دستگاه های اندازه گیری الکتریکی

اهداف مبحث دستگاه های اندازه گیری الکتریکی :

          کلیات انتخاب دستگاه های اندازه گیری

فرکانس متر

وارمتر

کسینوس فی متر

ترانس های اندازه گیری

میگر

پاورمتر

تایمر

ولتاژ های استاندارد ایران

در شبکه فشار ضعیف ولت متر نصب شده بر روی تابلو دارای درجه بندی از صفر الی ۵۰۰ ولت می باشد. در تابلوهای کنترل شبکه با ولتاژ بالا درجه بندی ولت متر بر اساس ولتاژ شبکه صورت می گیرد. در این نوع ولت مترها میزان نسبت تبدیل P.T یا C.T لحاظ شده و ولتاژ اولیه و ثانویه روی ولت متر درج می گردد. آمپرمتر مطابق با شدت جریان عبوری از مدار با حدوداً ۲۰ درصد اضافه جریان انتخاب می شود تا شدت جریان ۶۰ آمپر در شبکه فشار ضعیف آمپرمتر مستقیماً در مسیر جریان مصرف قرار گرفته و جریان بیش از این مقدار از طریق C.T سنجیده شده و به آمپرمتر داده می شود.

درجه بندی این نوع آمپرمترها باید بر اساس شدت جریان اولیه مدار انجام شده و نسبت تبدیل ترانسفورماتور جریان در مشخصات آمپرمتر درج شده باشد. دستگاه های اندازه گیری تابلویی معمولاً با کلاس دقت ۱٫۵  ساخته می شوند.

• کلیات انتخاب دستگاه های اندازه گیری

1. کلاس دقت دستگاه: ۱٫۵ و در صورت وم ۱
2. ولتاژ تست دستگاه: (مثال برای کار در ولتاژ ۴۰ الی ۶۰۰ ولت، ولتاژ تست ۲۰۰۰ ولت)
3. کمیت مورد سنجش
4. وضعیت نصب دستگاه
5. ابعاد دستگاه (۷۲×۷۲، ۹۶×۹۶، ۱۴۴×۱۴۴) میلی متر در میلی متر
6. نصب مستقیم به مدار یا با استفاده از C.T و P.T

• فرکانس متر

یکی از دستگاه های اندازه گیری الکتریکی فرکانس متر است. از نسبت سنج های الکترودینامیکی، اندکسیونی و آهنی با اضافه کردن بعضی اجزای الکتریکی مانند سلف، خازن و مقاومت الکتریکی می توان به عنوان فرکانس متر استفاده کرد. فرکانس مترها عموماً عقربه ای بوده و می توانند فرکانس را در محدوده وسیعی اندازه گیری کنند.

برای اندازه گیری فرکانس در نیروگاه ها و تابلوهای توزیع انرژی الکتریکی کارخانجات به خاطر مشخص بودن حدود فرکانس از دستگاه های ارتعاشی استفاده می شود. حدود اندازه گیری این دستگاه ها بسیار کم است. ولی به علت ساختمان ساده، ارزانی قیمت و استحکام زیاد در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند.

فرکانس متر ارتعاشی از یک سری تیغه های فی که کنار هم در داخل یک بوبین قرار گرفته اند تشکیل شده است. هرکدام از این تیغه ها دارای فرکانس ارتعاشی خاصی هستند. وقتی بوبین به جریان متناوبی وصل شود در داخل آن میدان مغناطیسی متناوبی ایجاد می شود. در اثر تأثیر میدان مغناطیسی، تیغه ای که دارای فرکانس ارتعاشی دو برابر فرکانس جریان متناوب است با تغییرات میدان ایجاد رنس می کند و به ارتعاش در می آید و بدین ترتیب فرکانس جریانی را که از بوبین می گذرد نشان می دهد.

در زیر قسمت خمیدگی سر تیغه ها مقداری لحیم قرار دارد که با کم و زیاد کردن وزن آن فرکانس ارتعاشات تیغه را دقیقاً تنظیم می کنند. فرکانس متر مشابه ولت متر به صورت موازی در مدار قرار می گیرد و در سه نوع ارتعاشی، عقربه ای و دیجیتالی ساخته می شود که استفاده از نوع ارتعاشی آن معمول تر است. فرکانس متر تک فاز با ولتاژ ۲۲۰ ولت و فرکانس متر سه فاز با ولتاژ ۳۸۰ ولت کار می کند.

• وارمتر

یکی دیگر از دستگاه های اندازه گیری الکتریکی وارمتر است. ,وارمتر دستگاهی است که توان راکتیو (غیر مفید) مدار را اندازه گیری می کند. اتصالات وارمتر مشابه اتصالات وات متر است.

• کسینوس فی متر

کسینوس فی یا ضریب قدرت (PF)، توسط کسینوس فی متر سنجیده می شود. دارای دو سیم پیچ متحرک و یک سیم پیچ ثابت است و در مدارهای تک فاز و سه فاز به کار می رود. کسینوس فی مترهای معمولی که برای نصب روی تابلو استفاده می شوند اغلب برای ولتاژهای ۱۱۰، ۲۲۰، ۳۸۰ و ۵۰۰ ولت و جریان ۱ و ۵ آمپر ساخته می شوند. برای ولتاژها و جریان های بیش تر از مقدار نامی ذکر شده باید از مبدل ولتاژ و مبدل جریان استفاده شود.

اگر بار فقط سلفی (اندوکتیو) و یا خازنی (کاپاسیتیو) باشد از کسینوس فی متر با صفحه ی مدرج یک طرفه و در صورتی که به هر دو صورت سلفی یا خازنی باشد از صفحه ی مدرج دو طرفه و یا دوار (۳۶۰ درجه) استفاده می شود. علامت اندوکتیو (ind) و کاپاسیتیو (cap) روی صفحه مدرج درج می شود. عقربه اگر به طرف  indحرکت کند مصرف کننده، اندوکتیو است و مقدار اندازه گیری شده، ضریب قدرت مدار اندوکتیو یا سلفی را نشان می دهد. در صورتی که عقربه به طرف cap حرکت کند، مصرف کننده، کاپاسیتیو خازنی است و مقدار اندازه گیری شده، ضریب قدرت مدار کاپاسیتیو را نشان می دهد.

• ترانس های اندازه گیری

از آن جا که جریان و ولتاژ خطوط زیاد می باشد و نمی توان مستقیماً آن را اندازه گرفت با استفاده از این دستگاه ها از جریان نمونه برداری می کنند. این دستگاه ها به صورت سری CTها و به صورت موازی CVT، PTها در مدار قرار می گیرند. هم چنین برای ایزوله شدن شبکه های فشار قوی از سیستم های اندازه گیری و حفاظت از این وسیله استفاده می شود.

عایق بندی تجهیزات متصل شده به ثانویه این ترانس ها از قسمت اولیه شبکه و هم چنین امکان استاندارد کردن تجهیزات اندازه گیری و حفاظتی برای مقادیر مشخص جریان یا ولتاژ از دیگر ویژگی های مهم با اهمیت آن ها می باشد. در هر ترانسفورماتور ولتاژ جریان، مقدار کمیت اندازه گیری شده ولتاژ و یا جریان، باید با یک نسبت مشخص کاهش یافته و دقت مقادیر اندازه گیری شده در ثانویه از محدود مجاز نکند.

این بدان معنی است که این نمونه گیرها باید دارای راندمان بسیار بالا باشند. در شرایط گذاری سیستم قدرت تغییرات بزرگ لحظه ای در کمیت های ورودی ممکن است به تغییر شکل موج سینوسی شبکه منجر شود. اثر این خطا، ممکن است در عملکرد دستگاه های اندازه گیری ناچیز باشد، اما برای رله های حفاظتی می تواند به عملکرد غلط رله ها منجر گردد. که برای برطرف کردن این موضوع نیز مهندسین طرح و ساخت این شرایط را در نظر می گیرند.

ساختمان ترانسفورماتورهای اندازه گیری برای به کار گیری در جریان و ولتاژهای نامی پائین چندان تفاوتی با یکدیگر ندارد، ولی زمانی که جریان و ولتاژ اولیه دارای مقادیر نامی بالا باشد، تفاوت در ساختمان ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ اجتناب ناپذیر می گردد. ضمن اینکه نحوه اتصال این ترانسفورماتورها به مدار از دیگر موارد تفاوت آنها است.

• ترانس جریان CT

سیم پیچ اولیه ترانس های جریان با مدار قدرت به طور سری قرار می گیرند و سیم پیچ ثانویه آن ها، به تجهیزات اندازه گیری مناسبی مثل کنتورها، تجهیزات حفاظتی مثل رله ها و غیره متصل می شوند. امپدانس با Zb متصل شده به سیم پیچ ثانویه، در مقایسه با امپدانس اولیه بسیار کوچک بوده و به عبارت دیگر، ثانویه CT حالت اتصال کوتاه دارد. عایق کردن مناسب مدارهای اندازه گیری و حفاظتی از ولتاژ اولیه شبکه، و هم چنین حفظ وسایل در برابر اضافه بار، از ویژگی های مهم این ترانسفورماتورها است.

                                                               ترانس اندازه گیری جریان اشنایدر

نکته: برای توسعه حدود اندازه گیری یک آمپرمتر، می توان به دو سر بوبین آن یک مقاومت به صورت موازی وصل کرد. در این حالت مقاومت داخلی آمپرمتر کم شده و می تواند جریان بیشتری را از خود عبور بدهد.

سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور جریان را با حروف بزرگ K و L و سیم پیچ ثانویه آن را با حروف کوچک k و l نمایش می دهند و لازم است که سیم پیچ اولیه طوری در مدار قرار گیرد که ورودی آن به K وصل شود، به عبارت دیگر جریان فاز باید به K وارد شود.

 توجه: ضریب تبدیل CT ها به صورت یک عدد کسری روی آن نوشته می شود. (مانند ۱۰۰ A/5 A یا ۱۰۰A/1 A) که در واقع نشانگر نسبت جریان اولیه به جریان ثانویه است. جریان ثانویه این ترانسفورماتورها اغلب ۵ آمپرمتر است.

• رله نشتی جریان

رله ارت فالت اشنایدر الکتریک یا رله حفاظتی جریان نشتی با استفاده از ترانس، جریان‌  نشتی به زمین را شناسایی و فرمان قطع مدار را صادر می‌ نماید و از اتصال به زمین قطعات جهت جلوگیری از بروز تلفات انسانی و آتش سوزی حفاظت می کند. ترانس رله نشتی جريان برای نمونه گیری جریان عبوری از کابل های اصلی استفاده می شود.