Измерение электрического напряжения

Дек 10, 2022 Илья Матвеев No Comments 205 Views Share on

Электрическое напряжение представляет собой показатель, который показывает силу протекания тока в сети. Электротехнические измерения напряжения проводятся с помощью специальных приборов специалистами. Электрическое напряжение всегда возникает, когда заряды находятся по отдельности друг от друга. Положительные заряды расположены на одной стороне, отрицательные — на другой. Если соединить две части зарядов токопроводящим материалом, то потечет электрический ток. Электрические измерения производят несколькими способами. Работы осуществляются опытными электриками, которые имеют допуск.

КАК ВОЗНИКАЕТ НАПРЯЖЕНИЕ?

Вещества состоят из атомов с положительно заряженным ядром, вокруг которых с большой скоростью кружатся мелкие отрицательно заряженные электроны. Когда количество протонов в ядре совпадает с количеством электронов, то атомы нейтральны. Но, если из атомов отнять несколько электронов, они будут притягивать другие, формируя вокруг себя плюсовое поле. Если происходит избыток электронов, то образуется отрицательное поле. При взаимодействии положительного и отрицательного потенциалов возникает взаимное притяжение.

Процесс формирования напряжения в электрической цепи состоит из следующих этапов:

• Цепь, состоящая из проводников и потребителей, подключается к двум полюсам источника тока (аккумуляторной батареи или генератора);
• На одном из полюсов источника (клеммы аккумулятора или контактные выводы генератора) имеется избыток электронов, на другом — недостаток. Этот полюс на котором сосредоточены носители заряда (электроны), принято называть положительным, а второй — отрицательным.
• При подключении к цепи питания свободные электроны, находящиеся на положительном полюсе и в проводнике, под действием возникшего электрического поля начнут притягиваться к отрицательному полюсу батареи, положительно заряжены из-за отсутствия электронов.
• Из-за разности потенциалов между клеммами источника питания в проводниках и нагрузке, произойдет упорядоченное движение электронов, и появится разность потенциалов определенной величины. При этом потенциал полюса с избытком электронов в случае источников постоянного тока постепенно снижается.

Напряжение в цепях постоянного тока

В цепях постоянного тока  значение описываемой характеристики остается постоянным в течение длительного времени.

Постепенное изменение значения этой характеристики при подключении потребителей (нагрузок) к аккумуляторной батарее связано с ее разрядкой — уменьшением разности потенциалов между клеммами источника питания из-за перемещения большего количества носителей заряда от положительной клеммы к отрицательной.

Ток и напряжение в этом случае связаны законом Ома, формула которого приведена ниже:

I = U/R

Где:

I — сила тока, А;

U — разность потенциалов, В;

R — сопротивление, Ом.

Напряжение в цепях переменного тока

В бытовых и производственных цепях переменного тока величина разности потенциалов на их концах непостоянна и изменяется во времени. При этом в определенный момент на одном конце цепи наблюдается максимальное значение этой характеристики, а при другом минимальное. Графически такое изменение имеет вид синусоиды с двумя вершинами, соответствующие максимальные и минимальные значения.

Синусоидальный характер разности потенциалов в этом случае можно наблюдать с помощью измерительного прибора, например осциллографа.

Напряжение в цепях трехфазного тока

Цепи трехфазного тока чаще всего используются в промышленности. Они состоят из трехфазных проводов и общей нейтрали (нуля). Различают два вида разности потенциалов:

• Линейная — между всеми фазными проводами и нейтралью;
• Фазная — между отдельным фазным проводом и нейтралью. Его значение в 1,732 раза (квадратный корень из 3) меньше линейного.

Характерные значения и стандарты

По современным нормам для различных электрических сетей значение напряжения составляет:

• Однофазная бытовая сеть – 220 В;
• Трехфазная промышленная сеть — 380/220В (линейная/фазная).

Трехфазные сети более универсальны, чем однофазные, так как они имеют большую мощность и позволяют подключать как специально предназначенное для них оборудование, так и простые бытовые электроприборы.

Единицы измерения напряжения

Основной единицей измерения напряжения является Вольт, который, по всем нормам и требованиям в области электротехники и эксплуатации электроустановок, должен быть обозначен буквой «В».

В зарубежных схемах и на электроприборах вместо обычного обозначения можно встретить другое, в виде английской буквы «V».

Факторы, от которых зависит напряжение

Значение характеристики, описанной в данной статье, зависит от следующих факторов:

• Материал проводников, соединяющих потребителей в той или иной сети;
• Количество потребителей, подключенных к сети: приборы, инструменты, машины;
• Температура окружающей среды.

Также на величину разности потенциалов влияет качество монтажа той или иной электропроводки – при неаккуратной сборке и соединении проводов, применении некачественных предохранителей она может существенно измениться, тем самым подвергая опасности других.

Факторы, влияющие на нормативное напряжение электрических токов

Основными факторами, влияющими на величину электрического напряжения, являются:

• Тип электрической сети – постоянного или переменного тока;
• Количество фаз — 1 или 3;
• Мощность потребителей, подключенных к сети;
• Классы влагозащиты и водонепроницаемости электрооборудования, для которого предназначена электрическая сеть.

ПРИЧИНЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ КОЛЕБАНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ

Согласно ГОСТ 13109 величина напряжения в сети не должны выходить из диапазона 198 – 242 В (220В ± 10%). Если у вас часто выходят из строя лампы, периодически изменяется их световой поток или при загадочных обстоятельствах выходит из строя бытовая техника, нужно проверить величину напряжения в электропроводке. Во избежание ненужных поломок электроприборов, до окончания проверки лучше отключить от сети все лишнее.

Измерения производятся либо постоянным наблюдением за подключенным к сети вольтметром или мультиметром, либо периодическим (раз в полчаса) измерением в фиксацией показаний. Величина напряжения в сети не постоянна и изменяется в зависимости от степени загруженности. Самое высокое значение будет ночью, когда все спят и не пользуются электроприборами.

При колебаниях и провалах напряжения, возникающих на короткое время, для контроля полезно использовать лампы накаливания. Если лампочка вдруг потускнеет или ярче загорится – в тот же момент производится измерение напряжения в сети. Причиной таких колебаний является подключение к сети мощных потребителей, снижающих напряжение в фазе, к которой они подключены. В оставшихся фазах напряжение может наоборот – вырасти.

Посадки напряжения, вызванные работой сварочного аппарата, легко выявляются при помощи лампы накаливания. Она будет снижать яркость свечения при сварке и гореть совсем тускло в моменты «залипания» электрода. Тот, кто хоть иногда пользовался сварочным аппаратом, по ритму изменений яркости лампы безошибочно определит, что провалы напряжения вызваны именно им.

Самая серьезная причина изменения величины напряжения – обрыв нуля в трехфазной питающей сети. Все потребители дома или поселка равномерно распределяются по трем фазам. При наличии нуля напряжение у всех примерно одинаковое и незначительно зависит от нагрузки по фазам. Но при его обрыве напряжение перераспределяется таким образом, что на фазе с минимальной нагрузкой напряжение становится наибольшим. При нагрузке, близкой к нулю, напряжение приближается к 380 В.

При подозрении на обрыв нуля (резкие изменения яркости свечения ламп, как в большую, так и в меньшую сторону, изменение тона работы компрессора холодильника, частоты вращения электроинструмента), немедленно обесточьте всю квартиру и измерьте напряжение на вводе.

ЛИНЕЙНЫЕ И ФАЗНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

При выполнении измерений в электрощитах полезно знать, чем отличается линейное напряжение от фазного. На вход трехфазных щитков приходят кабели с четырьмя-пятью жилами. Три жилы – это «фазы», четвертая жила четырехжильного кабеля – совмещенный нулевой проводник. Назначение двух оставшихся жил пятижильного кабеля – рабочий ноль и защитный ноль.

Напряжение между любыми двумя фазами называется линейным и равно 380 В. Напряжение между фазой и нулевым рабочим (совмещенным) проводником называется фазным и равно 220 В. Напряжение между фазой и нулевым защитным проводником в нормальном режиме работы сети равно фазному, между защитным и рабочим проводниками – нулю.

Однофазные щитки получают питание от двух- или трехжильных кабелей, все автоматические выключатели них – однополюсные. Напряжение в них измеряется между фазой и нулем и оно – только фазное, равное 220 В.

Электроизмерительные приборы: виды и особенности

Измерение основных электрических величин требует большого разнообразия приборов. В зависимости от физического принципа, лежащего в основе их работы, все они делятся на несколько групп.

Электромеханические устройства

Электромеханические устройства обязательно имеют в своей конструкции подвижную часть.

В эту большую группу средств измерений входят следующие виды приборов:

• электродинамические,
• ферродинамические,
• магнитоэлектрические,
• электромагнитные,
• электростатические,
• индукционные.

Например, магнитоэлектрический принцип, который используется очень широко, может быть положен в основу таких приборов, как:

• вольтметры,
• амперметры,
• омметры,
• гальванометры.

Счетчики электроэнергии, частотомеры,и т. д. основаны на принципе индукции.

Электронные устройства

Электронные устройства отличаются наличием дополнительных блоков: преобразователей физических величин, усилителей, преобразователей и т. п. Как правило, в устройствах этого типа измеряемая величина преобразуется в напряжение, а их конструктивной основой служит вольтметр.

Электронные измерительные приборы применяются в качестве измерителей частоты, емкости, сопротивления, измерителей индуктивности, осциллографов.

Термоэлектрические приборы

Термоэлектрические приборы сочетают в своей конструкции измерительный прибор магнитоэлектрического типа и термопреобразователь, образованный термопарой и нагревателем, через который протекает измеряемый ток.

Приборы этого типа в основном используются для измерения токов высокой частоты.

Электрохимиеские приборы

Принцип их работы основан на процессах, происходящих на электродах или в исследуемой среде в межэлектродном пространстве. Приборы этого типа используются для измерения электропроводности, количество электричества и некоторые неэлектрические количества.

Классификация приборов по функциональным признакам

По функциональным признакам различают следующие виды приборов для измерения электрических величин:

• Устройства индикации (сигнализации) — это устройства, позволяющие только непосредственное считывание измерительной информации, например ваттметры или амперметры.
• Регистрирующие — устройства, допускающие возможность считывания показаний, например, электронные осциллографы.

Классификация приборов по типу сигнала

По типу сигнала устройства делятся на аналоговые и цифровые. Если прибор выдает сигнал, являющийся непрерывной функцией измеряемой величины, то он аналоговый, например, вольтметр, показания которого даны с помощью шкалы со стрелкой.

В том случае, если прибор автоматически формирует сигнал в виде потока дискретных значений, который поступает на дисплей в числовом виде, говорят о цифровом измерительном приборе.

Цифровые устройства имеют некоторые недостатки по сравнению с аналоговыми:

• меньшая надежность,
• потребность в электроснабжении,
• более высокая стоимость.

Однако их отличают и существенные преимущества, которые в целом делают использование цифровых устройств более предпочтительным: простота использования, высокая точность и помехозащищенность, возможность универсализации, совмещения с компьютером и дистанционной передачи сигнала без потери точности.

Приборы для измерения тока

В жилых и общественных помещениях приборы учета электроэнергии всегда находятся в состоянии постоянного измерения переменного тока. Они могут подключаться напрямую или через трансформатор. На практике измерение электрического тока осуществляется с применением следующих приборов:

• Мультиметры. Современные устройства, которые могут измерять показатели: электрического тока, частоты, напряжения, сопротивления. Чтобы узнать параметры напряжения, прибор переключают в режим вольтметра. По конструктивным отличиям существуют цифровые и аналоговые аппараты.
• Вольтметры. Одни из простых и самых распространенных измерительных устройств. Величина напряжения указывается на дисплее аналоговой модели движением стрелки на табло. На цифровых устройствах значение указывается цифровыми показателями.
• Осциллографы. Сложное устройство для измерения разности потенциалов. На дисплее прибора выводится крива измеряемой величины. Диапазон частот можно сократить или растянуть. Осциллографы чаще используются для измерения электрической цепи, при изготовлении и проверке радиодеталей.

Особенности измерения напряжения в сети

В электрике самой измерительной величиной является напряжение. При его отсутствии на каком-либо участке электрическая сеть не может полноценно функционировать, возрастает вероятность получения травмы или несчастного случая. Знание точных значений напряжения в сетях позволяет контролировать и управлять всеми процессами, протекающими в электротехнической системе.

Измерение напряжения и сопротивления производится с помощью специальных приборов: вольтметров и мультиметров. Процесс осуществляется путем касания измерительных щупов устройства к контактам, относительно которых и проводится измерение. Для установки значений постоянного и переменного тока применяются различные приборы.

Как проводится измерение сопротивления

При работе с электроустановками или проведении электронных работ необходимо проводить измерение сопротивления. Самым простым способом является использование двух устройств: вольтметра и амперметра. Однако такой метод измерений не может гарантировать высокую точность показателей и применяется при отсутствии специального устройства – омметра.

Как измеряют постоянный ток

Источниками постоянного напряжения являются аккумуляторы, батарейки низковольтные блоки питания, напряжение которых составляет не более 24 Вольт.

Для электрической цепи постоянного тока измерение напряжения с помощью мультиметра осуществляется следующим образом:

Прибор следует настроить в положение для постоянного напряжения. На панели режим обозначен латинской буквой V или в виде аббревиатуры DC. 

Выбрать нужный предел измерения, который будет приближен к предполагаемому номиналу.

Установить клеммы прибора в определенные разъемы.

Щупы требуется подключать сразу к двум точкам: красный – к “+”, черный – к “-“.

Если все действия произведены правильно, то на дисплее появятся электрические единицы измерения. Постоянное напряжение обладает неизменной полярностью в отличие от переменного. Это следует учитывать при проведении измерительных работ. Опытные электрики знакомы со всеми тонкостями измерения электрической мощности, напряжения и сопротивления. Поэтому измерительные процессы лучше доверять профессионалам.

Меры предосторожности при измерении напряжения электрического тока

Измерение электрической цепи — очень нужная, но в то же время опасная операция, требующая соблюдения следующих мер предосторожности:

• Все работы необходимо производить с использованием исправных вольтметров и мультиметров — приборы должны показывать точное значение измеряемой характеристики в пределах допустимой для них погрешности. Не допускается использование неисправных и своевременно не поверенных средств измерений.
• Вне зависимости от того, постоянный или переменный ток будет измеряться, вольтметр (мультиметр) подключается к участку цепи параллельно.
• При измерении вольт-амперных характеристик высокочастотных электрических сетей требуется специальное разрешение на проведение работ. Он нужен потому, что работа с таким высоким напряжением требует особых навыков и опыта. При отсутствии такого документа самовольное выполнение работ на электроустановках может повлечь за собой административную ответственность;
• Для измерительных работ также необходимо использовать средства защиты: специальные перчатки, диэлектрические сапоги, электрические и ручные инструменты с прорезиненными ручками, резиновые коврики.

Также при измерении в сетях с разностью потенциалов более 1000 В (1 кВ) необходим физический барьер (специальная оградительная лента), с помощью которого создается зона радиусом 5 метров вокруг токо-несущий провод, сердечник, электромонтаж.

Специалисты советуют владельцам частных домов и дач, при отсутствии опыта проведения подобных замеров, обратиться в организации, имеющие лицензию в этой области, таким как «Мегаватт-сервис».

Измерения переменного тока

Переменное напряжение имеет полярность, которая меняется с течением времени. В бытовой электрической сети показатель может меняться до 50 раз за секунду. Согласно установленным нормативам, величина напряжения в бытовой сети должна быть равной 220 Вольт с разрешенным отклонением не более 10 процентов. Процесс измерения напряжения в сети с переменным током идентичен с измерениями показателей постоянного тока:

• Переключить прибор в режим измерения параметром переменного напряжения.
• Установить нужный предел по принципу большего потенциала относительно измеряемого номинала.
• Подключить клеммы устройства к соответствующим выводам.

При подключении измерительного прибора для переменного тока соблюдение полярности щупов не имеет значения. Чтобы избежать неполадок в работе электрической сети, необходимо следить за всеми важными показателями: напряжением, сопротивлением, мощностью. Получить подробную информацию по поводу измерительных работ можно у специалистов нашей компании в любое удобное время.