Пусконаладочные работы при монтаже электроустановок - Измерение силы тока, напряжения и мощности

Глава IV ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ И МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
§ 17. Выбор измерительных приборов и включение их в проверяемую электрическую цепь

Рис. 78. Электрическая цепь:
а —без измерительных приборов, б — с включенными приборами для измерения тока, напряжения и мощности
Рассмотрим простейшую электрическую цепь (рис. 78, а), в которой нагрузка (сопротивление rн) подключена к зажимам источника питания с напряжением U. Режим, работы этой цепи характеризуется силой тока /, протекающего по ней, напряжением U на нагрузке и мощностью Р. Для их измерения в проверяемую цепь включены соответствующие электроизмерительные приборы: амперметр А и токовая катушка ваттметра W последовательно с нагрузкой, а вольтметр V и катушка напряжения ваттметра W — параллельно нагрузке (рис. 78, б).
Следует иметь в виду, что только при правильном выборе электроизмерительных приборов и их включении в проверяемую цепь возможно с достаточной точностью измерить соответствующие величины.
При пусконаладочных работах используют обычно переносные приборы класса точности 0,5—1 и лишь в отдельных случаях, например при измерении параметров и характеристик электрических машин, электроизмерительные приборы повышенной точности. Для измерения в цепях постоянного тока следует применять магнитоэлектрические приборы., имеющие равномерную шкалу, обладающие высокой точностью и стабильностью показаний и не подверженные влиянию внешних магнитных полей. Для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного тока, как правило, используют электромагнитные приборы, а для измерения мощности — электродинамические или ферродинамические ваттметры. Необходимо оценивать порядок измеряемой величины и подбирать прибор на такой предел измерения, чтобы показания его можно было снимать в конце шкалы или во второй ее половине.
Нужно помнить, что любой электроизмерительный прибор имеет определенное электрическое сопротивление и, будучи включенным в электрическую цепь, потребляет некоторую мощность. Следовательно, включение электроизмерительных приборов в проверяемую электрическую цепь в какой-то мере изменяет ее параметры и режимы, а сами измерительные приборы покажут не действительные величины, определяющие режим работы проверяемой цепи, а характеризующие режим работы уже другой электрической цепи, образованной после включения в нее электроизмерительных приборов.
Допустим, что общее сопротивление амперметра и токовой катушки ваттметра в электрической цепи (см. рис. 78) только на порядок (в 10 раз) меньше сопротивления нагрузки rн. Тогда сила тока в этой цепи уменьшится за счет включения в нее приборов в 1,1 раза (почти на 10%). Такого же результата следует ожидать в этом случае и от измерения силы тока в проверяемой цепи, т. е. ошибка измерения составит 10% независимо от того, какого класса точности будет взят амперметр. Особенно внимательно следует относиться к подбору электроизмерительных приборов при измерениях в высокоомных цепях, например, в различных электронных схемах, сопротивление отдельных цепей которых составляет сотни тысяч и даже миллионы Ом, в то время как сопротивление многих магнитоэлектрических вольтметров на пределе измерения 100—300 В составляет порядка 100 000 Ом, а электродинамических приборов— 10000 Ом.
Таким образом, во избежание больших ошибок при измерениях надо выбирать приборы с внутренним сопротивлением, по крайней мере на два порядка (в 100 раз) меньшим для токовых обмоток и большим для обмоток напряжения по сравнению с сопротивлением нагрузки проверяемой цепи.
При подборе приборов следует обращать внимание на условные обозначения на их шкалах, характеризующие как сами приборы, так и условия их эксплуатации.

§ 18. Характеристика переносных показывающих электроизмерительных приборов общего назначения для измерения напряжения, силы тока и мощности

Магнитоэлектрические приборы (табл. 4) применяют для измерений в цепях постоянного тока. Они надежны в работе, позволяют получать измерения с большой точностью, имеют равномерную шкалу, не подвержены влиянию магнитных полей и колебаниям температуры окружающего воздуха. На основе этих приборов изготовляют приборы, предназначенные для измерения в цепях переменного тока, снабжая их выпрямителями или термопреобразователями.
Магнитоэлектрические приборы широко используют при общеналадочных работах, не требующих высокой точности измерения, при специальных видах наладочных работ, связанных с определением параметров отдельных видов оборудования, а также при проверке других электроизмерительных приборов, при которых требуется повышенная точность измерения.
Для расширения пределов измерения силы постоянного тока применяют шунты. Последовательно с нагрузкой Н включают шунт, а уже к нему подключают амперметр (рис. 79). Очевидно, зная сопротивление шунта гш, сопротивление обмотки прибора гА, можно определить коэффициент К, показывающий,,

Рис. 79. Схема включения амперметра с шунтом
во сколько раз возможно расширить предел измерения по току из соотношения


Если же известны коэффициент К и сопротивление обмотки прибора, можно, пользуясь тем же соотношением, определить сопротивление шунта. Например, требуется с помощью миллиамперметра на 50 мА, сопротивление обмотки которого 10 Ом, измерить ток в 1 А. Коэффициент/С=— =20, тогда/С—1=20—1 = 19 и
Для расширения пределов измерения вольтметров на постоянном токе применяют добавочные резисторы (рис. 80). Если вольтметр без добавочного резистора рассчитан на измерение напряжения до U В и имеет сопротивление гв Ом, то для измерения напряжения в К раз большего необходимо, чтобы общее сопротивление обмотки вольтметра и добавочного резистора было также в К раз больше сопротивления обмотки вольтметра. Промышленностью выпускаются различные шунты (табл. 5) и добавочные резисторы (табл. 6) для расширения пределов измерения приборов постоянного тока.

Электромагнитные приборы используют преимущественно для измерения в цепях переменного тока. Они надежны в эксплуатации, просты по конструкции и недороги, а также позволяют производить измерения при выполнении большинства общеналадочных работ с достаточной точностью.

Таблица 4
Характеристика магнитоэлектрических приборов

Продолжение табл. 4

Таблица 5
Номинальные параметры шунтов

Таблица 6
Номинальные параметры добавочных резисторов к вольтметрам

Таблица 7

Однако для специальных наладочных работ, связанных с определением точных параметров отдельных видов оборудования, и для проверок других измерительных приборов, при которых требуется повышенная точность измерения, электромагнитные приборы не применяют.

Данные приборов Э59

Приборы Э59 электромагнитной системы класса точности 0,5, имеющие шкалу с зеркальным отсчетом. — многопредельные выпускаются для измерения напряжения (вольтметры Э59/1, Э59/2 и Э59/10) и силы тока (амперметры Э59/3, Э59/4, Э59/5, Э59/6 и миллиамперметры Э59/7, Э59/8, Э59/9). Нормальная область частот 45—55 Гц. Вольтметр Э59/10 снабжен калиброванными проводниками с общим сопротивлением 0,035 Ом. Пределы измерения в этом приборе изменяются подключением калиброванных проводников к соответствующим зажимам.

Рис. 81. Ампервольтваттметр Д552:
ТТ — встроенный трансформатор тока, PI — переключатель рода измеряемых величин, Р2 — переключатель пределов измерения по напряжению, И — обмотки прибора, Др — дроссель
Остальные приборы этой серии имеют поворотный переключатель пределов измерения. Основные данные приборов Э59 приведены в табл. 7.
Электродинамические приборы используют при наладочных работах реже, чем приборы магнитоэлектрической и электромагнитной систем, поскольку они, имея слабое внутреннее магнитное поле, при работе подвержены влиянию внешних магнитных полей и потребляют значительную мощность. Однако эти приборы пригодны для измерения силы тока, напряжения и, что особенно важно, мощности в цепях постоянного и переменного тока. Полезен для проведения пусконаладочных работ универсальный многопредельный электродинамический ампервольтваттметр Д552 класса точности 0,5 (рис. 81), имеющий встроенный трансформатор тока и следующие пределы измерения: по току 0,1—0,25—0,5—1—2,5—5—10—25—50 А, по напряжению 100— 150—300—450—600 В и соответственно 45 пределов измерения по мощности. Номинальная область частот 45—500 Гц.

Рис. 82. Схема измерительного комплекта К50:
ТТ 1, ТТ2 — блоки трансформаторов тока, ФУ — фазоуказатель, Кн — кнопка фазоуказателя, П 1 — 114 — переключатели

Сопротивление цепей напряжения на пределах 100, 150, 300, 450 и 600 В по напряжению соответственно 2356, 3536, 10 000, 15000 и 20 000 Ом при измерении напряжения и 3333, 5000, 10 000, 15000, 20 000 Ом при измерении мощности. Последовательная цепь прибора на пределах измерения 0,1—0,25—0,5—1—2,5—5—10—25 и 50 А имеет соответственно сопротивления 175—28—7—1,75—0,3—
0,08—0,025—0,007—0,003 Ом и индуктивность 80—13—3,4—0,9— 0,14—0,038—0,011—0,002 и 0,0008 мГ.
Для измерения мощности при наладочных работах применяют ферродинамические ваттметры Д539 (однофазные) и Д571 (трехфазные двухэлементные). Стальной магнитопровод в измерительном механизме позволяет создать более сильное внутреннее магнитное поле и, следовательно, уменьшить влияние внешних магнитных полей на результаты измерений.

Рис. 83. Схема измерительного комплекта К51:
TTl, ТТ2 — трансформаторы тока, /71 —  штепсельный переключатель, П2 — переключатель фаз, ПЗ — переключатель пределов измерения по напряжению, П4 — переключатель для измерения активной или реактивной мощности, ФУ — фазоуказатель

Удобны при проведении пусконаладочных работ измерительные комплекты, позволяющие одновременно измерять силу тока, напряжение и мощность, например при измерении загрузки электродвигателей.
Измерительный комплект К50 (рис. 82), представляющий собой набор электроизмерительных приборов, смонтированных на общей панели и встроенных в металлический корпус со съемной крышкой, снабжен отдельным блоком трансформаторов тока ТТ1. Габариты блока трансформаторов тока 330x110x290 мм, масса 8,2 кг. На панели комплекта К50 установлены амперметр и вольтметр Э59, однофазный ваттметр Д539, встроенный трансформатор тока на первичные токи 1—50 А, фазоуказатель ФУ, переключатели (П4 — для переключения фаз, П1 — пределов измерения по току, ПЗ—пределов измерения по напряжению и П2 — для переключения полярности ваттметра) и выводные зажимы. Пределы измерения по току 1—2,5—5—10—25—50—100—• 250—500—600 А, по напряжению 150—300—450—600 В и соответственно 40 пределов измерения по мощности. Сопротивление и индуктивность последовательной цепи на пределах 1—2,5—5— 10—25 и 50 А соответственно 1—0,2—0,05—0,02—0,01—0,006 Ом и 0,35—0,07—0,02—0,006—0,002 и 0,001 мГ. Сопротивление параллельных цепей на пределах измерения по напряжению 150—300— 450 и 600 В соответственно для комплекта 14 286, 28 571, 42 857, 57 143 Ом и отдельно для ваттметра 50000, 100000, 150000, 200 000 Ом, а для вольтметра 20000, 40000, 60 000 и 80 000 Ом.
Измерительный комплект К.51 (рис. 83) предназначен для измерения силы тока, напряжения и мощности в трехфазных цепях переменного тока. В него входят три амперметра и вольтметр Э59, трехфазный двухэлементный ваттметр Д571, выносной блок трансформаторов тока ТТ1. Габариты комплекта 600x390x220 мм, масса 19 кг (без блока трансформаторов тока). Пределы измерения по току 1—2,5—5—10—25—50 А (без блока И520) и 100—250—500—600 А (с блоком И520), по* напряжению 125—250—375—500 В и соответственно 40 пределов измерения по мощности от 0,2 до 480 кВ-А. Сопротивление и индуктивность последовательной цепи на пределах 1—2,5—5—10—25—50 А соответственно 1,05—0,2—0,06—0,02—0,007—0,006 Ом и 1—0,13— 0,04—0,013—0,003—0,001 мГ. Сопротивление параллельных цепей на пределах измерения по напряжению 125—250—375—500 В при измерении активной мощности соответственно по фазам АВ и СБ — 25000—50000—75000—100000 Ом, между фазами АС 50000—100000—150000—200 000 Ом, а при измерении реактивной мощности сопротивление между любыми двумя фазами соответственно 28 868, 57736, 86 604, 115472 Ом (при подключенном вольтметре). Ток вольтметра при полном отклонении указателя 7,5 мА. Номинальный ток параллельных цепей ваттметра 5 мА.
Комбинированные малогабаритные приборы (ампервольтомметры и вольтомметры) являются универсальными многопредельными измерительными приборами детекторной системы. Они предназначены для измерения в цепях постоянного и переменного тока силы тока, напряжения и сопротивления (ампервольтомметры) или напряжения и сопротивления (вольтомметры). Промышленностью выпускаются такие приборы в большом ассортименте, но все они построены по одному принципу. Рассмотрим некоторые из указанных приборов, используемых при наладочных работах.

Рис. 84. Ампервольтомметр ТТ-3: а —схема, б — включение для измерения разных величин
Ампервольтомметр ТТ-3 (рис. 84) служит для измерения на постоянном токе напряжения и силы тока, а также сопротивлений. Поворотный переключатель позволяет быстро подготовить прибор для измерения нужной величины на необходимом пределе. Питание прибора осуществляется от гальванического элемента 1,3 ФМЦ-0,25 при измерении сопротивлений на  пределах 2— 20 кОм и 0,2 МОм (положение переключателя Xl, Х10 или Х100). На пределе 2 МОм (положение переключателя Х 1000), питание прибора осуществляют от двух последовательно соединенных гальванических элементов указанного типа (оба элемента встроены в прибор). При измерении сопротивлений на пределе 20 МОм (положение переключателя X10 000) питание прибора осуществляют от внешнего источника постоянного напряжения 24—30 В. Внутреннее сопротивление прибора при измерении напряжения составляет 10 кОм на 1 В. Таким образом, при измерении напряжения на пределе 300 В сопротивление прибора будет равно 3000 кОм или 3 МОм. Внутреннее сопротивление прибора при измерении переменного напряжения составляет 3,3 кОм на 1 В.

Прибор имеет пять шкал: нижнюю — для измерения переменного напряжения до 1 В, следующую за ней — для измерения сопротивлений, еще одну —для измерения переменного напряжения до 3 В и две верхние — для измерения силы тока и напряжения в цепях переменного тока (предпоследняя) и в цепях постоянного тока (последняя). На рис. 84, б показано, как должен включаться прибор при измерении силы тока, напряжения и сопротивлений, а также, по каким шкалам ведется отсчет показаний прибора.
Ампервольтомметр Ц57 предназначен для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока и в цепях переменного тока с частотой 45—5000 Гц, сопротивлений постоянному току и емкости до 0,3 мкФ на частоте 50 Гц. Прибором можно измерять также уровень передачи, усиления и затухания от —10 до — 12 дБ. На первых трех пределах измерения сопротивлений 3,30 и 300 кОм достаточно встроенного в прибор гальванического элемента 1,3 ФМЦ-0,25. Для измерения сопротивлений на последнем пределе (3 МОм) требуется дополнительный внешний источник постоянного напряжения.
При измерении сопротивлений стрелку прибора устанавливают регулировочным реостатом, ручка которого выведена на боковую стенку прибора. При измерении емкости тем же реостатом прибор регулируют так, чтобы при подведении к входным зажимам * и U переменного напряжения 220 В стрелка прибора отклонялась на всю шкалу. Ток, потребляемый прибором при измерении постоянного напряжения на пределе 75 мВ, составляет 105 мкА, а на остальных пределах — 50 мкА. При измерении переменного напряжения потребляемый прибором ток составляет 0,75 мА на пределе измерения 7,5 В и 0,5 мА на других пределах. Падение напряжения на приборе при измерении силы постоянного тока составляет 0,3 В, а при измерении силы переменного тока — 1 В.
Ампервольтомметр Ц435 предназначен для измерения силы тока и напряжения в цепях постоянного тока и цепях переменного тока с частотой 45—20 000 Гц, сопротивления постоянному току и емкостей. Внутреннее сопротивление прибора при измерении постоянного напряжения составляет 20 кОм на 1 В, а при измерении переменного напряжения — 2 кОм на 1 В.
Вольтом метры Ц430 и Ц430/1 (рис. 85) предназначены для измерения напряжения постоянного и переменного тока, а также сопротивления постоянному току.

Рис. 85. Вольтомметр Ц430/1:

а — схема, б, в, г — включения прибора для измерения напряжений, сопротивлений м емкостей, д—номограмма для определения измеряемой емкости по показанию прибора

Таблица 8
Комбинированные малогабаритные детекторные приборы

Питание прибора при измерении сопротивления на первых трех пределах — 3, 30 и 300 кОм осуществляется от встроенного гальванического элемента 1,3 ФМЦ-0,25. При измерении сопротивлений на пределе 3 МОм требуется дополнительный источник постоянного напряжения на 12—15 В. Стрелку прибора устанавливают на нуль при измерении сопротивлений регулировочным реостатом, ручка которого выведена на боковую стенку прибора. Внутреннее сопротивление прибора при измерении постоянного напряжения составляет 8 кОм на 1 В. При необходимости прибором Ц430 можно измерить сопротивление постоянному току до 30 МОм, для чего на порхнем пределе измерения следует применить источник постоянного напряжения на 150 В, включенный через добавочное сопротивление 1,51 МОм. Включение прибора для измерения напряжений и сопротивлений показано на рис. 85, б, в.
Этим прибором можно измерять и емкость, для чего его включают по схеме (рис. 85, г). К зажимам, предназначенным для подключения прибора при измерении напряжения, подводится пита- пне от сети переменного напряжения 3 В последовательно с измеряемым конденсатором Сх (ожидаемая емкость 0,05—5 мкФ) пли переменного напряжения 15 В (ожидаемая емкость 0,05— 0,1 мкФ). Переключатель пределов измерения надо установить соответственно подводимому к прибору напряжению. Емкость определяют по номограмме (рис. 85, д), приведенной в паспорте, прилагаемом к прибору. Пользоваться номограммой несложно. Значение измеряемой емкости находят по наклонной шкале, соответствующей подведенному к прибору напряжению и установленному пределу измерения (3 или 15 В), в точке пересечения с вертикальной прямой, проведенной от деления горизонтальной шкалы номограммы, соответствующего делению шкалы прибора, против которого установилась его стрелка.
Если, например, при измерении емкости конденсатора к прибору подвели переменное напряжение 3 В, установив переключатель на предел измерения 3 В, и стрелка прибора установилась против тринадцатого деления его шкалы, то, приложив линейку к номограмме так, чтобы одна из ее сторон находилась против тринадцатых делений горизонтальных шкал номограммы (линейка будет располагаться вертикально), по наклонной шкале, соответствующей напряжению питания 3 В, определим, что измеряемый конденсатор имеет емкость 0,1 мкФ.      
Приборы Ц430 и Ц430/1 имеют небольшие размеры (128х88х х 48 мм) и массу, равную 0,45 кг. Для удобства выбора прибора при проведении наладочных работ приводится сводная таблица электрических характеристик комбинированных малогабаритных детекторных приборов (табл. 8).