Устройство для измерения тока в цепи

Сила тока измеряется в амперах и охарактеризовывает нагрузку электрических сетей. Необходимость измерения силы тока появляется для проверки, является ли нагрузка на кабель допустимой. Для монтажа электропроводок применяются кабели разных сечений. Допустимыми токами для кабелей с поливинилхлоридной изоляцией, проложенных по воздуху, являются:

При превышении нагрузки кабельной полосы допустимой, кабель будет греться, а его изоляция – разрушаться. В конечном итоге это приведет к недлинному замыканию, а кабель придется поменять на новый.

Потому после замены кабелей определяют ток, протекающий через него при подключении всех электроприборов. Если проводка древняя, то при подключении к ней дополнительной нагрузки тоже необходимо проверить, соответствуют ли токи в ней допустимым значениям.

При критической нагрузке проводки можно проверить, соответствует ли ток через автоматические выключатели их номинальным данным. При превышении номинального тока автомата его срабатывание от перегрузки безизбежно.

Измерение силы тока нужна для определения режимов работы электроприборов. Измерение токов нагрузки электродвигателей делается не только лишь для контроля их исправности (токи во всех фазах должны быть одинаковы), но и для определения наличия перегрузки из-за завышенного момента на валу. Для обогревателя измерение тока покажет, все ли греющие элементы у него исправны. Только измерением тока нагрузки можно узнать, заработал ли теплый пол.

Мощность электрического тока

Мощность – это работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. Измеряется она в Ваттах (Вт, W). Измерить мощность впрямую на теоретическом уровне можно, но для этого используются особые приборы – ваттметры, измеряющие ток через нагрузку и напряжение на ней. Показания они выдают в Ваттах, но подключить их очень трудно. Потому они используются для измерений в заблаговременно определенных узлах электрической сети, подключаясь к ним раз и навечно.

Щитовой ваттметр для измерения тока

Для бытового использования мощность рассчитывается после измерений потребляемого нагрузкой тока и величины напряжения на ней, которую для простоты можно принять равной 220 в.

Не всегда этот способ дает четкие результаты. При наличии в нагрузке индуктивного сопротивления на активную мощность влияет коэффициент мощности. Некоторые электроприборы потребляют ток несинусоидальной формы (светодиодные и энергосберегающие лампы, компьютерная и телевизионная техника), который не все измерительные приборы, рассчитанные на измерение переменного напряжения, определяют верно.

Приборы для измерения силы тока

Измерить ток можно, используя такие приборы:

— амперметры. Как и ваттметры, они используются для стационарных измерений.

Измерение силы тока: щитовые амперметры

— мультиметр – функциональный устройство с цифровым жидкокристаллическим экраном (как воспользоваться мультиметром?);

Измерение силы тока: мультиметр с токоизмерительными клещами

— тестер – устройство, измеряющий несколько величин, но, в отличие от мультиметра, имеющий стрелочный указатель;

Измерение силы тока: тестер

— токоизмерительные клещи – устройство, позволяющий определять ток без разрыва электрической цепи.

Измерение силы тока: токоизмерительные клещи

Способы измерения силы тока

В отличие от измерения напряжения ток измеряется не при параллельном подключении устройства к нагрузке, а при последовательном. Это значит, что измерительный устройство необходимо подключить в разрыв любого из проводов питания однофазового потребителя. При трехфазном питании то же самое необходимо проделывать для каждой из фаз. В данном случае ток в нулевом проводе не измеряется, так как при симметричной нагрузке он равен нулю. Время от времени нужна измерить ток в нулевом проводнике, но для группы потребителей отключения нуля для производства измерений нереально.

Подключение амперметра при измерении тока

Все эти предпосылки приводят к тому, что тестеры и обыденные мультиметры изредка используют для измерения силы тока. Их можно применять только для одиночного потребителя либо при измерениях на неизменном токе.

Во всех других случаях используются токоизмерительные клещи либо мультиметры, имеющие их в собственном составе. Для измерений довольно нажатием на кнопку разжать клещи, поместить вовнутрь измерительного контура проводник с измеряемым током и отпустить кнопку. Магнитопровод клещей замкнется и на экране (есть клещи со шкалой и стрелкой) отобразится измеряемое значение.

При использовании токоизмерительных клещей необходимо пристально смотреть, дабы вовнутрь магнитопровода попал только проводник, в каком измеряется ток. При попадании вовнутрь 2-ух проводников и поболее клещи будут определять сумму токов в них, при этом к тому же векторную. Это значит, что поместив вовнутрь магнитопровода клещей двужильный кабель с нагрузкой, мы измерим ток, равный нулю. Клещи, как и УЗО, сложат уходящий по фазному проводнику ток в сторону нагрузки и тот же ток с оборотным знаком, возвращающийся назад.

Клещи предусмотрены только для измерения переменного тока. На неизменном токе попытка их использования приведет к тому, что магнитопровод замкнется с неодолимой силой. Разжать его руками не получится до того времени, пока ток не будет отключен.

§101. Измерение тока и напряжения

Для измерения тока в цепи амперметр 2 (рис. 332, а) либо миллиамперметр включают в электрическую цепь последовательно с приемником 3 электроэнергии.

Для того дабы включение амперметра не оказывало воздействия на работу электрических установок и он не создавал огромных утрат энергии, амперметры делают с малым внутренним сопротивлением. Потому фактически сопротивление его можно считать равным нулю и третировать вызываемым им падением напряжения.

Амперметр можно включать в цепь только последовательно с нагрузкой. Если амперметр подключить конкретно к источнику 1, то через катушку устройства пойдет очень большой ток (сопротивление амперметра не достаточно) и она сгорит.

Рис. 332. Схемы для измерения тока (а, б) и напряжения (в, г)

Для расширения пределов измерения амперметров, созданных для работы в цепях неизменного тока, их включают в цепь параллельно шунту 4 (рис. 332,б). При всем этом через устройство проходит только часть IА измеряемого тока I, назад пропорциональная его сопротивлению RА. Большая часть Iш этого тока проходит через шунт.

Устройство определяет падение напряжения на шунте, зависящее от проходящего через шунт тока, т. е. применяется в качестве милливольтметра. Шкала устройства градуируется в амперах. Зная сопротивления устройства RA и шунта Rш можно по току IА, закрепляемому устройством, найти измеряемый ток:

где n = I/IА = (RA + Rш)/Rш — коэффициент шунтирования. Его обычно выбирают равным либо кратным 10. Сопротивление шунта, нужное для измерения тока I, в n раз большего, чем ток устройства IА,

Конструктивно шунты или монтируют в корпус устройства (шунты на токи до 50 А), или устанавливают вне его и соединяют с устройством проводами.

Если устройство предназначен для неизменной работы с шунтом, то шкала его градуируется сходу в значениях измеряемого тока с учетом коэффициента шунтирования и никаких расчетов для определения тока делать не нужна. В случае использования внешних (отдельных от устройств) шунтов на них указывают номинальный ток, на который они рассчитаны, и номинальное напряжение на зажимах (калиброванные шунты).

Согласно эталонам это напряжение может быть равно 45, 75, 100 и 150 мВ. Шунты подбирают к устройствам так, дабы при номинальном напряжении на зажимах шунта стрелка устройства отклонялась на всю шкалу.

Поэтому, номинальные напряжения устройства и шунта должны быть одинаковыми. Имеются также личные шунты, созданные для работы с определенным устройством. Шунты делят на 5 классов точности (0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5). Обозначение класса соответствует допустимой погрешности в процентах.

Для того дабы увеличение температуры шунта при прохождении по нему тока не оказывало воздействия на показания устройства, шунты изготовляют из материалов с огромным удельным сопротивлением и малым температурным коэффициентом (константан, манганин, никелин и пр.).

Для уменьшения воздействия температуры на показания амперметра последовательно с катушкой устройства в некоторых случаях включают дополнительный резистор из констан-тана либо другого подобного материала.

Измерение напряжения.

Для измерения напряжения U, действующего между какими-либо 2-мя точками электрической цепи, вольтметр 2 (рис. 332, в) присоединяют к этим точкам, т. е. параллельно источнику 1 электроэнергии либо приемнику 3.

Для того дабы включение вольтметра не оказывало воздействия на работу электрических установок и он не создавал огромных утрат энергии, вольтметры делают с огромным сопротивлением. Потому фактически можно третировать проходящим по вольтметру током.

Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с обмоткой устройства включают дополнительный резистор 4 (Rд) (рис. 332,г). При всем этом на устройство приходится только часть Uv измеряемого напряжения U, пропорциональная сопротивлению устройства Rv.

Зная сопротивление дополнительного резистора и вольтметра, можно по значению напряжения Uv, закрепляемого вольтметром, найти напряжение, действующее в цепи:

U = (Rv+Rд)/Rv * Uv = nUv (107)

Величина n = U/Uv=(Rv+Rд)/Rv указывает, во сколько раз измеряемое напряжение U больше напряжения Uv, приходящегося на устройство, т. е. во сколько раз возрастает предел измерения напряжения вольтметром при применении дополнительного резистора.

Сопротивление дополнительного резистора, нужное для измерения напряжения U, в п раз большего напряжения устройства Uv, определяется по формуле Rд=(n— 1) Rv.

Дополнительный резистор может встраиваться в устройство и сразу употребляться для уменьшения воздействия температуры окружающей среды на показания устройства. Для этой цели резистор осуществляется из материала, имеющего малый температурный коэффициент, и его сопротивление существенно превосходит сопротивление катушки, вследствие чего общее сопротивление устройства становится практически независящим от конфигурации температуры.

По точности дополнительные резисторы разделяются на те же классы точности, что и шунты.

Делители напряжения.

Для расширения пределов измерения вольтметров используют также делители напряжения. Они позволяют уменьшить подлежащее измерению напряжение до значения, соответственного номинальному напряжению данного вольтметра (предельного напряжения на его шкале).

Отношение входного напряжения делителя U1 к выходному U2 (рис. 333, а) именуется коэффициентом деления. При холостом ходе U1/U2 = (R1+R2)/R2 = 1 + R1/R2. В делителях напряжения это отношение может быть выбрано равным 10, 100, 500 и т. д. зависимо от того, к каким

Рис. 333. Схемы включения делителей напряжения

выводам делителя подключен вольтметр (рис. 333,б).

Делитель напряжения заносит малую погрешность в измерения только в этом случае, если сопротивление вольтметра Rv довольно велико (ток, проходящий через делитель, мал), а сопротивление источника, к которому подключен делитель, не достаточно.

Измерительные трансформаторы.

Для включения электроизмерительных устройств в цепи переменного тока служат измерительные трансформаторы, обеспечивающие безопасность обслуживающего персонала при выполнении электрических измерений в цепях высокого напряжения.

Включение электроизмерительных устройств в эти цепи без таких трансформаторов воспрещается правилами техники безопасности. Не считая того, измерительные трансформаторы расширяют пределы измерения устройств, т. е. позволяют определять огромные токи и напряжения при помощи легких устройств, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений.

Измерительные трансформаторы подразделяют на трансформаторы напряжения и трансформаторы тока. Трансформатор напряжения 1 (рис. 334, а) служит для подключения вольтметров и других устройств, которые должны демонстрировать реакцию на напряжение.

Его делают, как обыденный двухобмоточный понижающий трансформатор: первичную обмотку подключают к двум точкам, между которыми нужна измерить напряжение, а вторичную — к вольтметру 2.

На схемах измерительный трансформатор напряжения изображают как обыденный трансформатор (на рис. 334, а показано в круге).

Рис. 334. Включение электроизмерительных устройств средством измерительных трансформаторов напряжения (а) и тока (б)

Так как сопротивление обмотки вольтметра, подключаемого к трансформатору напряжения, велико, трансформатор фактически работает в режиме холостого хода, и можно с достаточной степенью точности считать, что напряжения U1 и U2 на первичной и вторичной обмотках будут прямо пропорциональны числу витков N1 и N2 обеих обмоток трансформатора, т. е.

Таким макаром, подобрав соответственное число витков N1 и N2 обмоток трансформатора, можно определять высочайшие напряжения, подавая на электроизмерительный устройство маленькие напряжения.

Напряжение U1 может быть определено умножением измеренного вторичного напряжения U2 на коэффициент трансформации трансформатора n.

Вольтметры, созданные для неизменной работы с трансформаторами напряжения, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого напряжения могут быть конкретно отсчитаны по шкале устройства.

Для предотвращения угрозы поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один выэод его вторичной обмотки и металлической кожух трансформатора должны быть заземлены.

Трансформатор тока 3 (рис. 334,б) служит для подключения амперметров и других устройств, которые должны демонстрировать реакцию на протекающий по цепи переменный ток.

Его делают в виде обыденного двухобмоточного повышающего трансформатора; первичную обмотку включают последовательно в цепь измеряемого тока, к вторичной обмотке подключают амперметр 4.

Схемное обозначение измерительных трансформаторов тока показано на рис. 334, б в круге.

Так как сопротивление обмотки амперметра, подключаемого к трансформатору тока, обычно не много, трансформатор фактически работает в режиме недлинного замыкания, и с достаточной степенью точности можно считать, что токи I1 и I2, проходящие по его обмоткам, будут назад пропорциональны числу витков N1 и N2 этих обмоток, т.е.

Поэтому, подобрав подходящим образом число витков N1 и N2 обмоток трансформатора, можно определять огромные токи I1, пропуская через электроизмерительный устройство малые токи I2. Ток I1 может быть при всем этом определен умножением измеренного вторичного тока I2 на величину n.

Амперметры, созданные для неизменной работы вместе с трансформаторами тока, градуируют на заводе с учетом коэффициента трансформации, и значения измеряемого тока I1 могут быть конкретно отсчитаны по шкале устройства.

Для предотвращения угрозы поражения обслуживающего персонала электрическим током в случае повреждения изоляции трансформатора один из зажимов вторичной обмотки и кожух трансформатора заземляют.

На э. п. с. используют так именуемые проходные трансформаторы тока (рис. 335). В таком трансформаторе магнитопровод 3 и вторичная обмотка 2 смонтированы на проходном изоляторе 4, служащем для ввода высокого напряжения в кузов, а роль первичной обмотки трансформатора делает медный стержень 1, проходящий снутри изолятора.

Рис. 335. Проходной измерительный трансформатор тока

Условия работы трансформаторов тока отличаются от обыденных. К примеру, размыкание вторичной обмотки трансформатора тока при включенной первичной обмотке неприемлимо, так как это вызовет существенное повышение магнитного потока и, как следствие, температуры сердечника и обмотки трансформатора, т. е. выход его из строя.

Не считая того, в разомкнутой вторичной обмотке трансформатора может индуцироваться большая э. д. с, страшная для персонала, производящего измерения.

При включении устройств средством измерительных трансформаторов появляются погрешности 2-ух видов: погрешность в коэффициенте трансформации и угловая погрешность (при конфигурациях напряжения либо тока отношенияU1/U2 и I1/I2 несколько меняются и угол сдвига фаз между первичным и вторичным напряжениями и токами отклоняется от 180°).

Эти погрешности растут при нагрузке трансформатора выше номинальной. Угловая погрешность влияет на результаты измерений устройствами, показания которых зависят от угла сдвига фаз между напряжением и током (к примеру, ваттметров, счетчиков электроэнергии и пр.).

Зависимо от допускаемых погрешностей измерительные трансформаторы подразделяют по классам точности. Класс точности (0,2; 0,5; 1 и т. д.) соответствует большей допускаемой погрешности в коэффициенте трансформации в процентах от его номинального значения.