Apparecchiature per prove elettriche utilizzate nelle miniere (con schema)

Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere le apparecchiature di prova elettriche usate nelle miniere.

Ogni ingegnere elettronico o tecnico, al lavoro, richiede strumenti di misura per misurare tali quantità elettriche come corrente, tensione e resistenza. Gli strumenti in grado di effettuare queste misurazioni con precisione devono essere di buon design e di altissima qualità, accuratezza e molta sensibilità.

Ingegneri e tecnici devono avere un'idea di base sul funzionamento degli strumenti di misura e sui loro principi.

Principio degli strumenti di misurazione:

La misurazione consiste nel confrontare la quantità da misurare con alcuni standard di riferimento, come le scale. Con la maggior parte degli strumenti di misura elettrici, le letture vengono prese osservando un puntatore che si sposta su una scala. Lo strumento è progettato in modo che la posizione assunta dal puntatore sia un'indicazione della quantità elettrica misurata.

Il dispositivo che induce il puntatore a dare la sua indicazione è chiamato movimento o metro. Movimenti che impiegano vari principi sono stati realizzati ma il movimento di quasi tutti gli strumenti pratici di prova fa uso dell'effetto magnetico di una corrente elettrica. Nei movimenti di questo tipo, il puntatore risponde direttamente alla forza della corrente che fluisce attraverso una bobina.

Il movimento è associato ad altri componenti elettrici che assicurano che la corrente che fluisce nel movimento è direttamente correlata alla quantità elettrica, ad esempio, tensione o resistenza misurata.

È quindi possibile calibrare la bilancia nelle unità richieste come ampere, ohm e volt. Due tipi di movimenti sono di uso comune e sono il misuratore di ferro mobile e il misuratore a bobina mobile.

(a) Misuratore di ferro mobile:

In un contatore di ferro mobile, la corrente da misurare scorre attraverso una bobina piatta come mostrato in Fig. 14.1. All'interno di questa bobina ci sono due pezzi di ferro dolce, un pezzo (il ferro fisso) rimane fermo, mentre l'altro (il ferro mobile) è montato su un fuso e può oscillare lontano dal ferro fisso. Quando la bobina è diseccitata, il ferro in movimento viene mantenuto vicino al ferro fisso da una molla a spirale.

Il movimento del ferro in movimento lontano dal ferro fisso è contrastato dalla coppia esercitata dalla molla, questa coppia aumenta con la distanza tra i due ferri. Quando la corrente scorre nella bobina, crea un campo magnetico. I due pezzi di ferro, essendo all'interno di questo campo, diventano temporaneamente magneti di polarità simile, così che si respingono a vicenda.

Il ferro in movimento quindi oscilla lontano dal ferro fisso fino a quando la coppia esercitata dalla molla a spirale è uguale alla forza di repulsione tra i due ferri. In questa posizione le forze che agiscono sul ferro in movimento sono bilanciate e rimangono stazionarie. La Fig. 14.2 mostra il puntatore. Tuttavia, la posizione assorbita dal ferro in movimento dipende dalle correnti che fluiscono nella bobina. Un puntatore collegato al ferro in movimento indica la posizione e, quindi, la forza della corrente che scorre nel tempo.

Risposta di Moving Iron Mets:

Sappiamo che l'intensità del campo magnetico è direttamente proporzionale alla corrente che scorre nella bobina, così che la magnetizzazione di ogni pezzo di ferro è anche proporzionale alla corrente. La forza iniziale di repulsione tra i due ferri è proporzionale alla sequenza della corrente. Se, per esempio, la forza della corrente viene raddoppiata, la forza di repulsione diventa quattro volte più grande, e così via.

Quando il ferro in movimento si allontana dal ferro fisso, la forza di repulsione diminuisce, sebbene la corrente nella bobina e la magnetizzazione dei ferri restino la stessa. La forza effettiva che agisce contro la coppia della molla, quando il ferro in movimento si ferma, non sarà, quindi, grande quanto la forza iniziale. L'effetto della distanza tra i ferri aumenta con l'aumento della corrente misurata. La risposta sul misuratore è limitata perché, a una certa intensità di campo, i ferri si saturano magneticamente e qualsiasi ulteriore aumento nel campo magnetico non produce un corrispondente aumento della magnetizzazione dei ferri.

Moving Meter Meter Scale:

La scala di un misuratore di ferro mobile non è uniforme. Come l'estremità inferiore della scala, le divisioni sono affollate; verso la metà della scala, le divisioni sono più distanti, ma all'estremità superiore estrema tendono a chiudersi di nuovo. Le letture più accurate si ottengono quando tra il 40 e l'80 percento della corrente completa scorre. Le letture tendono ad essere leggermente imprecise agli estremi della scala.

Un misuratore di ferro mobile misura alternata, così come la corrente continua, perché i due ferri si respingono a vicenda qualunque sia la polarità del campo magnetico. Poiché la forza di repulsione è correlata al quadrato della corrente che scorre nella bobina, il puntatore indicherà il valore efficace di una corrente alternata su una scala calibrata per la corrente continua.

(b) Misuratore di bobina mobile:

In un misuratore a bobina mobile, a volte indicato come un galvanometro, la corrente da misurare scorre in una bobina, che è montata su un fuso e può ruotare all'interno del campo di un magnete permanente come mostrato in Fig. 14.3. Il movimento della bobina è limitato da due molle a spirale che agiscono in direzioni opposte. Queste molle mantengono la bobina in una posizione impostata quando diseccitate e si oppongono alla rotazione della bobina in entrambe le direzioni esercitando una coppia proporzionale all'angolo attraverso il quale viene girata la bobina.

Le molle a spirale servono anche a completare i collegamenti elettrici tra i terminali e la bobina. Quindi i flussi di corrente nella bobina, i conduttori della bobina sono soggetti a una forza che tende a spostarli in una direzione perpendicolare alla direzione del flusso di corrente. Come con un'armatura del motore, l'effetto totale delle forze che agiscono sui conduttori della bobina è quello di girare la bobina contro la coppia esercitata da una delle molle.

La bobina assume una posizione in cui la coppia che tende a ruotare è uguale alla coppia esercitata dalla molla. La posizione della bobina e, quindi, la forza della corrente che scorre in essa sono indicate da un puntatore che si muove su una scala. Il polo del magnete permanente e il nucleo di ferro dolce su cui ruota la bobina (come in figura 14.4) sono progettati per garantire che il campo magnetico con cui reagiscono i conduttori della bobina rimanga costante.

Per quanto lontano la bobina sia deflessa, la coppia che agisce sulla bobina è direttamente proporzionale alla forza della corrente che scorre nella bobina, e la coppia iniziale (cioè quella che agisce prima che la bobina inizi a ruotare) è approssimativamente uguale a quella che agisce su di essa quando è deviato.

La scala di un misuratore a bobina mobile è uniforme e le letture sono affidabili su gran parte della scala, aumentando la precisione verso l'estremità superiore. Le letture all'estremità inferiore della scala, tuttavia, potrebbero non essere troppo accurate. La direzione in cui ruota la bobina dipende dalla direzione in cui scorre la corrente (la direzione è come per la regola della mano sinistra di Fleming). Pertanto, un misuratore a bobina mobile non solo misura la forza attuale, ma indica anche la sua direzione.

Un tipo di misuratore a bobina mobile che utilizza entrambe queste proprietà è il galvanometro a centro zero. Il puntatore si appoggia a zero al centro della scala quando lo strumento è diseccitato. L'ago si sposta verso sinistra quando la corrente scorre in una direzione attraverso la bobina, verso destra quando la corrente scorre nella direzione opposta. Quindi, c'è una scala separata in ogni metà dell'arco della scala. La Fig. 14.4 (b) spiega la descrizione.

Il tipo di misuratore a bobina mobile utilizzato nella maggior parte degli strumenti di prova, ha una scala singola che si estende su tutto l'arco della scala come in Fig. 14.4 (a) con il punto zero all'estremità dell'estrema sinistra. Un misuratore del genere può misurare la corrente che scorre solo in una direzione e i terminali sono contrassegnati con "+" e "-" per indicare la direzione in cui deve essere applicata la corrente.

Un contatore bobina mobile, tuttavia, non può misurare direttamente la corrente alternata. Se viene applicata una corrente alternata a un misuratore a bobina mobile, il puntatore tende a oscillare alla frequenza della corrente applicata. L'inerzia del movimento può tuttavia smorzare l'oscillazione in modo che il puntatore appaia fermo nella posizione zero.

Un misuratore a bobina mobile può essere utilizzato come strumento per misurare la corrente alternata. La corrente alternata viene prima rettificata. Se la scala del contatore fosse calibrata per la corrente continua, sarebbe indicata la media dei valori medi della corrente alternata applicata. Pertanto, è usuale calibrare la scala in modo che i valori rms possano essere letti direttamente da esso.

Strumenti di prova:

Il cuore dei test più pratici è un misuratore a bobina mobile. Altri componenti elettrici sono incorporati, in modo che il misuratore sia alimentato con una piccola corrente che gli consenta di dare un'indicazione della quantità elettrica che è necessario misurare. Il movimento più sensibile dà la massima lettura quando una corrente molto piccola dice che un milliampo scorre nella bobina.

Ci sono tre quantità elettriche che gli elettricisti devono spesso misurare, cioè quelle collegate dalla legge di Ohm; tensione, corrente e resistenza. Cioè, V = IR. E gli strumenti sono voltmetri che leggono voltaggio, amperometro che legge ampere e resistenza di lettura dell'ohmmetro.

Voltmetro:

Un voltmetro viene utilizzato per misurare la differenza di potenziale tra due punti in un circuito elettrico in tensione o per misurare la tensione di un alimentatore. Una misurazione viene effettuata collegando lo strumento tra i due punti, o due terminali di alimentazione, in modo che la piena tensione da misurare sia applicata su di esso.

Poiché la resistenza dello strumento è fissata dalla legge di Ohm, la corrente che fluisce attraverso il movimento è proporzionale alla tensione misurata. La scala è calibrata in volt. Ogni voltmetro ha una portata diversa. La tensione massima che uno strumento può misurare si ottiene moltiplicando la resistenza totale dello strumento per la corrente massima che il movimento registrerà.

La resistenza totale dello strumento può essere resa adatta per misurare qualsiasi intervallo di tensione richiesto, è necessario collegare un resistore in serie al movimento, come mostrato in Fig. 14.5. Alcuni voltmetri hanno diversi range, infatti contengono un certo numero di resistori che possono essere inseriti o disinseriti secondo necessità. La Fig. 14.5 spiega il principio del voltmetro con l'esempio. Qui vediamo che la gamma di qualsiasi voltmetro può essere modificata collegando un moltiplicatore (resistenza) in serie con esso.

Amperometro:

Un amperometro viene utilizzato per misurare la corrente che scorre in qualsiasi punto di un circuito elettrico. Lo strumento è collegato al circuito in serie. Poiché è probabile che il movimento di un amperometro dia la sua massima lettura con una piccola corrente che scorre in esso, non è normalmente possibile che l'intera corrente venga misurata per attraversarla.

Inoltre, poiché l'amperometro è collegato in serie al circuito, la sua resistenza deve essere il più bassa possibile, altrimenti la sua resistenza ridurrebbe la corrente che normalmente fluisce nel circuito e non è possibile ottenere una misurazione accurata.

Il movimento dell'amperometro è collegato in parallelo con una sorta di resistenza molto bassa. L'amperometro, quindi, ha una resistenza trascurabile e il movimento richiede solo una piccola parte della corrente che scorre nel circuito. Vedere la Fig. 14.6 (a).

Con qualsiasi movimento, possono essere forniti shunt per consentire allo strumento di misurare qualsiasi gamma di correnti richieste. Alcuni amperometri hanno diversi intervalli, essendo dotati di una serie di shunt alternativi che possono essere inseriti o disinseriti dal circuito come richiesto. La Fig. 14.6 (b) spiega il principio dell'amperometro. La gamma di qualsiasi amperometro può essere modificata collegando uno shunt adatto in parallelo con esso.

ohmmeter:

Un ohmmetro è usato per misurare la resistenza tra due punti in un circuito elettrico, o per misurare la resistenza di ogni singolo componente. Tuttavia, una lettura può essere presa solo quando il componente o parte del circuito da misurare è isolato dall'alimentazione.

La resistenza viene misurata passando una piccola corrente da un'alimentazione di tensione nota, ad esempio una batteria a secco, attraverso la resistenza sotto test e il movimento in serie, come spiegato in Fig. 14.7. Poiché sia ​​la resistenza del movimento che la tensione sono costanti, la corrente che fluisce attraverso il movimento è una misura della resistenza sotto test. Se viene misurata un'alta resistenza, fluirà una corrente molto piccola; se è a bassa resistenza, fluirà una corrente più grande.

La scala dello strumento è calibrata in ohm e lo strumento legge zero ohm con deflessione a fondo scala. Ma la portata dello strumento dipende sia dalla sua resistenza interna che dalla tensione della batteria. Anche quando il movimento è un misuratore a bobina mobile, la scala di un ohmmetro non è uniforme.

Le letture più accurate si ottengono vicino al centro della scala. Una resistenza variabile è solitamente collegata in circuito per le regolazioni per compensare leggere variazioni nella tensione della batteria. Se la tensione della batteria si modifica leggermente, lo strumento non legge zero ohm quando i cavi vengono toccati insieme, fino a quando la resistenza interna non è stata regolata.

In questi contatori, un leggero errore nella tensione della batteria porta a errori nelle letture ottenute. Se la batteria si è scaricata leggermente, la misurazione ottenuta sarà troppo alta. La resistenza variabile può essere utilizzata per portare il puntatore a zero, quando i cavi vengono toccati insieme, ma non eliminerà l'errore su tutta la scala.

Pertanto, misurazioni accurate possono essere ottenute utilizzando uno strumento che non è influenzato da variazioni della tensione di prova. Esistono infatti due tipi di misuratori di lettura diretta, ohmmetro e bridge tester.

(1) lettura diretta ohmmetro:

La lettura diretta degli ohmmetri misura il rapporto tra la corrente che scorre attraverso la resistenza sotto test e la differenza di potenziale attraverso di essa. Il movimento di un ohmmetro a lettura diretta è una modifica del normale misuratore a bobina mobile.

È costruito in modo simile ma ha due bobine montate sul mandrino e rotanti tra i poli del magnete permanente. Queste due bobine sono fissate ad un angolo l'una rispetto all'altra e sono collegate nel circuito in modo che le polarità dei loro campi elettromagnetici si contrappongano.

Tuttavia ci sono due bobine, bobina di corrente e bobina di pressione. La bobina di corrente è collegata in serie con la resistenza sotto test mentre l'altra bobina (bobine di pressione) è collegata in parallelo con la resistenza. Così la coppia causata dalla corrente che passa attraverso la resistenza in prova è contrastata da una coppia che è proporzionale alla tensione attraverso la resistenza. Lo strumento, in effetti, calcola il valore della resistenza utilizzata in prova dalla legge di Ohm, cioè R = -E / I.

La lettura diretta degli ohmmetri viene solitamente utilizzata quando è necessario determinare una resistenza molto bassa di alcuni ohm o una frazione di un ohm. I suoi usi includono la misurazione della resistenza dei contatti dell'interruttore, degli avvolgimenti dell'indotto e degli avvolgimenti del trasformatore.

ductor:

Il duttore è un ohmmetro a bassa resistenza di uso comune. Un duttore può avere fino a cinque diversi intervalli e misurerà resistenze che vanno da pochi micro-ohms a circa 5 ohm. I ductors sono solitamente dotati di picchi di test "duplex", ciascuno costituito da due punte montate su una singola impugnatura della sonda. Un picco di ciascuna sonda è in serie con la bobina corrente dell'ohmmetro e l'altro picco è in serie con la bobina di tensione.

Un test di resistenza viene sempre eseguito con i picchi di tensione posti tra i picchi di corrente. Questo metodo garantisce che lo strumento misuri l'effettiva caduta potenziale tra le punte dei due potenziali picchi. È la resistenza tra i due potenziali picchi mostrati dallo strumento.

I conduttori possono anche essere utilizzati con cavi separati per le bobine di pressione e corrente. Possono essere utilizzati in questo modo per il test dell'armatura, quando la corrente passa attraverso gli avvolgimenti dell'armatura e viene misurata la resistenza tra i successivi segmenti del commutatore.

Tester di resistenza di isolamento:

Una resistenza di isolamento è un tipo di ohmmetro a lettura diretta appositamente progettato per testare l'isolamento tra un sistema elettrico e la terra, o tra conduttori isolati, come i nuclei di un cavo, quando l'isolamento inizia a deteriorarsi. È comune che piccole correnti di dispersione lo attraversino o attraversino la sua superficie.

Nella fase iniziale di deterioramento, la resistenza statica dell'isolamento può rimanere elevata, ma la sua rigidità dielettrica è ridotta. L'isolamento con rigidità dielettrica inadeguata potrebbe rompersi improvvisamente con la piena tensione operativa applicata su di esso, in particolare se durante il funzionamento del circuito si verifica un aumento di tensione.

Per garantire che l'isolamento sia efficace e sicuro in condizioni operative normali, è necessario misurarne la resistenza quando sottoposto a sforzi dielettrici. Per ottenere un risultato soddisfacente, quindi, tutti i circuiti di media e alta tensione sono testati con un tester di resistenza di isolamento.

I test di isolamento e conducibilità fanno parte della routine quotidiana degli ingegneri elettrici nelle miniere e per eliminare l'inconveniente di dover trasportare due strumenti in giro, il tester di resistenza di isolamento e il tester di conducibilità sono stati combinati in un unico strumento chiamato tester di isolamento e continuità.

Megger:

Uno strumento molto popolare chiamato Megger viene utilizzato per installazioni che vanno da 110 V fino a 500 V, 1000 V (11 KV) e 5000 V. Anche se uno strumento molto raffinato, si è rivelato piuttosto ingombrante nell'uso sotterraneo. Al giorno d'oggi questo strumento è stato sorpassato dai modelli più piccoli, più leggeri e più leggeri, come il metro-500 della 500-V e il megger della batteria 500/1000 / 5000V, e il megger digitale.

Metro-ohm da 500 V:

Questo è uno strumento molto recente e molto compatto, leggero e compatto, fornito in una custodia di pelle completa di puntali, che può essere facilmente trasportato sulla cintura insieme alla lampada a cappuccio e all'auto-soccorritore. Si tratta di un dispositivo a batteria da 9 V che aziona un convertitore di batterie transistorizzato che converte una tensione di batteria di 9 V in una tensione di uscita di 500 V per scopi di test di isolamento. Questo è spiegato in Fig. 14.8.

Due pulsanti sulla parte anteriore dello strumento determinano la tensione di uscita e di conseguenza il test che può essere eseguito, cioè il pulsante sinistro contrassegnato Ω fornisce un'uscita 9 V per il test continuo di conduttori, armature di cavi, conduttori di terra ecc. E viene letto sulla scala inferiore contrassegnata Ω. Il pulsante destro fornisce un'uscita a 500 V per testare la pressione dell'isolamento di un sistema tra due conduttori o tra conduttori e terra, la lettura viene presa dalla scala superiore contrassegnata Ω.

Lo strumento sarà preciso solo finché la tensione della batteria è sufficiente per guidare i circuiti. Questo può essere controllato premendo l'interruttore con i terminali di uscita aperti. Se il puntatore passa a infinito e poi inizia a cadere, la batteria dovrebbe essere cambiata.

Megger 1000/5000 V:

Questa rata è molto simile alla metro-ohm da 500 volt con scala di continuità 0-100 ohm e scala di test di isolamento da 0-1000 MQ. Su questo strumento sono disponibili due intervalli di tensione, 1000 volt e 5000 volt.

Uso dei tester di isolamento nelle miniere:

Quando si utilizza il tester di isolamento su cavi, l'elevato potenziale applicato a causa del cavo che funge da condensatore, carica il cavo e causa l'esistenza di un'alta tensione tra i due conduttori o un conduttore e la terra che viene sottoposta a test. Ciò può provocare scosse elettriche gravi e molto dolorose se i conduttori vengono maneggiati prima di essere scaricati. Lo scarico dei cavi dovrebbe, ove possibile, essere eseguito utilizzando il "dispositivo di messa a terra" sul quadro che controlla il circuito.

Se ciò non è possibile, è necessario applicare un cortocircuito per un breve periodo per consentire la dissipazione della carica. Ciò può causare gravi scintille che non presentano un pericolo in superficie, ma sarebbero davvero molto pericolose in sotterraneo, poiché l'energia nella scintilla prodotta è in grado di accendere una miscela esplosiva.

Quindi è una questione vitale da ricordare quando si testano le apparecchiature nel sottosuolo, e specialmente in prossimità della superficie del carbone, in particolare i cavi di trascinamento. A causa dell'uso di materiali di cloro-sulfonato-polietilene (CSP) come isolante per cavi di trascinamento, la capacità tra nucleo e schermo è aumentata.

Ciò aumenta l'alta tensione che può essere trattenuta nel cavo dopo il test. È di vitale importanza, quindi, quando si eseguono prove sui cavi finali che le istruzioni sullo strumento siano rigorosamente rispettate.

Attaccare i cavi di prova al circuito prima di azionare il pulsante, e non collegare i puntali con il pulsante premuto. Lasciare lo strumento collegato per il periodo di tempo specificato dopo la prova prima di rimuovere i cavi e, in nessun caso, scollegare i cavi con il pulsante premuto.

I tester di isolamento dell'ordine di 2, 5 e 10 KV sono utilizzati per testare circuiti ad alta tensione, ovvero 3.3. KV, 6, 6 KV o 11 KV, 33 KV. Questi sono strumenti molto speciali da usare con grande cura e abilità e seguendo un codice di pratica molto severo.

Test di terra:

La resistenza al corpo di terra generale della piastra di messa a terra dell'impianto elettrico della miniera di carbone viene testata regolarmente tramite megger. Gli strumenti megger sono un ohmmetro diretto fornito da un generatore azionato a mano. La resistività della Terra stessa può anche essere misurata mediante questo strumento. Questa misura è necessaria quando si seleziona una posizione per una nuova piastra di terra.

(2) Bridge Tester:

Gli strumenti di misura che determinano il valore di una resistenza sotto test confrontandolo con un altro, utilizzano il principio del ponte di Wheatstone, che consiste di quattro resistori collegati in una rete a quattro lati. Un'alimentazione di prova è collegata agli angoli opposti della rete e un galvanometro a zero centrale è collegato attraverso gli altri due angoli come mostrato in Fig. 14.9.

Il semplice principio di funzionamento di questo tipo di tester per ponti è che il galvanometro nella rete di ponti è fatto per leggere zero assicurando che i potenziali nei due punti che collega siano uguali. Questa condizione si verifica solo quando il rapporto tra i valori di due resistori adiacenti è uguale al rapporto tra i valori degli altri due resistori. Questo è

Un tester per ponti contiene tre bracci di una rete di Wheatstone Bridge. La resistenza da misurare, quando collegata ai terminali, forma il quarto braccio del ponte. Il tester contiene una fonte di alimentazione e un galvanometro che completa quindi i circuiti del ponte. Due dei bracci del ponte inclusi nel tester sono di resistenza fissa e nota, il terzo braccio contiene una resistenza variabile.

Quando viene collegata la resistenza da testare, la resistenza variabile viene regolata fino a quando il ponte equilibra e il galvanometro legge zero. Il valore della resistenza sconosciuta può quindi essere calcolato dai valori delle resistenze fisse e dal valore della resistenza regolata. Fig. 14.9 spiega il fatto. Infatti, il tester per ponti viene utilizzato quando la resistenza deve essere misurata in modo molto accurato.