Судовые электрические станции и сети - Электроизмерительные приборы

§ 43. ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Устройство и принцип действия. Электроизмерительные приборы, используемые в СЭС в условиях механических и климатических воздействий, должны давать правильные показания при кренах, дифферентах и качках.
На судовых ЭС в основном применяют приборы, показывающие непосредственно численные значения измеряемой величины с помощью отсчетного устройства. Принцип действия таких приборов основан на том, что электромагнитное поле, создаваемое подводимой энергией контролируемой сети, используется для перемещения подвижной части.
Классификация электроизмерительных приборов возможна по нескольким признакам:
роду тока — постоянного, переменного, постоянно-переменного; измеряемой величине — амперметры, вольтметры, ваттметры, частотомеры, фазометры, омметры, счетчики электроэнергии;
степени точности — классы точности 0,5; 1,5; 2,5, определяющие погрешность измерения (расхождение между измеренным и действительным значениями измеряемой величины);
принципу преобразования электромагнитной энергии и конструктивному исполнению измерительного механизма — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, электростатические, вибрационные;
виду шкалы — с равномерной шкалой и неравномерной; области применения — стационарные, переносные, подвижные; конструкции отсчетного устройства — с механическим указателем (стрелка), световым указателем, самопишущие, регистрирующие;
исполнению корпуса — брызго- и водозащищенные, герметичные, взрывобезопасные;
размеру корпуса — миниатюрные (с размером лицевой части до 50 мм), малые (50—100 мм), средние (100—200 мм), большие (свыше 200 мм);
механическим воздействиям при эксплуатации — обыкновенные (предназначенные для работы при отсутствии тряски, вибрации или ударных сотрясений), специальные (устойчивые к механическим воздействиям).
Судовые электроизмерительные приборы должны выдерживать кратковременные и длительные перегрузки, погрешности, допустимые для измеряемой величины.
Для непрерывного контроля за показаниями приборов при временном отсутствии освещения шкалы часть указательных стрелок покрывают светосоставом временного действия и минимальной освещенности.
Щитовые электроизмерительные приборы должны иметь класс точности не ниже 2,5. В качестве контрольных используют приборы класса точности не ниже 1. Класс точности шунтов и измерительных трансформаторов тока и напряжения должен соответствовать классу точности подключаемых к ним электроизмерительных приборов.
Амперметры и вольтметры, используемые в цепях с изменяющейся нагрузкой (или напряжением), выбирают с запасом по шкале.
При выборе приборов для генератора и сетей с постоянной нагрузкой (или напряжением) запас по шкале принимают около 25% номинального значения измеряемой величины, а для сетей с переменной нагрузкой — до 50%.
Для измерения силы тока и напряжения в судовых сетях переменного тока применяют приборы с классом точности 1,5 и пределами измерения тока 5—6 кА, напряжения 30—450 В. Амперметры на ток до 200 А включают в сеть непосредственно или через трансформаторы, амперметры на больший ток — только через трансформаторы.

Рис. 84. Принципиальные схемы электроизмерительных приборов
Трансформаторы предназначены для расширения пределов измерения амперметрами, ваттметрами, счетчиками и др. Первичную обмотку трансформаторов включают последовательно с измеряемой сетью (по ней протекает суммарный измеряемой ток), а вторичную — последовательно с амперметром или токовыми катушками ваттметров, счетчиков. При длине соединительной линии между трансформатором тока и амперметром более 25 м амперметр включают через трансформатор с вторичной обмоткой на ток 5 А и специальный промежуточный трансформатор с первичной обмоткой на ток 5 А и вторичной — на ток 0,3 А.
Все катушки напряжений измерительных приборов должны иметь защиту плавкими предохранителями или ВА.
В схемах ГРЩ применяют вольтметры и амперметры с переключателями УП и КФ, что позволяет одним прибором измерять три линейных напряжения или ток.
Активную мощность в трехфазных цепях переменного тока частотой 50 Гц с равномерной нагрузкой измеряют ваттметром типа (рис. 84, а). В схеме включения ваттметра в сеть параллельную цепь приборов включают непосредственно или через трансформатор напряжения 380/127 В, а последовательную — через трансформатор тока с вторичной обмоткой на ток 5 А. Пределы измерения при напряжении 127, 220, 380 В соответственно 1—1200, 2—2500, 3—4000 кВт.
Для измерения частоты в сетях переменного тока в диапазоне О—60 Гц применяют стрелочный частотомер с номинальным напряжением 127, 220 и 380 В (рис. 84, б).
Трехфазное напряжение измеряемой сети, понижаемое трансформатором Тр добавочного устройства, подается на статорные обмотки VI синхронного двигателя. Трехфазный ток, протекающий по обмотке статора, создает вращающее магнитное поле, которое приводит во вращение ротор V двигателя. Ротор состоит из вращающихся постоянных магнитов IV и алюминиевого диска III. На одном конце вала синхронного двигателя находится магнитный узел, в воздушном зазоре которого алюминиевый диск укреплен по оси подвижной части. При вращении магнитного узла в диске возбуждаются вихревые токи. В результате их взаимодействия с магнитным полем создается вращающий момент, пропорциональный частоте вращения ротора двигателя. Противодействующий момент создается спиральными пружинами II, закрепленными вместе со стрелкой на оси подвижной части.
Коэффициент мощности трехфазных судовых сетей при симметричных нагрузке фаз и напряжении измеряют фазометром — это прибор с непосредственным отсчетом по шкале величины cos ср.
Принципиальная схема соединения фазометров при номинальном напряжении 127, 220 и 380 В показана на рис. 84, в. В обмотки VI статора подаются линейные токи двух фаз (3, 5 и 4, 6). а обмотка возбуждения ОВ подключена к сети (фазы, 1, 2).
Стрелочные синхроноскопы (рис. 84, г) предназначены для определения момента совпадения фаз напряжений синхронных генераторов, включаемых в параллельную работу. Приборы могут быть использованы для синхронизации генераторов частотой 50 и 400—500 Гц и напряжением 127, 220 и 380 В.
В электромагнитном измерительном механизме замкнутый магнитопровод (статор) состоит из стальных пластин. Цилиндрическая катушка возбуждения находится внутри статора, сквозь который пропущена втулка ротора. Ротор состоит из двух лепестков  замыкающей втулки: лепестки расположены сверху, а катушка возбуждения — снизу. Обмотка статора через добавочные резисторы  подключается к синхронизируемому генератору (фазы 1, 2, 3), а обмотка возбуждения — к неработающему (фазы 4, 5).
Взаимодействие магнитных полей ротора и статора создает вращающий момент, приводящий ротор во вращение с частотой, пропорциональной разности частот вращения работающего и синхронизируемого генераторов. При равенстве частот вращения стрелка синхроноскопа устанавливается в положение, определяемое углами сдвига одноименных фаз напряжения работающего и синхронизируемого генераторов. В момент равенства частот и совпадения фаз напряжения стрелка устанавливается на отметке синхропоказания.
Сопротивление изоляции судовой сети переменного тока измеряют щитовыми мегаомметрами с напряжением 127, 220 и 380 В и частотой 50—400 Гц (рис. 84, д).
Напряжение от контролируемой сети подается на зажимы мегаомметра и выпрямляется выпрямителем. Выпрямительный ток обтекает рамку 1 измерителя и далее через корпус судна и по путям утечки (сопротивления изоляции) возвращается в сеть.
Вращающий момент в приборе создается вследствие взаимодействия магнитного поля в воздушном зазоре (создаваемого постоянным магнитом) с током, обтекающим рамку (поэтому показание прибора зависит от протекающего в рамке тока).
Обслуживание. Во время эксплуатации щитовые приборы, трансформаторы и добавочные устройства подвергают периодическим профилактическим осмотрам и регулярным проверкам. При обслуживании необходимо пользоваться инструкциями завода-изготовителя.
Систематически проверяют исправность приборов, плотность контактных соединений и целостность защитных устройств в питающих цепях. Не допускается размыкание вторичной обмотки измерительного трансформатора тока (она должна быть замкнута на прибор либо накоротко). Вторичная обмотка трансформатора напряжения должна быть замкнута на прибор либо разомкнута. Вторичные обмотки измерительных трансформаторов должны быть присоединены к корпусу судна.
Снимать пломбы и ремонтировать измерительные приборы судовому персоналу запрещается. Рекомендуется проверять исправность приборов не реже одного раза в 6 мес, сверяя показания по контрольным приборам. Приборы по истечении двухгодичной эксплуатации подлежат проверке соответствующими контрольными органами (с постановкой клейма о проверке).