МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Электрическое сопротивление — основная электрическая характеристика проводника, величина, характеризующая противодействие электрической цепи или ее участка электрическому току. Также сопротивлением могут называть деталь (её чаще называют резистором) оказывающую электрическое сопротивление току. Электрическое сопротивление обусловлено преобразованием электрической энергии в другие виды энергии и измеряется в Омах.
Сопротивление (часто обозначается буквой R) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника и её можно определить как

где
R — сопротивление;
U — разность электрических потенциалов на концах проводника, измеряется в вольтах;
I — ток, протекающий между концами проводника под действием разности потенциалов, измеряется в амперах.
Для практического измерения сопротивлений применяют множество различных методов, в зависимости от условий измерения и характера объектов, от требуемой точности и быстроты измерений. Например различают методы для измерения сопротивления при постоянном токе и при переменном, измерение больших сопротивлений, сопротивлений малых и ультрамалых, прямые и косвенные и т.д.

Целью работы является выявление основных, наиболее часто встречающихся в практике, методов измерения сопротивлений.

Измерение сопротивления при постоянном токе
Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются косвенный метод, метод непосредственной оценки, а также мостовой метод. Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности измерений. Из косвенных методов наиболее универсальным является метод амперметра-вольтметра.

Метод амперметра-вольтметра
Данный метод основан на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление и падения напряжения на нем. Применяют две схемы измерения: измерение больших сопротивлений (а) и измерение малых сопротивлений (б). По результатам измерения тока и напряжения определяют искомое сопротивление.

Для схемы (а) искомое сопротивление и относительную методическую погрешность можно определить по формулам:

где Rx — измеряемое сопротивление, а Rа — сопротивление амперметра.
Для схемы (б) искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются по формулам:

Из формулы видно, что при подсчете искомого сопротивления по приближенной формуле возникает погрешность, оттого, что при измерении токов и напряжений во второй схеме амперметр учитывает и тот ток, который проходит через вольтметр, а в первой схеме вольтметр измеряет напряжение помимо резистора еще и на амперметре.

Из определения относительных методических погрешностей следует, что измерение по схеме (а) обеспечивает меньшую погрешность при измерении больших сопротивлений, а измерение по схеме (б) — при измерении малых сопротивлений. Погрешность измерения по данному методу рассчитывается по выражению:

«Используемые при измерении приборы должны иметь класс точности не более 0,2. Вольтметр подключают непосредственно к измеряемому сопротивлению. Ток при измерении должен быть таким, чтобы показания отсчитывались по второй половине шкалы. В соответствии с этим выбирается и шунт, применяемый для возможности измерения тока прибором класса 0,2. Во избежание нагрева сопротивления и, соответственно, снижения точности измерений, ток в схеме измерения не должен превышать 20% номинального».

Достоинство схем метода измерение амперметром и вольтметром заключается в том, что по резистору с измеряемым сопротивлением можно пропускать тот же ток, как и в условии его работы, что является важным при измерении сопротивлений, значения которых зависят от тока.

Метод непосредственной оценки.
Метод непосредственной оценки предполагает измерение сопротивления постоянному току с помощью омметра. Омметром называют измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (активные сопротивлений также называют омическими сопротивлениями) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, тераомметры, гигаомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.

По принципу действия омметры можно разделить на магнитоэлектрические — с магнитоэлектрическим измерителем или магнитоэлектрическим логометром (мегаомметры) и электронные, которые бывают аналоговые или цифровые.
«Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания. Для измерения сопротивлений от сотен Ом до нескольких мегаом измеритель и измеряемое сопротивление rx включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе и отклонение подвижной части прибора a пропорциональны: I = U/(r0 + rx), где U — напряжение источника питания; r0 — сопротивление измерителя. При малых значениях rx (до нескольких ом) измеритель и rx включают параллельно».
За основу логометрических мегаомметров берется логометр, к плечам которого подключаются в разных комбинациях (в зависимости от предела измерения) образцовые внутренние резисторы и измеряемое сопротивление, показание логометра зависит от соотношения этих сопротивлений. В качестве источника высокого напряжения, необходимого для проведения таких измерений, в подобных приборах обычно используют механический индуктор — электрогенератор с ручным приводом, в некоторых мегаомметрах вместо индуктора применяется полупроводниковый преобразователь напряжения.

Принцип действия электронных омметров основан на преобразовании измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение с помощью операционного усилителя. Измеряемый резистор включается в цепь обратной связи (линейная шкала) или на вход усилителя. Цифровой омметр представляет собой измерительный мост с автоматическим уравновешиванием. Уравновешивание производится цифровым управляющим устройством методом подбора прецизионных резисторов в плечах моста, после чего измерительная информация с управляющего устройства подаётся на блок индикации.
«При измерении малых сопротивлений может возникать дополнительная погрешность из-за влияния переходного сопротивления в точках подключения. Чтобы избежать этого применяют так называемый метод четырехпроводного подключения. Сущность метода состоит в том, что используются две пары проводов — по одной паре на измеряемый объект подается ток определенной силы, с помощью другой пары с объекта на прибор подаётся падение напряжения пропорциональное силе тока и сопротивлению объекта. Провода подсоединяются к выводам измеряемого двухполюсника таким образом, чтобы каждый из токовых проводов не касался непосредственно соответствующего ему провода напряжения, при этом получается, что переходные сопротивления в местах контактов не включаются в измерительную цепь».

Мосты для измерения сопротивления на постоянном токе
Для измерения сопротивления на постоянном токе широко используются одинарные мосты. Одинарными мостами называют четырехплечие мосты с питанием от источника постоянного тока. Существует ряд конструкций этих приборов с различными характеристиками. Погрешность моста зависит от пределов измерения и указывается обычно в паспорте моста.

Конструктивно мосты оформляются в виде переносных приборов; они рассчитаны на работу с собственным или наружным нуль-индикатором. При измерении малых сопротивлений на результат измерения существенное влияние оказывают сопротивления контактов и соединительных проводов, суммируемые с измеряемым сопротивлением. Для уменьшения этого влияния используют специальные способы присоединения Rx к мосту, для чего мост имеет четыре зажима:

При измерении сопротивлений от 10 до 1000000 Ом зажимы 1 и 2, а также 3 и 4 замыкаются перемычками и резистор с измеряемым сопротивлением подключается к зажимам 2 и 3. Сопротивление Rx измеряется вместе с сопротивлением проводов и контактов, при помощи которых оно подключается к зажимам 2 и 3. При измерении малых сопротивлений (тех, которые меньше 10 Ом) погрешность, вносимая соединительными проводами и контактами, может оказаться большой. Уменьшить её можно, подключив измеряемый резистор к 4 зажимам – 1 и 2 , 3 и 4. При этом перемычки между точками 1 и 2, 3 и 4 снимаются, а точки А и 4, Б и 1 соединяются между собой.

В этом случае сопротивление провода от Rx к зажиму 2 входит в плечо сопротивлением R, а сопротивление провода от Rx к зажиму 3 — в плечо сопротивлением R1. Сопротивления R и R1 значительно больше сопротивлений проводов.
При измерении весьма малых сопротивлений рассматриваемый мост имеет большие погрешности из-за низкой чувствительности. Повышение чувствительности увеличением тока питания ограничивается допустимой мощностью, рассеиваемой в плечах моста. Этого недостатка лишены двойные мосты.

Наиболее распространенной схемой, в которой влияние проводов и контактов сведено к минимуму, является схема двойного моста:

Сопротивления плеч моста обозначены через R с соответствующими индексами, а сопротивления соединительных проводов и контактов через R’1, R’2 и т.д.
Если принять сопротивления соединительных проводов и контактов входящими в значения сопротивлений, обозначенных буквами с соответствующими индексами. При равновесии моста выполняются следующие условия:

Решив эти уравнения относительно Rx найдем:

Из данного уравнения следует, что если выполнить условие R1/R2 = R3/R4, то второй член этого уравнения будет равен нулю и измеряемое сопротивление Rx можно определить из равенства:

«Двойные мосты выполняются с постоянным или переменным отношением плеч. Гальванометр в момент равновесия может быть замкнут на небольшое сопротивление, поэтому при выборе гальванометра следует предпочесть приборы с малым внешним критическим сопротивлением и возможно большей чувствительностью по напряжению. C целью расширения пределов измерения в промышленных приборах двойные мосты совмещаются с одинарными, обеспечивая широкие пределы измерений».
Измерение очень больших сопротивлений
Существует несколько методов измерения больших сопротивлений. Один из них – метод непосредственного отклонения, в котором ток, протекающий через измеряемое сопротивление под воздействием известного напряжения, непосредственно определяется по чувствительному гальванометру, включенному последовательно с сопротивлением. Напряжение на сопротивлении определяется по показанию включенного параллельно сопротивлению вольтметра. Величина искомого сопротивления находится на основании закона Ома делением напряжения на величину протекающего через него тока. Отличие этого метода от метода амперметра-вольтметра заключается лишь в замене амперметра на гальванометр.
Этот же самый метод лежит в основе выпускаемых промышленностью мегаомметров с непосредственным отсчетом. Измерительный механизм в них, как правило, магнитоэлектрического типа (из за его точности, малого собственного потребления и равномерности шкалы). Для определенного рабочего напряжения прибор градуируется непосредственно в единицах сопротивления. Ввиду ограниченной чувствительности мегаомметров, рабочее напряжение мегаоммеров велико (до 2500 в).
Очень распространено измерение больших сопротивлений при помощи потенциометрических схем. Пределы измерений при этом могут быть значительно больше, а аппаратура надежнее и прочнее, чем при способе непосредственного отклонения. В большинстве промышленных мегомметров и тераомметров используется потенциометрический способ. Измеряемое Rx и образцовое Ro сопротивления образуют делитель, питаемый от стабильного источника постоянного напряжения U. Падение напряжения на образцовом сопротивлении измеряют вольтметром V с высоким входным сопротивлением. При определенном значении напряжения U каждому показанию u вольтметра соответствует вполне определенное значение измеряемого сопротивления:
Rx = (U — u)Ro/u,
и вольтметр отградуирован в единицах сопротивления.
При осуществлении потенциометрического способа измерения возникают две проблемы: изготовления стабильного образцового сопротивления и выбора высокоомного и чувствительного вольтметра. На больших пределах измерения сопротивления Ro могут быть только непроволочными. Потенциометрические схемы различаются лишь по способу измерения напряжения на образцовом сопротивлении.
Измерение сопротивления при переменном токе
Измеритель иммитанса
Измерителем иммитанса (или измерителем RLC) называют радиоизмерительный прибор, предназначенный для определения параметров полного сопротивления или полной проводимости электрической цепи. RLC в названии «измеритель RLC» составлено из широко распространённых схемных названий элементов, параметры которых может измерять данный прибор: R — Сопротивление, С — Ёмкость, L — Индуктивность.
Среди основных методов измерения параметров электрических цепей можно назвать мостовые методы и метод, связанный с использованием соотношений закона Ома на переменном токе.
Принцип действия мостовых измерителей иммитанса основан на использовании измерительного моста, для уравновешивания которого в приборе содержатся наборы образцовых активных и реактивных сопротивлений. Такие приборы могут работать только на фиксированных частотах. Реализация цифровых приборов для измерения параметров электрических цепей на основе мостовых методов сопровождается заметным усложнением их схемотехники и автоматизации процессов уравновешивания.
«Приборы, в основу которых положено использование соотношений закона Ома, проще с точки зрения схемотехнической реализации и автоматизированного получения результата измерения. Принцип измерения таких измерителей иммитанса основан на анализе прохождения тестового сигнала (обычно синусоидального) с заданной частотой через измеряемую цепь, обладающую комплексным сопротивлением. Напряжение рабочей частоты с внутреннего генератора подается на измеряемый объект. На выделенном участке цепи измеряется напряжение, ток и фазовый сдвиг между ними. Измеренные величины используются для расчёта параметров цепей».

Измерительная линия
Это устройство для исследования распределения электрического поля вдоль СВЧ-линии передачи. Измерительная линия представляет собой отрезок коаксиальной линии или волновода с перемещающимся вдоль него индикатором, отмечающим узлы (пучности) электрического поля. С помощью измерительной линии исследуется распределение напряженности электромагнитного поля, из которого определяются коэффициент стоячей волны как отношение амплитуд волны в пучности и узле и фаза коэффициента отражения по смещению узла. Зная эти параметры, по круговой диаграмме полных сопротивлений можно найти полное сопротивление. Измерения производятся с использованием измерительного генератора в качестве источника сигнала. Для отсчета показаний используются, как правило, гальванометр или измеритель отношений напряжений. Измерительные линии применяются на частотах от сотен мегагерц до сотен гигагерц.
«Линия состоит из трех основных узлов: отрезка передающей линии с продольной узкой щелью, зондовой головки и каретки с механизмом для перемещения зондовой головки вдоль линии. Зондовая головка представляет собой резонатор, возбуждаемый зондом — тонкой проволокой, погруженной через щель во внутреннюю полость волновода. Глубину погружения зонда в линии регулируют специальным винтом, расположенным сверху зондовой головки. Внутри резонатора помещен полупроводниковый детектор, связанный с индикаторным прибором. При перемещении зонда вдоль линии, внутри которой имеется электромагнитное поле, в зонде наводится электродвижущая сила, пропорциональная напряженности поля в сечении расположения зонда. Эта э. д. с. возбуждает резонатор, создавая в нем электромагнитные колебания. Для уменьшения искажающего действия зонда на электромагнитное поле в линии и повышения чувствительности линии объемный резонатор зондовой головки настраивают в резонанс с частотой электромагнитных колебаний».
Для измерения полного сопротивления цепи также используется устройство, называемое измерителем полных сопротивлений. Измерители полного сопротивления имеют меньшую чувствительность, чем измерительные линии, однако они имеют существенно меньшие размеры, особенно в нижней части диапазона частот. Коэффициент стоячей волны , как и в измерительных линиях, определяется из отношения показаний низкочастотного индикатора при экстремальных значениях сигнала. Импеданс исследуемого объекта находят по круговой диаграмме полных сопротивлений исходя из значений коэффициента стоячей волны и фазы коэффициента отражения.

Измерение ультрамалых сопротивлений
В профессиональной и радиолюбительской практике приходится встречаться с необходимостью измерения ультрамалого сопротивления. К числу задач, требующих измерения сопротивлений вплоть до 1 мОм с заданной точностью, относятся, например, изготовление шунтов (в том числе и для измерительных приборов), измерение переходного сопротивления контактов реле, переключателей и т. п. Аналогичная задача возникает и при необходимости отбора мощных полевых транзисторов.
В широко распространенных методах измерения последовательно с измеряемым сопротивлением Rx неизбежно включено паразитное сопротивление Rn, образованное соединительными проводами, переходным сопротивлением входных клемм или гнезд, контактных переключателей и т. п. Ввиду того что сопротивление Rn включено последовательно с Rx, омметр измеряет их суммарное значение. Конечно, для больших значений сопротивления эта ошибка невелика и ее не учитывают. Иначе обстоит дело при измерении малых значений. Несложно заметить, что для значений RX) соизмеримых с сопротивлением Rn, измерение в принципе еще возможно, хотя о точности говорить уже не приходится. Это действительно так для обычных, применяемых в аналоговых и цифровых омметрах, методов измерения сопротивления Тем не менее эта задача давно успешно решена в более сложных приборах для измерения малых значений сопротивления методом амперметра и милливольтметра.

Через измеряемое сопротивление Rx пропускают ток, регулируемый балластным резистором R6 и контролируемый амперметром РА1 Падение напряжения на Rx измеряют милливольтметром PV1. Обратите внимание — вольтметр подключен непосредственно к Rx, поэтому влияние Rn полностью исключается. При этом, правда, появляется паразитное сопротивление Rnv в цепи вольтметра, образуемое контактным сопротивлением в точках подключения вольтметра (на рисунке показаны стрелками) и сопротивлением соединительных проводов вольтметра. Однако влияние Rnv пренебрежимо мало и его можно не учитывать, поскольку условие Rv > Rnv (где Rv — входное сопротивление вольтметра) выполняется практически всегда. Действительно, минимальное значение входного сопротивления мультиметра у самых простых моделей составляет 1 МОм, а значение Rnv заведомо меньше 1 кОм. Значение Rx измеряемого сопротивления вычисляют по известной простейшей формуле Rx= U/I.

Выводы
Для измерения сопротивлений существует множество самых разнообразных методов. Все они отличаются друг от друга. И в каждом случае необходимо выбирать индивидуальный метод для измерения. Наиболее распространен метод косвенного измерения сопротивлений — это метод измерений через амперметр и вольтметр. Он применяется во множестве устройств по измерению сопротивления как постоянному, так и переменному току. Тем не менее, не всегда можно использовать обыкновенные вольтметры и амперметры для измерения напряжения и тока, поскольку они могут давать погрешность, например при измерении очень малых сопротивлений ввиду наличия сопротивления соединяющих проводов и контактов. Поэтому для грамотного измерения сопротивления важно выбрать метод, при котором погрешность измерений будет минимальна.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ
К измерительным приборам непосредственной оценки значения измеряемой емкости относятся микрофарадметры, действие которых базируется на зависимости тока или напряжения в цепи переменного тока от значения включенной в нее измеряемой емкости. Значение емкости определяют по шкале стрелочного измерителя.
Более широко для измерения параметров конденсаторов и индуктивностей применяют уравновешенные мосты переменного тока, позволяющие получить малую погрешность измерения (до 1 %). Питание моста осуществляется от генераторов, работающих на фиксированной частоте 400—1000 Гц. В качестве индикаторов применяют выпрямительные или электронные милливольтметры, а также осциллографические индикаторы.
Измерение производят балансированием моста в результате попеременной подстройки двух его плеч. Отсчет показаний берется по лимбам рукояток тех плеч, которыми сбалансирован мост.
В качестве примера рассмотрим измерительные мосты, являющиеся основой измерителя индуктивности ЕЗ-3 (рис. 1) и измерителя емкости Е8-3 (рис. 2).

Рис. 1. Схема моста для измерения индуктивности

Рис. 2. Схема моста для измерения емкости с малыми (а) и большими (б) потерями
При балансе моста (рис. 1) индуктивность катушки и ее добротность определяют по формулам Lx = R1R2C2; Qx = wR1C1.

При балансе мостов (рис. 2) измеряемая емкость и сопротивление потерь определяют по формулам

Измерение емкости и индуктивности методом амперметра-вольметра
Для измерения малых емкостей (не более 0,01 — 0,05 мкФ) и высокочастотных катушек индуктивности в диапазоне их рабочих частот широко используют резонансные методы Резонансная схема обычно включает в себя генератор высокой частоты, индуктивно или через емкость связанный с измерительным LС-контуром. В качестве индикаторов резонанса применяют чувствительные высокочастотные приборы, реагирующие на ток или напряжение.
Методом амперметра-вольтметра измеряют сравнительно большие емкости и индуктивности при питании измерительной схемы от источника низкой частоты 50 — 1000 Гц. Для измерения можно воспользоваться схемами рис. 3.

Рисунок 3. Схемы измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений переменному току

По показаниям приборов полное сопротивление

где

из этих выражений можно определить

Когда можно пренебречь активными потерями в конденсаторе или катушке индуктивности, используют схему рис. 4. В этом случае

Рис. 4. Схемы измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений методом амперметра — вольтметра
Измерение взаимной индуктивности двух катушек
Измерение взаимной индуктивности двух катушек можно произвести по методу амперметра-вольтметра (рис. 5) и методу последовательно соединенных катушек.

Рис. 5. Измерение взаимной индуктивности по методу амперметра-вольтметра
Значение взаимной индуктивности при измерении по методу амперметра-вольтметра

При измерении по второму методу замеряют индуктивности двух последовательно
соединенных катушек при согласном LI и встречном LII включении катушек. Взаимоиндуктивность вычисляется по формуле

Устройство одинарных измерительных мостов постоянного тока
Одинарный мост постоянного тока состоит из трех образцовых резисторов (обычно регулируемых) R1, R2, R3 (рис. 1, а), которые включают последовательно с измеряемым сопротивлением Rx в мостовую схему.
К одной из диагоналей этой схемы подают питание от источника ЭДС GB, а в другую диагональ через выключатель SA1 и ограничивающее сопротивление Ro включают высокочувствительный гальванометр РА.

Рис. 1. Схемы одинарных измерительных мостов постоянного тока: а — общая; б — с плавным изменением отношения плеч и скачкообразным изменением плеча сравнения.
Схема работает следующим образом. При подаче питания через резисторы Rx, Rl, R2, R3 проходят токи I1 и I2. Эти токи вызовут в резисторах падение напряжений Uab, Ubc, Uad и Udc.
Если эти падения напряжения будут разными, то и потенциалы точек φa, φb и φc будут неодинаковы. Поэтому, если выключателем SA1 включить гальванометр, то через него будет проходить ток, равный Iг= (φb — φd) / Ro.
Задача измеряющего заключается в том, чтобы уравновесить мост, то есть сделать потенциалы точек φb и φd одинаковыми, другими словами, уменьшить ток гальванометра до нуля.
Для этого начинают изменять сопротивления резисторов Rl, R2 и R3 до тех пор, пока ток гальванометра не станет равным нулю.
При Iг=0 можно утверждать, что φb = φd. Это возможно лишь тогда, когда падение напряжения Uab — Uad и Ubc = Udc.
Подставив в эти выражения значения падений напряжений Uad =I2R3, Ubc = I1R1, Udc = I2R2 и Uab =I1Rх, получим два равенства: I1Rх = I2R3, I1R1 = I2R2
Разделив первое равенство на второе, получим Rх / R1 = R3 / R2 или Rх R2 = R1 R3
Последнее равенство есть условие балансировки одинарного моста постоянного тока.
Из него следует, что мост сбалансируется тогда, когда произведения сопротивлений противолежащих плеч будут одинаковыми. Отсюда измеряемое сопротивление определится по формуле Rх = R1R3 / R2
В реальных одинарных мостах изменяют либо сопротивление резистора R1 (его называют плечом сравнения), либо отношение сопротивлений R3/R2.
Есть измерительные мосты, у которых меняется только сопротивление плеча сравнения, а отношение R3/R2 остается постоянным. И наоборот, изменяется только отношение R3/R2, а сопротивление плеча сравнения остается постоянным.
Наибольшее распространение получили измерительные мосты, у которых плавно изменяется сопротивление R1 и скачками, обычно кратными 10, изменяется отношение R3/R2 (рис. 1,б), например в распространенных измерительных мостах Р333.
Каждый измерительный мост характеризуется пределом измерений сопротивлений от Rmin до Rmax. Важным параметром моста является его чувствительность Sм = SгSсх, где Sг=da/dIг — чувствительность гальванометра, Scx=dIг/dR — чувствительность схемы.
Подставляя Sг и Scx в Sм, получим Sм= da/ dR.
Иногда пользуются понятием относительной чувствительности измерительного моста:
Sм= da/ (dR / R).
где dR / R — относительнее изменение сопротивления в измеряемом плече, da — угол отклонения стрелки гальванометра.
В зависимости от конструктивного оформления различают магазинные и линейные (реохордные) измерительные мосты.
В магазинном измерительном мосте сопротивления плеч выполнены в виде штепсельных или рычажных многозначных мер электрических сопротивлений (магазинов сопротивлений), в реохордных мостах плечо сравнений делают в виде магазина сопротивлений, а плечи отклонения — в виде резистора, разделяемого ползунком на две регулируемые части.
По допустимой погрешности одинарные измерительные мосты постоянного тока имеют класс точности: 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 1,0; 5,0. Числовое значение класса точности соответствует наибольшему допустимому значению относительной погрешности.
Погрешность одинарного моста постоянного тока зависит от степени соизмеримости сопротивлений соединительных проводов и контактов с измеряемым сопротивлением. Чем меньше измеряемое сопротивление, тем больше погрешность. Поэтому для измерения малых сопротивлений применяют двойные мосты постоянного тока.

Устройство двойных мостов постоянного тока
Плечами двойного (шестиплечего) измерительного моста служат измеряемое сопротивление Rx (выполняют четырехзажимным для уменьшения влияния переходных контактных сопротивлений и включают в сеть через специальное четырехзажимное приспособление), образцовый резистор Ro и две пары вспомогательных резисторов Rl, R2, R3, R4.

Рис. 3 Схема двойного измерительного моста постоянного тока
Равновесие моста определяется формулой:
Rх = Ro х (R1/R2) — (r R3 / (r +R3 +R4)) х (R1/R2 — R4/R3)
Отсюда видно, что если два отношения плеч R1/R2 и R4/R3 равны между собой, то вычитаемое равно нулю.
Несмотря на то, что сопротивления R1 и R4, перемещая движок D, устанавливают одинаковыми, из-за разброса параметров сопротивлений R2 и R4 этого добиться очень сложно.
Для уменьшения ошибки измерений надо сопротивление перемычки, соединяющей образцовый резистор Ro и измеряемое сопротивление Rx, брать как можно меньшим. Обычно к прибору придается специальный калиброванный резистор r. Тогда вычитаемое выражения практически становится равным нулю.
Значение измеряемого сопротивления можно определить по формуле: Rх = Ro R1/R2
Двойные измерительные мосты постоянного тока рассчитаны на работу только с переменным отношением плеч. Чувствительность двойного моста зависит от чувствительности нулевого указателя, параметров мостовой схемы и значения рабочего тока. С увеличением рабочего тока чувствительность увеличивается.
Наибольшее распространение получили комбинированные измерительные мосты постоянного тока, рассчитанные на работу по схемам одинарного и двойного моста.
2
Систематические, прогрессирующие и случайные погрешности
Систематическими называются погрешности, не изменяющиеся с течением времени или являющиеся не изменяющимися во времени функциями определенных параметров. Основной отличительный признак систематических погрешностей состоит в том, что они могут бить предсказаны и благодаря этому почти полностью устранены введением соответствующих поправок.
Особая опасность постоянных систематических погрешностей заключается в том, что их присутствие чрезвычайно трудно обнаружить, В отличие от случайных, прогрессирующих или являющихся функциями определенных параметров погрешностей постоянные систематические погрешности внешне себя никак не проявляют и могут долгое время оставаться незамеченными. Единственный способ их обнаружения состоит в поверке прибора путем повторной аттестации по образцовым мерам или сигналам,
Примером систематических погрешностей второго вида служит большинство дополнительных погрешностей, являющихся не изменяющимися во времени функциями вызывающих их влияющих величин (температур, частот, напряжения и т.п.). Эти погрешности благодаря постоянству во времени функций влияния также могут быть предсказаны и скорректированы введением дополнительных корректирующих преобразователей воспринимающих влияющую величину и вводящих соответствующую поправку в результат измерения.
Прогрессирующими (или дрейфовыми) называются непредсказуемые погрешности, медленно изменяющиеся во времени. Эти погрешности, как правило, вызываются процессами старения тех или иных деталей аппаратуры (разрядкой источников питания, старением резисторов, конденсаторов, деформацией механических деталей, усадкой бумажной ленты в самопишущих приборах и т.п.). Особенностью прогрессирующих погрешностей является то, что они могут быть скорректированы введением поправки лишь в данный момент времени, а далее вновь непредсказуемо возрастают. Поэтому в отличие от систематических погрешностей» которые могут быть скорректированы поправкой, найденной один раз на весь срок службы прибора, прогрессирующие погрешности требуют непрерывного повторения коррекции и тем более частой, чем меньше должно быть их остаточное значение. Другая особенность прогрессирующих погрешностей состоит в том, что их изменение во времени представляет собой нестационарный случайный процесс и поэтому в рамках хорошо разработанной теории стационарных случайных процессов они могут быть описаны лишь с оговорками.
Случайными погрешностями называют непредсказуемые ни по знаку, ни по размеру (либо недостаточно изученные) погрешности. Они определяются совокупностью причин, трудно поддающихся анализу. Присутствие случайных погрешностей (в отличие от систематических) легко обнаруживается при повторных измерениях в виде некоторого разброса получаемых результатов. Таким образом, главной отличительной чертой случайных погрешностей является их непредсказуемость от одного отсчета к другому. Поэтому описание случайных погрешностей может быть осуществлено только на основе теории вероятностей в математической статистики.
Тем не менее, так как большинство составляющих погрешностей средств и результатов измерений являются случайными погрешностями, то единственно возможным разработанным способом их описания является использование положений теории вероятностей и ее дальнейшего развития применительно к процессам передачи информации б виде теории информации, а для обработки получаемых экспериментальных данных, содержащих случайные погрешности, — методов математической статистики. Поэтому именно эта группа фундаментальных разделов математики является основой для развития современной теории оценок погрешностей средств, процессов и результатов измерений.
Примерами систематических аддитивных погрешностей являются погрешности от постороннего груза на чашке весов, от неточной установки прибора на нуль перед измерением, от термо-ЭДС в цепях постоянного тока и т. п. Для устранения таких погрешностей во многих СИ предусмотрено механическое или электрическое устройство для установки нуля (корректор нуля).
Примерами случайных аддитивных погрешностей являются погрешность от наводки переменной ЭДС на вход прибора, погрешности от тепловых шумов, от трения в опорах подвижной части измерительного механизма, от ненадежного контакта при измерении сопротивления, погрешность от воздействия порога строгания приборов с ручным или автоматическим уравновешиванием и т. п.
Причинами возникновения мультипликативных погрешностей могут быть:
изменение коэффициента усиления усилителя;
измерение жесткости мембраны датчика манометра или пружинки прибора;
изменение опорного напряжения в цифровом вольтметре и т.д.

3
Класс точности прибора — это обобщенная характеристика прибора, определяемая пределами допускаемых (основной и дополнительной) погрешностей, а также другими характеристиками, влияющи¬ми на точность.

4
Сигналы, поступающие от источников сообщений (микрофона, телевизионной камеры, датчика телеметрии и других), как правило, не могут быть непосредственно переданы по каналу радиодиапазона или оптического диапазона частот. Чтобы осуществить эффективную передачу сигналов в какой-либо среде (атмосфере или стекловолокне), необходимо перенести спектр сигналов из низкочастотной области в область достаточно высоких частот.
Процедура переноса спектра из низких частот в область высоких частот называется модуляцией.
5

Кр=l/T  T=Kр∙l, где Т — период колебания
Кр – коэффициент развертки
l — длинна
T  8.55см5(мкс/см) = 42,75 (мкс)
f=1/T , частота колебаний
Т=42,75(мкс)=42,75〖10〗^(-6)(с)
f = 1/(42,75∙〖10〗^(-6) )= 23391,8 (Гц) = 23,39 (кГц)

Измерение сопротивления изоляции: полное руководство

Для безопасной работы все электрические установки и оборудование должны иметь сопротивление изоляции, соответствующее определенным характеристикам. Независимо от того, идет ли речь о соединительных кабелях, оборудовании секционирования и защиты, трансформаторах, электродвигателях и генераторах – электрические проводники изолируются с помощью материалов с высоким электрическим сопротивлением, которые позволяют ограничить, насколько это возможно, электрический ток за пределами проводников.

Из-за воздействий на оборудование качество этих изоляционных материалов меняется со временем. Подобные изменения снижают электрическое сопротивление изоляционных материалов, что увеличивает ток утечки, который, в свою очередь, приводит к серьезным последствиям, как с точки зрения безопасности (для людей и имущества), так и с точки зрения затрат на остановки производства.

Регулярная проверка изоляции, проводимая на установках и оборудовании в дополнение к измерениям, выполняемым на новом и восстановленном оборудовании во время ввода в эксплуатацию, помогает избегать подобных инцидентов за счет профилактического обслуживания. Данные испытания дают возможность обнаружить старение и преждевременное ухудшение изоляционных свойств прежде, чем они достигнут уровня, способного привести к описанным выше инцидентам.

Проверка: испытание или измерение?

На первом этапе полезно прояснить разницу между двумя типами проверки, которые часто путают – испытание электрической прочности изоляции и измерение сопротивления изоляции.

Испытание электрической прочности, также называемое «испытание на пробой», позволяет определить способность изоляции выдерживать выброс напряжения средней длительности без возникновения искрового пробоя. Фактически такой выброс напряжения может быть вызван молнией или индукцией в результате неисправности линии электропередачи. Основной целью этого теста является обеспечение соответствия строительным нормам и правилам, касающимся путей утечки и зазоров. Этот тест часто выполняется с использованием напряжения переменного тока, но также при испытаниях применяется и напряжение постоянного тока. Подобный тип измерений требует использования установок для испытания кабелей повышенным напряжением. Результатом является значение напряжения, обычно выраженное в киловольтах (кВ). Испытания электрической прочности в случае неисправности могут быть разрушительными, в зависимости от уровней тестирования и энергетических возможностей инструмента. Поэтому этот метод используется для типового тестирования на новом или восстановленном оборудовании.

При нормальных условиях испытаний измерение сопротивления изоляции является неразрушающим тестированием. Этот замер выполняется с использованием напряжения постоянного тока меньшей величины, чем при испытании электрической прочности, и дает результат, выраженный в кОм, МОм, ГОм или ТОм. Значение сопротивления указывает на качество изоляции между двумя проводниками. Поскольку данное испытание является неразрушающим, его особенно удобно использовать для контроле старения изоляции работающего электрического оборудования или установок. Для данного измерения используется тестер изоляции, также называемый мегомметром (доступны мегомметры с диапазоном до 999 ГОм).

Типовые причины неисправности изоляция

Поскольку измерение сопротивления изоляции с помощью мегомметра является частью более широкой политики профилактического обслуживания, важно понимать, по каким причинам возможно ухудшение характеристик изоляции. Только это позволит предпринять правильные шаги для их устранения.

Можно разделить причины неисправности изоляции на пять групп. Однако необходимо иметь в виду, что в случае отсутствия каких-либо корректирующих мер, различные причины будут накладываться друг на друга, приводя к пробою изоляции и повреждению оборудования.

1. Электрические нагрузки

В основном электрические нагрузки связаны с отклонением рабочего напряжения от номинального значения, причем влияние на изоляцию оказывают как перенапряжения, так и понижение напряжения.

2. Механические нагрузки

Частые последовательные запуски и выключения оборудования способны вызвать механические нагрузки. Кроме того, сюда входят проблемы с балансировкой вращающихся машин и любые прямые нагрузки на кабели и установки в целом.

3. Химические воздействия

Присутствие химических веществ, масел, агрессивных испарений и пыли в целом отрицательно влияет на характеристики изоляционных материалов.

4. Напряжения, связанные с колебаниями температуры:

В сочетании с механическими напряжениями, вызванными последовательными запусками и остановками оборудования, также на свойства изоляционных материалов влияют напряжения, возникающие при расширении и сжатии. Работа при экстремальных температурах также приводит к старению материалов.

5. Загрязнение окружающей среды

Плесень и посторонние частицы в теплой, влажной среде также способствуют ухудшению изоляционных свойств установок и оборудования.

В приведенной ниже таблице показана относительная частота различных причин отказа электродвигателя.

Внешние загрязнения:

 

В дополнение к внезапным повреждениям изоляции из-за таких чрезвычайных происшествий, как, например, наводнения, факторы, снижающие эффективность изоляции работающей установки объединяются, иногда усиливая друг друга. В конечном итоге в долгосрочной перспективе без постоянного мониторинга это приведет к возникновению ситуаций, которые станут критическими с точки зрения безопасности людей и нормальной эксплуатации. Таким образом, регулярное тестирование изоляции установок или электрических машин является полезным способом контроля состояния изоляции, позволяющим предпринимать необходимые действия еще до того, как возникло повреждение.

Принцип измерения сопротивления изоляции и влияющие на него факторы

Измерение сопротивления изоляции базируется на законе Ома. Подав известное напряжение постоянного тока с уровнем ниже, чем напряжение испытания электрической прочности, а затем измерив значение тока, очень просто замерить значение сопротивления. В принципе, значение сопротивления изоляции очень велико, но не бесконечно, поэтому измеряя малый протекающий ток, мегомметр указывает значение сопротивления изоляции в кОм, МОм, ГОм и даже в ТОм (на некоторых моделях). Это сопротивление характеризует качество изоляции между двумя проводниками и способно указать на риск возникновения тока утечки.

На значение сопротивления изоляции и, следовательно, на значение тока, протекающего, когда к тестируемой цепи приложено напряжение постоянного тока, влияет ряд факторов. К таким факторам относятся, например, температура или влажность, которые способны существенно повлиять на результаты измерений. Для начала давайте проанализируем характер токов, протекающих во время измерения изоляции, используя гипотезу о том, что эти факторы не влияют на проводимое измерение.

Общий ток, протекающий в изоляционном материале, представляет собой сумму трех компонентов:

• Емкость. Для зарядки емкости тестируемой изоляции необходим ток зарядки емкости. Это переходный ток, который начинается с относительно высокого значения и падает экспоненциально к значению, близкому к нулю, когда тестируемая цепь электрически заряжается. Через несколько секунд или десятых долей секунды этот ток становится незначительным по сравнению с измеряемым током.
• Поглощение. Ток поглощения, соответствующий дополнительной энергии, которая необходима для переориентации молекул изоляционного материала под воздействием прикладываемого электрического поля. Этот ток падает намного медленнее, чем ток зарядки емкости; иногда необходимо несколько минут, чтобы достичь значения, близкого к нулю.
• Ток утечки или ток проводимости. Этот ток характеризует качество изоляции и не изменяется со временем.

На приведенном ниже графике эти три тока показаны в зависимости от времени. Шкала времени является условной и может различаться в зависимости от тестируемой изоляции.

Для обеспечения надлежащих результатов тестирования очень больших электродвигателей или очень длинных кабелей сведение к минимуму емкостных токов и токов поглощения может занимать от 30 до 40 минут.

Когда в цепь подается постоянное напряжение, суммарный ток, протекающий в тестируемом изоляторе, изменяется в зависимости от времени. Это предполагает значительное изменение сопротивления изоляции.

Перед подробным рассмотрением различных методов измерения было бы полезно снова взглянуть на факторы, которые влияют на измерение сопротивления изоляции.

Влияние температуры

Температура вызывает квазиэкспоненциальное изменение значения сопротивления изоляции. В контексте программы профилактического технического обслуживания измерения должны выполняться в одинаковых температурных условиях или, если это невозможно, должны корректироваться относительно эталонной температуры. Например, увеличение температуры на 10°C уменьшает сопротивление изоляции ориентировочно наполовину, в то время как уменьшение температуры на 10°C удваивает значение сопротивления изоляции.

Уровень влажности влияет на изоляцию в соответствии со степенью загрязнения ее поверхности. Никогда не следует измерять сопротивление изоляции, если температура ниже точки росы.

Коррекция сопротивления изоляции в зависимости от температуры (источник IEEE-43-2000)

 

Методы тестирования и интерпретация результатов

Кратковременное или точечное измерение

Это наиболее простой метод. Он подразумевает подачу испытательного напряжения на короткое время (30 или 60 секунд) и фиксацию значения сопротивления изоляции на этот момент. Как уже указывалось выше, на такое прямое измерение сопротивления изоляции значительное влияние оказывает температура и влажность, поэтому измерение следует стандартизировать при контрольной температуре и для сравнения с предыдущими измерениями следует фиксировать уровень влажности. С помощью данного метода можно проанализировать качество изоляции, сравнивая текущее измеренное значение с результатами нескольких предыдущих тестов. Со временем это позволит получить более достоверную информацию о характеристиках изоляции тестируемой установки или оборудования по сравнению с одиночным испытанием.

Если условия измерения остаются идентичными (то же самое испытательное напряжение, то же время измерения и т.д.), то при периодических измерениях путем мониторинга и интерпретации любых изменений можно получить четкую оценку состояния изоляции. После записи абсолютного значения, необходимо проанализировать изменение во времени. Таким образом, измерение, показывающее относительно низкое значение изоляции, которое, тем не менее, стабильно во времени, теоретически должно доставлять меньше беспокойства, чем значительное снижение сопротивления изоляции со временем, даже если сопротивление изоляция выше, чем рекомендованное минимальное значение. В общем, любое внезапное падение сопротивления изоляции свидетельствует о проблеме, требующей изучения.

На приведенном ниже графике показан пример показаний сопротивления изоляции для электродвигателя.

В точке A сопротивление изоляции уменьшается из-за старения и накопления пыли.

Резкое падение в точке B указывает на повреждение изоляции.

В точке C неисправность была устранена (обмотка электродвигателя перемотана), поэтому вернулось более высокое значение сопротивления изоляции, остающееся стабильным во времени, что указывает на ее хорошее состояние.

Методы тестирования, основанные на влиянии времени приложения испытательного напряжения (PI и DAR)

Эти методы включают последовательное измерение значений сопротивления изоляции в указанное время. Их преимуществом является неподверженность особому влиянию температуры, поэтому их можно применять без коррекции результатов, если только испытательное оборудование не подвергается во время теста значительным колебаниям температуры.

Данные методы идеально подходят для профилактического обслуживания вращающихся машин и для мониторинга изоляции.

Если изоляционный материал находится в хорошем состоянии, ток утечки или ток проводимости будет низким, а на начальный замер сильно влияют токи зарядки емкости и диэлектрического поглощения. При приложении испытательного напряжения со временем измеренное значение сопротивления изоляции повышается, так как уменьшаются эти токи помех. Необходимое для измерения изоляции в хорошем состоянии время стабилизации зависит от типа изоляционного материала.

Если изоляционный материал находится в плохом состоянии (поврежден, грязный и влажный), ток утечки будет постоянным и очень высоким, часто превышающим токи зарядки емкости и диэлектрического поглощения. В таких случаях измерение сопротивления изоляции очень быстро становится постоянным и стабилизируется на высоком значении напряжения.

Изучение изменения значения сопротивления изоляции в зависимости от времени приложения испытательного напряжения дает возможность оценить качество изоляции. Этот метод позволяет сделать выводы, даже если не ведется журнал измерения изоляции. Тем не менее, рекомендуется записывать результаты периодических измерений, проводимых в контексте программы профилактического обслуживания.

Показатель поляризации (PI)

При использовании этого метода два показания снимаются через 1 минуту и 10 минут, соответственно. Отношение (без размерностей) 10-минутного значения сопротивления изоляции к 1-минутному значению называется показателем поляризации (PI). Этот показатель можно использовать для оценки качества изоляции.

Метод измерения с использованием показателя поляризации идеально подходит для тестирования цепей с твердой изоляцией. Данный метод не рекомендуется использовать на таком оборудовании, как масляные трансформаторы, поскольку он дает низкие результаты, даже если изоляция находится в хорошем состоянии.

Рекомендация IEEE 43-2000 «Рекомендуемые методы тестирования сопротивления изоляции вращающихся машин» определяет минимальное значение показателя поляризации (PI) для вращающихся машин переменного и постоянного тока в температурных классах B, F и H равным 2.0. В общем случае значение PI, превышающее 4, является признаком превосходной изоляции, а значение ниже 2 указывает на потенциальную проблему.

PI = R (10-минутное измерение изоляции) / R (1-минутное измерение изоляции)

Результаты интерпретируются следующим образом:

Значение PI (нормы)	Состояние изоляции
<2	Проблемное
От 2 до 4	Хорошее
> 4	Отличное

Коэффициент диэлектрической абсорбции (DAR)

Для установок или оборудования, содержащих изоляционные материалы, в которых ток поглощения уменьшается быстро, для оценки состояния изоляции, возможно, будет достаточно провести измерение через 30 секунд и 60 секунд. Коэффициент DAR определяется следующим образом:

DAR = R (60-секундное измерение изоляции) / R (30-секундное измерение изоляции)

Результаты интерпретируются следующим образом:

Значение DAR (нормы)	Состояние изоляции
<1,25	Неудовлетворительное
<1,6	Нормальное
>1,6	Отличное

 

Метод, основанный на влиянии изменения испытательного напряжения (тестирование с помощью ступенчатого напряжения)

Наличие загрязнений (пыль, грязь и т.п.) или влаги на поверхности изоляции обычно четко выявляется с помощью зависящего от времени измерения сопротивления (PI, DAR и т.д.). Однако этот тип тестирования, проводимый с использованием низкого напряжение относительно диэлектрического напряжения испытываемого изолирующего материала, может иногда пропускать признаки старения изоляции или механические повреждения. Значительное же увеличение прикладываемого испытательного напряжения может, со своей стороны, вызвать повреждение в этих слабых точках, что приведет к существенному уменьшению измеренного значения сопротивления изоляции.

Для обеспечения эффективности соотношение между шагами изменения напряжения должно быть 1 к 5, и каждый шаг должен быть одинаковым по времени (обычно от 1 до 10 минут), оставаясь при этом ниже классического напряжения испытания электрической прочности (2Un + 1000 В). Полученные с помощью данного метода результаты полностью независимы от типа изоляции и температуры, потому что он основан не на внутреннем значении измеряемого изолятора, а на эффективном сокращении значения, получаемого по истечении одного и того же времени для двух разных испытательных напряжений.

Снижение значения сопротивления изоляции на 25% или более между первым и вторым шагами измерения является свидетельством ухудшения изоляции, которое обычно связано с наличием загрязнений.

Метод испытания рассеиванием в диэлектрике (DD)

Тест рассеивания в диэлектрике (DD), также известный как измерение тока повторного поглощения, выполняется путем измерения тока рассеивания в диэлектрике на испытуемом оборудовании.

Поскольку все три составляющие тока (ток зарядки емкости, ток поляризации и ток утечки) присутствуют во время стандартного испытания изоляции, на определение тока поляризации или поглощения может влиять наличие тока утечки. Вместо попытки измерить во время тестирования изоляции ток поляризации при тестировании рассеяния в диэлектрике (DD) измеряется ток деполяризации и ток разряда емкости после тестирования изоляции.

Принцип измерения состоит в следующем. Сначала тестируемое оборудование заряжается в течение времени, достаточного для достижения стабильного состояния (зарядка емкости и поляризация завершена, и единственным протекающим током является ток утечки). Затем оборудование разряжается через резистор внутри мегомметра и при этом измеряется протекающий ток. Этот ток состоит из зарядного тока емкости и тока повторного поглощения, которые в совокупности дают общий ток рассеивания в диэлектрике. Данный ток измеряется по истечении стандартного времени в одну минуту. Электрический ток зависит от общей емкости и конечного испытательного напряжения. Значение DD рассчитывается по формуле:

DD = Ток через 1 минуту / (Испытательное напряжение x Емкость)

Тест DD позволяет идентифицировать избыточные токи разряда, когда поврежден или загрязнен один из слоев многослойной изоляции. При точечных испытаниях или тестах PI и DAR подобный дефект можно упустить. При заданном напряжении и емкости ток разряда будет выше, если поврежден один из слоев изоляции. Постоянная времени этого отдельного слоя больше не будет совпадать с другими слоями, что приведет к более высокому значению тока по сравнению с неповрежденной изоляцией. Однородная изоляция будет иметь значение DD, близкое к нулю, а допустимая многослойная изоляция будет иметь значение DD до 2. В приведенной ниже таблице указано состояние в зависимости от полученного значения DD.

DD (нормы)	Состояние
> 7	Очень плохое
От 4 до 7	Плохое
От 2 до 4	Сомнительное
<2	Нормальное

Внимание: Данный метод измерения зависим от температуры, поэтому каждая попытка тестирования должна выполняться при стандартной температуре или, по крайней мере, температура должна фиксироваться вместе с результатом теста.

Тестирование изоляции с высоким сопротивлением: использование гнезда G на мегомметре

При измерении значений сопротивления изоляции (выше 1 ГОм) на точность измерений могут повлиять токи утечки, протекающие по поверхности изоляционного материала через имеющиеся на ней влагу и загрязнения. Значение сопротивления больше не является высоким, и поэтому пренебрежимо малым по сравнению с сопротивлением оцениваемой изоляции. Для устранения снижающей точность измерения изоляции поверхностной утечки тока на некоторых мегомметрах имеется третье гнездо с обозначением G (Guard). Это гнездо шунтирует измерительную цепь и повторно вводит поверхностный ток в одну из точек тестирования, минуя цепь измерения (смотрите рисунок ниже).

При выборе первой схемы, без использования гнезда G, одновременно измеряется ток утечки i и нежелательный поверхностный ток I1, поэтому сопротивление изоляции измеряется неверно.

Однако при выборе второй схемы измеряется только ток утечки i. Подключение к гнезду G позволяет отвести поверхностный ток I1, поэтому измерение сопротивления изоляции проводится правильно.

 

Гнездо G необходимо соединить с поверхностью, по которой протекают поверхностные токи, и которая не относится к таким изоляторам, как изоляционные материалы кабелей или трансформаторов. Знание возможных путей протекания испытательных токов через тестируемый элемент имеет решающее значение для выбора места соединения с гнездом G.

Нормы испытательного напряжения для кабелей/оборудования

Рабочее напряжение кабеля/оборудования	Нормы испытательного напряжения постоянного тока
От 24 до 50 В	От 50 до 100 В постоянного тока
От 50 до 100 В	От 100 до 250 В постоянного тока
От 100 до 240 В	От 250 до 500 В постоянного тока
От 440 до 550 В	От 500 до 1000 В постоянного тока
2400 В	От 1000 до 2500 В постоянного тока
4100 В	От 1000 до 5000 В постоянного тока
От 5000 до 12 000 В	От 2500 до 5000 В постоянного тока
> 12 000 В	От 5000 до 10 000 В постоянного тока

 

В приведенной выше таблице показаны рекомендованные нормы испытательного напряжения в соответствии с рабочими напряжениями установок и оборудования (значения взяты из руководства IEEE 43-2000).

Кроме того, эти значения задаются для электрических приборов в самых разнообразных местных и международных стандартах (IEC 60204, IEC 60439, IEC 60598 и т.д.).

Во Франции, например, стандарт NFC15-100 предусматривает значения испытательного напряжения и минимального сопротивления изоляции для электроустановок (500 В постоянного тока и 0,5 МОм при номинальном напряжении от 50 до 500 В).

Однако вам настоятельно рекомендуется обратиться к изготовителю кабеля/оборудования, чтобы узнать их собственные рекомендации по требуемому испытательному напряжению.

Безопасность при тестировании изоляции

Перед тестированием

A. Чтобы испытательное напряжение не было приложено к другому оборудованию, имеющему электрическое соединение с тестируемой цепью, испытание должно проводиться на отключенной, не проводящей электрический ток установке.

B. Убедитесь, что цепь разряжена. Ее можно разрядить, замкнув накоротко выводы оборудования и/или замкнув их на землю на определенное время (смотрите время разряда).

C. Если тестируемое оборудование находится в огнеопасной или взрывоопасной среде, необходима специальная защита, поскольку, если изоляция повреждена, при разряде изоляции (до и после испытания), а также во время тестирования могут возникать искры.

D. Из-за наличия напряжения постоянного тока, величина которого может быть достаточно высокой, рекомендуется ограничить доступ другого персонала и надевать средства индивидуальной защиты (например, защитные перчатки), предназначенные для работы на электрооборудовании.

E. Используйте только те соединительные кабели, которые подходят для проводимого испытания; убедитесь, что кабели находятся в хорошем состоянии. В лучшем случае неподходящие кабели приведут к ошибкам измерения, но гораздо важнее, что они могут быть опасными.

После тестирования

К концу испытания изоляция накапливает значительную энергию, которую необходимо сбросить до выполнения любых других операций. Простое правило безопасности заключается в том, чтобы предоставить оборудованию возможность разряжаться в течение времени, в пять раз превышающего время зарядки (время последнего теста). Для разрядки оборудования можно накоротко замкнуть его выводы и/или соединить их с землей. Все изготовленные компанией Chauvin Arnoux мегомметры оборудованы встроенными цепями разрядки, которые автоматически обеспечивают требуемую безопасность.

Часто задаваемые вопросы

 

Результат моих измерений – x МОм. Это нормально?

Какое должно быть сопротивление изоляции — на этот вопрос нет единого ответа. Точный ответ на него могут дать производитель оборудования или соответствующие стандарты. Для низковольтных установок минимальным значением можно считать значение 1 МОм. Для установок или оборудования с более высоким рабочим напряжением можно использовать правило, определяющее минимальное значение 1 МОм на кВ, в то время как рекомендации IEEE, касающиеся вращающихся машин, определяют минимальное сопротивление изоляции (n + 1) МОм, где n – рабочее напряжение в кВ.

Какие измерительные провода следует использовать для подключения мегомметра к тестируемой установке?

Используемые на мегомметрах провода должны иметь спецификации, подходящие для выполняемых измерений с точки зрения используемых напряжений или качества изоляционных материалов. Использование несоответствующих измерительных проводов может привести к ошибкам измерения или даже оказаться опасным.

Какие меры предосторожности следует принимать при измерении высокого сопротивления изоляции?

При измерении высоких значений сопротивления изоляции в дополнение к указанным выше правилам безопасности необходимо соблюдать следующие меры предосторожности.

• Используйте специальное гнездо G (Guard) (описывается в специальном разделе выше).
• Используйте чистые, сухие провода.
• Прокладывайте провода на расстоянии друг от друга и без контакта с любыми объектами или с полом. Это позволит ограничить возможность возникновения токов утечки в самой измерительной линии.
• Не касайтесь проводов и не перемещайте их во время измерения, чтобы избежать возникновения вызывающих помехи емкостных эффектов.
• Для стабилизации измерения выждите необходимое время.

Почему два последовательных измерения не всегда дают одинаковый результат?

Применение высокого напряжения создает электрическое поле, которое поляризует изоляционные материалы. Важно понимать, что для возвращения изоляционных материалов после завершения тестирования в состояние, в котором они находились до испытания, потребуется значительное время. В некоторых случаях на это может потребоваться больше времени, чем указанное выше время разрядки.

Как протестировать изоляцию, если я не могу отключить установку?

Если невозможно отключить питание тестируемой установки или оборудования, мегомметр использовать нельзя. В некоторых случаях можно провести тестирование без снятия напряжения, используя для измерения тока утечки специальные клещи, но этот метод гораздо менее точен.

Как выбрать измеритель сопротивления изоляции (мегомметр)?

При выборе измерителя сопротивления изоляции необходимо задать следующие ключевые вопросы:

• Какое максимальное испытательное напряжение необходимо?
• Какие методы измерения будут использоваться (точечные измерения, PI, DAR, DD, ступенчатое изменение напряжения)?
• Какое максимальное значение сопротивления изоляции будет измеряться?
• Как будет подаваться питание на мегомметр?
• Каковы возможности хранения результатов измерений?

Примеры измерений сопротивления изоляции

Измерение изоляции на электрической установке, электрооборудовании

Измерение изоляции на вращающейся машине (электродвигатель)

Измерение изоляции на электроинструменте

Измерение изоляции на трансформаторе

Измерение сопротивления изоляции трансформатора производят следующим образом:

a. Между высоковольтной обмоткой и низковольтной обмоткой и землей

 

b. Между низковольтной обмоткой и высоковольтной обмоткой и землей

 

c. Между высоковольтной обмоткой и низковольтной обмоткой

 

d. Между высоковольтной обмоткой и землей

 

e. Между низковольтной обмоткой и землей

 

Подробнее о приборах для проверки изоляции высоковольтных кабелей смотрите в этом разделе.

 

ИЗМЕРЕНИЕ МАЛЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

   В радиолюбительской или электротехнической практике иногда возникает необходимость измерения малых сопротивлений (менее 1 Ом), например, при проверке обмоток трансформаторов, контактов реле, шунтов, расчёте заземления. Как же померять сопротивление величиной в милиомы или даже микроомы? Как известно, измерение сопротивлений основано на преобразовании их величины в ток или напряжение. На этом принципе и строится работа приставки к вольтметру для измерения малых сопротивлений.

Приставка милиомметр

Схема приставки для измерения малых сопротивлений

   Эта простая схема из одного зарубежного сайта, предназначается для измерения низких значений сопротивления — от 0,001 до 1.999 ом. «Прямой Индикация Сопротивления, Ом». Вы должны использовать отдельный аккумулятор для её питания. Напряжение питания стабилизировано микросхемой LM317LZ. Рекомендуем именно малогабаритную LM317LZ, а не LM317. Но вы можете также использовать и LM317, если хотите. Подстроечный резистор должен быть настроен точно на ток 100 мА, чтобы получить высокую точность измерения сопротивления.

Плата печатная приставки для измерения малых сопротивлений

   При измерении старайтесь максимально уменьшить длину проводов, так как каждый сантиметр будет давать дополнительное сопротивление.

   На дисплей цифрового вольтметра (обычного мультиметра D830) будет выведено значение в Омах, от 0,001 до 1.999 Ом. Для испытаний прибора померяйте несколько параллельно соединённых одноомных резистора.

Аналоговый измеритель малых сопротивлений

   Можно собрать не просто приставку, а готовый самостоятельный прибор. В этом аналоговом милиомметре используется два режима измерения сопротивления. При стабильном токе в 1А (шкала 1 деление = 0,002 Ом) и при стабильном токе 0,1А (шкала 1 деление = 0,02 Ом). Это для головки показанной на фото 1. Как видно из фото, измерительная головка имеет ток полного отклонения 100 мкА. Цена маленького деления — 2 мкА. При токе в 0,1А прибор будет измерять сопротивление с 0,02 Ома до 1-го Ома. Т.е. отклонение стрелки на последнее деление шкалы будет соответствовать одному Ому.

Принципиальная схема милиомметра

   Принцип работы прибора заключается в измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при прохождении через него определенного стабильного тока. Сопротивление рамки у стрелочного измерительного прибора равно 1200 Ом, ток полного отклонения — 0,0001 А, значит, если мы будем использовать этот индикатор в качестве вольтметра, потребуется подать на нее напряжение величиной U = IхR = 0,0001х1200 = 0,12 В = 120 мВ для отклонения стрелки на последнее деление шкалы. Именно такое напряжение должно упасть на сопротивлении в 1 Ом на пределе измерения прибора от 0,02 Ома до 1 Ома. Значит на данном пределе измерения нам надо пропустить через измеряемый резистор стабильный ток величиной I = U/R = 0,12/1 = 0,12A = 120 мА. Тоже самое можно рассчитать и для другого предела.

   Форум по измерительной технике

   Схемы измерительных приборов

методика измерения, используемые приборы, как провести, пошаговая инструкция

Сопротивление изоляции — важный параметр, без нормального показателя которого невозможна безопасная работа электроприборов. Что такое замер сопротивления, как проводить эту процедуру, как проверить электропроводку на этот показатель в электролаборатории и многое другое далее.

Что это такое

Сопротивление изоляции — показатель, который влияет на безопасность работы электрических установок. Также это главный параметр во всех кабелях и проводах, поскольку при эксплуатации они всегда подвергаются разным физическим и другим воздействиям. Согласно понятию из учебника физики это соотношение напряжения, которое приложено к диэлектрическому элементу к току, протекающему через этот элемент.

Сопротивление изоляции что это

Несмотря на то, что кабели сделаны из качественного и долговечного материала, он может выйти из строя вследствие:

• высокого напряжения и солнечного света;
• механического повреждения и постановки неправильного температурного режима;
• неблагоприятной среды эксплуатации.

Чтобы точно выяснить причины повреждений в цепи кабеля или проверить возможность в дальнейшем эксплуатировать изоляцию, необходимо сделать замер сопротивления изоляции.

Обратите внимание! В случае визуального обнаружения изоляции, выполнение измерений уже не требуется. Осуществляя проведение замеров сопротивления изоляции мегаомметром, можно убрать неисправность, предотвратить пожар и аварийную ситуацию, убрать чрезмерно изношенное устройство, устранить короткие замыкания с возможными ударами тока людей.

Поврежденный кабель от солнечного света

Как обследовать электропроводку

Сделать обследование электрической проводки можно только после осмотра ее целостности. Так, на проводных изгибах не должно быть поломанных, потресканных и раскрошенных частей. Если после визуального просмотра, не были выявлены предпосылки того, чтобы заменить кабель, необходимо сделать измерение сопротивления изоляции. Для этого нужно воспользоваться мегаомметром.

Исследование проводки

Согласно правилам устройства электрических установок, в сети не должно быть сопротивление меньше 0,5 МОм, чтобы можно было правильно провести испытание с напряжением в тысячу вольт.

Кроме того, исследуется электропроводка в качестве профилактики. К примеру, изоляционное сопротивление нужно проверять каждые три года по правилам технической эксплуатации электрических установок. Где есть особо опасные объекты и наружные установки, проверку делают раз в год.

Обратите внимание! При начале работы необходимо сделать подсчет общей мощности потенциальных установленных электрических приборов. Исходя из данной информации, необходимо вычисление сечения кабели по показателям мощности. Далее необходимо сравнить получившуюся цифру с той, что равна сечению кабеля. Если она меньше, значит нужно в срочном порядке менять всю электрическую проводку.

Потом нужно проверить всю скрытую проводку. На части изоляции не должно быть никаких повреждений. Провода должны иметь специальные клеммы.

Обязательно необходимо осуществить проверку распределительного щита. Он должен быть правильным образом собран. В противном случае, когда будут подключены все электроприборы к щитку, автомат будет выбивать из-за предельной нагрузки.

Просмотр целостности кабеля как необходимость до начала его проверки

Шкала допустимого сопротивления

Как правило, каждая шкала на предприятии своя, в зависимости от оборудования. Далее даны примеры допустимого изоляционного сопротивления электрических установок, аппаратов, цепей и проводок:

1. Электроустановка 12 ватт = менее 0,5 МОм;
2. Аппарат напряжения от 42 до 380 ватт = менее 0,5 МОм;
3. Электрический инструмент ручного типа в виде трансформатора, переносного светильника = менее 0,5МОм, а в напряжении 2 МОм;
4. Бытовая стационарная электроплита = 1МОм;
5. Кран и люфт = 0,5МОм;
6. Силовая и осветительная электропроводка, распределительная установка, щиток и токопровод = 0,5 МОм;
7. Вторичная управленческая цепь защиты измерения или сигнализации = 1 МОм и выше;
8. Цепь управления, цепь питания и цепи напряжения — 1 МОм и выше.

Замер сопротивления изоляции кабеля

Замер сопротивления изоляции электропроводки происходит около двух точек электрической установки, характеризующей утечку при подаче напряжения в сети. Результат — показатель, выражаемый в мегаомах. Измерение осуществляется при помощи мегаомметра, который исследует утечку тока, возникающую при действии регулярно поступающего напряжения к электрической установке.

Современными мегаомметрами выдаются разные уровни напряжения, чтобы испытать различное оборудование. В итоге, обязательная часть проверки цепи — изучение изоляционного сопротивления.

Принцип измерения показателя

Приборы для измерений

Сегодня измерением сопротивления изоляции в кабелях занимаются мегаомметры, лучшие из которых М — 4100, ЭСО 202 / 2Г, MIC — 30, MIC — 1000 и MIC-2500. Поскольку электротехника, как и мир, не стоит на месте, появляются новые устройства и обновления старых.

Мегаомметр внешний вид

Мегаомметр

Мегаомметр является специальным прибором, используемым профессиональными электриками, чтобы измерять электросети и приборы. Отличается от омметра тем, что может измерять на более высоком напряжении. Чтобы проверять сопротивление, прибором напряжение генерируется самостоятельно благодаря встроенному механическому генератору или батареи.

Обратите внимание! Конструкция его проста: источник питания, к примеру, генератор переменного тока, имеющий выпрямительный мост, и измерительный механизм.

Применение его широкое. Его используют, чтобы выявить повреждения в электросетях перед тем, как начать эксплуатировать ее, а также обнаружить места, где уже создалась аварийная ситуация. Чтобы проверить изоляцию кабеля в трансформаторной, электродвигательной части и любых устройствах, обладающих электрической обмоткой и изоляцией. Главное предназначение в измерении изоляционного сопротивления кабелей.

Благодаря испытаниям, можно понять, где находятся слабые места в электрических сетях. Показатели, снимаемые с мегаомметра, используются, чтобы определить степень изоляционной изношенности для предотвращения неожиданных и нежелательных случаев возгорания.

Конструкция мегаомметра

Принцип работы устройства прост. Он подает напряжение на кабельный участок, который и проверяется в итоге на наличие нормального поступления тока. При утечках, показатели попадают на панель, откуда пользователь и делает выводы. Если утечка больше допустимого значения, значит, речь идет о повреждении изоляции и появления короткого замыкания, недопустимого для того, чтобы была нормальная эксплуатация электрических сетей. В противном случае, кабели могут загореться.

Укомплектован каждый мегаомметр на 1000 и 2500 вольт гибкими медными проводниками, достигающими в длину до трех метров. Каждый прибор оснащен наконечниками в виде крокодила.

Обратите внимание! Отличаются устройства друг от друга модели дизайном и устройством. Аналоговые измерительные устройства обладают динамо машиной, которая вращением специальной ручки делает выработку напряжения, производящего изоляционные замеры. Также есть приборы с аналоговым табло и механической стрелкой. Современные модели оснащены аккумуляторными батареями и блоком питания, имеют цифровое табло, которое отображает изоляционные показатели с памятью.

Аналоговая модель

Инструкция по технике безопасности

Вся измерительная работа сводится к тому, что используется мегомметр для изучения показателя сопротивления при напряжении до 1000 вольт. При рассмотрении светильников, до работы с ними, отключается напряжение, они выключаются из сети. При применении газоразрядных ламп, можно не выкручивать, а только убрать стартеры.

Инструкция при работе с мегаомметром

Важно до начала контрольных измерений проверить прибор, определив показания при разомкнутом и замкнутом проводнике. В первом случае должно появится бесконечное сопротивление, а во втором случае — значение около нуля.

Затем необходимо обесточить кабель. Чтобы убедиться в том, что напряжение отсутствует, нужно использовать указатель напряжения, испытанный на подключенном к участку цепи электрической установки.

Потом нужно заземлить токоведущие жила кабеля и при измерении его надеть диэлектрического вида резиновые защитные перчатки.

Обратите внимание! Прикасаться к токоведущим элементам запрещено!

Сопротивление можно проверить только по отдельной фазе. Если есть отрицательный результат, необходима проверка изоляции в участке фазы и земли.

Выполняя измерения, необходимо полное следование инструкции, разработанной на предприятии. Воспрещено начинать работу, не убедившись в том, что отсутствует напряжение. Коммутация должна быть осуществлена только в том случае, если обесточены токоведущие части и использованы средства защиты.

Возгорание как следствие отсутствия проверки кабелей

В целом, сопротивление изоляции — параметр, который нужно измерять при выходе из строя кабели или в качестве профилактики при помощи мультиметра и других доступных способов. Важно при этом полностью следовать инструкции и соблюдать технику безопасности, чтобы все измерения проходили без ущерба для здоровья.

9. Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина) | 7. Измерительные приборы | Часть1

9. Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина)

Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина)

Предположим, что мы захотели измерить сопротивление некоего компонента, расположенного на значительном расстоянии от омметра. Сделать это обычным способом весьма проблематично, так как омметр измерит все сопротивления цепи, включая сопротивления соединительных проводов (R_{провода}) и сопротивление самого компонента (R_{компонента}):

Сопротивление провода, как правило, очень мало (всего несколько Ом на сотни метров, в зависимости от сечения), но, если провода очень длинные, а тестируемый компонент имеет небольшое сопротивление, то ошибка измерения будет существенной.

Выход из сложившейся ситуации можно найти в использовании амперметра и вольтметра. Из закона Ома мы знаем, что сопротивление равно напряжению поделенному на силу тока (R = U/I). Таким образом, мы сможем рассчитать сопротивление компонента, если измерим силу проходящего через него тока  и напряжение на его выводах:

Так как наша цепь является последовательной, сила тока в любой ее точке будет одинаковой. В связи с этим место подключения амперметра принципиального значения не имеет. Напряжение-же, в отличие от силы тока, на разных компонентах будет различным. Поскольку нам нужно рассчитать сопротивление определенного компонента, то и напряжение мы будем измерять именно на этом компоненте.

По условиям задачи, замер сопротивления необходимо произвести на некотором расстоянии от тестируемого компонента, а это значит, что вольтметр будет подключен к тестируемому компоненту посредством длинных проводов, обладающих некоторым сопротивлением:

Поначалу может показаться, что мы потеряли все преимущества от измерения сопротивления таким способом, потому что длинные провода подключения вольтметра внесут в схему дополнительные паразитные сопротивления. Однако, при детальном рассмотрении ситуации можно прийти к выводу, что это не так. По проводам подключения вольтметра будет идти очень незначительный ток, а следовательно, падение напряжения на них будет таким маленьким, что его можно не принимать во внимание. Иными словами, вольтметр покажет такое же напряжение, какое он показал бы при непосредственном подключении к компоненту:

Любое падение напряжения на проводах цепи, по которым течет основной ток, не будет измерено нашим вольтметром, и никаким образом не повлияет на расчет сопротивления тестируемого компонента. Точность измерения можно повысить, если свести к минимуму поток электронов через вольтметр. Достигается это при помощи использования более чувствительного (рассчинанного на небольшой ток) индикатора, и/или потенциомерического инструмента (инструмента нулевого балланса).

Такой метод измерения сопротивления (позволяющий избежать ошибок, вызванных дополнительным сопротивлением провода) называется методом Кельвина. Специальные соединительные зажимы, облегчающие соединение с тестируемым компонентом, называются разъемами Кельвина:

Зажим разъема Кельвина в целом похож на зажим типа «крокодил», но между ними существуют небольшие различия. Если две половины зажима «крокодил» электрически связаны друг с другом посредством шарнира, то две половины зажима Кельвина такой связи не имеют (они изолированы друг от друга). Электрический контакт между ними возникает только в точке присоединения к проводу или выводу тестируемого компонента. Благодаря этому ток, проходящий через провод «Т» (ток), не попадает в провод «Н» (напряжение) и не создает ошибок, вызывающих падение напряжения в последнем:

Аналогичный принцип используется для измерения силы тока с помощью вольтметра и шунтирующего резистора. Как уже говорилось ранее, шунтирующий резистор в этом случае будет определять, сколько вольт или милливольт напряжения будет приходиться на ампер тока. Иными словами, резистор «преобразует» величину тока в пропорциональную величину напряжения. Таким образом, сила тока может быть точно определена путем измерения напряжения на шунтирующем резисторе:

Измерение тока при помощи вольтметра и шунтирующего резистора особенно актуально в цепях с токами большой величины. В таких цепях сопротивление шунта будет, вероятно, в пределах милли или микроом, чтобы падение напряжения при полном токе было минимальным. Сопротивление такой малой величины можно сравнить с сопротивлением соединительных проводов, а это значит, что замер напряжения на шунтирующем резисторе нужно произвести так, чтобы избежать измерения падения напряжения на токонесущих проводах. Для того, чтобы вольтметр измерял только напряжение на шунте, без всяких паразитных напряжений, возникающих из проводов и т.д., шунт оснащают четырьмя контактами:

В метрологических приборах (метрология — наука об измерениях), точность которых имеет первостепенное значение, высокоточные резисторы  также оборудованы четырьмя контактами: два — для измерения силы тока, и два — для передачи напряжения вольтметру. С помощью этих контактов вольтметр измеряет напряжение только на резисторе, не учитывая остальные паразитные напряжения.

На следующей фотографии показан погруженный в масляную ванну (с контролируемой температурой) высокоточный резистор номиналом 1 Ом. На этом резисторе вы можете увидеть два больших контакта для тока, и два маленьких — для напряжения:

Ниже показан еще один, более старый высокоточный резистор, немецкого производства. Он имеет сопротивление 0,001 Ом и четыре контакта, выполненных в виде черных ручек. Две большие ручки предназначены для подключения основных проводов исследуемой цепи, а две маленькие — для подключения вольтметра:

Стоит отметить, что совместное использование вольтметра и амперметра для измерения сопротивления увеличит ошибку в конечном результате. Поскольку точность этих приборов оказывает непосредственное влияние на результаты измерения, общая их точность может быть хуже, чем точность любого из приборов по отдельности. Например, если и амперметр и вольтметр имеют точность +/- 1%, любое измерение, проведенное с помощью этих приборов, может потерять в точности +/- 2%.

Более высокую точность измерения можно получить путем замены амперметра на высокоточный резистор, используемый в качестве токоизмерительного шунта. Некоторая погрешность в этом случае все равно будет иметь место, но она будет значительно меньшей, так как точность  резистора превышает точность амперметра. После произведенной замены схема, использующая разъемы Кельвина, примет следующий вид:

Жирными линиями на этой схеме обозначены токонесущие провода, их легко отличить от проводов, соединяющих вольтметр с обоими сопротивлениями (R_{компонента} и R_{высокоточ}).

Измерение сопротивления постоянному току — ООО ПРОМТЕХАВТОМАТИЗАЦИЯ

Измерение сопротивления постоянному току широко применяется при всех пусконаладочных работах с целью выявления целостности токоведущих цепей машин и трансформаторов, обнаружения обрывов в параллельных цепях и металлических витковых замыканий в катушках, проверки качества паек и правильности положения переключателей трансформаторов и других случаях.

По данным замеров величины сопротивления постоянному току определяется средняя температура обмоток трансформаторов и роторов электрических машин при тепловых испытаниях, а также подсчитываются активные потери в опытах короткого замыкания мощных трансформаторов. Измерение величины сопротивления обмоток постоянному току производится одним из следующих методов:

• методом электрического моста;
• методом амперметра и вольтметра;
• методом микрометра.

Выбор того или иного метода определяется требуемой точностью измерения, величиной измеряемого сопротивления, классом точности имеющихся измерительных приборов.

Измерения сопротивления постоянному току методом электрического моста

Мостовые методы применяются главным образом при лабораторных испытаниях, где требуется высокая точность, и обладают большим преимуществом перед всеми остальными методами измерения сопротивлений постоянному току. Мосты могут быть составлены из отдельных магазинов сопротивлений, точность подгонки которых обычно значительно выше точности очень хороших стрелочных приборов.

При замерах сопротивлений мостовыми методами может быть достигнута высокая точность порядка 0,001%. Кроме того, точность мостовых схем хорошо и надолго сохраняется, тогда как точность стрелочных приборов легко может быть понижена, например при перегрузке, неправильной транспортировке, неправильном включении или отключении. По этим причинам мостовые схемы нашли свое широкое применение там, где требуется более точное определение абсолютной величины сопротивления. Например, при определении сопротивлений обмоток крупных машин, генераторов, трансформаторов и другого электрооборудования, с целью выявления нарушения контактов, целостности обмотки, наличия в ней витковых замыканий и т.д. В настоящее время цифровые приборы лишены описанных выше недостатков стрелочных приборов, поэтому мостовые методы по распространенности уступают цифровым методам измерений.

Измерения сопротивления постоянному току методом амперметра и вольтметра.

Этот способ применяется в современных цифровых приборах. При использовании стрелочных приборов он является менее точным по сравнению с методом электрического моста.

Особенно удобно использовать эту методику для измерения сопротивлений, находящихся под напряжением, а также тогда, когда требуется измерить в рабочем режиме сопротивление, значительно меняющее свою величину от нагревания вследствие нагрузки.

Точность измерений при этом способе определяется суммой погрешностей вольтметра и амперметра. Если оба прибора применяются класса 0,5, то общая погрешность измерения может доходить до 1% измеренной величины, а при классе точности 1 ‒ 2% и т.д.

Измерение методом амперметра-вольтметра основано на законе Ома:

где R ‒ измеренное сопротивление проводника в холодном состоянии, Ом;

U ‒ напряжение вольтметра, В;

I ‒ ток, измеренный амперметром, а.

При измерении сопротивлений по методу амперметра и вольтметра возможны две основные схемы включения приборов (рисунок 1, а, б). При рассмотрении обеих схем можно легко установить, что при вычислении измеренного сопротивления по закону Ома без применения поправок метод даст лишь приближенное значение сопротивления. Более точные измерения можно произвести с введением поправок, учитывающих собственное сопротивление приборов:

где Rв и Rа ‒ внутренние сопротивления вольтметра и амперметра, Ом.

В случае применения схемы по рисунку 1, а амперметр учтет ток, проходящий по вольтметру, а по рис 1,б вольтметр учтет падение напряжения не только в измеряемом сопротивлении, но и в обмотке амперметра. Если вам необходимо провести измерения, воспользуйтесь услугами электролаборатории нашей фирмы

Сопротивление изоляции: методика измерения, используемые приборы

Как любое оборудование, техника, со временем из строя начинают выходить и электрические кабели различных видов. Одной из методик определение запаса прочности кабеля и выявления дефектов является измерение сопротивления изоляции. В этой статье рассказывается о том, что это, когда и как оно проводится.

Обследование электропроводки

В каждой организации, в ведении которой находится электроустановки, должен быть ответственный за электрохозяйство. В его обязанности входит составление планово-предупредительных работ по ремонту этого оборудования, а также проведения периодических испытаний и измерений, обследования электропроводки. Периодичность таких измерений, как правило, составляется на основе требований ПТЭЭП. Например, по поводу измерения сопротивления изоляции там сказано, что испытания стоит проводить 1 раз в 3 года.

Что такое измерение сопротивления изоляции

Это измерение специальным прибором (мегаомметром) сопротивления между двумя точками электроустановки, которое характеризует ток утечки между этими точками при подаче постоянного напряжения. Результатом измерения является значение, которое выражается в МОм (мегаОмы). Измерение проводится прибором – мегаомметром, принцип действия которого состоит в измерении тока утечки, возникающего под действием на электроустановку постоянного пульсирующего напряжения. Современные мегаомметры выдают различные уровни напряжения для испытания разного оборудования.

Допустимое сопротивление для различного оборудования

Основным руководящим документом является ПТЭЭП, в котором приводится периодичность испытаний, величина испытательного напряжения и норма значения сопротивления для каждого вида электрооборудования (ПТЭЭП приложение 3.1, таблица 37). Ниже приводится выдержка из документа.

 

Не стоит путать сопротивление электрических кабелей с сопротивлением коаксиального кабеля и волновым сопротивлением кабеля, т.к. это относится к радиотехнике и там действуют другие принципы подхода к допустимым значениям.

Вопрос электробезопасности

Измерение сопротивления изоляции проводится с целью обезопасить человека от поражения током и в целях пожарной безопасности. Отсюда минимальное значение сопротивления – 500 кОм. Оно взято из простого расчета:

U – фазное напряжение электроустановки;

RИЗ – сопротивление изоляции электрооборудования;

RЧ – сопротивление тела человека, для расчетов по электробезопасности принимается RЧ =1000 Ом.

Подставляя известные значения (U=220 В, RИЗ=500 кОм), получается ток утечки 0,43 мА. Порог ощутимого тока 0,5 мА. Таким образом, 0,5 МОм – это минимальное сопротивление изоляции, при котором среднестатистический человек не будет чувствовать тока утечки.

При измерении мегаомметром также стоит обратить внимание на безопасность, т.к. аппарат выдает до 2500 В на своих щупах, оно может быть смертельным для человека. Поэтому проводить измерения может только специально обученный персонал. Подключение мегаомметра и измерения должны проводиться на отключенной от электрической сети электроустановке. Необходимо провести проверку электропроводки на отсутствия напряжение. Если проходят испытания для кабеля, следует обезопасить это место от случайного прикосновения к неизолированным частям кабеля на противоположном конце от места испытания.

Методика измерения сопротивления изоляции кабеля

Сначала персонал должен определить отсутствие напряжения на кабеле с помощью указателя напряжения. На противоположном конце жилы кабеля должны быть разведены на достаточное расстояние, чтобы не было случайного замыкания. Затем вывешиваются запрещающие знаки в зоне проведения испытания. Также необходимо провести визуальный осмотр кабеля, если это возможно, чтобы определить, есть ли места перегрева или оголенные участки. После этого можно приступать к измерениям. Необходимо измерить сопротивление изоляции между фазами (А-В, А-С, В-С), между фазами и нулем (А-N. B-N, C-N), между нулем и заземляющим проводом. Время каждого измерения – 1 минута. После каждого испытания необходимо заземлять жилу кабеля, хотя современные мегаомметры могут проводить самостоятельную разрядку. Полученные результаты записываются в протокол. Стоит помнить, что, если полученные данные делаются для какой-то проверяющей комиссии, протокол имеет право делать только специализированная электролаборатория.

Приборы для проведения измерений

Для проведения испытаний именно постоянным пульсирующим напряжением наилучшим выбором является мегаомметр. В приборах старых конструкций для получения напряжений использовался встроенный механический генератор, работающий по принципу динамо-машины. Чтобы выдать необходимое напряжение, надо было усиленно крутить ручку. В настоящее время мегаомметры выполняются в виде электронных устройств, работающих от батарей, они имеют компактный размер и удобное программное обеспечение. Современные мегаомметры имеют память, где хранятся несколько испытаний. При каждом измерении проводится автоматический подсчет коэффициента абсорбции. Его значение определяется отношением тока поляризации к току утечки через диэлектрик — изоляцию обмотки. При влажной изоляции коэффициент абсорбции близок к 1. При сухой изоляции R60 (сопротивление изоляции через 60 сек после начала испытания) на 30-50 % больше, чем R15 (через 15 сек).

Итог

Измерение сопротивления изоляции кабеля – ответственная процедура, от правильности выполнения которой, зависит безопасность, как людей, так и оборудования. Поэтому не стоит пренебрегать этой несложной, но полезной операции. Это поможет сэкономить немало средств.