تبلیغات اینترنتیclose
اندازه گيري ولتاژ فشار قوي

درتستهاي صنعتي وآزمايشگاه هاي تحقيقاتي يكي ازمواردلازم و ضروري اندازه گيري دقيق مقادير ولتاژوجريان مي باشد. اين كار با توجه به رعايت كامل حفاظت وايمني شخص وخودتجهيزات صورت مي گيرد. به نحوي كه خطر اضافه ولتاژ و نيز هرگونه ولتاژ القايي وجود نداشته باشد . از سوي ديگر افزايش خطي محدوده خواندن وسايل و ابزار اندازه گيري فشار قوي نتيجه صحيحي نداشته و بايستي آنها را در هر يك از محدوده ها تنظيم و كاليبره كرد. تداخل الكترو مغناطيسي نيزازمسايل مهم دراندازه گيري ولتاژ و جريان ضربه بوده كه بايد آن را از بين برد يا به حداقل رساند. بنابراين وسايل مربوط به اندازه گيري جريان و ولتاژ فشار قوي اختلاف فاحشي باانواع مربوط به فشار ضعيف دارند.

اندازه گيري ولتاژ دائم(dc)

اندازه گيري ولتاژ(dc فشار قوي)همانند ولتاژهاي كم با توسعه محدوده قرائت آمپرمتر توسط يك مقاومت سري صورت مي گيرد.جريان خالصي كه از آمپرمتر مي گذرد معمولا تا ميزان 1الي 10ميكروآمپرمحدود مي شود (براي انحراف كامل عقربه) . در ولتاژهاي خيلي بالا مسائلي مانند اتلاف توان زياد.جريان نشتي. تغييرمقاومت براثردماو…به وجودمي آيد. براي برخورداري از دقت بيشتر در اندازه گيري بهتر است در اين گونه مواردازيك مقسم پتانسيل مقاومتي با ولتمتر الكترواستاتيكي سود جست.

هر يك از وسائل مذكور از منبع جريان مي كشند . ولتمترهاي توليدي تجهيزاتي با امپدانس بالا بوده واثر بار گذاري ندارند.

استفاده از روش ايجاد جرقه در فاصله هوايي مانند گويهاي كروي نيز يكي ديگراز وسايل اندازه گيري بشمارمي رود. كار اين وسايل بر اساس تخليه الكتريكي گازها مي باشد.

2-1- مقاومت اهمي بزرگ سري با ميكرو آمپرمتر

در اين روش اندازه گيري شدت جريان بوسيله آمپرمتري كه بطور سري با مقاومت اهمي بسته شده است انجام مي شود. براي بدست آوردن فشار الكتريكي بايدمقداردقيق مقاومت را در دست داشته باشيم. در اين صورت V=IR

افت ولتاژ بر روي ميكرو آمپر متر بسيار كم است. زيرا مقاومت آن در مقايسه با مقاومت چند صد مگا اهمي سري قابل صرفنظر كردن است.

وسيله حفاظتي ميكرو آمپر متر را در برابر ولتاژ زياد كه ممكن است بر اثر صدمه ديدن مقاومت R ويا جرقه برروي آن ايجاد گردد حفاظت مي كند.

R طوري انتخاب ميشود كه جريان عبور كننده از آن براي كل انحراف عقربه آمپرمتر حدود چند ميكرو آمپر شود.

آمپرمترهاي مقاومت سري براي اندازه گيري ولتاژهايي به ميزان 500 كيلو ولت (dc) با ضريب خطايي كمتر از 2% ساخته شده اند.

محدوديت هاي موجود در طرح مقاومت سري عبارتند از: 1-اتتلاف توان و اثر بار گذاري روي منبع 2-وابستگي ولتاژ به المانهاي مقاومتي 3-اثر دما در تغيير مقاومت 4-حساسيت نسبت به تنشهاي مكانيكي

مقاومت اهمي بزرگ سري با ميكرو آمپرمتر

2-2- مقسم پتانسيل مقاومتي براي ولتاژ فشار قوي dc

در اين نوع وسيله اندازه گيري تاثير دما و ولتاژ بر روي المانها از بين مي رود. دامنه ولتاژ مورد اندازه گيري از رابطه ((R2+R1)V2)/R2 قابل محاسبه است. V2 ولتاژ مقاومت R2 ميباشد.

مواردي مثل تغييرات سريع ولتاژ مانند حالت سوئيچينگ و يا اتصال كوتاه منبع ممكن است موجب وارد آوردن صدماتي به المانهاي مقسم گردد . p) وسيله حفاظتي و esv ولتمتر الكترو استاتيكي)

مواردي مثل تغييرات سريع ولتاژ مانند حالت سوئيچينگ ويا اتصال كوتاه منبع ممكن است موجب وارد آوردن صدماتي به المانهاي مقسم گردد. علت اين امر وجود خازنهاي اضافي در طول المانها مي باشد. براي جلوگيري ازاين امر خازنهايي جهت كنترل ولتاژ در طول المانها نصب مي گردد. مجموعه مقاومت هاي سري با اتصال موازي خازن ها جهت خطي كردن توزيع پتانسيل در حالت گذرا نشان داده شده است.

2-3- ولتمترهاي توليدي

در مواردي كه بخواهيم اثر بار گذاري بر روي منبع را از بين برده ويا اين كه وسيله اندازه گيري مستقيما به ترمينالهاي ولتاژ فشار قوي متصل نگردد از تجهيزات اندازه گيري با اصل توليد جريان يا ولتاژ مثل ولتمتر توليدي استفاده ميشود.ولتمتر توليدي يك خازن الكترو استاتيك متغير است كه متناسب باولتاژ خارجي اعمال شده توليد جريان مي كند.دستگاه توسط يك موتور سنكرون ( با سرعت ثابت ) مي چرخد. به اين ترتيب هيچ انرژي از منبع ولتاژ مورد اندازه گيري دريافت نمي كند.

يك ولتمتر توليدي با استوانه دوار شامل دو الكترود ميدان تحريك و يك روتور دو قطبي است كه توسط يك موتورسنكرون با سرعت ثابت مي چرخد .جريان متناوب پس از آنكه توسط كموتاتور يكسو گرديد وارد سيم پيچ هاي روتور مي گردد.

(در ولتمترهاي توليدي قطاعهاي گردان ويا پره هايي براي ايجاد خازن متغير بكار ميرود ) .

مزاياي ولمتر توليدي : 1- اثر بار گذاري روي منبع ندارد. 2- مستقيما به ولتاژ فشار قوي وصل نمي شود. 3- قرائت آن خطي وتوسعه دامنه قرائت آن به سادگي صورت مي گيرد. 4- وسيله اندازه گيري مناسب براي تجهيزات الكترواستاتيكي مانند ژنراتور اجزائ شتاب دهنده و واندو گراف است.

محدوديت هاي يك ولتمتر توليدي : 1- نياز به كاليبراسيون دارد . 2- نياز به ساختمان دقيق و نيز وسايل گرداننده دارند. 3- بهم خوردن موقعيت و طرز قرار دادن الكترودها نياز به كاليبراسيون مجدد دارد.

اندازه گيري ولتاژ متناوب فشارقوي

در اندازه گيري ولتاژ ac فشار قوي بطورمعمول ازروش هايي مانند ولتمترهاي با امپدانس سري . مقسم پتانسيل . ترانسفورمرهاي ولتاژ وياولتمترهاي الكترواستاتيكي استفاده مي شود.

چنانچه فقط اندازه گيري مقدار پيك ولتاژ مورد نظر باشد مي توان از يك ولتمتر پيك سنج ويا گپ كروي استفاده نمود.براي اندازه گيري ولتاژ متناوب با فركانس بالا و يا ضربه بايد از مقسم هاي پتانسيل استفاده كرد. اين مقسم ها شامل يك اسيلوگراف اشعه كاتدي جهت ثبت ونگهداري شكل موج است.

3-1-1- ولتمترهاي امپدانس سري

در اندازه گيري فشار قوي با فركانس قدرت امپدانس سري مي تواند از مقاومت خالص يا راكتانس تشكيل شده باشد.از آنجايي كه مقاومت اهمي داراي اتلاف توان مي باشد لذا بطور معمول از خازن بعنوان راكتانس استفاده مي شود . پيش تر تغييرات دما مقاومت دراثر دما بخصوص در مقاومت هاي بزرگ موجب بروز مشكلاتي در اندازه گيري مي گرديد چراكه اندوكتانس باقي مانده مقاومت باعث تغيير در مقدار مقاومت اهمي آن مي شود. براي ولتاژهاي زياد از چند مقاومت بزرگ استفاده مي شود كه آنها نيز به نوبه خود داراي اضافي ( پراكندگي ) مي باشند.

مدار معادل نشان داده شده در شكل زير در مورد مقاومت هايي با ابعاد بزرگ صادق مي باشد .

از آن جايي كه خازن هاي زمين يا خازن هاي اضافي در مقدار جريان هر قسمت از مقاومت مؤثر مي باشند لذا خطايي در قرائت دستگاه اندازه گيري وجود خواهد داشت.

شكل b , a بترتيب مدار معادل چنين مقاومتي را كه از اندوكتانس آن صرفنظرشده است ومدار مقاومت سري جبران كننده توسط مقاومت هاي گارد وتنظيم را نشان مي دهد .

اثرخازن هاي اضافي زمين را مي توان با شيلدكردن مقاومت R بوسيله مقاومت فنري Rs از بين برد. مقاومت مذكور با مقاومت اصلي به طور موازي واقع شده ولي در مقدار جرياني كه از وسيله اندازه گيري مي گذرد بي تاثير است.با تنظيم مقاومت Ra مي توان پتانسيل انتهاي مقاومت شيلد را نسبت به مقاومت واقعي اندازه گيري تنظيم نمود . به طوري كه جريان جبران كننده بدست آمده بين شيلد ومقاومت هاي اندازه گيري كمترين زاويه فاز را داشته باشد.

( مقاومت سري گسترده براي اندازه گيري ولتاژ متناوب) :

3-1-2- ولتمترهاي خازن سري

چنانچه قبلا ديديم اندازه گيري فشار الكتريكي به كمك مقاومت هاي اهمي وميكرو آمپرمتر مشكلاتي را به همراه داشت. براي رفع برخي از اين مشكلات مي توان از مقاومت خازني وآمپر متر استفاده كرد .

شكل روبرو خازن سري با ميلي آمپر متر براي اندازه گيري ولتاژ ac فشار قوي را نشان مي دهد.

جرياني كه از آمپر متر عبور مي كند برابر است با I=jwCV

چنان چه ولتاژ ac شامل هارمونيك باشد تغيير امپدانس خازنها موجب خطا در اندازه گيري مي شود.

ولتمتر خازن سري با ترانسفورمر كاسكاد براي اندازه گيري ولتاژ ac تا مقادير 1000 كيلو ولت بكار مي رود . خازن سري بصورت خازني با صفحات موازي كه به ترمينال فشار قوي ترانسفورمر و زمين وصل مي شود مي باشد . جريان پس از يك سو سازي توسط آمپر متر قرائت مي شود . معمولا جرياني حدود 5 الي 100 ميكرو آمپر براي كوپل متحرك آن لازم است .

خطاي اندازه گيري تقريبا 2% است .

3-2- مقسم پتانسيل

خطايي كه به خاطر هارمونيك هاي ولتاژ در نوع قبلي بود مي تواند با استفاده از مقسم ولتاژ خازني اصلاح گردد . در نوع فعلي از يك ولتمتر داراي امپدانس زيادو يا يك ولتمتر الكترواستاتيكي استفاده مي كنند . اگر ولتمتر توسط كابل طويلي به خازن يا ترانس وصل شده باشد مقدار ظرفيت خازني آن را در محاسبات بايد منظور نمود.

براي مقسم هاي خازني از خازن هاي پر شده با گاز استفا ده مي كنند كه در حال حاضر براي اندازه گيري فشار الكتريكي موثر تا 800 كيلو ولت ساخته شده است .

از چنين مقسم خازني دراندازه گيري فشار الكتريكي بوسيله اسيلوسكوپ نيز استفاده مي شود .

در شكل زير خازن C1 ( نوع گازي با هواي فشرده ) و خازن C2 هر خازن بزرگي ( با تلفات كم ) مي تواند باشدC1 داراي سه ترمينال بوده كه از طريق كابل شيلد شده اي به C2 وصل مي شود. خازن C2 نيز كامالا شيلد شده است تا از ايجاد هر گونه خازن اضافي جلوگيري شود .

بطور كلي داريم V=(C1+C2+Cm)v2/c1

كهCm خازن ولتمتر الكترو استاتيكي و كابل اتصالي مي باشد. C1 خازن فشار قوي گاز فشرده استاندارد . C2 خازن فشار ضعيف استاندارد. ESV ولتمتر الكترو استاتيك. P گپ حفاظتي. C.Cكابل رابط.

3-3- ترانسفورمرولتاژخازني (CVT)

مقسم خازني با يك تطبيق كننده مناسب يا ترانسفورمر پتانسيل ايزو له كننده كه براي شرايط رزونانس تنظيم شده باشد غالبا براي اندازه گيري ولتاژدرسيستمهاي قدرت بكارمي رود وآن را با نام (CVT) ي شناسند .

برخلاف مقسم خازني ساده كه به وسيله اندازه گيري با امپدانس ورودي زياد يا ولتمتر الكترو استاتيك احتياج اين سيستم مي تواندبه تجهيزاتي با امپدانس ورودي كم نيزمتصل گردد ( مانند واتمتر. سيم پيچ رله) CVT قادر است باري در حدود چند ولت آمپر را تغذيه كند .

مدار مقسم خازني ومعادل ولتمتر متصل به آن

اساسا CVT براي كنترل و بكار اندازي وسائل وسيستم هاي حفاظتي بكار مي رود. لذا بايد ولتاژ زياد را به مقدار كمتري براي مثال حدود100 ولت كاهش داد . براي تامين قدرت موردنياز ميترها وديگرمصارف با توجه به ولتاژ ثانويه CVT بايد قدرتي معادل چند ده ولت آمپر در نقاط a ,b توليد گردد . از سوي ديگر مقسم ولتاژ فوق بايد بتواند در محدوده فركانسي 48 الي 51 هرتز با دقتي بيشتر از 99% عمل نمايد. چرا كه ولتاژ V2جهت مصارف حساسي منظور گرديده است.

مدار معادل تونن بصورت شكل زير خواهد بود.( ( K=C1/(C1+C2) (R2) مقاومت دستگاه اندازه گير

V2=KV1R2/(R2+(1/(w(C1+C2))))

چنان كه از رابطه فوق پيداست مقدار V2 به فركانس بستگي دارد كه مطلوب نمي باشد براي بر طرف كردن اين اشكال به مدار قبل يك سلف اضافه مي كنيم كه با خازن ايجاد تشديد نمايد. در حالت تشديد داريم Vab=KV1 از طرفي اگر مقدار( ( jw( C1+C2) بزرگ اختيار شود نيز داريم Vab=KV1 ولي بدليل اين كه Vab خيلي كوچكتر از V1 مي باشد بديهي است كه خازن هاي C1,C2 نيز از لحاظ اندازه اختلاف زيادي با هم خواهند داشت . اين امر موجب بالا رفتن هزينه و كاهش دقت مي گردد . براي برطرف كردن اين مشكل سعي مي شود تا از مقاديرولتاژي متوسط 10 الي 20 كيلوولت استفاده گردد. اين ولتاژ(V1) توسط ترانسفورمري به مقدار مطلوب و دلخواه قابل تبديل است .( حدود 110 ولت )

مدار كامل C.V.T

نهايتا مدار معادلي مشابه شكل زير حاصل خواهد شد . L’ = L + L1 w + L’2w Lسلف متغير L1 سلف سيم پيچ اوليه L’2 سلف سيم پيچ ثانويه ( تبديل شده )

مزاياي C.V.T : 1 - طرح و نصب ساده وآسان 2- بجز مورد اندازه گيري به عنوان خازن كوپلاژ در سيستم PLC ونيز تغذيه رله بكار مي رود . 3- توزيع ولتاژ بر روي المانها تقريبا مستقل از فركانس است. 4- ايزولاسيوني بين دستگاه اندازه گير و ترمينال فشار قوي ايجاد مي كند

معايبC.V.T 1- نسبت ولتاژ به تغييرات دما بستگي دارد. 2- وجود مشكل القاء فرورزونانس ذر سيستم قدرت براي C.V.T

3-4- ترانسفورمرهاي ولتاژ( نوع القايي يا مغناطيسي)

ترانسفورمر هاي ولتاژ از قديمي ترين وسايل اندازه گيري ولتاژ ac هستند. ساختمان آنها ساده و براي هر مقدار ولتاژي قابل طرح هستند. براي ولتاژ هاي زياد استفاده از نوع كاسكاد ممكن مي باشد.

(V1/V2 ) = ( N1/N2 ) = a V1,V2 ولتاژهاي اوليه و ثانويه N1,N2 تعداد دور اوليه وثانويه

جريان مغناطيس كنندگي موجب اندكي خطا در دامنه و فاز ولتاژ مي گردد. براي بر طرف كردن آن از يك تپ قابل عملكرد زير بار بر روي سيم پيچ فشار قوي مي توان استفاده كرد. حالت هاي گذرا خيلي سريع يا ولتاژهاي با فركانس خيلي زياد از اين ترانسفور مر عبور نمي كنند. اين ترانسفورماتور ها عموما براي فركانس قدرت طراحي وساخته شده اند. آنها بطور مستقل با ترانسفورمرهاي فشار قوي آزمايشگاهي بكار برده نمي شوند.

موارد مورد آزمايش مانند ايزولاتور. كابل و… كه ذاتا داراي رفتار خازني مي باشند موجب افزايش ولتاژ با با ترانسفورمر آزمايشگاه مي گردند. لذا سيم پيچ PT مقدا ر ولتاژ كمتري از ميزان واقعي پتانسيل اعمال شده را مي دهد. اگر در صد امپدانس ترانسفورمر را مقداري معلوم فرض نماييم تصحيح ولتاژ اندازه گيري شده بوسيله PT توسط رابطه روبرو صورت مي گيرد V2 = V20 (1+ ( 0.01VxC)/CN V20 ولتاژ سيم پيچ PT در حالت مدار باز CN خازن بار آزمايش C خازن ماده مورد تست VX درصدافت ولتاژ درراكتانس ترانسفورماتور

تفاوت اين ترانسفورمرها با انواع قدرتي آن در ميزان انرژي است كه از آن ها اخذ مي شود. براي PT اين انرژي مجموع انرژي مصرفي دستگاه هاي اندازه گيري و رله هاست كه به ثانويه ترانس وصل مي شوند و مقدار آنها حدود چد ده ولت آمپر است.

3-5- ولتمترهاي الكترواستاتيك

ولتمترهاي الكترواستاتيكي با صفحاتي موازي كه مجهز به حلقه هاي حفاظت دربرابر پديده كورونا هستند ساخته مي شوند . اين حلقه ها در لبه هاي صفحات استفاده مي شود. معمولا ولتمتر الكترو استاتيك داراي ظرفيت خازني كم و مقاومت عايقي بسيار زيادي هستند.

تعيين فركانس حد بالا جهت كاربرد هاي ac به عوامل زير بستگي دارد : 1- فركانس طبيعي سيستم 2- فركانس تشديد اندوكتانس پراكندگي سيمهاي رابط با خازن ولتمتر 3- رفتار R-C نگهدارنده كنترل

در طرحهاي پيشرفته وخوب حد بالاي فركانس 1 مگا هرتز حاصل شده است.دقت دستگاه براي اندازه گيري ولتاژ ac كمتر از 0.25درصد و براي ولتاژ dc برابر 0.1 در صد و يا كمتر است.

دياگرام شماتيك يك ولتمتر الكترواستاتيك :

اين ولتمتر شامل ديسك هاي موازي است. اين ديسكها بعنوان الكترودهستند. كه به فاصله كمي ازهم قرارگرفته اند. الكترود متحرك توسط حلقه محافظ ثابتي احاطه شده است تا ميدان در ناحيه مركزي همگن شود. براي اندازه گيري دقيق تر ولتاژ قطرديسك بايدبيشتر شده وفاصله هوايي كاهش يابد. محدوديت فاصله هوايي به ماكزيمم تنش( V/S ) آن فضا بستگي دارد.

محدوده دستگاه اندازه گيري به فاصله گپ بستگي دارد . تا حال حاضر دستگاه براي محدوده 500 كيلو ولت ساخته شده است. اين دستگاه با ساختماني مشابه شكل فوق ولي با استفاده از هواي فشرده. دي اكسيد كربن يا نيتروژن نيز وجود دارذ.

3-6- اندازه گيري حد اكثرولتاژ متناوب بوسيله دو الكترود كروي

همواره در يك ميدان يكنواخت بين دو گوي تحت شرايط جوي ثابت با تلرانس مشخص ولتاژ شكست معلوم ومعين است.بنابر اين فاصله هوايي براي اندازه گيري ماكزيمم ولتاژ شكست بكار خواهد رفت.

معمولا فقط گپ هاي كروي براي اندازه گيري ولتاژ بكار مي روند. در حالت هاي خاص گپ هاي ميدان همگن و گپ هاي ميله اي نيز مورد استفاده قرار گرفته اند. اما دقت آنها كم است .

ولتاژ شكست گپ ها بخصوص كروي مستقل از شكل موج ولتاژ هستند. بنا بر اين براي هر نوع ولتاژي از dc تا موج ضربه نرخ افزايش زيادمناسب هستند. همچنين گپ هاي كروي براي اندازه گيري پيك ولتاژ هاي فركانس راديويي ( تا 1 مگا هرتز) بكار مي روند.

الكترود هاي كروي كه ولتاژ مورد اندازه گيري به آن ها وصل مي شوند به اين صورت مرتب شده اند: 1- بطور عمودي كه كره پايين تر به زمين وصل شده است. 2- بطور افقي كه يك الكترود به منبع وصل شده وديگري به زمين وصل خواهد شد. نوع عمودي آن طوري مرتب مي شود كه كره ها متقارن و از لحاظ اندازه مساوي هستند.

نكات قابل توجه در اين نوع اندازه گيري ولتاژ عبارتند از: 1- فاصله دو قطب خيلي كوچكتر از قطر گوي ها باشد. 2- فاصله گويي كه پتانسيل روي آن است از گوي ديگر كمتر از هر فاصله ديگري باشد كه پتانسيل زمين را دارند. 3- براي هر بار اندازه گيري فشار و چگالي هوا و رطوبت نسبي در طول اندازه گيري ثابت باقي بماند.

دو گوي عمودي براي اندازه گيري ولتاژ فشار قوي : 1- عايق نگهدارنده 2- پايه كره 3- موتور تغيير دهنده فاصله 4- رابط فشار قوي P محل شكست D قطر كره S فاصله A بيشترين ارتفاع P نسبت به زمين B شعاع نسبت به ساختمان خارجي X رابط فشار قوي از اين ناحيه بايد عبور كند.

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ پنجشنبه 30 شهريور 1391 توسط حميد تلك آبادي