение двигателя.
Повышенная инерционная нагрузка на двигатель. Для каждой модели этот показатель разнообразен.
Перегревание в связи с блокировкой ротора или обрывом фазы.

Самый простой и популярный прибор для этого мы и рассмотрим далее.

Виды фазометров

Как и при выборе любого другого устройства, здесь перед покупателем стоит простой вопрос – какой фазометр лучше выбрать?

Фазометры, которые работают по щитовому принципу, могут быть двух модификаций – оборудованы стрелочным интерфейсом, или же более современным цифровым. Отличий в качестве работы между ними нету, но стрелочные более распространены среди профильного персонала, который работает с электроэнергией, поскольку более наглядно демонстрирует изменения в сети.

Есть еще фазометры, которые применяются только в лабораториях. Они чаще используются в настольных установках, радиоэлектронных приборах и устройствах, нуждающихся в ремонте. Принцип их работа абсолютно идентичен обычным фазометрам.

Актуальным стандартом для комплексного электрооборудования, использующегося для накладки, все измерительные приборы исполняются в варианте с циферблатами. Более того, чаще всего они являются частью какого-то универсального устройства, которое находит множество областей для применения.

То же самое происходит и с щитовыми устройствами, при создании которых тоже используется принцип универсальности. Многие из них также объединяются в один многозадачный прибор, который одновременно может работать со многими величинами, что определяется режимом использования и потребностями пользователя.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ РЕЛЕ

Пожалуй, наиболее широкое распространение реле, работающие с использованием электромагнитного принципа получили в сфере распределения и производства электрической энергии.

Релейная защита высоковольтных линий обеспечивает безаварийный режим работы подстанций и другого подключенного оборудования.

Управляющие элементы, используемые в установках релейной защиты рассчитаны на коммутацию присоединения при рабочих напряжениях, достигающих нескольких сотен тысяч вольт. Широкое распространение релейной защиты высоковольтных линий обусловлено:

высокой долговечностью релейных элементов;
быстрой реакцией на изменение параметров подключенных линий;
способностью работы в условиях высокой напряженности электромагнитных полей и нечувствительностью к появлению паразитных электрических потенциалов.

Также посредством установок релейной защиты осуществляется резервирование линий электропередач и моментальный вывод из работы поврежденных участков электросети, к примеру, при замыкании линии на землю или обрыве токоведущих частей. На сегодняшний день еще не изобретены более надежные средства защиты линий электропередач чем релейная защита.

Кроме того, в настоящее время электромагнитный тип реле широко используется в системах управления производственными, конвейерными линиями. Чаще всего данный вид систем управления используется на производствах с наличием высоких паразитных потенциалов делающих невозможным использование полупроводниковых систем управления.

К примеру, известен случай, когда при модернизации систем управления конвейерными линиями на одном из элеваторов новое оборудование, построенное новейших полупроводниковых элементах, постоянно выходило из строя.

Как позже выяснилось причиной поломки стало статическое электричество, возникающее при движении зерна по конвейерной ленте, а так как система выравнивания потенциалов была не предусмотрена в данных помещениях, то стал вопрос о переносе пульта управления в защищенное помещение.

Это было сопряжено с огромными материальными затратами. В результате было принято решение перейти на релейные блоки управления, нечувствительные к статическому напряжению.

Принципы работы заложенные в основу функционирования электромагнитных реле используются в устройствах дистанционного управления нагрузкой — пускателях или контакторах.

Принцип работы этих устройств во многом напоминает работу реле, с той лишь разницей, что предназначены данные устройства для коммутации силовых цепей сила тока, в которых может достигать 1000 А, а в случае особо мощных установок и выше.

Помимо низковольтного оборудования релейные блоки используются для управления, конденсаторными установками, которые используются для плавного пуска электрических двигателей высокой мощности.

Но самым знаковым применением реле электромагнитного типа является их использование в первых электронно-вычислительных машинах, в качестве логических элементов способных выполнять простейшие логические операции. Не смотря на низкое быстродействие эти первые компьютеры по надежности превосходили следующее поколение ламповых вычислительных комплексов.

Простейшими примерами использования электромагнитного реле в повседневной жизни являются реле управления в различных видах бытовой техники: холодильниках, стиральных машинах и т.п.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Фазометр

Это приборы для измерения различных параметров электричества используются как в научно – исследовательских целях, так и для наблюдения за работающим оборудованием. Отображение электрических параметров оборудования требует одновременного размещения большого количества приборов. Поэтому их изготавливают в специальном щитовом исполнении. При этом амперметры, вольтметры, частотомеры, фазометры и фазоуказатели могут быть изготовлены на основе различных измерительных механизмов.

Фазометры, основанные на принципе преобразования переменного тока в постоянный при помощи диодов, содержат магнитоэлектрический измерительный механизм. Примером таких приборов являются малогабаритные щитовые фазометры Ц1424. Они применяются для измерения cosφ в трехфазных электросетях. Обязательным условием использования этих фазометров должны быть:

равномерная нагрузка;
симметрия напряжений.

Приборы включаются в последовательную цепь либо напрямую, либо через токовый трансформатор.

Электромагнитные фазометры содержат несколько неподвижных катушек. Они создают магнитные потоки, воздействующие на подвижную конструкцию, изготовленную с использованием ферромагнетика. Катушки имеют специальное пространственное расположение. По каждый из них течет ток, который имеет фазовый сдвиг определенный и отличный от токов в других катушках. Примером таких фазометров является модель Э144. Это малогабаритный, герметичный и ударопрочный фазометр с непосредственным отсчетом. Применяется в мобильном электрооборудовании для измерения cosφ в трехфазных электросетях. Обязательным условием использования этих фазометров должны быть:

равномерная нагрузка;
симметрия напряжений.

Приборы включаются в последовательную цепь либо напрямую, либо через токовый трансформатор. Схема прибора Э144 показана ниже:

В нем есть три неподвижных обмотки, отмеченные на схеме как 1, 2 и 3. Обмотки 1 и 2 сделаны двухсекционными. Между секциями размещена подвижная часть прибора в виде сердечника из магнитомягкого железного сплава по форме напоминающего букву Z, который поворачивается на оси. Секции обмоток имеют пространственное расположение относительно друг друга в 60 градусов. Обмотка 3 изготовлена как коаксиальная с осью подвижного сердечника катушка цилиндрической формы.

В электроцепях постоянного и переменного тока используются электро- и ферродинамические фазометры. Их работа основана на взаимодействии двух катушек. Эти подвижная и неподвижная катушки создают магнитные потоки, которые и обуславливают взаимодействие между ними. Если у катушек отсутствует сердечник, то прибор именуется электродинамическим фазометром. Если стальной сердечник имеется в наличии – ферродинамическим фазометром. Ферродинамические приборы более чувствительны, но менее точны. Применяются такие фазометры как мобильные лабораторные приборы.

Примером электродинамического фазометра может быть модель Д5781. Этот переносной экранированный прибор предназначен для измерения угла фазового сдвига и cosφ в однофазных электросетях. В трехфазных электросетях для измерения угла фазового сдвига и cosφ применяется ферродинамическая модель Д120. Схема, а также изображение этого фазометра показаны далее.

Перечисленные модели фазометров далеко не единственные в своем роде. Но их еще очень много в работающем оборудовании. Дальнейшее развитие электроизмерительных приборов основано на применении цифровой обработки сигналов. То же относится и к фазометрам. Хотя и сейчас аналоговые приборы также производятся. Современные фазометры показаны далее на изображении:

Понятие асинхронного электрического двигателя

Как видно на фото асинхронного двигателя, подобный агрегат представляет собой электромашину, назначение которой заключается в преобразовании электроэнергии в энергию механического типа. Другими словами, подобное оборудование, потребляя электроток, даёт крутящий момент. Именно он позволяет вращать многие агрегаты.

Название «асинхронный» значит «неодновременный». Если изучить описание асинхронных двигателей, то можно заметить, что в таких устройствах ротор вращается с меньшей частотой, чем электромагнитное поле статора.

Данное отставание или, как его ещё называют, скольжение можно высчитать, используя следующую формулу:

S = (n1— n2)/ n1 — 100%, где

n1 – частота электромагнитного поля статора;

n2 – частота вращения вала.

Ступени релейной защиты (РЗ)

Как и любой промышленный продукт, электроэнергия имеет свое качество, вот его параметры:

размах напряжения (вольты) и тока (амперы);
частота сети (герцы);
переменный ток обозначается синусоидой в ней есть посторонние шумы, несколько сбивающие с ритма гармонию;
и некоторые другие малопонятные неспециалистам параметры.

Принцип действия релейной защиты покажем на примерах. У каждого параметра есть своя РЗА. Их роль:

Непрерывно реле следит за его состоянием. Например, за частотой, если она падает ниже 50 герц, или напряжением на ЛЭП 110 кВт. Сопоставляет фактический показатель с диапазоном, названным уставкой.

В случае ухода за границу стандарта аппаратура производит коммутацию логочасти.

Пропустим ряд узко используемых терминов и скажем, что есть в итоге: спецустройство снимает с ЛЭП напряжение. РЗА выполняет не одну, а несколько защит – основную и резервную.