• وارمتر،کسینوس فی متر، مولتی متر، پاورمتر، ترانس های اندازه گیری

.    وارمتر

یکی دیگر از دستگاه های اندازه گیری الکتریکی وارمتر است. وارمتر دستگاهی است که توان راکتیو (غیر مفید) مدار را اندازه گیری می کند. اتصالات وارمتر مشابه اتصالات وات متر است.

• کسینوس فی متر

در کارخانجات و نیروگاه ها که باید ضریب قدرت مدار تحت کنترل باشد از کسینوس فی متر برای اندازه گیری آن استفاده می شود. کسینوس فی متر یکی دیگر از دستگاه های اندازه گیری الکتریکی است که دارای دو سیم پیچ متحرک و یک سیم پیچ ثابت بوده و در مجموع دارای چهار یا پنج پیچ اتصال است و در مدارهای سه فاز و یک فاز به کار می رود. باید توجه داشت که کسینوس فی متر چه به صورت تک فاز و چه بصورت سه فاز فقط کسینوس فی فازی را که سیم پیچ ثابتش بر روی آن بسته شده است نشان می دهد. اگر ضریب قدرت مدار کمتر از حد مجاز باشد، در قبوض برق بهایی به عنوان جریمه لحاظ می شود. لذا کنترل و اندازه گیری پارامتر الکتریکی مذکور cosᴓ متر انجام می شود.

کسینوس فی مترها که برای نصب روی تابلو استفاده می شوند معمولاً برای ولتاژهای 110، 220، 380 و 500 ولت و جریان پنج آمپر و یک آمپر ساخته می شوند. برای ولتاژها و جریان های بیشتر از مقدار نامی ذکر شده باید از مبدل ولتاژ و مبدل جریان استفاده کرد.

در جریان سه فاز چنانچه بار متعادل باشد، اتصال یک کسینوس فی متر کافیست. ولی اگر بار نامتعادل باشد، سر راه هر فاز از یک کسینوس فی متر جداگانه استفاده می شود. 

کسینوس فی متر در مدار به شکل سری و موازی بسته می شود. دارای یک سیم پیچ ثابت جریان (سری) و دو سیم پیچ متحرک برای ولتاژ است از یک مقاومت اهمی خالص و یک مقاومت تقریباً سلف خالص نیز استفاده شده است که هر کدام با یکی از سیم پیچ های ولتاژ سری بسته می شوند.

هر کسینوس فی متر چه در مدار تک فاز بسته شده باشد و یا در مدار سه فاز، فقط ضریب توان فازی را نشان می دهد که سیم پیچ جریان روی آن قرار گرفته، مقدار ولتاژ و جریان در سیم پیچها همانند وات متر است به همین جهت برای نصب روی تابلوهای صنعتی حتماً به ترانسفورماتور جریان احتیاج است.

صفحه نشان دهنده برای کسینوس فی مترها به طور معمول در سه مدل طراحی و ساخته می شوند. زمانی که بار مصرفی فقط سلفی باشد از مدل 90 درجه که در انتها مقدار عدد 1) Cos ᴓ) نشان داده شده است، استفاده می شود.

اگر بار فقط سلفی (اندوکتیو) و یا خازنی (کاپاسیتیو) باشد از کسینوس فی متر با صفحۀ مدرج یک طرفه و در صورتی که به هر دو صورت سلفی یا خازنی باشد از صفحۀ مدرج دو طرفه و یا دوار (360 درجه) استفاده می شود.

در کارخانه هایی که به غیر از بار سلفی از بار خازنی هم استفاده می کنند (اصلاح ضریب توان) از صفحه نشان دهنده 90 درجه ای که عدد 1 در وسط قرار دارد استفاده می شود.

البته در هر طرف صفحه اندازه گیری کمتر از 1 مشخص شده که در یک طرف ضریب توان بارهای سلفی با علامت Ind و طرف دیگر برای بارهای خازنی با علامت Cap است. (علامت اندوکتیو (ind) و کاپاسیتیو (cap) روی صفحه مدرج درج می شود.) در نیروگاه ها و مرکزهای پست از صفحه نشان دهنده 360 درجه استفاده می شود که در این مدل عدد Cos ᴓ=1 دو بار با اختلاف 180 نسبت به هم نوشته می شود که در اطراف هر کدام نیز درجه بندی برای ضریب توان بارهای سلفی و خازنی نشان داده شده است.

عقربه اگر به طرف  indحرکت کند مصرف کننده، اندوکتیو است و مقدار اندازه گیری شده، ضریب قدرت مدار اندوکتیو یا سلفی را نشان می دهد. در صورتی که عقربه به طرف cap حرکت کند، مصرف کننده، کاپاسیتیو خازنی است و مقدار اندازه گیری شده، ضریب قدرت مدار کاپاسیتیو را نشان می دهد.

همان طور که گفته شد کسینوس فی متر در تابلوهای صنعتی فقط ضریب توان یک فاز از سه فاز را نشان می دهد که اگر بارهای مصرف در کارخانه تقریباً متعادل باشند، یعنی قبلاً هماهنگی لازم برای متعادل کردن سه فاز توسط مسئول برق کارخانه انجام گرفته شده است، یک کسینوس فی متر کافی است.

اما در کارخانه و محل هایی که تغییرات بار زیاد است و همچنین نامتعادلی در فازها نیز خیلی متغیر است بهتر است از سه کسینوس فی متر در کنار هم مثل سه آمپرمتر یا سه وات متر هر کدام برای یک فاز استفاده شود.

امروزه از کسینوس فی مترهای پرتابل که به راحتی می توانند ضریب توان هر فاز را به طور جداگانه مشخص نمایند استفاده می کنند. صفحه نشان دهنده نیز می تواند به صورت سون سگمنت (دیجیتال) باشد. کاربرد این نوع کسینوس فی متر بیشتر برای شرکت هایی که وظیفه نصب بانک خازن جهت اصلاح ضریب قدرت را دارند، است.

• مولتی متر

مولتی متر، دستگاهی است که چندین پارامتر الکتریکی از جمله: جریان هر فاز مدار، ولتاژ فازها نسبت به هم و نسبت به نول و در بعضی موارد فرکانس شبکه یا انرژی و توان را اندازه گیری می کند.

• پاورمتر 

  پاورمتر به منظور اندازه گیری و محاسبه توان، انرژی، توان اکتیو، توان راکتیو، ضریب توان یا Power Factor، جریان و ولتاژ طراحی و تولید شده است. پاورمتر تابلویی یا پاور آنالایزر از دستگاه های اندازه گیری الکتریکی است که برای سنجش و مانیتورینگ پارامترهای متعددی در زمینه توان و انرژی، در صنایع برق، کارخانجات بزرگ و کوچک، اپراتورهای برق صنعتی و تست ترانسفورماتورهای قدرت تک فاز و سه فاز استفاده می شود.

پاورمتر اشنایدر الکتریک با داشتن کلاس دقت بالا، قابلیت محاسبه دیماند، پورت ارتباطی سریال یا شبکه اترنت، ورودی – خروجی دیجیتال یا آنالوگ، ساعت داخلی یا RTC، قابلیت ایجاد تعرفه، محاسبه THD و یا TDD، نمایش بزرگی مولفه های هارومونیکی به صورت انفرادی از مرغوب ترین پاورآنالیزرهای موجود به شمار می آید. در حال حاضر پاورمترهای سری 2000 اشنایدر الکتریک جایگزین پاورمترهای سری 1000 شده است و همچنین قیمت پاورمتر اشنایدر الکتریک باتوجه به امکانات آن افزایش می یابد.

·          ترانس های اندازه گیری

از آن جا که جریان و ولتاژ خطوط زیاد است و نمی توان مستقیماً آن را اندازه گرفت با استفاده از این دستگاه ها از جریان نمونه برداری می کنند. این دستگاه ها به صورت سری CTها و به صورت موازی CVT، PTها در مدار قرار می گیرند. هم چنین برای ایزوله شدن شبکه های فشار قوی از سیستم های اندازه گیری و حفاظت از این وسیله استفاده می شود.

عایق بندی تجهیزات متصل شده به ثانویه این ترانس ها از قسمت اولیه شبکه و هم چنین امکان استاندارد کردن تجهیزات اندازه گیری و حفاظتی برای مقادیر مشخص جریان یا ولتاژ از دیگر ویژگی های مهم با اهمیت آن ها است. در هر ترانسفورماتور ولتاژ جریان، مقدار کمیت اندازه گیری شده ولتاژ و یا جریان، باید با یک نسبت مشخص کاهش یافته و دقت مقادیر اندازه گیری شده در ثانویه از محدوده مجاز تجاوز نکند.

این بدان معنی است که این نمونه گیرها باید دارای راندمان بسیار بالا باشند. در شرایط گذاری سیستم قدرت تغییرات بزرگ لحظه ای در کمیت های ورودی ممکن است به تغییر شکل موج سینوسی شبکه منجر شود. اثر این خطا، ممکن است در عملکرد دستگاه های اندازه گیری ناچیز باشد، اما برای رله های حفاظتی می تواند به عملکرد غلط رله ها منجر شود. که برای برطرف کردن این موضوع نیز مهندسین طرح و ساخت این شرایط را در نظر می گیرند.

ساختمان ترانسفورماتورهای اندازه گیری برای به کارگیری در جریان و ولتاژهای نامی پائین چندان تفاوتی با یکدیگر ندارد، ولی زمانی که جریان و ولتاژ اولیه دارای مقادیر نامی بالا باشد، تفاوت در ساختمان ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ اجتناب ناپذیر می شود. ضمن اینکه نحوۀ اتصال این ترانسفورماتورها به مدار از دیگر موارد تفاوت آنها است.

• ترانس جریان CT

سیم پیچ اولیه ترانس های جریان با مدار قدرت به طور سری قرار می گیرند و سیم پیچ ثانویه آن ها، به تجهیزات اندازه گیری مناسبی مثل کنتورها، تجهیزات حفاظتی مثل رله ها و غیره متصل می شوند. امپدانس با Zb متصل شده به سیم پیچ ثانویه، در مقایسه با امپدانس اولیه بسیار کوچک بوده و به عبارت دیگر، ثانویه CT حالت اتصال کوتاه دارد. عایق کردن مناسب مدارهای اندازه گیری و حفاظتی از ولتاژ اولیه شبکه، و هم چنین حفظ وسایل در برابر اضافه بار، از ویژگی های مهم این ترانسفورماتورها است.

نکته: برای توسعه حدود اندازه گیری یک آمپرمتر، می توان به دو سر بوبین آن یک مقاومت به صورت موازی وصل کرد. در این حالت مقاومت داخلی آمپرمتر کم شده و می تواند جریان بیشتری را از خود عبور بدهد.

سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور جریان را با حروف بزرگ K و L و سیم پیچ ثانویه آن را با حروف کوچک k و  lنمایش می دهند و لازم است که سیم پیچ اولیه طوری در مدار قرار گیرد که ورودی آن به K وصل شود، به عبارت دیگر جریان فاز باید به K وارد شود.

همان طور که می دانید ترانس های جریان به دو نوع ترانس های اندازه گیری و حفاظتی تقسیم می شوند. ترانس جریان با هسته اندازه گیری یکی از دستگاه های اندازه گیری الکتریکی است که انواع متفاوتی دارد. ترانس جریان اندازه گیری نوع حلقوی یا کوربالانس از دستگاه های اندازه گیری الکتریکی تابلویی است که در آن هادی یا شین به عنوان اولیه، ترانس و سیم پیچ حلقه به عنوان ثانویه ترانس در نظر گرفته می شود.

زمانی که جریان از هادی عبور کند یک میدان مغناطیسی (یک ولتاز القایی در دو سر سیم) در سیم پیچ ثانویه ایجاد می شود. با اتصال آمپرمتر به ثانویه CT، جریان القایی مذکور که مساوی و یا کمتر از جریان نامی آمپرمتر است از آن عبور می کند. از این رو، ترانسفورماتورهای جریان همراه با یک نسبت تبدیل یا ضریب تبدیل بیان می شوند مانند یک ترانس جریان 100/5.

 توجه: ضریب تبدیل CT ها به صورت یک عدد کسری روی آن نوشته می شود. (مانند 100 A/5 A یا 100A/1 A) که در واقع نشانگر نسبت جریان اولیه به جریان ثانویه است. جریان ثانویه این ترانسفورماتورها اغلب 5 آمپرمتر است.

نسبت تبدیل معمولاً در این مبدل ها به گونه ای است که همواره جریان خروجی (ثانویه) از محدودۀ 5 آمپر بیشتر نمی شود و مثلاً با نسبت های 100 به 5 آمپر یا 200 به 5 آمپر ساخته می شوند.

• رله نشتی جریان

رله ارت فالت اشنایدر الکتریک یا رله حفاظتی جریان نشتی با استفاده از ترانس، جریان‌  نشتی به زمین را شناسایی و فرمان قطع مدار را صادر می‌ کند و از اتصال به زمین قطعات جهت جلوگیری از بروز تلفات انسانی و آتش سوزی حفاظت می کند. ترانس رلۀ نشتی جریان برای نمونه گیری جریان عبوری از کابل های اصلی استفاده می شود.

• ترانس ولتاژ (PT)

 برای توسعۀ حدود اندازه گیری ولت متر در شرایطی که ولتاژ مصرف کننده در حد مجاز ولت متر نباشد و در شرایطی که امکان اتصال مستقیم ولت متر به دو سر مصرف کننده وجود ندارد، می توان از ترانسفورماتور کاهنده ولتاژ (PT) در کنار ولت متر استفاده و به عبارت دیگر ولتاژ را به روش غیرمستقیم اندازه گیری کرد. در این حالت دو سر سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور ولتاژ را به صورت موازی در مدار قرار می دهیم و ولت متر را نیز به سیم بندی ثانویه متصل می کنیم.

ولتاژ ثانویه PT ها یا ترانسفورماتورهای ولتاژ اغلب 100 ولت است و مشابه ترانسفورماتورهای جریان، نسبت تبدیل یا ضریب تبدیل آنها (Kv) برای شرایط نامی به صورت یک عدد کسری بیان می شود (مانند 20KV/100 V).