لیست ابزارهای اندازه گیری در صنعت برق

یکی از مهم‌ترین بخش‌ها در محیط‌های صنعتی و ساختمان‌های مسکونی، تابلو برق و سایر سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده هستند. در صورتی که این سیستم‌ها به هر دلیل به نحو صحیح کار نکنند می‌توانند عملکرد کل سیستم برق در یک ساختمان را با اختلال مواجه کنند و در شرایط حاد نیز باعث برق‌گرفتگی و آتش‌سوزی شوند. به همین دلیل بررسی و مدیریت تجهیزات الکتریکی و اندازه‌گیری پارامترهای مختلف در این سیستم‌ها مانند ولتاژ، فرکانس، جریان و… از اهمیت زیادی برخوردار است. برای اندازه‌گیری این پارامترها تجهیزات اندازه گیری در انواع مختلفی در دسترس هستند که با استفاده از آن‌ها می‌توان پارامترهای مختلف را اندازه‌گیری کرد. 

پاورمتر

یکی از ابزارهای پرکاربرد برای اندازه‌گیری پارامترهای الکتریکی در صنایع مختلف است که می‌توان از آن برای اندازه‌گیری و محاسبه توان، انرژی، توان اکتیو، توان راکتیو، ضریب توان (Power Factor)، جریان و ولتاژ استفاده کرد. پاور آنالایزر یا پاورمتر تابلویی یکی از ابزارهای اندازه‌گیری است که می‌توان از آن به منظور سنجش و مانیتورینگ پارامترهای متعدد در زمینه توان و انرژی در صنایع مختلف استفاده کرد. صنایع برق،‌ کارخانجات کوچک و بزرگ، اپراتورهای برق صنعتی و تست ترانسفورماتورهای قدرت تک فاز و سه فاز از جمله موارد کاربرد این ابزار به حساب می‌آیند. 

آمپرمتر

یکی از تجهیزات و ابزارهای اندازه‌گیری مهم محسوب می‌شود که به منظور اندازه‌گیری میزان جریان مؤثر در مدار مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورتی که بخواهیم جریان عبوری از بار را اندازه‌گیری کنیم باید آمپرمتر به صورت سری با مصرف‌کننده تنظیم شود. آمپرمترها را می‌توان در دو دسته AC و DC تقسیم‌بندی کرد. در خصوص استفاده از آمپرمتر باید به این نکته توجه شود که در زمان استفاده از آن برای اندازه‌گیری، شدت جریان در مدار باید بیشتر از شدت نامی باشد.

به عنوان مثال یک آمپرمتر 0 تا 10 آمپر می‌توان جریان‌هایی را که در این محدوده قرار دارند، اندازه‌گیری کند و توانایی تعیین شدت جریان کمتر یا بیشتر از آن را ندارد. نکته مهم دیگری که در مورد استفاده از آمپرمتر باید مورد توجه قرار بگیرد، انتخاب کردن آن با شدت جریان عبوری از مدار 20 درصد اضافه‌تر است. اگر امکان استفاده از این تجهیز اندازه گیری به صورت سری نباشد، باید از آمپرمتر کلمپی استفاده کرد.

ولت متر

در صورتی که قصد اندازه‌گیری و سنجش میزان ولتاژ در مدار را داشته باشید، باید از ابزاری به نام ولت‌متر استفاده کنید. برای استفاده از این وسیله به منظور اندازه‌گیری ولتاژ در مدار، باید به صورت موازی در مدار نصب شود. این ابزار مانند آمپرمتر در دو نوع AC و DC در دسترس قرار دارد. 

در صورتی که قصد استفاده از ولت متر برای اندزه‌گیری ولتاژ شبکه در داخل تابلو برق وجود داشته باشد، در قدم اول باید دو سر ولت‌متر به شین‌های مورد نظر در تابلو متصل شود. اما در صورتی که هدف از استفاده از ولت متر اندازه‌گیری ولتاژ فازهای مختلف نسبت به سیم نول یا ولتاژ دو به دو فازها باشد، باید از کلید سلکتور ولت استفاده شود. 

در خصوص ولت مترهایی که در تابلوهای برق در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند باید گفت که این ابزارها ولتاژ معینی را اندازه‌گیری می‌کنند و معمولا درجه‌بندی اندازه‌گیری ولتاژ در آن‌ها مشخص شده و بر همین اساس عمل می‌کنند. یکی دیگر از انواع ولت‌ مترها که استفاده از آن رایج است، ولت مترهای دیجیتالی هستند که به دلیل کاربری آسان و نمایش میزان ولتاژ بر روی نمایشگر بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. 

فرکانس متر

به منظور اندازه‌گیری فرکانس از ابزاری به نام فرکانس متر استفاده می‌شود. عمده این دستگاه‌ها به صورت عقربه‌ای طرحی شده‌اند و می‌توانند فرکانس را در یک محدوده گسترده اندازه‌گیری نمایند. انواع فرکانس‌متر را می‌توان در سه دسته زبانی یا ارتعاشی، دیجیتالی و عقربه‌ای تقسیم‌‌بندی کرد. از فرکانس‌مترهای ارتعاشی به منظور انداره‌گیری فرکانس‌های کم و متوسط استفاده می‌شود زیرا این دستگاه‌ها از مقاومت و دقت بالایی برخوردار هستند. 

در مورد فرکانس‌مترهای دیجیتالی باید گفت که دقت اندازه‌گیری در آن‌ها نیز بالا است و عملکرد بسیار خوبی دارند. برای استفاده از فرکانس‌متر باید آن را به صورت موازی به شبکه متصل کرد. فرکانس‌مترهای ارتعاشی در مقایسه با فرکانس‌‌مترهای عقربه‌ای در مقابل عوامل خارجی از مقاومت بالاتری برخوردار هستند. بیشترین کاربرد فرکانس‌مترهای عقربه‌ای در نیروگاه‌ها و تابلوهای پست توزیع است. به طور کلی عمده‌ترین کاربرد فرکانس‌متر زمانی است که دو آلترناتور با هم پارالل می‌شوند یا یک ژنراتور به شبکه برق شهری وارد می‌شود. 

وات متر

به منظور اندازه‌گیری توان حقیقی مصرف‌کننده‌ها در شبکه برق از وسیله‌ای به نام وات متر استفاده می‌شود. وات متر ابزاری است که از یک سیم‌پیچ جریان و یک سیم‌پیچ ولتاژ تشکیل شده است. در این ابزار سیم‌پیچ ولتاژ به صورت موازی و سیم‌پیچ جریان به صورت سری به مصرف کننده متصل می‌شود. در واقع این دو سیم پیچ در یک دستگاه وات متر، دو مدار مجزا از هم را تشکیل می‌دهند. یکی از انواع محبوب وات‌ متر، وات متر دیجیتالی است که می‌توان توان اندازه‌گیری شده را به صورت عدد بر روی نمایشگر نشان دهد. گالوانومتر، زاویه انحراف کامل عقربه و نحوه نصب از نکات مهم در نصب وات مترها به حساب می‌آید که باید در بسته‌بندی آن‌ها مشخص شده باشد. 

مولتی متر

به منظور سنجش و اندازه‌گیری پارامترهای مختلف در تابلو برق باید از ابزارهای متفاوت استفاده شود که باعث می‌شود هزینه‌ها افزایش یابد. در این شرایط برای انجام اندازه‌گیری و سنجش به شکل راحت و با بالاترین کیفیت از ابزاری به نام مولتی متر استفاده می‌شود. این دستگاه در حالت عادی و ساده می‌توان جریان و ولتاژ فازهای مختلف را به همراه فرکانس شبکه اندازه‌گیری کرده و نشان دهد. درنتیجه نیاز به استفاده از کلیدهای اندازه‌گیری و دستگاه‌های مختلف را از بین می‌برد. 

سنکروسکوپ

در تاسیساتی که دارای ژنراتور موازی هستند از دستگاهی به سنکروسکوپ استفاده می‌شود. در نیروگاه‌ها، موتور برق‌ها به صورت موازی با شبکه سراسری هستند. از دستگاه سنکروسکوپ می‌توان در تاسیسات موازی با برق شهری و همچنین جابجایی بدون خاموشی استفاده کرد. در این شرایط در زمانی که برق شهری قطع شود، ژنراتورها فعال شده و می‌توانند برق مجموعه را تامین کنند. 

وارمتر

وارمتر یکی از ابزارهای اندازه‌گیری پارامترهای الکتریکی است که به منظور اندازه‌گیری توان غیر مفید راکتیو استفاده می‌شود. این ابزار اندازه‌گیری در صنعت برق شباهت زیادی به وات متر دارد و تنها تفاوت آن‌ها این است که در زمان اتصال وارمتر به شبکه، باید بین جریان سیم‌پیچ ولتاژ و سیم‌پیچ جریان، 90 درجه اختلاف فاز وجود داشته باشد. در خصوص وارمتر به این نکته باید اشاره کرد که این ابزار در مدار به صورت سری-موازی نصب می‌شود. 

پاور آنالایزر

از جمله ابزارهای انداره‌گیری پرکاربرد و مدرن به حساب می‌آید که در تابلو برق استفاده می‌شود. از جمله مهم‌ترین وظایف این دستگاه می‌توان به اندازه‌گیری جریان،‌ توان، ولتاژ، انرژی،‌ اختلاف فاز، فرکانس و سایر موارد در سنجش کیفیت توان اشاره کرد. پاورآنالایزرها انواع مختلفی دارند که هر کدام بر این اساس از نظر کاربرد متفاوت بوده و در انواع تابلو برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

ترانس‌های اندازه گیری

با توجه به اینکه جریان و ولتاژ در خطوط زیاد است و امکان اندازه‌گیری مستقیم آن وجود ندارد، از ترانس‌های اندازه‌گیری برای نمونه‌برداری از جریان استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها را می‌توان به صورت سری (CT) و به صورت موازی (CVT و PT) در مدار قرار داد. یکی از مهم‌ترین موارد کاربرد این ابزارها، ایزوله کردن شبکه‌های فشار قوی از سیستم‌های اندازه‌گیری و حفاظت است. 

ترانس‌های اندازه‌گیری از نظر ساختمان به منظور بکارگیری در جریان و ولتاژ‌های نامی پایین تفاوت زیادی با هم ندارند اما در صورتی که جریان و ولتاژ اولیه مقادیر نامی بالا داشته باشد، تفاوت در ساختمان ترانس‌های ولتاژ و جریان اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. در این شرایط نحوه اتصال این ترانسفورماتورها به مدار نیز با یکدیگر متفاوت خواهد بود. 

ترانس جریان CT

ترانس‌های جریان CT دارای دو سیم‌پیچ هستند که سیم‌پیچ اولیه آن‌ها با مدار قدرت به صورت سری قرار گرفته و سیم‌پیچ ثانویه به تجهیزات اندازه‌گیری مانند کنتورها یا تجهیزات حفاظتی مانند رله‌ها متصل می‌شود. در خصوص امپدانس در سیم‌پیچ ثانویه باید گفت که در مقایسه با امپدانس سیم‌پیچ اولیه بسیار کوچک‌تر بوده و به بیان ساده‌دار امپدانس ثانویه در CT،‌ حالت اتصال کوتاه دارد. از مهم‌ترین ویژگی‌های این ترانسفورماتورها می‌توان به عایق کردن مناسب مدارهای اندازه‌گیری و حفاظتی از ولتاژ اولیه شبکه و همچنین محافظت از وسایل در برابر اضافه بار اشاره کرد. 

این ترانس‌ها در دو دسته ترانس‌های اندازه‌گیری و حفاظتی تقسیم‌بندی می‌شوند. ترانس‌های اندازه‌گیری در دسته ابزارهای سنجش و اندازه‌گیری الکتریکی قرار می‌گیرند که شامل انواع مختلفی هستند. یکی از کاربردی‌ترین انواع ترانس‌های اندازه‌گیری نوع حلقوی یا کوربالانس است که از ابزارهای اندازه‌گیری تابلویی به حساب می‌آید که در آن هادی یا شین به عنوان اولیه و ترانس و سیم‌پیچ حلقه به عنوان ثانویه محسوب می‌شوند. 

در این نوع از ترانس‌های اندازه‌گیری هنگام عبور جریان از هادی، یک میدان مغناطیسی (یک ولتاژ القایی در دو سر سیم) در سیم‌پیچ ثانویه به وجود می‌آید. در صورتی که آمپرمتر به ثانویه CT متصل شود، جریان القایی از آن عبور می‌کند که مساوی یا کمتر از جریان نامی در آمپرمتر است. به همین دلیل ترانس‌های جریان همراه با یک نسبت تبدیل یا ضریب تبدیل نامگذاری و شناخته می‌شوند. 

رله نشتی جریان

این ابزار که رله حفاظتی جریان نشتی با استفاده از ترانس نام دارد، می‌تواند جریان نشتی به زمین را شناسایی و در این شرایط فرمان لازم برای قطع مدار را صادر کند. در این حالت این ابزار می‌توان از اتصال به زمین قطعات به منظور جلوگیری از حوادثی مانند آتش‌سوزی یا برق‌گرفتگی حفاظت کند. به طور کلی اصلی‌ترین کاربرد ترانس رله نشتی جریان، نمونه‌گیری از جریان عبوری از کابل‌ برق اصلی است. 

تایمر

تایمر یک وسیله فرمان دهنده است که در مدارهای کنترل اتوماتیک مورد استفاده قرار می‌گیرد و وظیفه دارد که مدار را برای مدت زمانی معین کنترل کند. در سیستم‌های الکتریکی در برخی مواقع این انتظار وجود دارد که یک مدار پس از مدت زمانی از گرفتن فرمان شروع به کار کرده یا پس از مدتی از کار بایستد. در این شرایط در مدارهای برق صنعتی از ابزاری به نام تایمر استفاده می‌شود. 

ترانس ولتاژ  (PT)

از ترانس‌های ولتاژ زمانی استفاده می‌شود که برای توسعه حدود اندازه‌گیری ولت متر، در شرایطی که ولتاژ مصرف کننده در حد مجاز ولت متر نیست و همچنین نمی‌توان ولت متر را به صورت مستقیم به دو سر مصرف کننده متصل کرد. در واقع در این شرایط از ترانس ولتاژ (PT) در کنار ولت متر استفاده می‌شوند و ولتاژ به روش غیر مستقیم اندازه‌گیری می‌شود. در این حالت دو سر سیم‌پیچ اولیه ترانس ولتاژ به صورت موازی در مدار قرار گرفته و ولت متر به سیم‌پیچ ثانویه متصل می‌شود. 

ترانسدیوسر ولتاژی و جریانی

در خصوص ترانسدیوسرهای ولتاژی و جریانی با یک ورودی باید به این موضوع اشاره کرد که وظیفه اصلی آن‌ها این است که یک مقدار DC در حد میلی آمپر از ثانویه ترانس ولتاژ یا جریان تغذیه شده در اختیار مصرف کننده قرار دهد. هدف از این خروجی این است که بتوان جریان یا ولتاژ تبدیل شده در حد میلی آمپر را تا فواصل دوردست انتقال داد. 

دستگاه میگر

یکی دیگر از دستگاه‌ها و ابزارهای اندازه‌گیری الکتریکی است که به منظور تشخیص اتصال زمین،‌ اتصال کوتاه و عیب‌یابی کابل مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صورتیی که هر کابل به صورت جداگانه اندازه‌گیری شود، در صورت عدم رخ دادن اتصال زمین بین کابل و زمین، دستگاه میگر مقاومت بی‌نهایت را نشان می‌دهد؛ در حالی که اتصال زمین رخ داده باشد، دستگاه یک میزان مقاومت را نمایش می‌دهد. 

یکی دیگر از کاربردهای مهم دستگاه میگر، زمان خرابی ترانسفورماتور در خطوط توزیع است. در این شرایط ترانس به تعمیرگاه انتقال داده شده و آزمایش‌های برای تشخیص سوخته یا قطع بودن سیم‌پیچ،‌ اندازه‌گیری مقدار مقاومت اهمی سیم‌پیچ‌ها و همچنین میزان عایق سیم‌پیچ‌ها نسبت به بدنه انجام می‌شود. طریقه کار دستگاه میگر در این شرایط به این صورت است که دسته محرک یا هندل چرخانده شده تا دستگاه ولتاژ DC تولید کند. 

در این شرایط سیم‌های مثبت و منفی در دستگاه میگر به سیم‌پیچ معییوب متصل می‌شود و پس از اعمال ولتاژ، مقاومت آن اندازه‌گیری می‌شود. هر چه مقاومت به سمت بی‌نهایت حرکت کند به این معنی است که عایق بهتری دارد. اما در صورتی که به سمت صفر میل کند به این معنی است که عایق شرایط خوبی ندارد. 

انواع کنتورهای تک فاز و سه فاز

کنتورهای تک فاز و سه فاز از مهم‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری الکتریکی هستند که در سیستم‌های الکتریکی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در واقع کنتورهای تک فاز و سه فاز می‌توانند مقدار توان مصرفی برق را به مصرف‌کننده نمایش دهند. در خصوص انتخاب انواع کنتورهای تک فاز و سه فاز و همچنین استفاده از آن‌ها در مدارهای الکتریکی، نکاتی وجود دارد که باید مورد توجه قرار بگیرد:

• سیم‌کشی فشار ضعیف و کنترل باید با سیم نمره 2.5 میلیمتر مربع انجام شود که تحمل ولتاژ 1000 ولت را داشته باشد. 
• در صورت استفاده از لامپ سیگنال به منظور نشان دادن وجود فاز، باید از لامپ کم مصرف استفاده شود و قابلیت نصب بر روی تابلو را نیز داشته باشد. همچنین کلاهک رنگی که روی لامپ قرار دارد از جنسی باشد که در اثر حرارت تغییر شکل و رنگ نداشته باشد. 

جمع‌بندی

یکی از مواردی که در پایداری شبکه و تامین برق از اهمیت زیادی برخوردار است، عملکرد دقیق و صحیح سیستم‌های الکتریکی است. برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم‌ها، پارامترهای مختلفی وجود دارد که باید اندازه‌گیری شوند. در این شرایط از دستگاه‌ها و ابزارهای اندازه‌گیری الکتریکی مختلفی استفاده می‌شود که می‌توانند پارامترهای مهمی مانند جریان، ولتاژ، توان و غیره را در سیستم اندازه‌گیری کرده و نمایش دهند تا به این صورت بتوان همیشه اطلاعات دقیق و به‌روز از وضعیت سیستم و نحوه عملکرد آن در اختیار داشت.