电力仪器仪表的操作使用讲义(含插图).doc
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1、仪器仪表的操作使用 第一节 概 述测量仪表是通过信号传感器,将各类信号如电压、电流、相位、磁场强度、温度、湿度、压力、长度、位移、重量等转换成可以直接读取被测信号数值大小或间接分析被测信号各类参数的仪器。电源网络及设备的检测维护需要使用各类仪表对其参数进行周期性的测量,并要求对测试数据作出正确的分析判断,从而发现障碍隐患,分析故障源头,为供电设备的故障排除提供理论依据,保证供电网络的正常运行。因此熟练掌握常用电源维护测量仪表是对电源维护人员最基本的要求。常用的电源维护仪表主要有:万用表、交直流钳形表、电力谐波分析仪、温湿度测试仪、接地电阻测试仪、绝缘摇表、宽频杂音计、示波器、声级计等。各种仪表
2、均有其相应的技术指标,不同的测试项目对测量仪表的要求(如精度等级、检波模式)也不尽相同。由于测量误差的存在,仪表的精度按满度相对误差(也称最大引用误差)分成0.05、0.1、0.2、0.5、1.5、2.5、5.0等几个等级,例如1.5级精度的仪表,其满度相对误差为1.5%(关于误差的概念,请参阅本书第六章的相关内容)。仪表在使用前,需要详细了解它的相关技术指标,如信号输入范围、仪表精度、供电电源、检波形式等等,以保证测试数据的准确、有效,同时也保证仪表及其操作者的安全。我们知道,交流电压根据其取值方式不同可以分成峰值电压、有效值电压和平均值电压(相关内容请参阅第三章第一节),在日常测量中除特别
3、注明的以外,一般都是用有效值来表示交流信号的大小。相应地,电压测量仪表也可按其检波方式分为峰值检波、平均值检波和有效值检波,它们分别是指检波电路的输出与输入电压的峰值、平均值或有效值成正比。下面对不同检波方式电压表的特点进行分析。1峰值检波电压表峰值检波电路的时间参数应远远大于被测信号周期T。由于峰值检波电路的输出和信号峰值电压成正比,因而采用峰值检波的指针式仪表其表头上的刻度是均匀的,读数比较方便,刻度误差也比较小。由于交流信号测量值一般采用有效值来表示,所以采用峰值检波电路的电压表,其表头不是直接按照被测电压的峰值来标定刻度的,而是按正弦交流电峰值与有效值间的比例关系,将峰值电压换算为有效
4、值来标定的。例如用峰值检波电压表,当输入信号电压峰值为1V时,其表头读数不是1V,而是0.707V。需要注意的是,一般的峰值检波电压表都是采用正弦电压峰值与有效值的关系来定度的。当使用这种电压表来测量非正弦交流电压时,由于其峰值与有效值间的关系与正弦波不同,因而会产生测量误差。这种情况下测量读数需通过波峰因数来进行换算。交流电压(电流)的波峰因数定义为该电压(电流)的峰值与其有效值之比:(21)2均值检波电压表均值检波电路中,输出的直流电流与输入交流电压的平均值成线性关系,所以表头刻度也是均匀的。为了便于读数,均值检波电压表的表头也是按照正弦信号平均值与有效值之间的比例关系,将测出的平均值电压
5、换算成有效值来标定刻度的,因此表头读数也是有效值。例如,当输入正弦交流电压平均值为0.637V时,用均值检波电压表测得的表头读数为0.707V。与峰值检波电压表类似,用一般按正弦电压平均值与有效值的关系定度的均值检波电压表来测量非正弦电压时,由于其平均值与有效值间的关系与正弦波不同,因而会产生测量误差。被测电压的波形不同时,其波形误差的大小也不一样。此外,若被测正弦电压发生失真,通过理论分析可知,当其二次谐波的失真度不超过10%时,引起的最大波形误差不到1%;而三次谐波的失真度不超过10%时,其最大波形误差也不会大于5%。所以,在测量波形失真不太严重的正弦电压时,平均值检波的电压表所引起的测量
6、误差比峰值检波仪表要小。3有效值检波电压表有效值检波电压表的主要特点是可以直接测量非正弦电压或出现失真的正弦电压的有效值,而不会像峰值或平均值检波仪表那样会产生较大的误差。其中的有效值检波电路可以采用压变电阻、热电偶或计算型RMS/DC转换芯片构成。仪表按其电路结构及表头指示形式的不同可以分为模拟仪表和数字仪表。模拟仪表一般通过表内模拟电路,将被测信号经过变换后,以表针或转盘的机械偏转形式指示被测信号的大小。数字式仪表则首先将被测信号转换成直流信号,然后经过模数变换及内部数字电路的运算,在数码管或液晶屏上显示被测信号的相关特性值。数字式仪表相比模拟仪表具有操作方便、灵敏度高、输入阻抗大等优点,
7、有些数字式仪表还具有自动测量、数据存储、数据联机打印或传输、输入超限告警、自保护等功能。随着电子测量和控制技术的进步,测量仪表向着自动化、智能化、多功能的方向发展。第二节 万用表万用表又称多用表,是电源维护检测过程中必不可少,也是最为常用的一类仪表。万用表体积小,但功能强大,可以直接或间接地测量日常维护过程中常见的大部分电量参数,如交流电压、直流电压、小信号电流的有效值的测量以及频率、电阻、线路通断、三极管放大倍数甚至是电容、温度等参数的测量。熟练掌握万用表的使用,可以很好地进行日常电源维护,并可对常见的故障进行分析和判断。一、万用表的功能档位说明万用表的品牌很多,其功能及使用方法则大同小异。
8、本节选用VC980型万用表为例,对其功能及使用方法作简要的说明。VC980型万用表的档位功能如图2.1所示。 电压、电阻测量输入端。在测量电压、电阻时接红表笔。 公共输入端。在测量电压、电阻、电流时接黑表笔。 电流测试输入端。测量电流时接红表笔,最大输入电流为200mA。 电流测试输入端。测量电流时接红表笔,最大输入电流为10A。 功能档位转盘。用于选择不同的测量功能和档位。 档位及量程选择。V:交流电压测量档,分为200mV、2V、20V、200V、700V三档。V:直流电压测量档,分为200mV、2V、20V、200V、1000V五档。A:交流电流测量档,分为200mA、20A三档。A:直
9、流电流测量档,分为20mA、200mA、20A三档。:电阻测量档,分为200、2k、20k、200k、2M、20M共六档。:通断及二极管测量。Hz:频率测量功能档。分为20kHz、200kHz两档。hFE:三极管放大倍数测量档。F:电容测量档。分为2nF、20nF、200nF、2F、20F共五档。许多高级的数字式万用表采用了自动量程,取消了复杂的量程档位,简化了测量操作。 三级管测试插孔。分为PNP和NPN两种不同形式的插孔。 电容测试输入插孔。 HOLD:测量数值保持按钮。该按钮具有锁定功能,按下该按钮使万用表保持当前测量值,下次测量前再按一下HOLD键,使之弹出以解除数值保持。 电源开关。
10、 液晶屏。用于显示各种测量数据以及万用表的测量状态。二、万用表的测量操作鉴于万用表是日常电源维护检测最常见,也是维护人员最熟悉的仪表,这里只作简单的介绍。1交直流电压的测量(1)测量交流电压前,首先需要对被测电压值的大小进行估测,然后将万用表的功能档调整到交流电压测试区的相应电压档位。要求该测试档位的量程不小于被测交流电压值,否则万用表的表头将显示“1”,表示输入电压超出了万用表当前选用档位的量程范围。出现这种情况时应将万用表的电压档位调高一档再作测量。在日常电源维护中,常见的电压值为相电压220V或线电压380V,由于万用表的交流200V档小于该电压值,因此应选用更大的量程档(700V)。(
11、2)将万用表的红黑表笔分别搭接在被测线路的两端,从万用表表头上读出的电压值即为被测电压有效值(如图2.2)。这种测量接线法实际上是将万用表并联在电路上进行测量的,故称为并接法。由于万用表的输入阻抗很大,一般可达10M,因此并联后对电路的工作几乎没有影响。在测量交流线电压时交换红黑表笔的搭接位置,对测量结果没有影响;但在测量交流相电压时,规范的操作是先将黑表笔搭接在零线上,后将红表笔搭接在相线上。直流电压的测量与交流电压的测量方法大体相同,只是万用表的功能档应选择直流电压测量功能档(V),档位量程的选择应该大于并且是最接近于被测直流电压值。测量时规范的操作是先将黑表笔搭接在直流电压负极端,然后将
12、红表笔搭接在正极端。交互表笔的搭接位置,万用表上将显示负电压。2交直流电流的测量由于普通万用表的最大电流测量值一般小于20A,因此,万用表的电流测量档通常只用于电子电路中小电流的测量,而不能用于交流供电网络中负载电流的测量。测量电流时必须通过万用表的红黑表笔将万用表串联在电路中,这种测试方法称之为串接法。具体测试步骤如下:(1)以交流电流的测量为例,测量电流前,仔细估测被测电流值的大小,根据估测值,将万用表的红表笔插入电流输入插孔或,调整万用表的功能档位调节转盘,使之指向交流电流测试档(A)的相应量程。注意:测量时必须保证被测的交流电流值小于万用表的量程,如果超出了量程范围,则可能损坏万用表。
13、如果无法估量该交流电流值的大小,则可以先用交流钳形表测量该电流值的大小,然后判断该电流值是否可以用万用表进行测量。(2)断开电路电源,将万用表串接在被测电路中,然后接通负载电源便可以从万用表上读出该电流值的大小(如图2.3)。(3)测试完毕,断开被测电路电源,将万用表从电路中拆除。将红表笔插回插孔,功能档位调整到交流电压的最大测试档,以免因万用表处于电流测试状态时去测量电压而造成损坏。最后关闭万用表电源开关。直流的测量与交流电流的测量基本相同,唯一的区别是万用表的测量功能档应该选择在直流电流档(A)。3电阻的测量万用表可以用于测量电阻元件的阻值,也可测量电子电路、供电回路或用电设备输入输出端某
14、两点间电阻值。测量时先将万用表的测试功能档选定在电阻测量档的相应量程上,然后将万用表的红黑表笔分别搭接在预先选定的两个测试点上,最后从表头上读出电阻值。如果表头显示“1”,则表示实际电阻值超出了万用表的测试量程,可将万用表的测试量程调大一档再作测量。选定通断档进行测量时,如果万用表产生蜂鸣声,表示两点间存在通路,否则万用表显示“1”,表示两点间开路。电阻测量的接线图如图2.2所示。注意:(1)进行电阻值测量时必须保证电路中的电源已经被切断,不能带电进行测量。不能确定时应先用万用表的电压档对选定的两个测试点间进行验证性测量。(2)在电子电路中进行某一元件的电阻值测量时,必须将该元件从电路中脱离,
15、至少应该将一个管脚从电路中脱离,然后再进行测量。否则,由于电路中其它电子元件的存在,可能与被测元件形成并联回路,从而造成实际的测量值是多个元件并联的电阻值,而不是被测元件的真实电阻值。4频率的测量测量电路中两点间电源的频率时,将万用表的功能转盘调整到频率测量功能档(Hz),然后将万用表的红黑表笔分别搭接选定的两个测试点上,最后从表头上读出测量值。测量接线图如图2.2所示。第三节 交直流钳形表对供电网络中负载电流的定期测量是电源系统与设备维护的一项常规性任务,也是一项非常重要的任务。通过对电流参数的测量比较,可以分析供电设备或电力电缆的负载比率,避免供电设备或电缆超载;对输入输出电流的测量则可以
16、分析设备的工作效率;分析某设备在不同时段电流参数变化规律,则可以对电网容量的调配提供有力的技术支持。供电系统中的负载电流数值较大,测量时一般采用交直流钳形表,它可以实时地测量较大容量的交流或直流电流。此外,很多钳形表还可以测量交直流电压、电阻等参数。一、交直流钳形表工作原理我们知道,导线中有电流通过时,在导线的周围会产生磁场,并且电流值越大,周围的磁场强度也就越强。交直流钳形表正是利用这种电磁转换特性,通过检测导线周围磁场强度,并经过一系列的电路变换后在其表头上显示被测电流值的大小。钳形表的工作原理如图2.4所示,在钳形表电流钳的开口处安装有霍尔元件,它是一种磁敏电阻元件。由于受被测导线周围磁
17、场大小的影响,霍尔元件会改变它的电阻值大小,从而在运算放大器的正负输入端产生输入电压,经过放大、检波、A/D转换以及显示驱动电路后,在钳形表的表头上显示出被测电流值的大小(霍尔元件的工作原理参见本书第六章第二节的相关内容)。此外,还有一种交流钳形表,目前在日常维护已经较少使用了。它由电流互感器和电流表两大部分组成,如图2.5所示。从电路结构分析,被测导线与用电设备、电源连接并构成回路,成为电流互感器的一次绕组。当导线中有交流电流通过时,在其周围产生交变的磁场,交变磁场通过电流钳形成闭合的交变磁通,从而在交流钳形表电流钳的二次绕组中产生频率相同的交变电流,该电流驱动交流钳形表的表头指针作机械偏转
18、。导线电流越大,在二次线圈中产生的电流也越大,两者呈一定的比例,因此通过表头指针的偏转程度可以读出流过导线的电流大小。我们知道,交变的电流产生交变的磁场,交变磁场产生交变的电流。如果磁场的方向和强度恒定不变,则电流互感器的二次线圈中便不会有电流的产生。因此这种交流钳形表不能用于测量直流电流。且若用于测量直流电流时,会因直流电流所产生的稳定磁场使钳形表电流钳铁芯磁化,如果直流电流很大时甚至会造成电流钳铁芯紧密吸合无法再张开。二、RMS2009型交直流钳形表面板及功能下面以RMS2009型数字式交直流钳形表为例,介绍其功能和使用方法。图2.6是该钳形表的面板图。 电流钳。测量电流时需要将电流钳卡接
19、在被测的导线或铜排上。 显示屏(表头)。 功能档位转盘。用于选择不同的测量功能和档位,其中一端标示AC/,用于测量交流电流、交流电压和电阻;另一端标示DC,用于测量直流电流和直流电压。 电源开关及档位量程指示。OFF档表示关闭仪表。 DC A/O ADJ:校零旋钮。用于测量直流电流时的调零。 VOLT:电压测量输入插口。测量电压时用于接插红表笔。 COM:公共输入插口。测量交流电压、直流电压和电阻时用于接插黑表笔。 OHMS:电阻测量输入口。测量电阻时用于接插红表笔。 OUTPUT:测量信号输出口。 HOLD:保持键。该键具有锁定功能,在测试空间小不便观察的场合,测量后将该按钮按下,使仪表从被
20、测电路上断开后测试数据能够保存在屏幕上。三、RMS2009型交直流钳形表使用方法测量电流是交直流钳形表的主要功能。下面以直流电流的测量为例说明钳形表的使用。(1)调节钳形表的功能转盘,使其DC端对准DC2000A/AC2000A的量程位置。(2)使HOLD键处在弹起(非锁定)状态。(3)测量前使钳口闭合,调节调零旋钮(DC A/O ADJ)使屏幕显示为0.00A。(4)测量时,按压手柄,使钳口张开,将钳形表卡接在被测导线上,要求被测导线中的电流方向与钳口中所标箭头方向一致,尽量使导线处于电流钳的中间位置,从屏幕上可以直接读出被测电流的大小。(5)若所测位置无法观察到屏幕显示值,按下HOLD键使
21、测量数值保持在屏幕上,取下钳形表再读出测量数值。结束后松开HOLD键。(6)如果读出的电流值在下一档量程之内,则调整功能转盘对准DC200A/AC200A的量程位置。重新调零后再作测量。(7)测量完毕,将功能转盘指向OFF档,关闭钳形表电源。测量交流电流时,除了钳形表不需要调零,功能转盘需用(AC/)端指向相应的量程外,其余的操作步骤与直流电流的测量步骤完全相同。电压、电阻的测量方法和具体操作与万用表相同,在此不再赘述。使用交直流钳形表测量电流时应注意:(1)为减小测量误差,应将被测导线置于钳口的中央。(2)钳口闭合要紧密。(3)测量电流时,选取电流表量程应从大到小换档。(4)避免大量程测量小
22、电流;当测量电流远小于最小量程时,可将被测导线在铁芯上绕几匝,再将读得的电流数除以匝数,即得实际的电流值。(5)钳形电流表一般用于测量配电变压器低压侧或电动机的电流。无特殊附件的钳形表,严禁在高压电路上使用,以免绝缘击穿后造成人身伤害。(6)测量直流电流时,每次换档测量前需调零一次,测量时被测导线中的电流流向应与钳表口中所标箭头方向一致。(7)长时期不使用时应将仪表电池取出。电池电量不足时需及时更换,以免影响测量准确度。(8)避免在高温、潮湿以及含盐、酸成份高的地方存放和使用。第四节 电力谐波分析仪(F43B)对电网谐波干扰进行周期性的检测是电源维护的一项重要任务。测量电网谐波可以选用FLUK
23、E 43B,它是一只手持式多功能电力谐波分析仪,可以方便地测量交直流电压、交流电流、有功功率、视在功率、功率因数、频率、电网波形畸变率、查看电压电流波形及各次频谱图谱等等,并可将测试结果存储起来,以便在PC机上对数据进行分析或打印。一、F43B仪表的面板按钮名称及功能F43B的面板按钮如图2.7所示。 电源开关及功能键 左、右、上、下光标移动控制键 F1F3:功能键 ENTER:确认键 MUNU:菜单键 RECORD:测量记录功能键 SAVE:保存键 PRNINT:打印功能键 HOLD / RUN:测量保持键 显示屏 电流钳插口 红表棒插口 黑表棒插口图2.7F43B仪表面板图二、F43B仪表
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