
题主这个问题有点意思。
万用表,用来测量寻常电路的电阻、电压和电流是不错,但用来测量电路短路,问题就大了。
这是我家的万用表,我们来看它的量程:
我们看到,电压最高是750V,电流最大是20A,电阻档最小是0.5欧。
我们当然知道,短路电流的值很大,一般都用XXX千安来表示的。这么大的电流,用万用表来测量,即便是测量短路电流的零头,恐怕也无能为力。不过,我们可以通过电流互感器把电流降下来测量,这倒是可以的。
至于电压,测量低压配电网电压勉强,但测量中高压的配电网电压,就勉为其难了。当然,我们也可以通过电压互感器PT把电压降下来测量,这倒是可以的。
既然万用表借助于电压和电流互感器,就可以测量低压、中压和高压的电压和电流,那么是不是万用表就能测量出配电网的短路电流?
答案是:还是很困难,因为短路时间太短了,一般在数百毫秒以内。短路发生时,万用表的示值还来不及显示,短路已经被保护电器给切断了。
现在,我们来走马观花地看看配电网短路现象,再来确定用万用表到底能不能测量短路。
我们看下图:
图2中的电源E,我们可以理解为直流电源,也可以理解为电力变压器。图2中的电压U是负载两端的电压。
现在,我们把负载电阻Rfz两端用导线连接起来,也即发生了短路。那么此时的路端电压U等于多少?
,式1
式1中的Kk是电源内阻及线路电阻之和与短路处电阻之比。
我们发现,路端电压与Kk值有关。
对于普通的干电池,它的内阻很大,Kk值因此很大,因而短路点的电压几乎就等于零。
对于配电网,要按中高压配电网和低压配电网来讨论。
国家标准规定,对于中高压配电网,它的电源和线路阻抗之和小于用电网短路阻抗的1/50,于是式1为:
,式2
我们把这种配电网叫做无限大容量配电网,无限大容量配电网的特征就是短路前后电压基本不变。事实上,我们周围现在正在运行的中高压配电网,一般都是无限大容量配电网。
对于低压配电网,它当然不是无限大容量配电网。然而,在电力变压器的低压侧发生了短路,则在开关保护的时间内(大约数百毫秒),电压也基本不变;而在终端的用电设备处,电压则降低到大约为额定电压的0.15倍。例如220V的电压,短路后电压会降低到32V左右。
假设我们的万用表通过电压互感器能够测量高电压,那么用它的电压档能不能测量出中高压配电网的短路?答案是否定的,原因很简单,中高压系统在发生短路前后,电压基本不变。万用表根本就测不出来。
我们看下图:
我们看到,短路前后的电压是基本不变的。
至于低压配电网,由于短路时间很短,即便万用表的电压档能够测量电力变压器低压侧配电网电压,但由于开关电器的快速短路保护,我们从万用表电压档上也只是看到电压为零而已。毫无效果。
由此可见,用万用表来测量短路过程,如同盲人摸象,毫无意义。
那么在实际工程中,是如何探测短路电流的?有两种方法,其一是短路保护装置的即时测量和控制,使得短路发生时开关电器能及时地把短路电路隔离,并切断短路电流;其二利用微机继电保护装置的故障录波功能来纪录短路电流波形。
我们来看一个实例:
某日,一群电焊工从低压开关柜的供电抽屉中直接引电线来这些电焊。电焊电流超过了该抽屉的供电能力,于是系统在工作一段时间后,发生了过热并引起某相对地漏电。我们来看看此时的故障录波波形:
系统保护动作并跳闸。
然而电气人员检查无事后,再次合闸,这帮败事有余的电焊工继续工作,然后再次调整保护,然后再次合闸,然后电焊工们再次继续工作,直到:
这下的电流从正常的低值一下越高到短路电流,并且各相电流波形都相差120度。在短路后20个周波即20X0.02=0.4秒时,高压开关执行了短路保护。
由此可见,用万用表是不可能测量出电路短路的。不过,请注意,这里所指的是电力配电系统的短路。
事实上,有的时候判断短路原因还是很明显,也无需过多地测量。例如我就从上述故障录波中以及现场的接地情况直接给出了短路的原因及故障点,并让电工用摇表测量对地绝缘以判断系统损坏程度。在这里,并不需要万用表来画蛇添足。
我们再看看居家配电系统的短路。
这种短路属于配电网的末端,万用表在这里是否能发挥作用?
我们看下图:
从图6中我们看到了居家配电网,它相对简单。其中配电箱内配套了许多断路器,还有漏电开关。在这里,故障录波法检查已经失效,毕竟是配电网末端,电流极小,就算是发生了短路,根本就反应不到继保装置处,配电箱中的断路器自会执行开断操作。在这里,题主用万用表检查居家配电短路的设想,倒是大有可为。
我们设想,图6中的笔记本插座处发生了短路,比如冒烟或者打火,我们把插座换了,是不是就万事大吉马上就可以送电了?并非,要检查穿管线路对地的绝缘是否良好,因为它们经历了发热过程,绝缘受到影响。我们用万用表的电阻档测量相线对地线的电阻,此阻值必须至少在400千欧以上。
为何?我们一般用摇表检查绝缘电阻,它的电压高,测量值在一般在0.2兆欧以上。万用表表内的电池电压低,因此测量值要适当地放大。
对于居家来说,最要紧的并非是短路,而是单相接地故障,也即漏电故障。用万用表检查漏电故障很合适。具体如何检查,由于情况类型繁多,不一而足,我就不讲解了。事实上,任何一位小区电工,都比我知道的多得多。
最后,我来谈一谈用万用表检查家电用内部的短路。
有一次,我家的电视机突然坏了,打电话请该厂家的维修人员来。维修人员是一位挺和蔼的中年人,他娴熟地打开电视的机箱,用万用表检查了线路,说明了故障原因,接着更换零件,再然后就上电测试。没想到,居然电路板局部冒烟燃烧。他一时乱了阵脚。
我本来在做我的事,看到这情形,就上前帮忙。我和他用万用表测量了电路,结合原理,很快地找到了原因:原来他在焊接导线时,残留的锡珠把电路板局部给短路了(做事有点毛糙),造成一只电阻烧毁。看来,在这里万用表起到作用了。当然,这里的查找还是需要有点经验的。笑!
好在我有全套规格的1/8w电阻,是平时做实验用的。找一只同规格的换上,送电后,电视机立刻恢复正常。这位维修人员只收了我零件钱,工钱就免了。
总之,用万用表查电路板上的问题和短路,的确需要经验和方法,需要和故障斗智斗勇。“在精神上藐视它,在战术上重视它”—伟人如是说。
