Методическая разработка «Измерение сопротивлений резисторов и сопротивления изоляции»

Измерение сопротивлений резисторов входит в объем почти всех видов пусконаладочных и эксплуатационных работ. При выполнении этих измерений выявляют целостность токоведущих цепей электрических машин и аппаратов, обнаруживают обрывы катушек, параллельных ветвей, витковые замыкания, проверяют качество сварки, пайки и др.

Рис. 1. Схемы включения приборов для измерения методом амперметра и вольтметра сопротивлений: а — малых, б — больших, в — очень малых, S — переключатель, GB — батарея, RK — реостат, РА — амперметр, Xi — Ха — зажимы.
Для измерения сопротивлений постоянному току используют разнообразные приборы и следующие методы: амперметра — вольтметра, электрического моста, микроомметра.
Метод амперметра и вольтметра применяют во всех случаях, когда не требуется особенно большой точности измерения. Этим методом удобно пользоваться при измерении сопротивлений, находящихся в рабочем режиме. Точность измерения определяется суммой погрешностей амперметра и вольтметра. Для получения достаточно точных результатов необходимо использовать приборы класса точности 0,5 с погрешностью не более 0,5 %. Пределы измерений приборов выбирают так, чтобы отсчеты показаний производились во второй половине их шкалы. Обычно в таких случаях применяют многопредельные вольтметры с пределами измерения напряжения в цепях постоянного тока от 0,045 до 300 В и тока от 0,03 до 30 А. Метод основан на законе Ома, согласно которому измеряемое сопротивление какого-либо проводника R равно напряжению на его зажимах U, деленному на ток, проходящий через проводник: R = Z = U/I.

Таким образом, если пропустить через сопротивление ток и измерить его и напряжение на зажимах сопротивления, можно определить значение сопротивления.
Возможны две схемы включения вольтметра и амперметра для измерения сопротивления, показанные на рис. 1, а, б. При измерении очень малых сопротивлений используют милливольтметр PV, который во избежание погрешности от сопротивления соединительных проводов и переходных контактов подключают к потенциальным зажимам измеряемого сопротивления Xi — /V3 (рис. 1, в).
Метод амперметра и вольтметра дает правильные результаты при соблюдении следующих условий: количество разъемных контактов в схеме измерения должно быть наименьшим;    источником постоянного тока должна быть сеть или аккумуляторная батарея достаточной емкости напряжением 4—12 В; отсчеты показаний по обоим приборам должны выполняться одновременно двумя лицами по команде одного из них; сопротивление следует измерять при разных значениях тока;
при измерениях повышенной точности надо выбирать приборы класса не ниже 0,5.

Рис. 2 Схема измерительного моста постоянного тока.
Для измерения сопротивлений (10-8—10+16 Ом) постоянному току с высокой точностью служат электрические мосты.
Измерительный мост, показанный на рис. 2, состоит из трех резисторов R1, R2, Rc, которые вместе с измеряемым сопротивлением резистора Rm образуют четырехугольник АБВГ. В его диагонали включены батареи GB и гальванометр Р (чувствительный магнитоэлектрический прибор).
На рис. 3, а, б показаны общий вид и схема реохордного моста ММВ. Мосты, у которых сопротивления в плечах выполнены в виде калиброванной манганиновой проволоки, называют реохордом. Реохорд разделяется скользящим по нему контактом D на два плеча. Для измерения сопротивления Rк резистора Rx достаточно знать отношение сопротивлений R1/R2, поэтому на шкале скользящего контакта нанесены не значения сопротивлений Ri и Rг, а значения их отношений при различных положениях движка. На шкале переключателя сопротивлений в плече сравнения г3 нанесены значения сопротивлений от 0,1 до 1000 Ом.
Для определения неизвестного сопротивления Rгх его подключают к зажимам 1 и 2, устанавливая вначале в плече сравнения R3 предполагаемое значение неизвестного сопротивления. Затем нажимают на кнопку 5 (S) и вращают ручку реохорда 3 до тех пор, пока стрелка гальванометра не установится на нулевую отметку. Измеряемое, сопротивление равно произведению отсчетов по шкале реохорда 3 и рукоятке переключателя 4 диапазонов измерения.
Мост ММВ относится к индикаторам сопротивления и предназначен для технических измерений сопротивлений. Источником питания индикатора служит батарея 3336. При измерении сопротивлений меньше i Ом учитывают сопротивление соединительных проводников.
Для более точного измерения сопротивлений в практике наладочных работ широко применяют мосты постоянного тока Р 316, УМВ, РЗЗЗ.
Для измерения малых сопротивлений применяют микроомметр, который дает эффект при большом количестве измерений, например: переходных сопротивлений контактов ошиновки, масляных выключателей, сопротивлений между соседними парами коллекторных пластин электрических машин и другого электрооборудования.

Рис. 3. Малогабаритный мост: а — общий вид, б — схема.
При наладочных работах используют микроомметры Ф415, Ф4104.
Сопротивление изоляции электрических цепей, машин и аппаратов — важнейший показатель состояния электроустановки.
Это сопротивление измеряют с помощью мегаомметра, учитывая, что его значение в значительной мере зависит от времени, через которое сделан отсчет. Поэтому за измеренное сопротивление изоляции принимают установившееся значение, которое наступает через 1 мин. после приложения напряжения. Измерения должны производиться в соответствии с действующими правилами техники безопасности лицами с требуемой квалификационной группой.
При оценке состояния сопротивления изоляции пользуются методом абсорбции. При этом сравниваются показания мегаомметра, полученные через 15 и 60 с после приложения напряжения к изоляции. В качестве показателя для сравнения принимают отношение (коэффициент абсорбции) Кза = R60/R15, где R60 и R15  — сопротивления изоляции, отсчитанные через 60 и 15 с после приложения напряжения к изоляции.
Значение коэффициента абсорбции сравнивают с предыдущими измерениями. В процессе наладочных работ измерения этого коэффициента выполняют при положительной температуре (не ниже 10 °С). При 15—30 °С для неувлажненных обмоток он находится в пределах 1,3—2. Увлажненные обмотки имеют коэффициент абсорбции, близкий к единице.
Перед началом измерений во избежание погрешностей необходимо принять следующие меры: удалить пыль, очистить изоляторы, устранить сырость. Измерение производят мегаомметром на 1000 или 2500 В.
При выполнении наладочных работ широко применяют мегаомметры различных типов и напряжений (на 100, 500, 1000 и 2500 В). Схемы мегаомметров приведены на рис. 4. Мегаомметр М4100/1—4 (рис. 4, а) состоит из измерительного механизма Р со шкалой, проградуированной в омах или мегаомах, выпрямителя UD и генератора G постоянного или переменного тока с последующим выпрямлением, резисторов Rl — R4 и конденсаторов Cl, С2. Преобразование переменного тока в постоянный необходимо потому, что при испытаниях показания приборов зависели бы не только от измеряемого сопротивления изоляции, но и от емкостного сопротивления испытываемой цепи, особенно это относится к кабельным и воздушным линиям, имеющим большую емкость.

Рис.  4. Схемы мегомметров: а — М4100/1—4, б — М4100/ 5.
Измерительный механизм изготовляют в виде двухрамочного магнитоэлектрического логометра. Измеряемое сопротивление включают между зажимами Л (линия) и 3 (земля) и вращают рукой рукоятку якоря генератора. Ток, генерируемый генератором, проходит по двум параллельным ветвям. Одна часть тока протекает от выпрямителя UD через сопротивления резисторов Rl, R2 и одну из обмоток измерительного механизма. Значение этого тока не зависит от значения измеряемого сопротивления. Другая часть тока протекает через вторую обмотку измерительного механизма, измеряемое сопротивление изоляции и сопротивления резисторов R3, R4. Следовательно, значение тока в этой обмотке зависит от значения измеряемого сопротивления. Таким образом, отклонение стрелки измерительного механизма зависит от соотношения токов в его обмотках. Поэтому при неизменном напряжении, развиваемом генератором, отклонение стрелки измерительного механизма зависит только от значения измеряемого сопротивления, что позволяет нанести на шкалу непосредственно Омы (или мегаомы и килоомы).
Якорь генератора достигает номинальной частоты при вращении рукоятки прибора с частотой 120 об/мин. На валу якоря помещен центробежный регулятор, обеспечивающий постоянство напряжения при увеличении частоты вращения якоря выше номинальной. На рис. 4, 6 показана электрическая схема мегаомметра М4100/5 на 2500 В, который по конструкции отличается от мегаомметра М4100/1— 4 количеством конденсаторов и выпрямителем, собранным по схеме умножения напряжения.

 

Рис. 5. Схемы измерения сопротивления изоляции мегаомметрами: а — M4100/I—4 на пределе,  б — М4100/1 — 4 на пределе «кΩ», в — М4 100/5 на пределе
«МΩ», г — М4100/5 на пределе «кΩ»
Для исключения влияний поверхностных токов утечки, которые могут исказить результаты измерения сопротивления изоляции, в схемах некоторых приборов предусмотрен специальный третий зажим Э (экран), который, присоединен непосредственно к выводу генератора (рис. 4,6). В этом случае токи по поверхности увлажненного изолятора отводятся в землю, минуя обмотки измерительного механизма. Линейный зажим Л защищен охранным изолирующим кольцом. Схемы измерения сопротивлений изоляции мегаомметрами М4100/1—5 приведены на рис. 5, а — г. При измерении на пределе kΩ перемычку на одном из комплектных соединительных проводов подсоединяют к зажимам Л — 3, а измеряемое сопротивление — между зажимами 3 — Э.
Технические характеристики мегаомметров М4100/1—5 приведены в табл. 1.
Перед измерениями необходимо убедиться в исправности мегаомметра. При вращении ручки генератора стрелка индикатора должна устанавливаться на отметку «с» шкалы МОм, а при установке перемычки между выводами Л — 3 — на «0» этой же шкалы. В противном случае прибор считается неисправным.
Таблица 1. Технические характеристики мегаомметров М 4100/1—5.

Примечание. Технические показатели и схемы мегаомметров последних выпусков имеют незначительные изменения.
Запрещается приступать к измерениям, не убедившись в отсутствии напряжения па проверяемом объекте!

Рис. 6. Схема включения мегаомметра M4I00/5.
В зависимости от измеряемого сопротивления подключение производят к соответствующим зажимам, например для мегаомметров М 4100/5 так, как показано на рис. 6.
Измерения мегаомметром осуществляют два человека: один вращает рукоятку генератора, другой касается частей цепи, подлежащих измерению. Отсчет производится после того, как стрелка займет устойчивое положение.
При измерении изоляции высоковольтного оборудования следует пользоваться мегаомметром на 2500 В, а при измерении низковольтного оборудования — на 100, 500 и 1000 В.
При проверке изоляции электрооборудования следят за тем, чтобы не подать повышенное напряжение на детали и элементы электроустановок с пониженным испытательным напряжением (конденсаторы, выпрямители, микросхемы и пр.).

Испытание изоляции повышенным напряжением.

Подавляющее большинство повреждений изоляции оборудования связано с местными сосредоточенными дефектами. Существующие методы так называемых неразрушающих испытаний (измерение токов абсорбции, токов утечки сопротивления изоляции и т. д.) в подобных случаях не дают окончательного ответа о состоянии изоляции электрооборудования. Основным способом выявления сосредоточенных дефектов является испытание изоляции электрооборудования повышенным напряжением. Во избежание аварий при эксплуатации ослабленное место в изоляции при таком испытании доводится до состояния пробоя.

Испытание изоляции цепей вторичной коммутации повышенным
напряжением.

Вторичные цепи испытывают повышенным напряжением 1000 В переменного тока в течение 1 мин. с помощью специальных аппаратов. Например, такой аппарат мощностью 250 В • А при его включении от регулировочного автотрансформатора ЛАТР-2 позволяет получать на выходе напряжение от 0 до 2000 В. На  выходе включен прибор с переключателем измерений, с помощью которого измеряются выходной ток и напряжение при испытаниях. Схема аппарата показана на рис. 7.

Рис. 7. Схема аппарата для испытания изоляции повышенным напряжением Tl, Т2 — регулировочный и испытательный трансформаторы, Р — измерительный прибор, R1 – R10 - резисторы делителя напряжения, R11 - шунт к измерительному прибору, RI2 _ добавочный резистор к прибору, UD—выпрямитель, SN переключатель измерения (встроен в прибор), В — высоковольтный вывод, 3 - земля.
Перед испытаниями выполняют подготовительные операции. Схему испытывают со всеми элементами в собранном состоянии. До испытаний необходимо: убедиться в отсутствии напряжения на испытываемом оборудовании и оградить от возможного к нему прикосновения; снять все заземляющие проводники в схеме вторичных цепей трансформаторов тока; отключить или закоротить первичные обмотки трансформаторов напряжения; отключить от схемы элементы с более низким уровнем изоляции (полупроводниковые элементы, блоки и панели с микросхемами, выпрямители, конденсаторы); закоротить и соединить между собой обмотки промежуточных трансформаторов. Особое внимание следует обратить на тщательную проверку схемы и принятие мер, исключающих переход испытательного напряжения на другие соседние схемы.
После подготовки к схеме подключают испытательную установку. Корпус регулировочного автотрансформатора и первичную обмотку испытательного трансформатора заземляют. Испытательную схему подключают к сети 220 В и 50 Гц через рубильник или автоматический выключатель с видимым разрывом. Устанавливают регулировочное устройство в нулевое положение и затем подают напряжение. Плавно поднимают напряжение примерно до 500 В, просматривают схему и при отсутствии разрядов искр поднимают напряжение до 1000 В, выдерживают его 1 мин и плавно снижают до нуля. Отключают установку, разряжают схему на землю и проверяют сопротивление изоляции мегаомметром. Изоляцию вторичной коммутации признают пригодной к эксплуатации, если не произошло ее пробоя, не было отмечено по показаниям приборов резких бросков тока, а также снижения напряжения.

Испытание изоляции силовых кабелей выпрямленным напряжением.

Перед вводом в эксплуатацию кабели на напряжение свыше 1000 В испытывают повышенным напряжением постоянного тока. Обычно испытания проводят дважды: перед их прокладкой на барабане и после прокладки, монтажа муфт и разделок кабельных воронок.