Équipement de test électrique utilisé dans les mines (avec schéma)

Après avoir lu cet article, vous en apprendrez davantage sur l'équipement de test électrique utilisé dans les mines.

Tout ingénieur électricien ou technicien au travail a besoin d'instruments de mesure pour mesurer des grandeurs électriques telles que le courant, la tension et la résistance. Les instruments capables d'effectuer ces mesures avec précision doivent être de bonne conception, extrêmement de qualité, d'une grande précision et d'une grande sensibilité.

Les ingénieurs et les techniciens doivent avoir une idée de base du fonctionnement des instruments de mesure et de leurs principes.

Principe des instruments de mesure:

La mesure consiste à comparer la quantité à mesurer à une norme de référence, telle qu'une balance. Avec la plupart des instruments de mesure électriques, les lectures sont effectuées en observant un pointeur qui se déplace sur une échelle. L'instrument est conçu pour que la position prise par le pointeur indique la quantité électrique mesurée.

L'appareil qui donne l'indication au pointeur s'appelle le mouvement ou le mètre. Des mouvements utilisant divers principes ont été réalisés, mais le mouvement de presque tous les instruments de test pratiques utilise l'effet magnétique d'un courant électrique. Dans les mouvements de ce type, le pointeur répond directement à la force du courant circulant dans une bobine.

Le mouvement est associé à d'autres composants électriques qui garantissent que le courant circulant dans le mouvement est directement lié à la quantité électrique, par exemple à la tension ou à la résistance mesurée.

Il est alors possible de calibrer la balance dans les unités requises telles que les ampères, les ohms et les volts. Deux types de mouvements sont couramment utilisés: le compteur de fer en mouvement et le compteur de bobine en mouvement.

(a) Compteur de fer en mouvement:

Dans un compteur de fer en mouvement, le courant à mesurer passe dans une bobine plate, comme illustré à la Fig. 14.1. À l'intérieur de cette bobine, il y a deux pièces de fer doux, une pièce (le fer fixe) reste immobile, tandis que l'autre (le fer mobile) est montée sur un axe et peut basculer du fer fixe. Lorsque la bobine est mise hors tension, le fer en mouvement est maintenu près du fer fixe par un ressort hélicoïdal.

Le mouvement du fer qui s'éloigne du fer fixe est opposé au couple exercé par le ressort. Ce couple augmente avec la distance entre les deux fers. Lorsque le courant circule dans la bobine, il crée un champ magnétique. Les deux morceaux de fer, situés dans ce champ, deviennent temporairement des aimants de même polarité, de sorte qu'ils se repoussent mutuellement.

Le fer en mouvement s'éloigne donc du fer fixe jusqu'à ce que le couple exercé par le ressort hélicoïdal soit égal à la force de répulsion entre les deux fers. Dans cette position, les forces agissant sur le fer en mouvement sont équilibrées et il reste immobile. La Fig. 14.2 montre le pointeur. Cependant, la position prise par le fer en mouvement dépend des courants circulant dans la bobine. Un pointeur fixé au fer à repasser indique la position et, par conséquent, la force du courant traversant le temps.

Réponse de Iron Mets:

Nous savons que l'intensité du champ magnétique est directement proportionnelle au courant circulant dans la bobine, de sorte que l'aimantation de chaque pièce de fer est également proportionnelle au courant. La force de répulsion initiale entre les deux fers est proportionnelle à la séquence du courant. Si, par exemple, la force du courant est doublée, la force de répulsion devient quatre fois plus grande, et ainsi de suite.

Au fur et à mesure que le fer en mouvement s'éloigne du fer fixe, la force de répulsion diminue, bien que le courant dans la bobine et l'aimantation des fers restent les mêmes. La force réelle agissant contre le couple du ressort, lorsque le fer en mouvement s'immobilise, ne sera donc pas aussi importante que la force initiale. L'effet de la distance entre les fers augmente avec l'augmentation du courant mesuré. La réponse sur le compteur est limitée car, à une certaine intensité de champ, les fers deviennent saturés magnétiquement et toute augmentation supplémentaire du champ magnétique ne produit pas une augmentation correspondante de la magnétisation des fers.

Compteur de fer en mouvement:

L'échelle d'un compteur de fer en mouvement n'est pas uniforme. En bas de l'échelle, les divisions sont entassées; vers le milieu de l'échelle, les divisions sont plus espacées, mais à l'extrémité supérieure, elles ont tendance à se refermer. Les lectures les plus précises sont obtenues lorsque 40 à 80% du courant total circule. Les lectures ont tendance à être légèrement inexactes aux extrêmes de l'échelle.

Un compteur de fer en mouvement mesure le courant alternatif ainsi que le courant continu, car les deux fers se repoussent quelle que soit la polarité du champ magnétique. Puisque la force de répulsion est liée au carré du courant circulant dans la bobine, le pointeur indiquera la valeur efficace d'un courant alternatif sur une échelle étalonnée pour le courant continu.

(b) mètre de bobine mobile:

Dans un compteur à bobine mobile, parfois appelé galvanomètre, le courant à mesurer circule dans une bobine, qui est montée sur une broche et peut tourner dans le champ d'un aimant permanent, comme illustré à la Fig. 14.3. Le mouvement de la bobine est limité par deux ressorts hélicoïdaux agissant dans des directions opposées. Ces ressorts maintiennent la bobine dans une position définie lorsqu'elle est désexcitée et s'opposent à la rotation de la bobine dans les deux sens en exerçant un couple proportionnel à l'angle de rotation de la bobine.

Les ressorts hélicoïdaux servent également à compléter les connexions électriques entre les bornes et la bobine. Puis le courant circule dans la bobine, les conducteurs de la bobine sont soumis à une force qui tend à les déplacer dans une direction perpendiculaire à la direction de la circulation du courant. Comme dans le cas d'une armature de moteur, l'effet total des forces agissant sur les conducteurs de bobine est de faire tourner la bobine contre le couple exercé par l'un des ressorts.

La bobine prend une position dans laquelle le couple qui tend à la faire tourner est égale au couple exercé par le ressort. La position de la bobine et, par conséquent, la force du courant qui y circule sont indiquées par un pointeur qui se déplace sur une échelle. La pièce polaire de l'aimant permanent et le noyau en fer doux sur lequel tourne la bobine (voir fig. 14.4.) Sont conçus pour que le champ magnétique avec lequel les conducteurs de la bobine réagissent reste constant.

Aussi loin que la bobine soit déviée, le couple qui agit sur la bobine est directement proportionnel à la force du courant circulant dans la bobine et le couple initial (c’est-à-dire celui qui agit avant que la bobine ne commence à tourner) est approximativement égal à celui qui agit sur elle. quand il est dévié.

L'échelle d'un compteur à bobine mobile est uniforme - les lectures sont fiables sur presque toute l'échelle, la précision augmentant vers le haut. Les lectures à l'extrémité inférieure de l'échelle peuvent toutefois ne pas être trop précises. La direction dans laquelle la bobine tourne dépend de la direction dans laquelle le courant circule dans celle-ci (la direction est celle définie par la règle de la main gauche de Fleming). Par conséquent, un compteur à bobine mobile mesure non seulement l'intensité du courant, mais indique également sa direction.

Un type de compteur à bobine mobile qui utilise ces deux propriétés est le galvanomètre à centre zéro. Le pointeur repose à zéro au centre de la balance lorsque le compteur est hors tension. L'aiguille se déplace vers la gauche lorsque le courant circule dans une direction dans la bobine, vers la droite lorsque le courant circule dans la direction opposée. Ainsi, il existe une échelle séparée dans chaque moitié de l’arc d’échelle. La Fig. 14.4 (b) explique la description.

Le type de compteur à bobine mobile utilisé dans la plupart des instruments de test a une seule échelle qui s'étend sur l’ensemble de l’arc de balance, comme illustré à la Fig. 14.4 (a), le point zéro se trouvant à l’extrême gauche. Un tel compteur peut mesurer le courant circulant dans une direction seulement, et les bornes sont marquées «+» et «-» pour indiquer la direction dans laquelle le courant doit être appliqué.

Cependant, un compteur à bobine mobile ne peut pas mesurer directement le courant alternatif. Si un courant alternatif est appliqué à un compteur à bobine mobile, le pointeur a tendance à osciller à la fréquence du courant appliqué. L'inertie du mouvement peut toutefois amortir l'oscillation de sorte que l'indicateur semble immobile à la position zéro.

Un compteur à bobine mobile peut être utilisé comme instrument de mesure du courant alternatif. Le courant alternatif est d'abord rectifié. Si l’échelle du compteur était calibrée pour le courant continu, la moyenne des valeurs moyennes du courant alternatif appliqué serait indiquée. Il est donc habituel d’étalonner l’échelle pour que les valeurs efficaces puissent être lues directement à partir de celle-ci.

Instruments de test:

Le cœur de la plupart des tests pratiques est un compteur à bobine mobile. D'autres composants électriques sont incorporés, de sorte que le compteur est alimenté avec un faible courant qui lui permettra de donner une indication de la quantité électrique qu'il est nécessaire de mesurer. La plupart des mouvements sensibles donnent la lecture maximale lorsqu'un très petit courant indique qu'un milliampère circule dans la bobine.

Les électriciens ont souvent besoin de mesurer trois grandeurs électriques, à savoir celles liées par la loi de Ohm; tension, courant et résistance. C'est-à-dire que V = IR. Et les instruments sont des voltmètres indiquant la tension, l'ampèremètre et la résistance de l'ohmmètre.

Voltmètre:

Un voltmètre est utilisé pour mesurer la différence de potentiel entre deux points d’un circuit électrique sous tension ou pour mesurer la tension d’une source. Une mesure est faite en connectant l'instrument entre les deux points, ou deux bornes d'alimentation, de manière à appliquer la tension totale à mesurer.

Puisque la résistance de l'instrument est fixée par la loi d'Ohm, le courant circulant dans le mouvement est proportionnel à la tension mesurée. L'échelle est calibrée en volts. Chaque voltmètre a une plage différente. La tension maximale que tout instrument peut mesurer est obtenue en multipliant la résistance totale de l'instrument par le courant maximal enregistré par le mouvement.

La résistance totale de l'instrument peut être adaptée à la mesure de toute plage de tension requise. Il est nécessaire de connecter une résistance en série avec le mouvement, comme indiqué sur la Fig. 14.5. Certains voltmètres ont plusieurs plages. Ils contiennent en fait un certain nombre de résistances qui peuvent être commutées ou coupées selon les besoins. La Fig. 14.5 explique le principe du voltmètre avec un exemple. Nous voyons ici que la plage de tout voltmètre peut être modifiée en connectant un multiplicateur (résistance) en série avec celui-ci.

Ampèremètre:

Un ampèremètre est utilisé pour mesurer le courant circulant en tout point d'un circuit électrique. L'instrument est connecté au circuit en série. Etant donné que le mouvement d'un ampèremètre est susceptible de donner sa lecture maximale avec un faible courant qui le traverse, il n'est normalement pas possible pour tout le courant mesuré de la traverser.

De plus, étant donné que l’ampèremètre est connecté en série avec le circuit, sa résistance doit être aussi basse que possible, sinon sa résistance réduirait le courant circulant normalement dans le circuit et une mesure précise ne pourrait pas être obtenue.

Le mouvement de l'ampèremètre est connecté en parallèle avec une sorte de très faible résistance. L'ampèremètre a donc une résistance négligeable et le mouvement ne prend qu'une faible proportion du courant circulant dans le circuit. Voir la Fig. 14.6 (a).

Avec un mouvement donné, des shunts peuvent être fournis pour permettre à l'instrument de mesurer toute plage de courant requise. Certains ampèremètres ont plusieurs gammes, étant fournis avec un certain nombre de shunts alternatifs qui peuvent être commutés dans ou hors circuit si nécessaire. La figure 14.6 (b) explique le principe de l’ampèremètre. La plage de tout ampèremètre peut être modifiée en connectant un shunt approprié en parallèle.

Ohmmètre:

Un ohmmètre est utilisé pour mesurer la résistance entre deux points d’un circuit électrique ou pour mesurer la résistance d’un composant individuel. Cependant, une lecture ne peut être prise que lorsque le composant ou la partie du circuit à mesurer est isolé de l'alimentation.

La résistance est mesurée en faisant passer un petit courant provenant d'une source de tension connue, par exemple une batterie sèche, à travers la résistance à l'essai et le mouvement en série, comme expliqué à la Fig. 14.7. Comme la résistance du mouvement et la tension sont toutes deux constantes, le courant traversant le mouvement est une mesure de la résistance à l'essai. Si une résistance élevée est mesurée, un très petit courant circulera; s'il s'agit d'une résistance faible, un courant plus important circulera.

L'échelle de l'instrument est étalonnée en ohms et l'instrument lit zéro ohm avec une déviation maximale. Mais la portée de l'instrument dépend à la fois de sa résistance interne et de la tension de la batterie. Même lorsque le mouvement est un compteur à bobine mobile, l'échelle d'un ohmmètre n'est pas uniforme.

Les lectures les plus précises sont obtenues près du centre de la balance. Une résistance variable est généralement connectée dans le circuit pour permettre des ajustements afin de compenser les légères variations de la tension de la batterie. Si la tension de la batterie varie légèrement, le multimètre ne lit pas zéro ohms lorsque les fils sont touchés ensemble, jusqu'à ce que la résistance interne soit réglée.

Dans ces compteurs, une légère erreur de tension de la batterie entraîne des erreurs de lecture. Si la batterie est déchargée légèrement, la mesure obtenue sera trop élevée. La résistance variable peut être utilisée pour ramener le pointeur à zéro lorsque les dérivations sont touchées ensemble, mais cela n'éliminera pas l'erreur sur toute l'échelle.

Des mesures précises peuvent donc être obtenues en utilisant un instrument non affecté par les variations de la tension de test. Il existe en fait deux types de tels compteurs: les ohmmètres à lecture directe et les testeurs en pont.

(1) Ohmmètre à lecture directe:

Les ohmmètres à lecture directe mesurent le rapport entre le courant traversant la résistance testée et la différence de potentiel qui le traverse. Le mouvement d'un ohmmètre à lecture directe est une modification du compteur à bobine mobile ordinaire.

Il est construit de la même manière mais comporte deux bobines montées sur la broche et tournant entre les pôles de l'aimant permanent. Ces deux bobines sont solidaires les unes des autres et sont connectées au circuit de sorte que les polarités de leurs champs électromagnétiques s’opposent.

Cependant, il existe deux bobines, la bobine de courant et la bobine de pression. La bobine de courant est connectée en série avec la résistance à tester tandis que l'autre bobine (bobines de pression) est connectée en parallèle avec la résistance. Ainsi, le couple provoqué par le courant traversant la résistance à l’essai s’oppose à un couple proportionnel à la tension aux bornes de la résistance. En effet, l’instrument calcule la valeur de la résistance utilisée lors de l’essai par la loi d’Ohm, soit R = -E / I.

On utilise généralement des ohmmètres à lecture directe lorsqu'il est nécessaire de déterminer une résistance très faible de quelques ohms, ou une fraction d’ohm. Ses utilisations incluent la mesure de la résistance des contacts de commutation, des enroulements d'induit et des enroulements de transformateur.

Ductor:

Le conducteur est un ohmmètre à faible résistance d'usage courant. Un conducteur peut avoir jusqu'à cinq plages différentes et mesurer des résistances allant de quelques micro-ohms à environ 5 ohms. Les conduits sont généralement fournis avec des pointes de test «duplex» composées chacune de deux pointes montées sur une seule poignée de sonde. Une pointe de chaque sonde est en série avec la bobine de courant de l’ohmmètre et l’autre pointe est en série avec la bobine de tension.

Un test de résistance est toujours effectué avec les pointes de tension placées entre les pointes de courant. Cette méthode garantit que l'instrument mesure la chute de potentiel réelle entre les pointes des deux pointes potentielles. C'est la résistance entre les deux pointes potentielles qui est montrée par l'instrument.

Les conduits peuvent également être utilisés avec des conducteurs séparés pour les bobines de pression et de courant. Ils peuvent être utilisés de cette manière pour le test d'induit, lorsqu'un courant passe dans les enroulements d'induit et que la résistance entre les segments de commutateur successifs est mesurée.

Testeurs de résistance d'isolement:

Une résistance d'isolement est un type d'ohmmètre à lecture directe spécialement conçu pour tester l'isolement entre un système électrique et la terre, ou entre des conducteurs isolés, tels que les conducteurs d'un câble, lorsque l'isolant commence à se détériorer. Il est courant que de petits courants de fuite suivent à travers ou à travers sa surface.

Au début de la détérioration, la résistance statique de l'isolant peut rester élevée, mais sa résistance diélectrique est réduite. Une isolation dont la rigidité diélectrique est insuffisante peut se briser soudainement si une tension de fonctionnement maximale est appliquée, en particulier en cas de surtension pendant le fonctionnement du circuit.

Pour que l’isolation soit à la fois efficace et sûre dans des conditions de fonctionnement normales, il est nécessaire de mesurer sa résistance lorsqu’elle est soumise à une contrainte diélectrique. Pour obtenir un résultat satisfaisant, tous les circuits moyenne et haute tension sont donc testés avec un testeur de résistance d'isolement.

Les tests d’isolation et de conductivité font partie de la routine quotidienne des ingénieurs électriciens dans les mines. Afin d’éviter les désagréments liés au transport de deux instruments, le testeur de résistance d’isolement et le testeur de conductivité ont été combinés en un seul instrument appelé testeur d’isolement et de continuité.

Megger:

Un instrument très populaire appelé Megger est utilisé pour des installations allant de 110 V à 500 V, 1 000 V (11 KV) et 5 000 V. Bien qu'il s'agisse d'un très bon instrument, il s'est avéré plutôt encombrant en utilisation souterraine. Cet instrument a été surpassé de nos jours par les modèles plus petits, plus légers et plus compacts tels que le 500 V metro-ohm et le mégger de batterie 500/1000 / 5000V, et le megger numérique.

500 V Metro-ohm:

Cet instrument compact, très récent et très soigné et léger, est fourni dans un étui en cuir doté de cordons de test, qui peuvent facilement être portés à la ceinture, avec la lampe cap et le secouriste. Il s’agit d’un équipement alimenté par batterie de 9 V, qui commande un convertisseur de batterie à transistor qui convertit une tension de batterie de 9 V en une tension de sortie de 500 V à des fins de test d’isolement. Ceci est expliqué à la Fig. 14.8.

Deux boutons-poussoirs à l'avant de l'instrument déterminent la tension de sortie et, par conséquent, le test pouvant être effectué. Le bouton de gauche marqué Ω fournit une sortie 9 V pour le test continu des conducteurs, gaines de blindage de câbles, des conducteurs de terre, etc. sur l'échelle inférieure marquée Ω. Le bouton de droite fournit une sortie de 500 V pour le test de pression de l'isolation d'un système, soit entre deux conducteurs, soit entre les conducteurs et la terre, la lecture se faisant à partir de l'échelle supérieure marquée Ω.

Le multimètre ne sera précis que si la tension de la batterie est suffisante pour alimenter le circuit. Cela peut être vérifié en appuyant sur le commutateur avec les bornes de sortie en circuit ouvert. Si le pointeur passe à l'infini puis commence à se replier, la pile doit être remplacée.

Megger 1000/5000 V:

Cette tranche est très similaire au metro-ohm de 500 volts avec une échelle de continuité de 0-100 ohms et une échelle de test d’isolement de 0-1000 MQ. Deux plages de tension sont fournies sur cet instrument, 1000 volts et 5000 volts.

Utilisation de testeurs d'isolement dans les mines:

Lorsque vous utilisez le testeur d'isolement sur des câbles, le potentiel élevé appliqué par le câble agissant en tant que condensateur le charge et provoque la formation d'une tension élevée entre les deux conducteurs ou entre un conducteur et la terre, selon le test effectué. Cela peut provoquer des décharges électriques graves et très douloureuses si les conducteurs sont manipulés avant d'être déchargés. Le déchargement des câbles doit, dans la mesure du possible, être effectué à l'aide du «dispositif de mise à la terre» de l'appareillage commandant le circuit.

Si cela n’est pas pratique, un court-circuit doit être appliqué pendant une courte période pour permettre la dissipation de la charge. Cela peut provoquer des étincelles sévères qui ne présenteraient pas de danger à la surface, mais seraient très dangereuses sous terre, car l’énergie de l’étincelle produite est capable d’enflammer un mélange explosif.

Il est donc essentiel de garder à l'esprit le fait de tester des équipements souterrains, en particulier à proximité du charbon, en tirant des câbles en particulier. En raison de l'utilisation de matériaux à base de polyéthylène chloro-sulfoné (CSP) comme isolant pour les câbles traînants, la capacité entre le noyau et l'écran a augmenté.

Cela augmente la haute tension qui peut être conservée dans le câble après le test. Il est donc extrêmement important, lors de la réalisation des tests sur les câbles traînants, que les instructions qui figurent sur l’instrument soient scrupuleusement respectées.

Connectez les cordons de test au circuit avant d’appuyer sur le bouton-poussoir et ne connectez pas les cordons de test avec le bouton-poussoir enfoncé. Laisser l'instrument connecté pendant la période spécifiée après le test avant de retirer les câbles et, en aucun cas, débrancher les câbles avec le bouton enfoncé.

Des testeurs d'isolement de l'ordre de 2, 5 et 10 KV sont utilisés pour tester les circuits à haute tension, soit 3, 3. KV, 6, 6 KV ou 11 KV, 33 KV. Ce sont des instruments très spéciaux à utiliser avec beaucoup de soin et de compétence et en respectant un code de pratique très strict.

Essai de la terre:

La résistance à la masse de la masse de la plaque de mise à la terre du système électrique du charbonnage est testée régulièrement au moyen de megger. Le megger instruments est un ohmmètre directement prêt fourni par un générateur tourné à la main. La résistivité de la terre elle-même peut également être mesurée à l'aide de cet instrument. Cette mesure est nécessaire lorsque vous sélectionnez une position pour une nouvelle plaque de masse.

(2) testeur de pont:

Les instruments de mesure qui déterminent la valeur d’une résistance testée en la comparant avec une autre utilisent le principe du pont de Wheatstone, composé de quatre résistances connectées dans un réseau à quatre côtés. Une alimentation de test est connectée aux coins opposés du réseau et un galvanomètre à centre zéro est connecté aux deux autres coins, comme illustré à la Fig. 14.9.

Le principe simple de fonctionnement de ce type de testeur de pont est que le galvanomètre dans le réseau de pont est mis à lire zéro en s'assurant que les potentiels aux deux points qu'il connecte sont égaux. Cette condition ne se produit que lorsque le rapport entre les valeurs de deux résistances adjacentes est égal au rapport entre les valeurs des deux autres résistances. C'est

Un testeur de pont contient trois bras d'un réseau de pont de Wheatstone. La résistance à mesurer, une fois connectée aux bornes, constitue le quatrième bras du pont. Le testeur contient une source d’alimentation et un galvanomètre qui complète ensuite les circuits en pont. Deux des bras du pont inclus dans le testeur ont une résistance fixe et connue, le troisième bras contient une résistance variable.

Lorsque la résistance à tester est connectée, la résistance variable est ajustée jusqu'à ce que le pont s'équilibre et que le galvanomètre indique zéro. La valeur de la résistance inconnue peut alors être calculée à partir des valeurs des résistances fixes et de la valeur de la résistance ajustée. La Fig. 14.9 explique le fait. En fait, le testeur de pont est utilisé lorsque la résistance doit être mesurée très précisément.