Измерить напряжение своими руками

Измеряем высокое напряжение мультиметром

При изготовлении самодельных высоковольтных конструкций, при настройке параметров ионизаторов воздуха, плазменных ламп и прочих устройств, где используется высокое питающее напряжение, появляется необходимость в измерении напряжения в десятки киловольт.
Для этой цели, в профессиональной деятельности используются специальные приборы — «киловольтметры». Покупать такой прибор преднамеренно, имеет смысл только при частом его использовании. Но в практике радиолюбителя такие измерения выполняются не часто. Поэтому, для оценки параметров изготовляемой конструкции по высокому напряжению, мы сможем воспользоваться обычным мультиметром, но с дополнительной приставкой.

Верхний предел измерения напряжения традиционного мультиметра, обычно не превышает 700…1000V. Поэтому, для измерения мультиметром высокого напряжения, его и необходимо дополнить приставкой, которая позволит расширить диапазон измерения.

Такую простую приставку — киловольтметр для измерения напряжений 10 и более киловольт, на базе делителя напряжения, мы сможем за вечер изготовить сами.

Делитель напряжения на резисторах

Делитель напряжения, это простейшая схема, позволяющая из высокого напряжения получить пониженное, используя только два резистора. Выходное пониженное напряжение будет составлять часть от входного напряжения, и зависеть от соотношения сопротивлений плеч делителя.

Схема делителя напряжения включает входной источник напряжения (V in) и два резистора R1 и R2. Падение напряжения (Vout) на резисторе R2, это и будет необходимое нам пониженное напряжение.

Схема делителя напряжения элементарна, но такие делители никогда не используются для большой нагрузки. Причиной тому, нестабильность выходного напряжения из-за влияния переменных сопротивления нагрузки, температурного дрейфа сопротивления резисторов. КПД такой схемы низкий, небольшая часть мощности достигает нагрузки, большая часть выделяется на резисторах в виде тепла.

В конструкции приставки функционируют сравнительно большие напряжения, но очень маленькие токи, приставка выполняется в виде высоковольтного и высокоомного делителя напряжения. Это в большой степени позволяет уменьшить влияние перечисленных негативных причин и при правильном расчете делителя обеспечить реальную оценку контролируемого напряжения.

Обратим внимание, что нагрузка подключается к делителю напряжения параллельно резистору R2, шунтируя его. При этом общее сопротивление плеча делителя уменьшается (вспомним формулу параллельного соединения сопротивлений) и напряжение на выходе делителя изменяется. Поэтому, для уменьшения влияния нагрузки, сопротивление резистора R2 делителя, желательно установить значительно меньше, чем сопротивление нагрузки, в нашем случае мультиметра с внутренним сопротивлением 10 мОм. (Внутреннее сопротивление простых мультиметров часто бывает 1 мОм). Это необходимо учесть при расчетах делителя напряжения.

Расчет резисторного делителя напряжения
В расчете выходного напряжения делителя, используются значения номиналов из выше приведенной схемы. Зная эти величины, мы можем рассчитать выходное напряжение по следующей формуле, основанной на законе Ома.

V out = V in x R2 / (R1 + R2)

В некоторых случаях, задав значения входного и выходного напряжений (Vin, Vout), необходимо рассчитать сопротивление нижнего плеча R2 под имеющийся высокоомный резистор R1. Такая задача будет стоять и в нашем примере. Тогда мы сможем рассчитать необходимое значение номинала резистора R2 по следующей формуле:

R2 = (R1 х Vout) / (Vin — Vout)

Однако, мы сможем упростить задачу обратившись в Интернет, так как там имеется много онлайн-калькуляторов для быстрого расчета делителя напряжения.

На заметку, соотношение напряжений между R1 и R2 обусловлено только их относительными значениями. Номиналы резисторов плеч могут варьироваться, важно только выдержать их соотношение.

Изготовление делителя напряжения

Изготовим двух диапазонную приставку к мультиметру, для контроля напряжений до 10 киловольт, с делителем напряжения на резисторах. Коэффициент деления напряжения «1000» — 1 диапазон измерения, «100» — 2 диапазон. В основе этого варианта делителя лежит приведенная выше базовая схема.

1. Схема изготовляемой приставки:

Принципиальная схема приставки для возможности измерения высоких напряжений (до 10 киловольт) используя мультиметр. Номиналы резисторов ориентировочные.

В качестве верхнего плеча делителя R1 использован высоковольтный резистор КЭВ-1 с номиналом сопротивления 100 мОм. Фактическое сопротивление резистора около 80 мОм.

Нижнее плечо делителя R2 (верхняя базовая схема), в приставке состоит из двух последовательно соединенных резисторов, общим сопротивлением около 800 кОм.

В нормальном положении кнопка S1 шунтирует один из резисторов цепочки (R3), в этом положении сопротивление плеча будет около 80 кОм (коэффициент деления — соотношение резисторов R1 и R2, равен 1000 — 1 диапазон измерения). При нажатии кнопки S1, сопротивление плеча увеличивается до 800 кОм (коэффициент деления, будет равен 100 — 2 диапазон). Второй диапазон измерения включается для уточнения показаний Vout мультиметра V, при небольших значениях входного напряжения Vin.

Следует отметить, что каждое из сопротивлений R2 и R3 в схеме приставки, может быть составлено из двух-трех резисторов. Это необходимо для точной подгонки расчетного значения сопротивления в обоих диапазонах измерения. Для примера, при сопротивлении верхнего плеча делителя R1 равного 80,0 мОм, сопротивление нижнего плеча R2 в 1 диапазоне, с учетом нагрузки из внутреннего сопротивления мультиметра 10 мОм должно быть равно 80,645 кОм, которое приходится подбирать из нескольких резисторов.

2. Комплектация приставки

Для верхнего плеча делителя R1 используем постоянный непроволочный, высоковольтный, лакопленочный, с композиционным лакосажевым проводящим слоем, резистор КЭВ-1 для навесного монтажа. Резисторы предназначены для работы в электрических цепях постоянного и переменного токов.

Основные технические характеристики резисторов КЭВ-1:
— Диапазон номинальных сопротивлений: 510 кОм. 47 гОм
— Максимально допустимая рассеиваемая мощность — 0,5; 1; 2; 5; 10; 20 и 40 Вт
— Рабочее напряжение от 2,5 до 60 кВ (в зависимости от мощности)
— Температурный коэффициент сопротивления в диапазоне -60. +20°С — не более 0,35%/°
— Допускаемые отклонения сопротивлений: ±5; ±10; ±20 %
— Рабочая температура -60 . +100°С

Остальные резисторы МЛТ-0,5, кнопка Д301 с контактами на размыкание, они будут работать при напряжении до 80 — 100 В.

Для корпуса использована пластмассовая трубка (от проточного водонагревателя) диаметром 20 мм и длиной 150 мм. В качестве платы для объемного монтажа резисторов использован шток от медицинского шприца. Подгоним его диаметр для плотного вхождения в трубку.
Наконечником приставки будет служить измерительный щуп от старого прибора.

3. Изготовление приставки

Резьбовой частью щупа закрепим наконечник в упоре штока шприца. Определим положение микровыключателя в трубке, оно определяется длиной штока. По расположению выключателя, в стенке трубки обработаем отверстие диаметром 8 мм для доступа к кнопке.

4. Использование приставки

Провод черного цвета в усиленной изоляции является общим (-) для Vin и Vout. Так как он подключается к высоковольтной цепи, требования к его изоляции и правилам электробезопасности должны быть соответствующими. Этот провод выводится от контактов кнопки, в середине корпуса.

Низковольтная часть схемы делителя находится в задней части корпуса. Измерительный провод (+) к мультиметру проходит через колпачок на торце корпуса.

Для измерения высокого напряжения, подключаем мультиметр в диапазоне 100…200 V к соответствующим выводам приставки. Подсоединяем общий провод к высоковольтному устройству. Включаем ВВ устройство.

Измерительным щупом с передней стороны корпуса касаемся источника высокого напряжения.
Снимаем показания прибора в 1 диапазоне измерения «1000». При малых значениях напряжения на шкале прибора, нажимаем кнопку и переключаем приставку в диапазон 2 «100».

5. Тестирование приставки

Проверим работу приставки на переменном токе в сети 220V.
Подключенный к сети тестер показывает ровно 220V.

Аналогичные измерения показывают, что выпрямленное ВЧ напряжение составляет около 10 кВ и то, что необходимо точнее подобрать сопротивление нижнего плеча делителя напряжения.
При необходимости в более точных измерениях высокого напряжения, можно подать сигнал с приставки на осциллограф, будет видно амплитуду и форму импульсов.

При желании собрать приставку на делителе напряжения с коэффициентом 10 000, можно собрать цепочку из десяти последовательно включенных высокоомных резисторов сопротивлением по 68 мОм (верхнее плечо делителя с суммарным сопротивлением 680 мОм) и одного резистора (нижнее плечо) сопротивлением 68 кОм. При монтаже, все резисторы нужно расположить равномерно в линейку, на длине не менее 200мм для исключения пробоя в приставке.

6. Техника безопасности

При использовании киловольтметра следует соблюдать меры техники безопасности.

Подключение и отключение прибора производить при обесточенной аппаратуре, после снятия заряда с токоведущих высоковольтных частей.
При подключении прибора к измеряемым цепям, заземление подключать в первую очередь.
При отключении щупа от измеряемых цепей, заземление отключать в последнюю очередь.

Источник

Как проверить напряжение и найти фазу в домашней проводке

“Бабушка, подай, пожалуйста, вон тот провод”, попросил один электрик проходящую мимо него старушку. А через минуту заявил своему напарнику: “Вот видишь, Миша. Ты утверждал, что здесь фаза, а оказалось — ноль”.

Такой анекдот с бородой очень ярко раскрывает идеологию проверки напряжения в домашней проводке, да и не только в ней.

Принцип работы индикаторов напряжения

Внутри любого физического тела находится определенное количество различных электрических зарядов: электронов, анионов, катионов, дырок. Их численность формирует величину потенциала, который может быть положительным или отрицательным.

В электротехнике под термином напряжения понимается разность этих потенциалов, способных при их соединении создать поток зарядов по замкнутому контуру, называемым электрическим током.

Разное количество зарядов образует неодинаковое число движущихся частиц. Подсчитывать их численность в теле технически сложно и нереально, но на практике требуется как-то оценивать. Делают это измерительными приборами, но используют косвенные методы, связанные с действием тока.

Тела с мощными потенциалами разных знаков способны при соприкосновении (пробое изоляции) создать огромные токи. Например, молнии, возникающие при разряде грозовых облаков, могут своим тепловым воздействием разрушать или сжигать многоэтажные здания, раскалывать вдоль ствола вековые деревья.

Когда мы видим подобные явления, то точно знаем, что облака накопили огромный потенциал и между ними или землей создалось значительное напряжение.

Разности потенциалов домашней электроэнергии тоже достаточно для совершения значительных разрушений. Если потенциалом фазного провода создать контакт с землей, то возникнет ток короткого замыкания, по величине которого можно судить о напряжении сети, что и раскрывает суть анекдота про электриков.

Понятно, что этот метод действенный, достоверный, но опасный и поэтому неприемлемый. Однако, с учетом знания закона Георга Ома (I=U/R), им успешно пользуются с момента возникновения энергетики. Для этого на пути тока устанавливают сопротивление, ограничивающее количество движущихся зарядов до безопасной величины, а по способности их преобразовывать электрическую энергию в световую, звуковую или магнитную, судят о значении напряжения.

Таким образом, любой индикатор напряжения подключается своими контактами в домашней проводке к потенциалам фазы и нуля. При этом встроенный в его корпус токоограничивающий резистор, снижает протекающий ток до минимального, безопасного значения, которое способно выполнить механическую работу.

По результатам этого действия судят о наличии напряжения. Например, загорелась индикаторная лампочка или появился звуковой сигнал встроенного динамика — значит на проводе фазы присутствует напряжения. В противном случае — его нет.

Среди электриков, нарушающих требования правил безопасности, используется метод проверки напряжения «контрольными лампами». Он основан на подключении между проводом фазы в сети и землей исправной лампы накаливания, которая светится под нагрузкой и не горит без нее.

Внутри квартиры с однофазной сетью мы пользуемся этим способом, когда вставляем в розетку вилку настольной лампы. А основное нарушение, из-за которого запрещены «контрольки» состоит в том, что при ошибочном контакте между двумя фазными проводами трехфазной сети они подключаются к напряжению не 220, а 380 вольт и в результате их колбы от взрывного воздействия температуры разлетаются мелкими частицами стеклянного потока, травмируя людей.

Электрик, держащий в руке такую лампу, инстинктивным движением бросает ее. Подключенный к цоколю патрона потенциал фазы вместе с летящей лампой, касаясь любого оказавшегося на его пути предмета, создает опасный ток короткого замыкания… Даже случайное падение такой конструкции с открытой колбой ведет к поражению электрическим током.

Не пользуйтесь этим методом и разъясняйте его опасность окружающим.

Виды указателей напряжения для домашней сети

Частой ошибкой неопытных пользователей, создающей травмоопасную ситуацию, является использование электрических приборов не по их прямому назначению.

Все электрические приборы, включая индикаторы, создаются для работы только под определенным видом напряжения.

Эта величина всегда указывается производителем на корпусе.

Нельзя пользоваться индикатором на 220 вольт в сети 380 или выше. Это опасно для жизни.

Указатели напряжения до 0,4 кВ могут срабатывать на основе прохождения через них тока с:

1. емкостным;
2. или активным характером.

В первом случае ток идет через тело оператора, а во втором — минуя его по подключенным к цепи проводникам указателя.

Емкостные индикаторы напряжения

Их выполняют в виде отвертки с контактным кольцом. Острие указателя прикладывают к металлу проверяемого провода или контакту коммутационного прибора, а специальную металлическую площадку касаются пальцем руки.

В этом случае создается электрическая цепь переменного тока, ограниченного встроенным в указатель резистором, по пути:

• потенциал фазы;
• проверяемый проводник;
• внутренняя схема индикатора до контактной площадки;
• человеческое тело;
• контур земли.

Естественно, что ток указателя ограничен до безопасной величины в доли миллиампера. При его появлении загорается свет от вмонтированной в корпусе неоновой лампочки.

Среди старых моделей индикаторов до сих пор работают приборы типов УНН-1х, УНН-1м, ИН-91, УНН-90 и другие подобные конструкции. Зажигание лампочек указателя происходит при контакте с проводником, находящимся под напряжением порядка 70 вольт или больше. На меньшее значение они не среагируют.
Рынок современных указателей емкостного типа заполнен многочисленными изделиями из Китая и других стран. В принципе, они оправдывают в работе свою цену, но среди этих конструкций встречаются приборы со светодиодными лампочками, которые не всегда хорошо налажены и отстроены от токов наводок. Обладая завышенной чувствительностью, они могут светиться от наведенного напряжения. Это часто вводит в заблуждение домашнего мастера.

Профессиональные указатели напряжения емкостного типа менее подвержены этому явлению, но все равно полностью не избавлены от него, хоть и могут выполнять ряд дополнительных функций.

Работая с подобными индикаторами можно ошибиться еще и по той причине, что при ярком свете солнца зрительное восприятие светящейся лампочки индикатора ослабляется, ее загорание можно просто не увидеть. Особенно это характерно для светодиодных бюджетных моделей.

При таких условиях лучше работают индикаторы с автономным питанием, дополнительно сигнализирующие о появлении напряжения писком зуммера.

Двухполюсные индикаторы напряжения

Эти указатели тоже работают по факту проходящего через них тока. Их наконечники прикладывают между проверяемыми потенциалами фазы и нуля. Человек не вступает в контакт с контролируемым током, отделен от него слоем усиленной изоляции.

Подобные указатели имеют в своем корпусе сигнальную лампу и два резистора:

Оба корпуса выполнены из прочного изоляционного материала с щупами и защитными ограничительными кольцами, за пределы которых запрещено располагать пальцы при проверках напряжения. Связь между щупами создана гибким проводом со слоем изоляции повышенной прочности и надежности.

Из старых моделей до сих пор популярны МИН-1. УНН-10. Диапазон рабочего напряжения лежит в пределах 70÷660 вольт, а лампа указателя зажигается от 60÷65. Эти приборы могут работать как в схемах переменного, так и постоянного тока.

Ассортимент современных приборов обширен. Среди них встречаются дорогие электронные и микропроцессорные изделия со множеством дополнительных функций, включающих:

• проверку чередования фаз;
• самодиагностику;
• оценку работы УЗО;
• автовключение;
• подсветку зоны измерения;
• звуковую индикацию и многие другие возможности.

Рекомендовать какую-то марку и производителя на основе опыта их использования довольно сложно.

На показания прибора такой конструкции не влияют паразитные емкости кабеля и связи. За счет этого их информация более достоверна и надежна, чем у емкостных аналогов.

Приборы измерения напряжения

Индикаторы либо указатели своим действием указывают на наличие какого-то уровня напряжения на проверяемом участке. Они не предназначены для определения его величины.

Функция измерения возложена на приборы, которые наделены определенными метрологическими характеристиками — вольтметрами.

Принцип их работы основан на использовании измерительной головки, чувствительной к очень маленьким токам порядка микроампера. Она подключается к контролируемой цепи напряжения клеммами через токоограничивающий резистор. У приборов, имеющих несколько пределов измерения, устанавливается переключатель номиналов резисторов.
Таким образом, создавая последовательную цепочку из определенных резисторов, коммутируемую к измерительной головке, осуществляют выбор режима измерения вольтметра, создавая один и тот же предел для отклонения стрелки.

У цифровых приборов функции измерительной головки возложены на измерительные, логические и информационные органы.

Домашнему мастеру для выполнения подобной работы рекомендуется приобрести комбинированный прибор, обладающий функциями измерения напряжения, тока, сопротивления.

Из старых моделей, выпускаемых в СССР, хорошо работает тестер Ц4324. Полузатертый от длительного использования знак качества, нанесенный на корпусе, до сих пор оправдывает свое предназначение.

Конечно, такие стрелочные приборы в современное время считаются анахронизмом. Они требуют внимания, знаний, умения выполнять переключения и быстро делать математические расчеты в уме. А ошибки в положении тумблеров при измерениях заканчиваются выгоранием внутренних элементов схемы.

Раньше приходилось выручать товарищей, спаливших по невнимательности свои приборы и помогать им в ремонте.

С тех пор остались схемы советских тестеров. Если кому нужны — пишите в комментариях, вышлю на почту фотографии необходимых страниц.

Современные измерители электрических параметров называют авометрами, ампервольтомметрами или мультиметрами.

Суть их едина: на основе электронной или микропроцессорной схемы выполняются точные замеры иногда практически в автоматическом режиме с мгновенным выводом информации в текстовом виде на дисплей.

Однако переключатели и кнопки остались, пользоваться ими надо осмысленно.

Неприятные и курьезные случаи из жизни электрика

Опасная ошибка

Работая релейщиком на ПС-330 кВ в конце 90-х годов пришлось срочно выезжать на аварийное отключение системы шин удаленной подстанции 110/10 кВ.

Прибыв на место происшествия, увидели, что к забору ограждения приставлена лестница. Дверь сооружения с высоковольтным оборудованием открыта, рядом валяется взломанный замок. Внутри КРУН около шин обнаружен мужчина в обгорелой одежде без признаков жизни. Рядом с ним — набор слесарного инструмента и на полу — указатель напряжения типа УНН-90.

Выяснилось, что это электрик ЖКХ, промышлявший воровством цветного металла, который решил поживиться на необслуживаемой подстанции. Но знаний электротехники и ТБ явно не хватило. Он пользовался индикатором напряжения поиска фазы в схеме 0,4 кВ, не соответствующим классу сети. 10 киловольт моментально создало ток, который не выдержало тело пострадавшего…

Затрудненный поиск неисправности

В здании Брежневской постройки из ж/б плит, построенном доблестным стройбатом, проводка выполнена алюминиевой лапшой, разбросанной по полу под лагами деревянного пола. Для освещения комнат провода выводятся с верхнего этажа на нижний через отверстие в полу/потолке. Соединения сделаны скрутками без распределительных коробок.

Владельцы квартиры попросили исправить розетку около телевизора, который периодически отключался. Указатель ИН-90 показал фазу. Проверил контакт нуля прозвонкой цепи. Вроде бы все нормально, а телевизор не включается. Замерил напряжение в розетке тестером: вместо 220 между фазой и нулем оказалось 100 вольт. Пришлось разбираться в клубке запутанных проводов в трех разных местах.

В итоге обнаружен облом одной жилы фазы на месте изгиба провода и касание между собой обгорелых подвижных концов, которые при нагрузке отодвигались.

Рекомендации по замеру напряжения и пользованию индикаторами

Измерительные приборы подключаются к величине опасного потенциала. По действующим правилам ТБ до начала работы с ними необходимо проверить их исправность. Изоляция любого указателя, даже только что купленного в специализированном магазине, должна быть испытана в электротехнической лаборатории повышенным напряжением с оформлением протокола, гарантирующего право безопасной работы на определенный срок.

Перед каждым использованием индикатор следует осматривать на предмет механического состояния корпуса и качества изоляции, а затем проверять работоспособность контрольным замером в точке с гарантированным наличием напряжения фазы. Иначе пользование поломанным прибором приведет к ошибке, связанной с КЗ в сети или травмой человека.

Все двухпроводные индикаторы и вольтметры указывают напряжение в том месте, куда их подключили, а не там, где хотели подключить. Будьте внимательны при замерах.

Применение измерительного прибора, соответствующего классу сети — очень важное условие безопасности, поэтому уже третий раз на нем заострено внимание.

Проверяя напряжение, всегда придавайте телу устойчивое положение, исключайте случаи неожиданного падения, не контактируйте с заземленными предметами. Опытные электрики при работе под напряжением стараются держать одну руку в кармане, чтобы не создать путь тока утечки через нее.

Самая важная рекомендация под конец: работы по определению фазы и нуля, замеру напряжения относятся к опасным и к ним, согласно правилам безопасности, допускается только подготовленный, сдавший экзамены и отданный приказом по электротехническому предприятию персонал.

Если вы работаете на свой страхи риск в собственной квартире, то хотя бы прочитайте правила безопасности до начала каких-либо действий с напряжением. Электроэнергия опасна и не прощает ошибок никому. От нее постоянно гибнут люди, даже опытные электрики с большим стажем, совершая случайные ошибки.

Практические рекомендации по обзору и использованию индикаторов напряжения в сети 0,4 кВ хорошо показал электрик ЖКХ Серегей Панушкин в своем видеоролике. Рекомендую посмотреть его прямо в статье.

Возможно, вы заметите расхождения моей статьи с его рекомендациями. Задавайте вопросы в комментариях, а я объясню вам свою точку зрения.

Источник