§ 20. Измерения в низкоомных цепях
При измерениях в низкоомных цепях следует учитывать не только внутреннее сопротивление прибора, но и сопротивление соединительных проводов. Рассмотрим следующие примеры.
Пример 1. При испытании генератора для измерения силы тока ротора собирают схему (рис. 89). В данном примере взят шунт Ш типа Р114/1 на 300 А и 45 мВ, который установлен непосредственно около генератора, а в качестве милливольтметра mV используют прибор Ml 107 на пределе 45 мВ, при котором его внутреннее сопротивление равно 45 Ом. Этот прибор установлен на щите и соединен с шунтом LL1 контрольным кабелем длиной 200 м с медными жилами, сечением 1,5 мм2.
Зная напряжение, снимаемое с шунта Um (мВ), можно определить силу тока ротора /р. Однако напряжение, которое покажет прибор i/np, будет меньше, поскольку прибор и шунт размещены на большом расстоянии друг от друга и соединены проводниками, имеющими с учетом сопротивления жил контрольного кабеля и других соединительных проводников сопротивление 5 Ом. Показания прибора будут меньше напряжения, снимаемого с шунта, на величину падения напряжения в соединительных проводниках.
Так, при токе ротора 300 А напряжение 1/ш=45 мВ, снимаемое с шунта, распределится между прибором и соединительными проводниками пропорционально их сопротивлениям, причем напряжение, подведенное к прибору, будет равно •10,5 мВ. Если прибор был проградуирован так, чтобы непосредственно показывать силу тока ротора, протекающего по шунту, и не учитывалось сопротивление соединительных проводников, то погрешность при измерении составит 10%.
Чтобы учесть влияние соединительных проводников, следует измерить их сопротивление и внести соответствующую поправку к показанию прибора при определении измеряемого тока ротора. Для рассматриваемого случая, зная сопротивление соединительных проводников г=5 Ом, сопротивление прибора rnp=45 Ом и показания прибора 40,5 мВ, можно определить падение напряжения на проводниках, равное 4,5 мВ, и напряжение на зажимах шунта Um= 45 мВ. Следовательно, действительный ток ротора /р=300 А.
При градуировке приборов непосредственно по току, протекающему через шунт, например тока ротора генератора, питание к прибору подводят через те же соединительные проводники, которыми он будет присоединяться к шунту при нормальной работе, или через сопротивление, равное сопротивлению этих проводов. После этого, отрегулировав напряжение до величины, равной напряжению на шунте при протекании через него нормального тока, подгонкой добавочного сопротивления или регулировкой магнитного шунта внутри прибора добиваются установки стрелки прибора против деления шкалы, соответствующего нормальному току ротора. Для удобства проведения градуировки прибора питание к нему целесообразно подводить с места его расположения. Это можно сделать, закоротив соединительные проводники со стороны шунта, т. е. обычно концы обоих соединительных проводников у шунта подключают под один зажим последнего.
К низкоомным цепям следует отнести цепи накала электронных ламп, трансформаторов тока, сети защитного заземления и др. Чтобы уменьшить влияние приборов на результаты измерения силы тока в низкоомных цепях, следует подбирать приборы с возможно малым внутренним сопротивлением, значительно меньшим сопротивления проверяемой цепи. Поясним на примере.
Пример 2. Требуется измерить силу тока в цепи накала электронной лампы 2П1П. Нормальные напряжение и сила тока для этой лампы соответственно равны UH= 1,2 В и /и=0,12 А. Сопротивление нити накала 0 Ом.
Если для измерения силы тока воспользоваться прибором Д552 на пределе 0,25 А (внутреннее его сопротивление на этом пределе 28 Ом), то благодаря введению его в измеряемую цепь сопротивление последней увеличится до 38 Ом, ток уменьшится и прибор покажет силу тока 0,032 А вместо 0,12 А, т. е. почти в четыре раза меньше нормального. Если же воспользоваться для измерения силы тока в той же цепи амперметром 359/6 па пределе 0,5 А (внутреннее сопротивление его на этом пределе 0,019 Ом), то включение этого прибора не нарушит режима проверяемой цепи. Результирующее сопротивление цепи будет равно 10,019 Ом и прибор покажет силу тока 1,2:10,019=0,1198 А. Погрешность из-за влияния внутреннего сопротивления прибора, включенного в контролируемую цепь, будет невелика (менее 0,2%), поэтому ею можно пренебречь.
§ 21. Измерение силы тока без разрыва проверяемой цепи
Умение измерять силу тока в контролируемой цепи без ее разрыва приобретает особое значение при пусконаладочных работах, сопряженных с большим количеством различных измерений. При этом исключается ряд нежелательных явлений, связанных с разрывом контролируемой цепи под нагрузкой, и ошибки при восстановлении контролируемой цепи после выполнения соответствующих измерений. При электрических измерениях задача измерения силы тока без разрыва контролируемой цепи решается с применением косвенных методов измерения и специальных устройств.
Рис. 91. Испытательный зажим: а— внешний вид, 6 — включение приборов,
I, 3, 4, 5 и 7 — контактные винты, 2 и 6 — металлические пластины, 8 — прибор
Широко используется при пусконаладочных работах определение силы тока в контролируемой цепи без ее разрыва методом измерения напряжения на известном сопротивлении, включенном в эту цепь. Например, силу тока в анодной цепи электронной лампы (рис. 90) определяют по падению напряжения UK на сопротивлении гк в цепи катода этой лампы (сопротивление смещения):
Рис. 90. Определение силы тока по падению напряжения в известном сопротивлении
Если гк=800 Ом, а вольтметр показал напряжение UK=2 В, то сила анодного тока /а=— =0,025 А. Измерение напряжения на таком сопротивлении (800 Ом) не составляет каких-либо трудностей.
Таким же методом можно определить силу тока, протекающего но шине из алюминия, сечение которой 9=100-10=1000 мм2. Сопротивление участка шины длиной I можно определить по формуле
Удельное сопротивление алюминия р=0,03 Ом-мм2/м. Замерив падение напряжения на указанном участке шины, нетрудно подсчитать силу тока, протекающего по шине. Если, например, напряжение на участке шины длиной 1 м равно 0,003 В, то сопротивление 1 м шины указанного сечения равно 0,03-1:1000=0,00003 Ом, а сила тока, протекающего по этой шине, 0,003:0,00003=100 А.
Принято замерять падение напряжения на выводах трансформа-
торов тока при проверке вторичных цепей под нагрузкой. Обычно известно сопротивление (полное) токовых цепей и, замерив падение напряжения, можно оценить силу тока в этих цепях, а кроме того, убедиться в исправности их.
Электропромышленностью выпускается ряд устройств, позволяющих вводить в контролируемые цепи измерительные приборы, не нарушая целости этих цепей. К ним относят испытательные зажимы, испытательные блоки, токоизмерительные клещи и др.
Рис. 92. Испытательный блок:
а — с крышкой, б— с контрольным штепселем; 1— короткозамыкатель, 2 и 7 — главные контакты. 3 — предварительные контакты, 4— основание, 5 — контактная пластина, б — крышка, 8 и 9— контакты контрольного штепселя, 10, 11— зажимы, 12 — контрольный штепсель
Испытательный зажим (рис. 91, а) состоит из двух металлических пластин 2 и 6, контактных винтов (1 и 7 — для подключения проверяемых цепей, 3 и 5 — для подключения измерительных приборов и 4 — для замыкания между собой пластин 2 и 6). Если требуется включить в контролируемую цепь амперметр (рис. 91, б), сначала его подсоединяют к пластинам 2 и 6 винтами 3 и 5, а затем вывертывают винт 4. Очевидно, цепь при подключении амперметра разрываться не будет (до подключения она замкнута контактным винтом 4, после подключения обмотка амперметра образует дополнительную цепь, параллельную контактному винту 4, и когда винт 4 вывертывают, ток не прерывается, а протекает через обмотку амперметра). Окончив процесс измерения силы тока в указанной цепи, ввертывают контактный винт 4, шунтируя тем самым обмотку амперметра, если после этого отключают амперметр, ток не прерывается, поскольку может протекать через контактный винт 4.
Испытательные блоки обычно монтируют на панелях релейной защиты и автоматики для подведения к соответствующим приборам цепей от измерительных трансформаторов тока. Каждый испытательный блок (рис. 92) состоит из основания 4 с главными контактами 2 и 7, предварительными контактами 3 и короткозамыкателем 1, крышки 6 с контактной пластиной 5 и контрольного штепселя 12 с контактами 8 и 9 и зажимами 10 а И для подключения измерительных приборов. Нетрудно убедиться, что контролируемая цепь на участке между контактными винтами испытательного блока остается замкнутой как при вставленной крышке и контрольном штепселе, так и при замене одного другим. При вставленной крышке 6 ток может протекать от контактного винта через главный контакт 2 основания 4, контактную пластину 5 крышки 6, главный контакт7 основания 4 к контактному винту.
Рис. 93. Токоизмерительные клещи Ц90:
а — общий вид, б — схема; 1 — разъемный магнитопровод, 2 — проводник, 3 — амперметр 4 — рукоятки
При вынутой крышке 5 ток может протекать от контактного винта через главный контакт 2 основания 4, короткозамыкатель 1, главный контакт 7 к контактному винту. Если на какой-то момент при вытаскивании крышки нарушится цепь тока через контактную пластину 5 крышки и еще не успеет образоваться цепь тока через короткозамыкатель 1 основания, ток может протекать по цепи от контактного винта через предварительные контакты 3 основания и контактную пластину 5 крышки к контактному винту. При вставленном контрольном штепселе (рис. 92, б) с подключенным к нему амперметром ток будет протекать от контактного винта через главный контакт 2 основания 4, контакт 9 контрольного штепселя 12, амперметр А, контакт 8 контрольного штепселя, главный контакт 7 основания 4 к контактному винту.
Токоизмерительные клещи (рис. 93) состоят из трансформатора тока с разъемным магнитопроводом 1, снабженным рукоятками 4 и амперметром 3. Для измерения силы тока, протекающего по проводнику 2, магнитопровод разводят, охватывают им проводник и затем сводят до смыкания обеих частей магнитопровода. Проводник с током в этом случае является и первичной обмоткой трансформа- гора тока.
Промышленностью выпускается несколько разновидностей токоизмерительных клещей для измерений в цепях напряжением до 10 кВ и до 600 В.
Для измерения силы тока в цепях напряжением до 10 кВ служат токоизмерительные клещи КЭ-44 с пределами измерений 25, 50, 100, 250 и 500 А, а также Ц90 с пределами измерений 15, 30, 75, 300 и 600 А. В этих клещах рукоятки надежно изолированы от магнитопровода. Для измерения силы тока в цепях напряжением до 600 В применяют токоизмерительные клещи ЦЗО с пределами измерений 15, 30, 75, 300 и 600 А, а также Ц91 с пределами измерений 10, 25, 100, 250, 500 А, которыми можно измерять и напряжение на двух пределах — до 300 и 600 В.
Кроме описанных выпускают токоизмерительные клещи, входящие в комплект к другим измерительным устройствам и аппаратам, например к вольтамперфазоиндикатору ВАФ-85, позволяющие измерять силу тока в электрических цепях без их разрыва на пределах измерений 1—5 и 10 А (прибор более подробно описан в гл. IX).
