2.4. ТОКИ ВЛИЯНИЯ И ИХ ИСКЛЮЧЕНИЕ
Напряжение и ток рабочего режима устройства, в котором находится контролируемое оборудование, являются источниками токов помех промышленной частоты - токов влияния. Эти токи вызываются электрическим полем, созданным рабочим напряжением, а также магнитным полем тока, протекающего по токоведущим частям.
Ток рабочего режима индуктирует в замкнутых контурах схемы измерений ток электромагнитных влияний. Наиболее чувствительным элементом схемы при этом является СИ, где влияниям подвержены трансформаторы измерительной цепи. При конструировании СИ это учитывается; обычно оно имеет соответствующую защиту. Кроме того, всегда можно изменить положение СИ в пространстве, уменьшив при этом индуктивную связь с влияющим элементом. Поэтому практически возникает необходимость исключения лишь небольших остаточных токов от электромагнитного влияния.
Помехи в схеме измерений, вызванные обоими влияющими факторами, имеют одинаковый характер; методы их исключения из результатов измерений различий не имеют. Поэтому в дальнейшем будут рассмотрены лишь влияния электрического поля, как основные.
Токи влияния
Токи влияния электрического поля протекают по емкостным связям объекта контроля с находящимися под рабочим напряжением элементами распределительного устройства (оборудованием, системой шин и т. п.). Некоторая часть тока влияния определяется короной на этиx элементах. Источниками токов влияния являются фазные напряжения сети.
Рис. 2.28. Схема замещения для учета токов влияния
Частичных емкостей, создающих пути для токов влияния, много. Они определяются конструкцией оборудования и его расположением относительно других элементов распределительного устройства. Токи, протекающие по каждому из этих путей, имеют различные значение и фазу. Поэтому суммарный ток влияния, протекающий через данную точку схемы измерений, имеет случайное значение модуля и фазы. На схеме замещения источник суммарного тока влияния может быть представлен в виде источника ЭДС и эквивалентной емкости влияния [9]. Эта емкость мала по сравнению с емкостью остальных элементов схемы измерений, и поэтому источник влияния может рассматриваться как источник тока.
Будем рассматривать два пути протекания суммарных токов влияния (рис. 2.28); один - на низкопотенциальный вывод объекта (1в1), второй - на его вывод ВН (1в2). В действительности частичные токи влияния протекают через всю поверхность объекта, а указанные электроды есть лишь точки объекта, через которые суммарные токи влияния стекают в схему измерения. При прямой схеме включения измерительного устройства определяющим является ток 1в1; при перевернутой - ток 1в2. Необходимость одновременного рассмотрения обоих токов будет оговорена особо.
Строго говоря, часть тока влияния будет протекать через емкость объекта, минуя измерительное устройство. Но таким малым изменением можно пренебречь. В дальнейшем рассматривается лишь ток, который влияет на результаты измерений.
Протекая через измерительный элемент схемы и складываясь с подлежащим контролю током через изоляцию объекта, ток влияния является источником погрешностей измерения.
Погрешности измерения от токов влияния существенны лишь для измерительных установок переменного тока промышленной частоты. В дальнейшем будут рассматриваться лишь эти установки.
В других случаях (например, при измерениях на постоянном токе) погрешности появляются лишь тогда, когда токи влияния создают нелинейный режим измерительного устройства или же выпрямляются каким-либо образом в процессе измерения.
Рис. 2.29. К расчету погрешностей от тока влияния:
а — измеренный угол потерь больше действительного; б — измеренный угол потерь меньше действительного
Протекая по входным цепям мегаомметра, токи влияния, превышающие определенное значение, выпрямляются устройствами его защиты от перегрузок. Это создает недопустимые погрешности измерений, например, при применении мегаомметра Ф4100. Возможно выпрямление токов влияния при коммутациях, проводимых для измерения абсорбционных характеристик.
На векторной диаграмме (рис. 2.29, а) ток, протекающий через измерительный элемент схемы, показан как сумма тока объекта 1Х и тока влияния 1в. Действительный угол потерь δ; измеряется угол δ'. Фаза тока влияния (угол Θ) может быть любой, поэтому измеренное значение tg δ может быть больше или меньше действительного. Возможно отрицательное значение (’’отрицательный” tg δ при суммарном токе I"и угле δ”, рис. 2.29, б).
Активная составляющая тока i.
реактивная составляющая
Следовательно, измеренные значения
где кс - коэффициент, определяемый чувствительностью измерительного устройства.
Введем коэффициент кв, равный отношению модулей токов влияния и объекта (коэффициент влияния)*. При этом
(2.12)
(2.13)
* В [9] коэффициентом влияния названо отношение модуля тока влияния к реактивной составляющей тока объекта. Принятое нами определение представляется методически более верным.
Погрешности измерения:
(2.14)
(2.15)
Наибольшая погрешность измерения tg δ соответствует случаю, когда ток влияния близок по фазе к активной составляющей тока объекта (Θ » 90); при этом с учетом малости угла δ (Δ tg δ)Η6 » кB. Заметим, что погрешность отсутствует при θ = δ. Наибольшая погрешность измерения емкости Δ Сх/Сх)нб » кв будет при Θ = 0°.
Ток влияния определяется габаритами контролируемого объекта, его расположением и номинальным напряжением установки. При прочих равных условиях коэффициент влияния и, следовательно, погрешность измерения будут обратно пропорциональны емкости объекта. Наибольшие погрешности создают токи влияния при контроле вводов и трансформаторов тока.
Обычно ток влияния, протекающий в прямой схеме включения измерительного устройства, много меньше тока влияния при перевернутой схеме включения.
В табл. 2.3 приведены статистические данные о реальных уровнях влияния, измеренных при контроле вводов и трансформаторов тока η распределительных устройствах, а также прогнозируемые предельные значения коэффициентов влияния [10]. Прогноз сделан по распределению наибольших членов выборки.
Таблица 2.3. Уровни влияния в схемах эксплуатационных измерений
1 ТФНКД-500, два элемента соединены параллельно.
Примечания: Измерения проводились при напряжении 10 кВ.
*. к в.нб. — наибольшее измеренное значение; к в.пр.— наибольшее расчетное (предельное) значение, полученное исходя из статистики наибольших значении.
Эти данные подтверждают, что по помехозащищенности прямая схема измерений является наилучшей. Однако наибольшее возможное значение погрешности измерения, которое, как показано выше, близко к значению кв, так велико, что результаты измерений в целях диагностирования изоляции использовать нельзя. Необходимо исключение погрешности измерений, вызванной токами влияния.
