Электроизмерения в электротехнике¶

Электроизмерения — совокупность методов и средств определения количественных значений электрических величин (напряжения, силы тока, сопротивления, мощности, частоты, ёмкости, индуктивности и других) с помощью измерительных приборов и установок. Являются разделом электротехники и метрологии, обеспечивают контроль режимов работы электрооборудования, диагностику его состояния, учёт электроэнергии и безопасность эксплуатации электрических сетей. В основе электроизмерений лежат физические закономерности, связывающие электрические величины между собой (закон Ома, законы Кирхгофа, явления электромагнитной индукции и теплового действия тока).

¶Классификация измерений

По способу получения результата различают:

• Прямые измерения — искомое значение считывают непосредственно со шкалы прибора (измерение тока амперметром, напряжения вольтметром).
• Косвенные измерения — величину вычисляют по результатам прямых измерений других величин (мощность через ток и напряжение, сопротивление через падение напряжения и ток).
• Совокупные и совместные измерения — решение системы уравнений, связывающих несколько однородных или разнородных величин.

По характеру изменения измеряемой величины выделяют измерения постоянного тока, переменного тока промышленной частоты (50 Гц в России), тока высокой частоты, а также импульсных и нестационарных процессов.

По точности и назначению различают технические (рабочие) измерения, выполняемые при эксплуатации, и метрологические (эталонные), служащие для поверки и калибровки средств измерений.

¶Основные измеряемые величины и приборы

Приборы классифицируют по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, индукционные, электростатические, термоэлектрические, цифровые. Цифровые мультиметры и измерительные преобразователи вытесняют аналоговые приборы благодаря точности, автоматизации и удобству считывания.

¶Методы и средства

Среди распространённых методов:

• Метод непосредственной оценки — значение определяют по отсчётному устройству прибора.
• Метод сравнения — измеряемую величину сопоставляют с образцовой (компенсаторы, мосты).
• Нулевой метод — добиваются нулевого показания индикатора, что даёт высокую точность (уравновешенные мосты).
• Дифференциальный метод — измеряют разность между искомой и известной величинами.

Для измерений в цепях высокого напряжения применяют измерительные трансформаторы тока и напряжения, обеспечивающие гальваническую развязку и безопасность персонала. Для контроля изоляции используют мегаомметры, для определения места повреждения кабелей — рефлектометры и методы зондирования.

¶Погрешности и точность

Результат измерения всегда содержит погрешность — отклонение от истинного значения. Различают:

• систематические погрешности — постоянные или закономерно изменяющиеся (неточность градуировки, влияние температуры);
• случайные погрешности — изменяющиеся непредсказуемо, оцениваются методами теории вероятностей;
• грубые погрешности (промахи) — связанные с ошибками оператора или неисправностью прибора.

По точности электроизмерительные приборы делят на классы: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Класс точности указывает приведённую погрешность в процентах от нормирующего значения. Единство измерений в России обеспечивает государственная метрологическая служба, а требования к средствам измерений устанавливает Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений». Периодическая поверка и калибровка приборов обязательны для средств, применяемых в сферах государственного регулирования.

¶Применение

Электроизмерения применяются практически во всех отраслях:

• Электроэнергетика — учёт выработки и потребления энергии, контроль качества электроэнергии (отклонения напряжения и частоты, несинусоидальность, несимметрия).
• Промышленность — наладка электроприводов, испытания электрических машин и трансформаторов.
• Электроника — контроль параметров схем, отладка и диагностика.
• Строительство и ЖКХ — приёмо-сдаточные испытания электроустановок, измерение сопротивления заземления и изоляции.
• Электробезопасность — проверка защитных мер, измерение сопротивления петли «фаза — нуль».

Отдельное направление — неразрушающий контроль и диагностика оборудования по электрическим параметрам: измерение частичных разрядов, тепловизионный контроль в сочетании с электрическими методами, мониторинг изоляции под рабочим напряжением.

¶История и развитие

Первые электроизмерительные приборы появились в XIX веке: гальванометры, основанные на магнитном действии тока, затем стрелочные амперметры и вольтметры. В XX веке развитие радиотехники и электроники потребовало измерений на высоких частотах, что привело к созданию электронных и цифровых приборов. С 1970-х годов распространяются микропроцессорные средства измерений, а с 2000-х — интеллектуальные счётчики и системы автоматизированного учёта электроэнергии (АСКУЭ), передающие данные по цифровым каналам. Современный этап характеризуется интеграцией измерений в системы мониторинга и «умные сети» (Smart Grid).

¶Нормативная база и безопасность

Электроизмерения в электроустановках выполняют с соблюдением правил охраны труда и технической эксплуатации. Работы в цепях под напряжением производят с применением защитных средств, изолирующего инструмента и с оформлением наряда-допуска. Средства измерений подлежат поверке, а методики измерений регламентируются государственными стандартами и отраслевыми нормами.

Источники: учебники по электротехнике и электроизмерительной технике, Федеральный закон «Об обеспечении единства измерений», правила устройства электроустановок (ПУЭ), правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.