диапазон, мощность, напряжение. / НПП «Динамика»

Для измерения величин срабатывания и возврата различных устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА) проверочное оборудование должно обладать возможностью регулирования в широких пределах тока, напряжения, частоты и фазы.

Все устройства РЗиА выполнены на номинальный вторичный ток (I_( н)), равный 1 А или 5 А. Рабочий диапазон токов таких устройств лежит в пределах от 0,02I_( н) до 40I_( н). Следовательно, диагностическая система должна регулировать выходной ток от 10 мА до 210 А, а с учетом запаса на поиск срабатывания – до 250 А.

Таким образом, одним из основных требований к проверочному оборудованию является обеспечение тока с кратностью регулировки до 25 000.

С точки зрения реализации это сложная задача. В отличие от калибратора диагностическое устройство должно производить изменение тока мгновенно с целью имитации аварийных режимов. При создании испытательного комплекса РЕТОМ-61 специалистами НПП «Динамика» данная задача была решена следующим образом: в прибор были встроены шесть источников тока, каждый из которых имеет максимальное значение выходного тока – 36 А.

Различные комбинации соединения каналов позволяют получить ток до 72 А в трехфазном и до 216 А в однофазном режимах работы. Данные диапазоны дают возможность проверить весь перечень устройств РЗА одно- и пятиамперных, в том числе и сложных современных дифференциальных микропроцессорных (МП) защит трансформаторов.

Выходное напряжение источников тока напрямую зависит от величины нагрузки, т.е. сопротивления проверяемых устройств. Для тестирования различных типов устройств РЗиА требуются разные уровни напряжения. В таблице 1 приведены значения выходного напряжения в зависимости от типа проверяемых устройств и номинального тока. Панели защит со встроенными микропроцессорными терминалами (МП) имеют сопротивление в среднем 0,1-0,15 Ом в каждой токовой цепи, в то время как сами терминалы – не более 50 мОм. Сопротивление полупроводниковых панелей (ПП) составляет 0,25-0,6 Ом в зависимости от номинального тока. Наибольшее сопротивление имеют электромеханические защиты (ЭМ). Например, широко распространенная панель ЭПЗ-1636 в пятиамперном исполнении в цепи фазы тока имеет сопротивление до 0,8 Ом, а в нулевой цепи – до 2,5 Ом (панель нового типа с РМ12).

В одноамперном исполнении сопротивление полной цепи фаза-ноль варьируется в диапазоне от 20 до 100 Ом (панель старого типа с РБМ). Получается, что для тестирования устройств РЗиА всех поколений необходимо, чтобы проверочное оборудование обеспечивало выходное напряжение до 800 В при мощности в 20 кВА.

Таблица 1 – Значения выходного напряжения в зависимости от типа устройств РЗиА и номинального тока.

Тип РЗиА	Номинальный ток, А
	Исп. 1 А	Исп. 5 А
	0,02-40	0,1 – 210	36
МП	до 6 В	до 32 В	до 6 В
ПП	до 24 В	до 52 В	до 9 В
ЭМ	до 800 В	до 170 В	до 29 В

Однако, учитывая тот факт, что проверочное оборудование имитирует работу измерительного трансформатора тока, на практике столь большая мощность не требуется.

В связи с этим максимальное выходное напряжение источника тока прибора РЕТОМ-61 составляет 34 В, что вполне достаточно для проверки выше перечисленных устройств РЗА. При необходимости можно увеличить значение выходного напряжения в два раза, подключив два источника тока последовательно, а применяя дополнительный блок однофазного преобразователя тока РЕТ-10, входящий в состав испытательного комплекса РЕТОМ-61, можно развить на нагрузке напряжение до 500 В или ток до 360 А (при этом выходная мощность определяется возможностями каналов тока прибора РЕТОМ-61).

Какая же выходная мощность источников тока требуется для проведения проверок различных типов устройств РЗиА? В качестве примера рассмотрим основные выходные параметры токового канала прибора РЕТОМ-61. На рисунке 1 представлены зависимости максимальных выходных значений тока, напряжения и мощности канала от сопротивления нагрузки. Для наглядности на оси сопротивлений условно показаны диапазоны нагрузок различных типов устройств РЗА: микропроцессорных, полупроводниковых, электромеханических панелей.

Рисунок 1. Зависимость основных параметров канала тока РЕТОМ-61 от сопротивления нагрузки.

На рисунке видно, что в диапазоне 0,3-2,0 Ом мощность достигает наибольших значений, т.е. в случае, когда это действительно необходимо – при тестировании пятиамперных электромеханических защит. Проверка одноамперных электромеханических панелей, имеющих сопротивление более 2 Ом, требует от проверочного оборудования высокого выходного напряжения, при этом величина тока ограничена выходным напряжением источника. Проверка МП защит обычно проводится током до 36 А при мощности до 200 ВА.

Таким образом, в идеале токовый канал проверочного оборудования должен обладать выходной мощностью до 1000 ВА. Комплекс РЕТОМ-61 имеет выходную мощность одного канала до 800 ВА, тогда как другие подобные устройства обеспечивают мощность канала на уровне 400 ВА.

Для обеспечения одновременной выдачи максимальной мощности шестью каналами тока (около 4,8 кВА) в прибор должен быть встроен очень мощный блок питания. Однако опыт эксплуатации прибора РЕТОМ-61 показал, что на практике чаще используются три канала тока в трехфазном режиме, имитирующие однофазные, двухфазные и трехфазные виды аварий. В данном режиме прибор выдает мощность до 2400 ВА, что обеспечивает проверку всех типов устройств РЗА. Использование пяти или шести каналов тока необходимо только при тестировании микропроцессорных терминалов, и в этом случае большая мощность не требуется. Таким образом, при создании прибора РЕТОМ-61 специалистами НПП «Динамика» найден разумный компромисс между весогабаритными параметрами и работоспособностью системы, позволяющей проводить полноценные проверки всех видов устройств РЗиА.

Далее рассмотрим зависимость выходного тока от нагрузки и то, как она влияет на точность работы канала. В отличие от идеальных источников тока реальные источники всегда имеют конечное внутреннее сопротивление. В нашем случае это различные схемы защиты от входных воздействий и контроля над параметрами выходного сигнала, фильтры и т.

д. На рисунке 2 показана схема подключения нагрузки и перераспределение выходного тока между паразитным внутренним сопротивлением источника тока (R_в) и нагрузкой (R_н).

Рисунок 2. Перераспределение Iвых между внутренним сопротивлением источника тока (Rв) и нагрузкой (Rн).

Выходной ток вычисляется по формуле:

Следовательно, чем больше значение R_в, тем меньше изменение тока в нагрузке.

На рисунке 3 показан график зависимости тока в нагрузке от сопротивления для источника калибраторного типа, который обычно применяется в поверочных устройствах, подобных РЕТОМ-61.

Рисунок 3. Зависимости тока в нагрузке от сопротивления(R_пред = 100 Ом, R_к – сопротивление калибровки)

Суть работы источника калибраторного типа заключается в том, что заданное значение тока не должно зависеть от изменения нагрузки R_н. Например, значение сопротивления реле РТ-40 при срабатывании может измениться почти на 20%, при этом ток, протекающий через обмотку, меняться не должен, в противном случае параметры срабатывания реле будут определены неточно.

Для того, чтобы обеспечить корректную работу испытательного прибора, необходимо, чтобы ток менялся в пределах границ гарантированной точности (соответствующей на графике абсолютной точности ±δ% от заданной величины тока I_з) во всем диапазоне нагрузок. Если изменение тока выходит за рамки допускаемой погрешности при сопротивлении меньшем 100 Ом, то следует говорить о рабочем диапазоне нагрузки или приводить дополнительную погрешность от сопротивления. На рисунке граница R_пред рабочего диапазона нагрузок соответствует 100 Ом, поскольку типовое сопротивление различных устройств РЗиА не превышает данное значение. Следует заметить, что уменьшение рабочего диапазона нагрузок позволит заявить более высокую точность, но это повлечет за собой ограничение области применения прибора с точки зрения нагрузки. Прибор РЕТОМ-61 имеет рабочий диапазон нагрузки практически до 150 Ом, что позволяет отстроиться от влияния сопротивления проверяемого объекта. Однако следует учитывать, что если сопротивление достаточно большое, то величина выходного тока будет ограничена, в этом случае при достижении максимального значения напряжения прибор выдаст предупреждающее сообщение о несоответствии выходного тока заданной величине.

В заключение, следует отметить, что в статье рассматривалась диагностика вторичных устройств РЗиА. Ток первичной цепи может достигать 25 кА и более, но это отдельный вопрос, требующий дальнейшего рассмотрения.

Закон Ома и схемы

В этой лабораторной работе мы обнаружим взаимосвязь между напряжением, сопротивлением и током, а затем изучим правила которые управляют различными конфигурациями цепей.

Начнем с блока питания. Для сегодняшней лаборатории мы можем рассматривать его как источник напряжения, то есть его работа для вывода определенного напряжения независимо от того, что к нему подключено. Думайте об этом как о причудливой батарее, которую вы можете подключить в стену. Следующее, на что нужно обратить внимание, это резистор. Мы рассмотрели их в некоторых вводных лабораторных работах и мы вернемся и посмотрим на них снова сегодня. Как следует из названия, резистор с большим значением будет очень полезен. хорошая работа по сопротивлению потоку электричества. Этот поток тоже имеет название, его называют током.

Настройте источник напряжения на четыре вольта. Установите цифровой мультиметр на напряжение и выполните прямое измерение. Когда ты проверьте 4 вольта, снимите цифровой мультиметр и настройте его на измерение тока (мА). Возьмите на выбор 6 или 7 резисторов, не менее 100 Ом. Подключите один резистор к источнику питания и цифровому мультиметру. Один провод должен идти от блока питания к резистору, то другой конец резистора должен идти к цифровому мультиметру, а цифровой мультиметр должен замыкать петлю и возвращаться обратно к источнику питания. Преподаватель лаборатории покажет вам одну из этих схем на лекции перед лабораторией. Измерьте ток через резистор на четыре вольта. Включите остальные резисторы один за другим. Вы видите подтверждение имя? Когда вы получаете более высокие сопротивления, вы получаете более низкие токи?

Постройте кривую зависимости токов от сопротивления, как будет выглядеть график? Надеюсь, это подтверждает следующее уравнение:

ΔV = I R

Это известно как закон Ома. Мы можем проверить это, выбрав три резистора, каждый из которых больше 1000 Ом, а затем начертить I, как мы варьировать ΔV. Это должны быть красивые прямые линии. Склоны соответствуют вашим ожиданиям?

Цепи с несколькими резисторами
Следующее, на что следует обратить внимание, это то, что происходит с ситуацией, когда мы добавляем больше или больше резисторов к тому, что у нас уже есть. Начните с самой основной проблемы, как второй резистор влияет на схему? Оказывается, это более сложный проблема, чем можно подумать, так как есть два способа добавить второй резистор. Давайте рассмотрим каждый из них по очереди.

В нашей исходной схеме с одним резистором источник питания подключен к резистору. Давайте решим, что мы хотим измерить ток, выходящий из источника питания, поэтому мы вставляем цифровой мультиметр в качестве амперметра между источником питания и резистором. Теперь добавим второй резистор и посмотрим, как это повлияет на ток в цепи. Как подключить второй резистор? Подключите второй резистор так, чтобы кончики двух резисторов были соединены друг с другом, а хвосты — с друг друга. Поскольку это приведет к тому, что резисторы выстроятся бок о бок, это называется параллельной схемой. Текущий от источника питания подниматься, опускаться или оставаться на прежнем уровне? Означает ли это, что сопротивление в цепи то увеличивалось, то уменьшалось, или остался прежним?

Это еще один способ подключения второго резистора. Отсоедините первую цепь и вместо этого подключите «наконечник» второй. резистор и к «хвосту» первого. Это называется последовательным соединением. Ваш ток идет вверх или вниз, или остается такой же? Означает ли это, что сопротивление в цепи увеличилось, уменьшилось или осталось прежним?

Теперь мы должны исследовать эти случаи более подробно. Поскольку в настоящее время у нас подключена последовательная цепь, мы можем начать с нее. Удалите цифровой мультиметр из схемы, чтобы использовать его в качестве измерителя напряжения. После того, как цепь будет пересоединена, измерьте напряжение на источник питания. Затем измерьте напряжение на каждом резисторе. Сделайте ваши результаты напряжений через комбинацию резисторы имеет смысл сравнивать с напряжением на блоке питания? Имеют ли значение напряжения на каждом резисторе? по сравнению с током в цепи? Объяснять. Добавьте последовательно третий резистор, и прежде чем делать какие-либо измерения, предсказать, что вы найдете. Соответствуют ли ваши измерения вашим прогнозам? Можете ли вы определить правило поведения напряжения? Как работает ток в цепи? Как сопротивления объединяются, чтобы сформировать общее сопротивление цепи?

Рис. 1. Измерение тока в последовательной цепи

Теперь давайте вернемся и применим ту же логику к параллельной схеме. Соберите параллельную цепь с двумя резисторами. Возьмите Цифровой мультиметр и проверьте напряжение на источнике питания и на каждом из резисторов. Что такое шаблон? Используйте закон Ома для предсказания ток через каждый резистор. Измерьте ток, подключив цифровой мультиметр в качестве амперметра после каждого резистора (следя за тем, чтобы измерять ток только от этого резистора, а не от комбинации). Имеет ли ответ смысл? Теперь измерьте ток от блока питания, это тоже имеет смысл учитывая токи через каждый резистор? Добавьте третий резистор в параллели? Какое напряжение на нем будет? Какой будет ток через него? Можете ли вы найти правила, описывающие напряжение, ток и комбинированное сопротивление в параллельных цепях?

Рис. 2. Измерение тока в параллельной цепи

Запишите свои наблюдения и выводы в лабораторную тетрадь.

Закон

Ома (сопротивление) — Mypdh.engineer

Два фундаментальных свойства тока и напряжения связаны третьим свойством, известным как сопротивление. В любой электрической цепи при приложении к ней напряжения возникает ток. Сопротивление проводника будет определять величину тока, протекающего при заданном напряжении. В большинстве случаев чем больше сопротивление цепи, тем меньше ток. Если сопротивление уменьшить, то ток возрастет. Эта зависимость имеет линейный характер и известна как закон Ома.

Рис. 38. Зависимость напряжения от тока в цепи постоянного сопротивления.

Под линейно-пропорциональной характеристикой подразумевается, что если одна единица отношения увеличивается или уменьшается на определенный процент, другие переменные отношения увеличиваются или уменьшаются на тот же процент. Например, если напряжение на резисторе удвоится, то ток через резистор удвоится. Следует добавить, что это соотношение справедливо только в том случае, если сопротивление в цепи остается постоянным. Ведь видно, что при изменении сопротивления меняется и ток. График этой зависимости показан на рис. 38, где используется постоянное сопротивление 20 Ом. Зависимость между напряжением и током в этом примере показывает напряжение, отложенное горизонтально по оси X в значениях от 0 до 120 вольт, а соответствующие значения тока отложены вертикально в значениях от 0 до 6,0 ампер по оси Y. Прямая линия, проведенная через все точки пересечения линий напряжения и тока, представляет собой уравнение 9.0019 I = E⁄20 и называется линейной зависимостью.

Закон Ома может быть выражен в виде следующего уравнения:

Уравнение 1

Где I — ток в амперах, E — разность потенциалов, измеренная в вольтах, а R — сопротивление, измеренное в омах. Если известны любые две из этих схемных величин, третью можно найти простым алгебраическим преобразованием. С помощью этого уравнения мы можем рассчитать ток в цепи, если известны напряжение и сопротивление. Эту же формулу можно использовать для расчета напряжения. Умножая обе части уравнения 1 на R, мы получаем эквивалентную форму закона Ома, а именно:

Уравнение 2 Уравнение 3 Рисунок 39. Диаграмма закона Ома.

Все три формулы, представленные в этом разделе, эквивалентны друг другу и представляют собой просто разные способы выражения закона Ома.