Измерение параметров электрических цепей и компонентов. Реферат: Измерение параметров электрических цепей Принцип измерения сопротивления заземления
План
Введение
Измерители силы тока
Измерение напряжения
Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы
Универсальные электронные измерительные приборы
Шунты измерительные
Приборы для измерения сопротивлений
Определение сопротивления заземления
Индукция
Список литературы
Введение
Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем, с помощью специальных технических средств – измерительных приборов.
Таким образом, измерение – это информационный процесс получения опытным путем численного отношения между данной физической величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.
Результат измерения – именованной число, найденное путем измерения физической величины. Одна из основных задач измерения – оценка степени приближения или разности между истинным и действительным значениями измеряемой физической величины – погрешности измерения.
Основными параметрами электрических цепей являются: сила тока, напряжение, сопротивление, мощность тока. Для измерения этих параметров используют электроизмерительные приборы.
Измерение параметров электрических цепей осуществляется двумя способами: первый – прямой метод измерения, второй – косвенный метод измерения.
Прямой метод измерения подразумевает получения результата непосредственно из опыта. Косвенным измерением называют измерение, при котором искомая величина находится на основании известной зависимости между этой величиной и величиной, полученной в результате прямого измерения.
Электроизмерительные приборы – класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений – меры, преобразователи, комплексные установки.
Электроизмерительные приборы классифицируются следующем образом: по измеряемой и воспроизводимой физической величине (амперметр, вольтметр, омметр, частометр и др.); по назначению (измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и системы, вспомогательные устройства); по способу предоставления результатов измерений (показывающие и регистрирующие); по методу измерений (приборы непосредственно оценки и приборы сравнения); по способу применения и по конструкции (щитовые, переносные и стационарные); по принципу действия (электромеханические – магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, ферродинамические, индукционные, магнитодинамические; электронные; термоэлектрические; электрохимические).
В данном реферате я постараюсь рассказать об устройстве, принципе действия, дать описание и краткую характеристику электроизмерительным приборам электромеханического класса.
Измерение силы тока
Амперметр – прибор для измерения силы тока в амперах (рис.1). Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи (рис.2) , силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений - с шунтом или через трансформатор.
Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол, пропорциональной величине измеряемого тока.
Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.
Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными - силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.
Принцип действия магнитоэлектрического прибора основан на создании крутящего момента, благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки. С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока.
Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах - через трансформатор.
Технические данные некоторых типов отечественных амперметров, миллиамперметров, микроамперметров, магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, а также тепловой систем приведены в таблице 1.
Таблица 1. Амперметры, миллиамперметры, микроамперметры
| Система прибора | Тип прибора | Класс точности | Пределы измерения |
| Магнитоэлектрическая | М109 | 0,5 | 1; 2; 5; 10 А |
| М109/1 | 0,5 | 1,5-3 А | |
| М45М | 1,0 | 75мВ | |
| 75-0-75мВ | |||
| М1-9 | 0,5 | 10-1000 мкА | |
| М109 | 0,5 | 2; 10; 50 мА | |
| 200 мА | |||
| М45М | 1,0 | 1,5-150 мА | |
| Электромагнитная | Э514/3 | 0,5 | 5-10 А |
| Э514/2 | 0,5 | 2,5-5 А | |
| Э514/1 | 0,5 | 1-2 А | |
| Э316 | 1,0 | 1-2 А | |
| 3316 | 1,0 | 2,5-5 А | |
| Э513/4 | 1,0 | 0,25-0,5-1 А | |
| Э513/3 | 0,5 | 50-100-200 мА | |
| Э513/2 | 0,5 | 25-50-100 мА | |
| Э513/1 | 0,5 | 10-20-40 мА | |
| Э316 | 1,0 | 10-20 мА | |
| Электродинамическая | Д510/1 | 0,5 | 0,1-0,2-0,5-1-2-5 А |
| Тепловая | Е15 | 1,0 | 30;50;100;300 мА |
Измерение напряжения
Вольтметр - измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях (рис. 3). Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии (рис.4).
По принципу действия вольтметры разделяются на: электромеханические - магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические; электронные - аналоговые и цифровые. По назначению: постоянного тока; переменного тока; импульсные; фазочувствительные; селективные; универсальные. По конструкции и способу применения: щитовые; переносные; стационарные. Технические данные некоторых отечественных вольтметров, милливольтметров магнитоэлектрической, электродинамической, электромагнитной, а также тепловой систем представлены в таблице 2.
Таблица 2. Вольтметры и милливольтметры
| Система прибора | Тип прибора | Класс точности | Пределы измерения |
| Электродинамическая | Д121 | 0,5 | 150-250 В |
| Д567 | 0,5 | 15-600 В | |
| Магнитоэлектрическая | М109 | 0,5 | 3-600 В |
| М250 | 0,5 | 3; 50; 200; 400 В | |
| М45М | 1,0 | 75 мВ; | |
| 75-0-75 мВ | |||
| 75-15-750-1500 мВ | |||
| М109 | 0,5 | 10-3000 мВ | |
| Электростатическая | С50/1 | 1,0 | 30 В |
| С50/5 | 1,0 | 600 В | |
| С50/8 | 1,0 | 3 кВ | |
| С96 | 1,5 | 7,5-15-30 кВ | |
| Электромагнитная | Э515/3 | 0,5 | 75-600 В |
| Э515/2 | 0,5 | 7,5-60 В | |
| Э512/1 | 0,5 | 1,5-15 В | |
| С электронным преобразователем | Ф534 | 0,5 | 0,3-300 В |
| Тепловая | Е16 | 1,5 | 0,75-50 В |
Для измерения в цепях постоянного тока используются комбинированные приборы магнитоэлектрической системы ампер-вольметры. Технические данные о некоторых типах приборов приведены в таблице 3.
Таблица 3. Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы .
| Наименование | Тип | Класс точности | Пределы измерения |
| Милливольт-миллиамперметр | М82 | 0,5 | 15-3000 мВ; 0,15-60 мА |
| Вольтамперметр | М128 | 0,5 | 75 мВ-600 В; 5; 10; 20 А |
| Ампервольтметр | М231 | 1,5 | 75-0-75 мВ; 100-0-100 В;0,005-0-0,005 А; 10-0-10 А |
| Вольтамперметр | М253 | 0,5 | 15 мВ-600 В; 0,75 мА-3 А |
| Милливольт-миллиамперметр | М254 | 0,5 | 0,15-60 мА; 15-3000 мВ |
| Микроампервольтметр | М1201 | 0,5 | 3-750 В; 0,3-750 мкА |
| Вольтамперметр | М1107 | 0,2 | 45 мВ-600 В; 0,075 мА-30 А |
| Миллиампервольтметр | М45М | 1 | 7,5-150 В; 1,5 мА |
| Вольтомметр | М491 | 2,5 | 3-30-300-600 В;30-300-3000 кОм |
| Ампервольтомметр | М493 | 2,5 | 3-300 мА; 3-600 В; 3-300 кОм |
| Ампервольтомметр | М351 | 1 | 75 мВ-1500 В;15 мкА-3000 мА;200 Ом-200 Мом |
Технические данные о комбинированных приборах – ампервольметрах и ампервольтваттметрах для измерения напряжения и тока, а также мощности в цепях переменного тока.
Комбинированные переносные приборы для измерения в цепях постоянного и переменного токов обеспечивают измерение постоянных и переменных токов и сопротивлений, а некоторые – также емкость элементов в весьма широком диапазоне, отличаются компактностью, имеют автономное питание, что обеспечивает их широкое применение. Класс точности этого типа приборов на постоянном токе 2,5; на переменном – 4,0.
Универсальные электронные измерительные приборы
5. Техническое обслуживание линейных сооружений
5.1. Общие положения
5.2. Осмотр и профилактическое обслуживание линейно-кабельных сооружений
5.3. Осмотр и профилактическое обслуживание воздушных линий
5.4. Измерения электрических характеристик кабельных, воздушных и смешанных линий
5.5. Проверка новых кабелей, проводов, оконечных кабельных устройств и арматуры, поступающих в эксплуатацию
6. Устранение повреждений кабельных,воздушных и смешанных линий
6.1. Организация работ по устранению аварий и повреждений линий
6.2. Методы отыскания и устранения повреждений кабельных линий
6.2.1. Общие указания
Правила обслуживания и ремонта кабелей связи
5.4. Измерения электрических характеристик кабельных, воздушных и смешанных линий
5.4.1. Измерение электрических характеристик кабельных, воздушных и смешанных линий местных сетей связи проводят с целью проверки соответствия характеристик установленным нормам и предупреждения аварийного состояния.
5.4.2. Электрические измерения линий проводятся измерительной группой предприятия связи в соответствии с действующими "Руководствами" по электрическим измерениям линий ГТС и СТС.
5.4.3. Измерительная группа выполняет следующие виды электрических измерений линий:
Плановые (периодические);
Измерения по определению мест повреждений;
Контрольные измерения, проводимые после выполнения ремонтных и восстановительных работ;
Измерения при приемке в эксплуатацию вновь построенных и реконструированных линий;
Измерения по уточнению трассы кабельной линии и глубины залегания кабеля;
Измерения для проверки качества изделий (кабелей, проводов, разрядников, предохранителей, плинтов, боксов, коммутационных коробок, изоляторов и т.п.), поступающих от промышленности, перед установкой (монтажом) их на линиях.
Виды измеряемых параметров и объемы плановых, контрольных и приемо-сдаточных измерений электрических характеристик кабельных, воздушных и смешанных линий местных сетей связи приведены в указанных в п. 5.4.2. "Руководствах".
5.4.4. Измеренные электрические характеристики кабельных, воздушных и смешанных линий местных сетей связи должны соответствовать нормам, приведенным в Приложении 4 .
5.4.5. Результаты плановых, контрольных и аварийных измерений электрических характеристик линий служат исходными данными при определении состояния линейных сооружений и основанием при разработке планов текущего и капитального ремонта и проектов реконструкции сооружений.
Основными
параметрами электрических
цепей являются: для цепи постоянного
тока сопротивление
R
,
для
цепи переменного тока активное
сопротивление
,
индуктивность
,
емкость
,
комплексное сопротивление
.
Наиболее
часто для измерения этих параметров
приме
няют
следующие методы: омметра, амперметра
- вольтметра, мостовой. Применение
компенсаторов для измерения со
противлений
уже рассматривалось в п. 4.1.8. Рассмотримдругие
методы.
Омметры. Непосредственно и быстро сопротивления элементов цепи постоянного тока можно измерить при помощи омметра. В схемах, представленных на рис. 16 ИМ - магнитоэлектрический измерительный механизм.
При
неизменном
значении напряжения питания
показания
измерительного механизма зависят только
от значения
измеряемого сопротивления
.
Следовательно,
шкала
может быть отградуирована в единицах
сопротивления.
Для
последовательной схемы включения
элемента с сопротивлением
(Рис. 4.16,
)
угол
отклонения стрелки
,
Для
параллельной схемы включения (Рис. 4.16,
)
,где
- чувствительность магнитоэлектрического
измерительного
механизма;
-
сопротивление измерительного механизма;
-
сопротивление добавочного резистора.
Так как значения всех величин в правой
части вышеприведённых уравнений, кроме
,
то
угол отклонения определяется значением
.
Шкалы
омметров для обеих схем включения
неравномерные. В последовательной
схеме включения, в отличие от параллельной,
нуль шкалы совмещен с максимальным
углом поворота подвижной
части. Омметры с последовательной
схемой включения более пригодны для
измерения больших сопротивлений, а
с параллельной схемой - малых. Обычно
омметры
выполняют в виде переносных приборов
классов точности
1,5 и 2,5. В качестве источника питания
применяют
батарею. Необходимость установки нуля
при помощи корректора является крупным
недостатком рассмотренных омметров.
Этот недостаток отсутствует у омметров
с магнитоэлектрическим
логометром.
Схема
включения логометра в омметре представлена
на рис. 4.17.
В этой схеме 1 и 2
-
катушки логометра (их сопротивления
и
);
и
- добавочные резисторы,постоянно
включенные в схему.
,
то
отклонение стрелки логометра
,
т.
е. угол отклонения определяется значением
и
не зависит
от напряжения
.
Омметры с логометром имеют различные конструкции в зависимости от требуемого предела измерения, назначения (щитовой или переносной прибор) и т. п.
Метод
амперметра - вольтметра
.
Этот метод является
косвенным методом измерения сопротивления
элементов цепей постоянного и
переменного токов. Амперметром и
вольтметром измеряются соответственно
ток и напряжение на сопротивлении
значение которого затемрассчитывается
по закону Ома:
.
Точность определения
сопротивлений этим методом зависит как
от точности
приборов, так и от применяемой схемы
включения (рис. 4.18,
и
).
При
измерении относительно небольших
сопротивлений
(менее 1 Ом) схема на рис. 4.18,
предпочтительнее,так
как вольтметр подключен непосредственно
к измеряемому
сопротивлению
,
а ток
,
измеряемый амперметром,
равен сумме тока в измеряемом сопротивлении
и
тока
в вольтметре
,
т. е.
.
Так как
>>
,
то
.
При
измерении относительно больших
сопротивлений (более
1 Ом) предпочтительнее схема на рис.
4.18,
,
таккак
амперметр непосредственно измеряет
ток в сопротивлении
,
а
напряжение
,
измеряемое
вольтметром, равно
сумме напряжений на амперметре
и
измеряемом сопротивлении
,
т. е.
.
Так как
>>
,
то
.
Принципиальные
схемы включения приборов для измерения
полного сопротивления элементов
цепи
переменного
тока методом амперметра - вольтметра
те же, что и для
измерения сопротивлений
.
В
этом случае по измеренным
значениям напряжения
и
тока
определяют полное
сопротивление
.
Очевидно, что этим методом нельзя измерить аргумент поверяемого сопротивления. Поэтому методом амперметра - вольтметра можно измерять индуктивности катушек и емкости конденсаторов, потери в которых достаточно малы. В этом случае
;
.
Измерения электрических параметров кабельных линий связи
1. Измерения электрических параметров кабельных линий связи
1.1 Общие положения
Электрические свойства кабельных линий связи характеризуются параметрами передачи и параметрами влияния.
Параметры передачи оценивают процессы распространения электромагнитной энергии вдоль кабельной цепи. Параметры влияния характеризуют явления перехода энергии с одной цепи на другую и степень защищенности от взаимных и внешних помех.
К параметрам передачи относятся первичные параметры:
R - сопротивление,
L - индуктивность,
С - ёмкость,
G - проводимость изоляции и вторичные параметры,
Z - волновое сопротивление,
a - коэффициент затухания,
β - коэффициент фазы.
К параметрам влияния относятся первичные параметры; К - электрическая связь, М - магнитная связь и вторичные параметры, Во-переходное затухание на ближнем конце, Bℓ - переходное затухание на дальним конце. В области низких частот качество и дальность связи определяются в основном параметрами передачи, а при высокочастотном использовании цепей важнейшими характеристиками являются параметры влияния. При эксплуатации кабельных линий связи проводятся измерения их электрических параметров, которые делятся на профилактические, контрольные и аварийные. Профилактические измерения осуществляются через определенные промежутки времени для оценки состояния линий связи и приведение их параметров к нормам. Контрольные измерения проводят после технического обслуживания и других видов работ для оценки качества их выполнения. Аварийные измерения осуществляются в целях определения характера и места повреждения линии связи.
1.2
Измерение сопротивления цепи
Различают сопротивление цепи (Rц) постоянному току и сопротивление цепи переменному току. Сопротивление 1 км провода постоянному току зависит от материала провода (удельного сопротивления - p), диаметра провода и температуры. Сопротивление любого провода при увеличение температуры увеличивается, а при увеличении диаметра уменьшается. Для любой температуры сопротивление от 20 °С, сопротивление может быть подсчитано по формуле:
Rt =Rt=20 [1+а (t -20)] Ом/км,
где Rt - сопротивление при данной температуре, a - температурный коэффициент сопротивления. Для двух проводных цепей полученную величину сопротивления необходимо умножить на два. Сопротивление 1 км провода переменному току зависит, кроме указанных факторов, еще и от частоты тока. Сопротивление переменному току всегда больше, чем постоянному, вследствие поверхностного эффекта. Зависимость сопротивления провода переменному току от частоты определяется формулой:
R=K1 × Rt Ом/км,
где K1 - коэффициент, учитывающий частоту тока (с увеличением частоты тока K1 увеличивается) Сопротивление цепи кабеля и отдельных проводов измеряется на смонтированных усилительных участках. Для измерения сопротивления используется схема моста постоянного тока с постоянным отношением балансных плеч. Данную схему обеспечивают измерительные приборы ПКП-3М, ПКП-4М, П-324. Схемы измерения с использованием указанных приборов изображены на рис. 1 и рис. 2.
Рис. 1. Схема измерения сопротивления цепи прибором ПКП
Рис. 2. Схема измерения сопротивления цепи прибором П-324
Измеренное сопротивление пересчитывается на 1 км цепи и сравнивается с нормами на данный кабель. Нормы сопротивлений на некоторые типы легких и симметричных кабелей приведены в табл. 1. Таблица 1 Пара-метрКабельП-274 П-274МП-270ТГ ТБТЗБ ТЗГП-296МКБ МКГМКСБ МКСГСопротивление цепи постоянному току (¦
= 800Гц), при +20 °С, Ом/км115÷12536,0d=0,4 £148d=0,8 £56,155,5d=1,2 £31,9d=0,9 £28,5d=0,75 £95d=0,9 £28,5d=1,4 £23,8d=1,2 £15,85d=0,6 £65,8d=1,0 £23,5d=0,7 £48d=1,2 £16,4d=1,4 £11,9
Сопротивление постоянному току d равно, а активное сопротивление легких полевых кабелей связи (П-274, П-274М, П-275) не зависят от способов прокладки линий и условий погоды («сухо», «сыро») и имеет лишь температурную зависимость, возрастая с увеличением температуры окружающей среды (воздуха, почвы и т.д.). Если в результате сравнения измеренное значение сопротивления больше нормы, то это может означать наличие плохого контакта в сростках кабеля или в соединительных полумуфтах.
1.3 Измерение ёмкости
Емкость (Сх) является одним из важнейших первичных параметров передачи цепей кабельных линий связи. По ее величине можно судить о состоянии кабеля, определять характер и место его повреждения. По фактической природе ёмкость кабеля аналогична ёмкости конденсатора, где роль обкладок выполняют поверхности проводов, а диэлектриком служит расположенный между ними изоляционный материал (бумага, стирофлекс и т.д.). Ёмкость цепей кабельных линий связи зависит от длины линии связи, конструкции кабеля, изоляционных материалов, типа скрутки. На величину ёмкости цепей симметричных кабелей оказывают влияние соседние жилы, оболочки кабеля, так как все они находятся в непосредственной близости друг от друга. Измерения ёмкости кабеля производят измерительными приборами типа ПКП-3М, ПКП-4М, П-324. При измерении прибора ПКП используется баллистический метод измерения, а прибор П-324 измеряет по схеме моста переменного тока с переменным отношением балансных плеч. На кабельных линиях связи могут производиться: измерения ёмкости пары жил; измерения ёмкости жилы (относительно земли).
1.3.1 Измерение ёмкости пары жил прибором П-324
Измерение ёмкости пары жил производится по схеме, приведенной на рис. 3.
Рис. 3. Схема измерения ёмкости пары жил
Одно из балансных плеч представляет собой набор резисторов nR, втрое - магазин сопротивлений - Rмс. Два других плеча - эталонная ёмкость Со и измеряемая Сх. Для обеспечения равенства углов потерь плеч и используются потенциометры БАЛАНС Сх ГРУБО и БАЛАНС Сх ПЛАВНО. Баланс моста обеспечивается с помощью магазина сопротивлений Rмс. При равенстве углов потерь плеч и баланса моста справедливо следующее равенство:
Поскольку Со и R постоянны для данной схемы измерения, то измеряемая ёмкость обратно пропорциональна сопротивлению магазина. Поэтому магазин сопротивлений градуируется непосредственно в единицах ёмкости (нФ), а результат измерения определяется из выражения:
Сх = n Смс.
1.3.2 Измерение ёмкости жилы относительно земли
Измерение ёмкости жилы относительно земли проводится по схеме рис. 4.
Рис. 4. Схема измерения ёмкости жилы относительно земли
Нормы среднего значения рабочей ёмкости пары жил для некоторых типов кабельных линий связи приведены в табл. 2.
Таблица 2 Пара-метрКабельП-274 П-274МП-270ТГ ТБТЗБ ТЗГП-296МКБ МКГМКСБ МКСГСреднее значение рабочей ёмкости, нФ/км32,6 ÷ 38,340,45d =0,4 d =0,5 С=50d =0,8 С=3836,0d =1,2 С=27 d =1,4 С=3624,0÷25d =0,9 С=33,5d =0,6 С=40d =1,0 С=34d =0,7 С=41d =1,2 С=34,5d =1,4 С=35,5
Примечание: . Ёмкость легких полевых кабелей связи в зависимости от способа прокладки, состояния погоды, а также температуры окружающей среды колеблется. Наибольшее влияние оказывает увлажнение или покрытие кабельной оболочки полупроводящими наслоениями (почва, атмосферные осадки, сажа и т.д.) Ёмкость кабеля П-274 заметно изменяется с ростом температуры и частоты (с ростом температуры ёмкость увеличивается, а с увеличением частоты уменьшается). Рабочая ёмкость кабеля МКСБ, МКСГ зависит от числа четвёрок (одно-, четырёх- и семичетвёрочные) и количества сигнальных жил.
1.4 Измерение сопротивления изоляции
При оценке качества изоляции цепи обычно пользуются понятием «сопротивление изоляции» (Rиз). Сопротивление изоляции есть величина, обратная проводимости изоляции. Проводимость изоляции цепи зависит от материала и состояния изоляции, атмосферных условий и частоты тока. Проводимость изоляции значительно увеличивается при загрязнении изоляции, при наличии в ней трещин, при нарушении целости слоя изоляционного покрова кабеля. В сырую погоду проводимость изоляции больше, чем в сухую. С увеличением частоты тока проводимость изоляции увеличивается. Измерение сопротивления изоляции может производиться приборами ПКП-3, ПКП-4, П-324 при профилактических и контрольных испытаниях. Сопротивление изоляции измеряется между жилами и между жилой и землей. Для измерения сопротивления изоляции Rиз управляющая обмотка МУ включается последовательно с источником напряжения и измеряемым сопротивлением изоляции. Чем меньше величина измеряемого Rиз, тем больше ток в управляющей обмотке МУ, а следовательно, и больше ЭДС в выходной обмотке МУ. Усиленный сигнал детектируется и фиксируется прибором ИП. Шкала прибора градуируется непосредственно в мегомах, поэтому отсчёт измеряемой величины Rиз. производится по верхней или средней шкале с учётом положения переключателя ПРЕДЕЛ Rмом. При измерении прибором ПКП сопротивления изоляции используется схема омметра, которая состоит из последовательно соединенных микроамперметра и источника питания напряжением 220В. Шкала микроамперметра проградуирована от 3 до 1000 Мом. Нормы сопротивления изоляции для некоторых типов кабелей связи приведены в табл. 3.
Таблица 3 ПараметрКабельП-274 П-274МП-270ТГ ТБТЗБ ТЗГП-296МКБ МКГМКСБ МКСГСопротивление изоляции одиночных жил относительно других жил, при t=20 °С не менее, МОм/км100÷1000 250÷2500500050001000050001000010000
Сопротивление изоляции лёгких полевых кабелей связи в большей степени зависит от способа прокладки условий эксплуатации, а также температуры окружающей среды.
1.5 Измерение вторичных параметров передачи
1.5.1 Волновое сопротивление
Волновое сопротивление (Zc) - это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной цепи без отражения. Оно свойственно данному типу кабеля и зависит лишь от первичных параметров и частоты передаваемого тока. Величина волнового сопротивления характеризует цепь, так как показывает соотношение между напряжением (U) и током (I) в любой её точке для однородной цепи величина постоянная, не зависящая от ее длины.
Так как все первичные параметры, за исключением ёмкости, зависят от частоты тока, то при увеличении частоты тока волновое сопротивление уменьшается. Измерение и оценка величины волнового сопротивления может производиться с помощью прибора Р5-5. С этой целью работы производятся с обоих концов кабельной линии связи. На одном конце измеряемая цепь нарушается активным сопротивлением, в качестве которого рекомендуется использовать высокочастотные мастичные сопротивления СП, СПО или магазин непроволочных сопротивлений, на другом подключается прибор Р5-5. Регулируя сопротивления на дальнем конце цепи и увеличивая усиление прибора на ближнем конце цепи, добиваются минимального отражения от дальнего конца линии по прибору Р5-5. Величина сопротивления, подобранная на дальнем конце цепи в этом случае будет соответствовать волновому сопротивлению цепи. Нормы на величину среднего значения волнового сопротивления приведены в табл. 4.
Таблица 4 Час-то-та, кГцКабельП-274П-274МП-270ТГ, ТБТЗГ, ТЗСП-296МКБ МКГМКСБ МКСГсухов водесухов воде0,8720495823585798 ÷1085368 ÷64843548749010,0230155258181146231 ÷308147 ÷200160190,519616,0205135222158139133 ÷17415218218660131142 ÷147130174174,6120129142 ÷146171168,4200128169,2167,3300126168,2166,3
1.5.2 Рабочее затухание
При распространении электрической энергии по проводам амплитуды тока и напряжения уменьшаются или, как говорят, претерпевают затухание. Уменьшение энергии на длине цепи 1 км учитывается через коэффициент затухания, который иначе называют километрическим затуханием. Коэффициент затухания обозначается буквой a и измеряется в неперах на 1 км. Коэффициент затухания зависит от первичных параметров цепи и обусловлен двумя видами потерь:
затухание за счет потерь энергии на нагрев металла провода; затухание за счет потерь несовершенства изоляции и за счет диэлектрических потерь. В нижней области частот доминируют потери в металле, а выше начинают сказываться потери в диэлектрике. Так как первичные параметры зависят от частоты, то и a зависит от частоты: с увеличением частоты тока a увеличивается. Увеличение затухания объясняется тем, что с возрастанием частоты тока увеличиваются активное сопротивление и проводимость изоляции.
Зная коэффициент затухания цепи (a) и длину цепи (ℓ), то можно определить собственное затухание всей цепи (а):
а=a× ℓ, Нп
Для четырехполосников, образующих канал связи, обычно не удается полностью обеспечить условия согласованного включения. Поэтому для учета несогласованности как во входной так и в выходной цепях образованного канала связи в действительных (реальных) условиях недостаточно знания только собственного затухания. Рабочее затухание (ар) - это затухание кабельной цепи в реальных условиях, т.е. при любых нагрузках по ее концам. Как правило, в реальных условиях рабочее затухание больше собственного затухания (ар > а).
Одним из методов измерения рабочего затухания является метод разности уровней. При измерениях по этому методу необходим генератор с известной ЭДС, известным внутренним сопротивлением Zо. Абсолютный уровень напряжения на согласованной нагрузке генератора Zо измеряется указателем уровня станции А и определяется: а абсолютный уровень напряжения на нагрузке Zi измеряется указателем уровня станции Б.
Нормы на коэффициент затухания цепей некоторых типов кабельных линий связи, представлены в табл. 5. Вторичные параметры легких полевых кабелей связи существенно зависят от способа прокладки линий (подвеска, по земле, в земле, в воде).
1.6 Измерение параметров влияния
Степень влияния между цепями кабельной линии связи принято оценивать величиной переходного затухания. Переходное затухание характеризует затухание токов влияния при переходе их с влияющей цепи в цепь, подверженную влиянию. При прохождении переменного тока по влияющей цепи вокруг нее создается переменное магнитное поле, которое пересекает цепь, подверженную влиянию. Различают переходное затухание на ближнем конце Ао и переходное затухание на дальнем конце Аℓ. Затухание переходных токов, проявляющихся на том конце цепи, где расположен генератор влияющей цепи, называется переходным затуханием на ближнем конце. Затухание переходных токов, поступивших на противоположный конец второй цепи, называется переходным затуханием на дальнем конце.
Таблица 5. Нормы на коэффициент затухания цепей, Нп/км. Частота, кГцКабельП-274П-274МП-270ТГ, ТБТЗГ, ТЗСП-296МКБ МКГМКСБ МКСГсухов водесухов воде0,80,1080,1570,0950,1440,0650,04÷0,670,043÷0,0660,0440,043100,2840,3980,2680,3740,1160,344÷0,6440,091÷0,1700,200,0910,087160,3200,4450,3040,4210,1360,103÷0,1820,230,0960,092300,1740,129÷0,2200,240,1110,114600,2290,189÷0,2750,280,1500,1451200,3110,299÷0,3830,380,2180,2102000,3920,460,2940,2743000,4740,3720,3325520,81
1.6.1 переходное затухание на ближнем конце
Переходное затухание на ближнем конце важно измерять и оценивать для четырехпроводных систем с разными направлениями передачи и приема. К таким системам относятся однокабельные системы передачи (П-303, П-302, П-301, П-330-6, П-330-24), работающие по одночетвёрочному кабелю (П-296, Р-270). Наиболее распространенным методом измерения переходных затуханий является метод сравнения, используемый при применении комплекта приборов ВИЗ-600, П-322. При измерении прибором П-324 используется смешанный (сравнения и дополнения) метод. Суть метода сравнения и дополнения заключается в том, что в положении 2 величина переходного затухания (Ао) дополняется затуханием магазина (амз) до значения на менее 10 Нп. Изменяя затухание магазина, добиваются выполнения условия Ао + амз ≥10 Нп. Для удобства отсчета измеряемой величины на переключателе НП указаны цифры не затухания амз, фактически вносимого магазином, а разности 10 - амз. Поскольку затухание магазина изменяется не плавно, а ступенями через 1 Нп, остаток затухания свой в Нп измеряется по шкале стрелочного прибора (ИП) в пределах от 0 до 1 Нп. Перед измерением производится градуировка прибора (ИП), для чего переключатель НП схемы устанавливается в положение ГРАД (положение 1 на рис. 9). При этом выход генератора подключается к измерителю через эталонный удлинитель (ЭУ) с затуханием 10 Нп. Нормы на переходное затухание приведены в табл. 6. Таблица 6. Нормы на переходное затухание на ближнем конце внутри и между смежными четвёрками, не менее, Нп Тип кабеляЧастота, кГцДлина линии, кмПереходное затуханиеП-27060106,0П-29660108,8МКБ МКГ100 2000,850 0,8506,8 6,8МКСБ, МКСГВесь диапазон частот0,6507,2 Для кабеля П-296 проверка переходного затухания производится также на частотах 10 кГц и 30 кГц.
1.6.2 Переходное затухание на дальнем конце
Переходное затухание на дальнем конце важно измерять и оценивать также для четырехпроводных систем, но с одинаковыми направлениями приема и передачи. К таким системам относятся двухкабельные системы передачи типа П-300, П-330-60. Для измерения переходного затухания на дальнем конце Аℓ необходимо иметь два прибора П-324, устанавливаемых на противоположных концах измеряемых цепей. Измерение производится в три этапа. Так же с помощью прибора П-324 возможно измерение затуханий не менее 5 Нп, на входе прибора включается удлинитель УД 5 Нп, входящий в состав устройства для проверки работоспособности прибора. Полученный результат измерения делится пополам и определяется затухание одной цепи. После этого собирается схема и проводится градуировка измерительного тракта прибора станции Б, подключаемого к влияющей цепи. При этом сумма затуханий цепи, удлинителя УД 5Нп и магазина затухания должна быть не менее 10 Нп, остаток затухания сверх 10Нп устанавливается на стрелочном приборе. На третьем этапе измеряется переходное затухание на дальнем конце. Результат измерения представляет собой сумму показаний переключателя НП и стрелочного прибора. Измеренная величина переходного затухания на дальнем конце сравнивается с нормой. Нормой переходного затухания на дальнем конце приведены в табл. 7.
Таблица 7 Тип кабеляЧастота, кГцДлина линии, кмПереходное затуханиеП-27060105,5П-29660105,0МКБ МКГ100 2000,850 0,8507,8 7,8МКСБ, МКСГВесь диапазон частот0,6508,2 Во всех симметричных кабельных цепях переходное затухание с ростом частоты снижается примерно по логарифмическому закону. Для увеличения переходного затухания между цепями токопроводящие жилы при изготовлении скручиваются в группы (пары, четверки, восьмерки), группы свиваются в кабельный сердечник, цепи экранируются, а при прокладке кабельных линий связи производится симметрирование кабеля. Симметрирование на кабелях низкой частоты заключается в дополнительном скрещивании их при развертывании и включение конденсаторов. Симметрирование на ВЧ кабелях - это скрещивание и включение контуров противосвязи. Потребность в симметрировании может возникнуть при ухудшении параметров влияния кабеля в процессе его долголетнего использования или при строительстве линии связи большой протяженности. Необходимость симметрирования кабеля должна определяться в каждом конкретном случае, исходя из фактической величины переходного затухания цепей, которая зависит от системы связи (системы использования цепей кабеля и аппаратуры уплотнения) и протяженности линии. 2. Определение характера и места повреждения кабельных линий связи
2.1 Общие положения
На кабелях связи могут быть следующие виды повреждений: понижение сопротивления изоляции между жилами кабеля или между жилами и землей; понижение сопротивления изоляции «оболочка - земля» или «броня - земля»; полный обрыв кабеля; пробой диэлектрика; асимметрия сопротивления жил; разбитость пар в симметричном кабеле. 2.2 Испытания для определения характера повреждений
Определение характера повреждений («земля», «обрыв», «короткое» понижение сопротивления изоляции) проводится испытанием каждой жилы кабеля с помощью схем мегомметра или омметра различных измерительных приборов (например, П-324, ПКП-3, ПКП-4, КМ-61С и др). В качестве омметра можно использовать комбинированный прибор «тестер». Испытания проводятся в следующем порядке: Проверяется сопротивление изоляции между одной жилой и остальными, соединенными с заземленным экраном. На станции А, где проводятся испытания, все жилы, кроме одной, соединяются вместе и с экраном и заземляются. На станции Б жилы ставятся на изоляцию. Измеряется сопротивление изоляции и сравнивается с нормой для данного типа кабеля. Испытания и анализ проводятся для каждой жилы кабеля. Если измеренное значение сопротивления изоляции окажется ниже нормы, то определяется характер повреждения: повреждение изоляции относительно «земли»; повреждение изоляции относительно экрана кабеля; повреждение изоляции относительно других жил кабеля. Для определения характера повреждения на станции А поочередно снимают «землю» с жил кабеля и проводят анализ: а) если снятие «земли» с какой-то жилы (например, с жилы 2 на рис. 13) приводит к резкому увеличению сопротивления изоляции, то повреждена изоляция между испытываемой жилой (жила 1) и той, с которой снята «земля» (жила 2); б) если снятие «земли» со всех жил не приводит к увеличению сопротивления изоляции до нормы, то изоляция испытуемой жилы (жила 1) повреждена относительно экрана кабеля (земли). Если при очередном испытании окажется, что сопротивление изоляции составляет сотни Ом или единицы кОм, то это указывает на возможное короткое замыкание между испытываемыми жилами кабеля (например, «короткое» показано между жилами 3 и 4); Проверяется целость жил кабеля, для чего все жилы на станции Б соединяются вместе и с экраном. На станции А каждая жила проверяется омметром на целость. Установление характера повреждения позволяет выбрать один из методов определения до места повреждения. 2.3 Определение места повреждения изоляции жил проводов
Для определения места повреждения изоляции жил применяют мостовые схемы, выбор которых зависит от того, имеются ли в данном кабеле исправные жилы или нет. При наличии исправного провода, равного по сопротивлению поврежденному, и при сопротивлении изоляции поврежденного провода до 10мОм измерения производят методом моста с переменным отношением балансных плеч. Величины сопротивления плеч моста Rа и Rм при измерениях подбираются таким образом, чтобы ток в диагонали моста, в которую включен ИП, отсутствовал. При определении места повреждения изоляции методом моста с переменным отношением балансных плеч используются приборы ПКП-3, ПКП-4, КМ-61С. В этих приборах сопротивление Rм переменное и определяется при измерениях в момент равновесия моста, а сопротивление Rа постоянное и для приборов ПКП выбрано равным 990 ОМ, для прибора КМ-61С-1000 Ом. Если исправный и поврежденный провода имеют разные сопротивления, то измерения производятся с обоих концов кабельной линии связи. При использовании приборов ПКП-3, ПКП-4 могут применяться и другие методы измерения сопротивления изоляции с целью определения места повреждения кабеля: 5. Метод холостого хода и короткого замыкания при использовании моста с постоянным отношением балансных плеч. Применяется при отсутствии исправных проводов и переходном сопротивление в месте повреждения изоляции до 10 кОм. Метод холостого хода и короткого замыкания при использовании моста с переменным отношением балансных плеч. Применяется при отсутствии исправных проводов и переходном сопротивлении в месте повреждения изоляции от 0,1 до 10 МОм. При отсутствии исправных проводов определение места повреждения изоляции мостовыми методами с достаточной точностью представляет определенные трудности. В этом случае могут использоваться импульсный и индуктивный методы. Для измерений импульсным методом применяются прибором Р5-5, P5-10, дальность действия которых может достигать 20-25 км на симметричных кабелях связи.
2.4 Определение места обрыва проводов
Определение места обрыва проводов может осуществляться следующим методами: Метод моста на пульсирующем токе. Применяется при наличии исправного провода, равного по сопротивлению поврежденному. Метод сравнения ёмкостей (баллистический метод). Применяется при равной удельной ёмкости исправного и повреждённого проводов. Метод сравнения ёмкостей при двухстороннем измерении. Применяется при неравной удельной емкости повреждённого и исправного проводов и, в частности, при невозможности заземлить неизмеряемые провода лини. Для определения места обрыва проводов могут использоваться приборы ПКП-3, ПКП-4, KM-61C, П-324. При наличии в кабеле исправной жилы и возможности заземления всех остальных жил кабеля поочередно измеряется рабочая ёмкость исправной жилы (Сℓ), затем поврежденной жилы (Сх). Если же по условиям эксплуатации кабеля заземление остальных неизмеряемых жил невозможно, то для получения достоверного результата оборванную жилу измеряют с двух сторон, расстояние до места обрыва вычисляют по формуле:
Объектами электрических измерений являются все электрические и магнитные величины: ток, напряжение, мощность, энергия, магнитный поток и т. д. Определение значений этих величин необходимо для оценки работы всех электротехнических устройств, чем и определяется исключительная важность измерений в электротехнике.
Электроизмерительные устройства широко применяются и для измерения неэлектрических величин (температуры, давления и т. д.), которые для этой цели преобразуются в пропорциональные им. электрические величины. Такие методы измерений известны под общим названием электрических измерений неэлектрических величин. Применение электрических методов измерений дает возможность относительно просто передавать показания приборов на дальние расстояния (телеизмерение), управлять машинами и аппаратами (автоматическое регулирование), выполнять автоматически математические операции над измеряемыми величинами, просто записывать (например, на ленту) ход контролируемых процессов и т. д. Таким образом, электрические измерения необходимы при автоматизации самых различных производственных процессов.
В Советском Союзе развитие электроприборостроения идет параллельно с развитием электрификации страны и особенно быстро после Великой Отечественной войны. Высокое качество аппаратуры и необходимая точность измерительных приборов, находящихся в эксплуатации, гарантируются государственным надзором за всеми мерами и измерительными приборами.
12.2 Меры, измерительные приборы и методы измерения
Измерение любой физической величины заключается в ее сравнении посредством физического эксперимента с принятым за единицу значением соответствующей физической величины. В общем случае для такого сопоставления измеряемой величины с мерой - вещественным воспроизведением единицы измерения - нужен прибор сравнения. Например, образцовая катушка сопротивления применяется как мера сопротивления совместно с прибором сравнения - измерительным мостом.
Измерение существенно упрощается, если есть прибор непосредственного отсчета (называемый также показывающим прибором), показывающий численное значение измеряемой величины непосредственно на шкале или циферблате. Примерами могут служить амперметр, вольтметр, ваттметр, счетчик электрической энергии. При измерении таким прибором мера (например, образцовая катушка сопротивления) не нужна, но мера была нужна при градуировании шкалы этого прибора. Как правило, у приборов сравнения выше точность и чувствительность, но измерение приборами непосредственного отсчета проще, быстрее и дешевле.
В зависимости от того, как получаются результаты измерения, различают измерения прямые, косвенные и совокупные.
Если результат измерения непосредственно дает искомое значение исследуемой величины, то такое измерение принадлежит к числу прямых, например измерение тока амперметром.
Если измеряемую величину приходится определять на основании прямых измерений других физических величин, с которыми измеряемая величина связана определенной зависимостью, то измерение относится к косвенным. Например, косвенным будет измерение, сопротивления элемента электрической цепи при измерении напряжения вольтметром и тока амперметром.
Следует иметь в виду, что при косвенном измерении возможно существенное снижение точности по сравнению с точностью при прямом измерении из-за сложения погрешностей прямых измерений величин, входящих в расчетные уравнения.
В ряде случаев конечный результат измерения выводился из результатов нескольких групп прямых или косвенных измерений отдельных величин, причем исследуемая величина зависит от измеренных величин. Такое измерение называют совокупным. Например, к совокупным измерениям относится определение температурного коэффициента электрического сопротивления материала на основании измерения сопротивления материала при различных температурах. Совокупные измерения характерны для лабораторных исследований.
В зависимости от способа применения приборов и мер принято различать следующие основные методы измерения: непосредственного измерения, нулевой и дифференциальный.
При пользовании методом непосредственного измерения (или непосредственного отсчета) измеряемая величина определяется путем
непосредственного отсчета показания измерительного прибора или непосредственного сравнения с мерой данной физической величины (измерение тока амперметром, измерение длины метром). В этом случае верхним пределом точности измерения является точность измерительного показывающего прибора, которая не может быть очень высокой.
При измерении нулевым методом образцовая (известная) величина (или эффект ее действия) регулируется и значение ее доводится до равенства со значением измеряемой величины (или эффектом ее действия). При помощи измерительного прибора в этом случае лишь добиваются равенства. Прибор должен быть высокой чувствительности, и он именуется нулевым прибором или нуль-индикатором. В качестве нулевых приборов при постоянном токе обычно применяются магнитоэлектрические гальванометры (см. § 12.7), а при переменном токе - электронные нуль-индикаторы. Точность измерения нулевым методом очень высока и в основном определяется точностью образцовых мер и чувствительностью нулевых приборов. Среди нулевых методов электрических измерений важнейшими являются мостовые и компенсационные.
Еще большая точность может быть достигнута при дифференциальных методах измерения. В этих случаях измеряемая величина уравновешивается известной величиной, но до полного равновесия измерительная цепь не доводится, а путем прямого отсчета измеряется разность измеряемой и известной величин. Дифференциальные методы применяются для сравнения двух величин, значения которых мало отличаются один от другого.