Аппаратура сигнализации и другие устройства

В процессе эксплуатации судовой электроэнергетической установки возникает необходимость контроля за режимом ее работы, параметрами вырабатываемой ею электроэнергии, степенью ее загрузки и т. д. Эти операции обслуживающим персоналом выполняются на основании информации, полученной от контрольно-измерительных приборов, то есть в результате измерений, и от аппаратуры сигнализации.

Электрические измерения – это нахождение значений электрических величин опытным путем с помощью специальных технических средств.

Электроизмерительные приборы.Технические средства, которые вырабатывают сигналы измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия обслуживающим персоналом, называют электроизмерительными приборами. Они могут быть аналоговыми, цифровыми, показывающими и регистрирующими. Аналоговые измерительные приборы – это такие приборы, показания которых являются непрерывной функцией измеряемой величины. Цифровые измерительные приборы автоматически вырабатывают дискретные сигналы измерительной информации, показания приборов представлены в цифровой форме. Показывающий электроизмерительный прибор допускает только считывание показаний. Регистрирующий прибор допускает еще и регистрацию (или только регистрацию) показаний. Если регистрация показаний осуществляется в форме диаграммы, то прибор называют самопишущим. В ряде случаев на судах применяют интегрирующие приборы, в которых измеряемая величина суммируется во времени: счетчик электрической энергии, счетчик часов работы, счетчик ампер-часов.

Кроме того, электроизмерительные приборы разделяются на приборы непосредственной оценки, в которых измерительный механизм реагирует на значение измеряемой величины, и приборы сравнения, в которых измеряемая величина сравнивается с другой известной величиной.

Электроизмерительные приборы классифицируются по ряду признаков:

– по виду измеряемой величины: амперметр, вольтметр, ваттметр и т. д.;

– по принципу действия измерительного механизма прибора: магнитоэлектрический, электромагнитный, электродинамический и т. д.;

– по роду тока: постоянного, переменного с определенной частотой и т. д.;

– по классу точности, то есть по максимально возможной для прибора приведенной погрешности, выраженной в процентах: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 (кроме счетчиков, для которых шкала классов несколько иная: 0,5; 1,0; 2,0; 2,5);

– по типу отсчетного устройства, то есть по виду шкалы, по току, в каких единицах она проградуирована; по виду указателя и т. д.;

– по исполнению в зависимости от условий эксплуатации. В зависимости от диапазона рабочих температур и относительной влажности приборы относятся к одной из пяти групп;

– по устойчивости к механическим воздействиям приборы также объединяют в группы в зависимости от значения максимального ускорения при тряске или вибрации: обыкновенные с повышенной прочностью, нечувствительные к вибрации и т. д.;

– по степени защиты от внешних электромагнитных полей приборы делятся на две категории – I и II.

Приборы, предназначенные для установки на панелях распределительных устройств, называются щитовыми. Приборы, которые используют в нестационарных условиях, называются переносными.

Как уже отмечалось, по принципу действия измерительные механизмы приборов различаются по системам, из которых с определенной, конечно, условностью можно выделить семь основных: магнитоэлектрическую, электромагнитную, электродинамическую, электростатическую, электротепловую, индукционную и вибрационную. Другие достаточно часто используемые в судовых условиях системы, такие, как выпрямительная и ферродинамическая, можно рассматривать как производные соответственно от магнитоэлектрической и электродинамической систем.

На судах с электроэнергетической установкой постоянного тока, для того чтобы судить о режимах ее работы, необходимо контролировать такие параметры, как напряжение и ток. В принципе для этой цели можно использовать измерительные приборы первых пяти перечисленных систем, однако наиболее рациональным будет применение приборов магнитоэлектрической системы. Это объясняется равномерной шкалой этих приборов и реакцией их на полярность тока, что позволяет контролировать правильность полярности, например, включаемого на параллельную работу генератора. Воспринимающая часть этих приборов – обмотка рамки рассчитана на небольшие токи. Для приборов, используемых как амперметр, ток обычно не превышает 100 мА, а как вольтметр – достигает 10 мА. Такие ограничения токов вызваны конструктивными соображениями, и в частности, стремлением ограничить габаритные размеры и массу приборов.

Пределы измерения по току в приборах магнитоэлектрической системы расширяют с помощью шунтов, а по напряжению – с помощью добавочных резисторов. Шунты могут быть или встроены в прибор, или расположены отдельно.

В судовых условиях при тех значениях тока, которые подлежат измерению, наиболее часто используются амперметры с наружными шунтами. Наружные шунты имеют две пары зажимов. Первая пара используется для включения шунта в цепь, в которой предполагается измерение тока, а ко второй паре с помощью калиброванных проводов подсоединяется прибор. В схеме подключения амперметра А с наружным шунтом, приведенной на рис. 100, шунт и прибор могут располагаться на достаточном удалении один от другого. Сопротивление шунта R_ш в этой схеме может быть определено.

По первому и второму законам Кирхгофа может быть записано: I – IА – Iш = 0; (100)   Rш Iш – RА IА = 0, (101)   где I; IА; Iш – токи соответственно в измеряемой цепи, в цепи прибора и в цепи шунта;

Рис. 100. Схема подключения измерительных приборов в цепи постоянного тока

R_ш; R_А – сопротивление соответственно шунта и прибора вместе с калиброванными соединительными проводами.

Из уравнения (101) можно получить выражение для сопротивления шунта

R_ш = R_А .

После подстановки I_ш из формулы (100) выражение примет вид:

R_ш = R_А = .

Если обозначить I / I_A= п – коэффициент расширения пределов измерения амперметра, то

Rш = .

(102)

При изготовлении вольтметра последовательно с обмоткой рамки включают резистор с таким сопротивлением R_д, чтобы ток I_в в обмотке рамки при включении прибора не превышал допустимого значения (например, 10 мА):

где U_в – предел измерения;

R_в – сопротивление рамки.

Этот дополнительный резистор помещается внутри корпуса прибора, поэтому внутреннее сопротивление вольтметра R'_в = R_к + R_д.

Для того чтобы расширить предел измерения вольтметра, применяют наружные добавочные резисторы (см. рис. 100). Сопротивление дополнительного резистора может быть найдено исходя из соотношения, полученного на основании следствия из второго закона Кирхгофа:

= ,

(103)

где п = U/U_в– коэффициент расширения пределов измерения.

Тогда легко получить, что

На судах с электроэнергетической установкой переменного тока для контроля за режимом работы недостаточно измерять напряжение и ток. Наличие угла сдвига фаз между этими величинами делает необходимым измерение активной мощности, по которой, например, можно судить о степени загрузки приводных двигателей дизель-генератора. Кроме того, следует контролировать и частоту тока.

При измерении тока и напряжения в цепях переменного тока наиболее часто используются приборы электромагнитной системы, так как они достаточно просты и надежны. С их помощью измеряют также действующие значения тока и напряжения, что и требуется. Конструктивная особенность амперметров этой системы позволяет изготовлять их на токи 200–300 А при прямом включении в цепь. Так, неподвижная катушка может быть выполнена в виде одного витка из медной шины.

Однако прямое включение прибора не всегда удобно и возможно. В судовых электростанциях предпочитают использовать приборы, рассчитанные на ток 5 А, а для расширения пределов измерения применять трансформаторы тока ТА (рис. 101). При таком способе включения амперметров они могут быть удалены от цепей, в которых производится измерение, на достаточно большое расстояние.

Вольтметры электромагнитной системы изготовляют на напряжение до 660 В. Катушку выполняют из большого числа витков медной проволоки с небольшой площадью поперечного сечения. С целью повышения безопасности обслуживающего персонала при напряжении свыше 250 В вольтметры рекомендуется включать не непосредственно, а через трансформатор напряжения TV (см. рис. 101), у которого вторичная обмотка рассчитана на 100 В.

Рис. 101. Схема подключения измерительных приборов через трансформаторы тока и напряжения

При измерении активной мощности в цепях переменного тока применяются ваттметры – приборы электродинамической или ферродинамической системы – с двумя парами выводов. Пределы измерения ваттметров можно расширить по току – установки трансформаторов тока ТА и по напряжению – включением добавочных резисторов или трансформаторов напряжения TV.

Для измерения частоты тока используются частотомеры – приборы обычно вибрационной системы (рис. 102). Переменный ток, проходя по катушке 3,сердечником которой является постоянный магнит 2,создает пульсирующее магнитное поле и переменную силу притяжения якоря 1. С якорем жестко связан рычаг 4 сукрепленными на нем металлическими пластинками, поэтому колебания якоря передаются этим пластинкам. Пластинки выполнены таким образом, что собственные частоты их колебаний отличаются на 0,5 Гц.

Рис. 102. Вибрационный частотомер       Рис. 103. Схема частотомера на базе магнитоэлектрического логометра

При включении катушки на переменное напряжение якорь, рычаг и пластинки начинают колебаться. Пластина, собственная частота которой равна частоте переменного тока, окажется в резонансе, амплитуда ее колебаний будет значительно больше, чем у других пластин. Колеблющийся конец этой пластинки создает размытую линию, которая на шкале прибора отмечает частоту переменного тока. Для измерения частоты применяются также приборы с измерительным механизмом магнитоэлектрической системы – логометры (рис. 103). Две катушки такого логометра включены в диагонали двух выпрямительных мостов UZ1 и UZ2. Цепь, питающая мост UZ1, содержит резистор R, поэтому ток в катушке L1 не зависит от частоты. Цепь моста

UZ2 содержит индуктивный L и емкостный С элементы, соединенные последовательно. Параметры этих элементов подобраны так, что для рабочего диапазона частот режим работы этой цепи соответствует восходящей части характеристики I(f), и при небольшом изменении частоты ток в катушке изменяется значительно.

При такой схеме включения логометра положение равновесия его подвижной части не зависит от значения напряжения и сильно зависит от частоты.

Индуктивный L_ф- и емкостный С_ф-элемент в схеме являются фильтром, защищающим измерительные цепи от высших гармонических колебаний, если они имеются.

Аппаратура сигнализации. Кроме электроизмерительных приборов, на распределительных щитах устанавливается различная аппаратура сигнализации, которая разделяется на акустическую и оптическую.

Акустическая аппаратура сиг-нализации воздействует на органы слуха. Это колокола громкого боя, звонки, ревуны, трещотки, сирены и др. Наиболее часто применяется акустическая электрическая аппаратура, работающая на обрыв. В звонке (рис. 104) в цепь питания электромагнитов 1 включен прерыватель 3,автоматически разрывающий эту цепь при притягивании якоря 4 и опять замыкающий ее при возврате якоря в исходное положение под действием пружины 2 или мембраны. Для уменьшения искрения параллельно прерывателю вклю-

Рис. 104. Звонок на обрыв

чен конденсатор. На этом же принципе работают другие приборы звуковой сигнализации – ревуны и трещотки. Ревущий звук в ревунах получается в результате частых ударов бойка о мембрану, а рупор усиливает его. У трещотки частота ударов бойка меньше, чем в ревуне. Это достигается насадкой медных гильз на сердечники электромагнитов.

Оптическая аппаратура сигнализации воздействует на органы зрения. Это сигнальные лампы, табло, сигнальные реле. В качестве сигнальных применяются специальные лампы накаливания и газоразрядные. На рис. 105 показана сигнальная лампа серии ЛС53, состоящая из

Рис. 105. Сигнальная лампа серии ЛС53

корпуса 1, светофильтра 2 и крепящаяся на панели электрораспределительного устройства 3.

Правила Речного Регистра рекомендуют для световой сигнализации применять цвета, указанные в табл. 14.

Таблица 14