ЕРВ

Електровимірювальні прилади виробляють на обмежені діапазони вимірювання як за величин струму,так і за величин напруг.

Обмеження діапазонів вимірювання у приладах пояснюється складністю створення приладів на високі напруги і великі струми, зумовлені, перш за все, умовами безпеки користування приладами, що містяться в безпосередній близькості від спостерігача, та складністю підведення проводів і шин значної площі перерізу до приладів, зібраних разом на щитах і пультах.

Для забезпечення можливості безпечного і нескладного вимірювання яких завгодно величин напруг, струмів, потужностей та інших електричних величин, розроблено ряд пристроїв, що дають можливість наявними приладами, тобто приладами, призначеними для вимірювань електричних величин помірної величини, вимірювати дійсні електричні величини значного розміру, не сприйнятні до прямих вимірювань цими приладами. До таких пристроїв слід віднести шунти, додаткові опори та вимірювальні трансформатори струму і напруги. Всі ці пристрої є перетворювачами відповідних електричних величин на електричні, сприйнятні для вимірювання.

Шунт (електричний) — це електричний провідник, що приєднується для відведення частини електричного струму в обхід даної ділянки електричного кола.

Це резистор, виконаний з манганінових дротів, стрижнів або штаб, жорстко приєднаних з обох кінців до мідних чи латунних наконечників. Кожний з наконечників має два отвори: один значного діаметра, для приєднання провідника, по якому протікає вимірюваний струм, і другий, малого діаметра, для приєднання провідника, що йде до вимірювального приладу — магнітоелектричного мілівольтметра. Шунти виготовляють на номінальні струми до 7500 А. Кілька шунтів із позначенням їхніх номінальних струмів показано на рис. 1. У зв’язку з тим, що шунти розраховано на приєднання до них магнітоелектричних мілівольтметрів, опір цих шунтів підганяють до такої величини, щоб при номінальному струмі шунта падіння напруги на ньому становило 45, 75 або 120 мВ (перші дві напруги мають перевагу). Шунти, виконані на великі величини струмів, — стаціонарні, призначені для жорсткого кріплення до нерухомих конструкцій. Часто такі шунти встановлюються безпосередньо на струмоведучих шинах, над місцем їх розриву. Мілівольтметр до шунта приєднують за допомогою каліброваних провідників. Шунти, виконані на відносно невеликі струми, частіш за все — переносні. Шунти на відносно малі струми можуть бути виконані на декілька границь вимірювання. Схему універсального шунта, призначеного на кілька номінальних струмів і розрахованого при цьому на викори- стання лише одного мілівольтметра, зображено на рис. 2.

У разі вимірювань величини струмів із застосуванням шунтів треба враховувати, що мілівольтметр, який показує величину струму, перебуває під напругою, що відповідає величині напруги у точці кола, де приєднано шунт. І якщо ця напруга висока, то поводитись з приладом і проводами, що приєднані до нього, слід відповідно до правил безпеки праці. Схема вмикання шунта з мілівольтметром для вимірювання струму зображена на рис. 3.

Рисунок 1. Електричні шунти

Окрім описаних зовнішніх шунтів, що використовуються лише з магнітоелектричними мілівольтметрами, у приладах бувають >внутрішні шунти. Такі шунти індивідуальні для кожного приладу і вмонтовуються як у магнітоелектричні, так і у електродинамічні та феродинамічні амперметри, де вкрай необхідні, бо спіральні пружинки, що підводять струм до обмоток рамок рухомої частини приладу, нездатні пропускати через себе хоч який значний струм. Частіш за все ці пружинки здатні на пропускання струму всього у кілька десятків міліампер, або й ще менших

Рисунок 2. Схема універсального шунта з приєднаним до нього мілівольтметром Рисунок 3. Схема вмикання мілівольтметра з шунтом для вимірювання струму

Додатковий опір — це набір точно підібраних елементів опору (котушок, пластин), об’єднаних у одному корпусі й призначених для вмикання послідовно в коло вольтметра або в коло напруги ватметра для збільшення межі вимірювання напруги вольтметра чи межі напруги ватметра.

Для роботи з магнітоелектричними вольтметрами виробляють додаткові опори на величини номінальних струмів 3; 5; 7,5 мА. Для роботи з електродинамічними або електромагнітними вольтметрами чи з колом напруги електродинамічних ватметрів виробляють додаткові опори з номінальними струмами 15 і 30 мА.

Додаткові опори можуть розширювати межі вимірювання напруги до 3000 В

Додаткові опори мають елементи з активним опором і захисний корпус. Якщо цей опір розширює межі вимірювань до високих напруг, то його металевий корпус повинен мати затискач для приєднання проводу заземлення.

Схему вмикання додаткових опорів з вольтметром та ватметром наведено на рис. 4.

Рисунок 4. Схема вмикання приладів з додатковими опорами

При використанні додаткових опорів вкрай необхідно, щоб величина номінального струму кола напруги приладу точно збігалася з величиною номінального струму додаткового опору, а номінальна напруга приладу — зі значенням напруги, вказаним на першому затискачі додаткового опору.

Зазначимо, що додаткові опори, призначені для вмикання з магнітоелектричними приладами, працюють як і прилади, тільки на постійному струмі.

Додаткові опори, призначені до роботи з електромагнітними та електродинамічними приладами, можуть працювати як на постійному, так і на змінному струмах.

Вимірювальний трансформатор струму — це знижувальний електричний трансформатор, що дає змогу вимірювати струм у колах зі значними струмами та з високою напругою за допомогою електричних приладів з відносно невеликими границями вимірювань. Цей трансформатор зменшує величину струму, що проходить по його первинній обмотці, та ізолює електричне коло, у яке ввімкнено електричний прилад, від кола, де проходить первинний вимірюваний струм.

Трансформатори струму можуть бути стаціонарними чи переносними. Залежно від виконання первинної обмотки вони можуть бути котушковими або одновитковими.

Випрямні частотоміри, створені на основі магнітоелектричних логометрів, діють аналогічно тому, як діє електромагнітний частотомір. Тобто вони мають два резонансні контури: резонансна частота одного нижча за найменшу вимірювану, а іншого — виша за найбільшу вимірювану. Але змінні струми, що протікають у вказаних контурах, випрямлюються двопівперіодними випрямлячами і надсилаються до рамок рухомої частини магнітоелектричного логометра, кут повороту якої залежить від відношення цих струмів. Згідно з цим, положення стрілки на шкалі логометра визначатиме величину частоти напруги.

Трансформатори струму можуть бути стаціонарними чи переносними. Залежно від виконання первинної обмотки вони можуть бути котушковими або одновитковими.

У одновиткових трансформаторів цей єдиний виток первинної обмотки частіш за все виконано у вигляді стрижня чи шини, по яких проходить вимірюваний струм.

На основі одновиткових трансформаторів струму виконано більшість прохідних трансформаторів струму (рис. 5, а), які встановлюють в місцях уведення лінії енергопостачання у будівлі, чи в місцях переходу лінії з одного помешкання в інше.

Прохідні трансформатори можуть мати й декілька витків первинної обмотки. Тоді їх виконують так, як показано на рис. 5, б.

Для роботи у мережах надвисоких напруг (200...500 кВ) виробляють двоі кількакаскадні трансформатори струму. Будову і схему з’єднань одного з таких трансформаторів, розрахованого на експлуатацію в мережах напругою 220 кВ, показано на рис. 6.

Вторинна обмотка трансформатора струму у більшості випадків розрахована на номінальний струм 5 А. Саме такий струм має проходити по струмових обмотках вимірювальних приладів, якщо у первинній обмотці трансформатора він дорівнюватиме номінальному.

Для виконання вимірювань струму на відкритих трансформаторних підстанціях, де довжина проводів, що з’єднують вторинну обмотку трансформатора з вимірювальними приладами, може бути досить великою (іноді сотні метрів) виготовляють трансформатори струму з номінальним струмом вторинної обмотки, який дорівнює 1 А. Це необхідно для того, щоб не виконувати з’єднання цих трансформаторів з приладами проводами значного перерізу

Рисунок 5. Прохідні вимірювальні трансформатори струму Рисунок 6. Каскадний трансформатор струму: а – схема; б – будова

Всі трансформатори струму розраховано на те, що їхні вторинні обмотки будуть замкнені на амперметри, чи струмові обмотки ватметрів, лічильників та 8 інших приладів, що мають, як і амперметр, досить малий опір. Тобто трансформатори струму працюють у режимі, наближеному до режиму короткого замикання. Це і є нормальним режимом їхньої роботи. Величина опору, позначена на табличці вимірювального трансформатора струму,— це найбільша величина опору всіх обмоток приладів, приєднаних до вторинної обмотки трансформатора, при якому клас точності трансформатора відповідає тому класові, що вказаний на тій самій табличці. При більшому ж опорі з’явиться похибка, і клас точності трансформатора струму вже не буде гарантований.

Найбільш небезпечним і недопустимим режимом трансформатора струму є його робота при розімкнутій вторинній обмотці.

При цьому збільшиться магнітний потік у магнітопро- воді трансформатора, а на розімкнутих кінцях його вторинного кола з’явиться напруга у кілька сотень, а за несприятливих умов — і тисяч вольт, що являє собою небезпеку для людини.

Тому, якщо у вторинному колі трансформатора струму необхідно зробити які-небудь перемикання, наприклад замінити прилад, його вторинну обмотку обов’язково попередньо необхідно замкнути, а розімкнути лише після того, як прилад буде замінено і приєднано.

Схему вмикання трансформатора для вимірювань струму наведено на рис. 7, а. Порядок дій, необхідних при заміні приладу у вторинному колі трансформатора струму, показано на рис. 7, б.

Для того щоб уникнути небезпечного переходу високої напруги з первинної обмотки на вторинну в разі електричного пробою ізоляції між обмотками, вторинну обмотку необхідно заземлити.

Для оперативних вимірювань струму у місцях, де немає ані трансформаторів струму, ані встановлених приладів (вимірювальних), найзручніше користуватись трансформаторними кліщами, які складаються з трансформатора струму з роз’ємним магнітопроводом, вимірювального приладу, приєднаного до вторинної обмотки цього трансформатора, механізму роз’єму магнітопровода та ізоляційної ручки.

Рисунок 7. Схема вмикання вимірювального трансформатора струму: а – схема вмикання для вимірювань; б – порядок дій при заміні амперметра у вторинному комі трансформатора

Кліщі використовують при напрузі на струмопровідному проводі, що не перевищує 500...600 В. Але бувають кліщі з довгими ізольованими ручками, придатні для вимірювань струму й при напругах до 10 000 В.

Вимірювальний трансформатор напруги — не знижувальний електричний трансформатор, що дає змогу вимірювати напругу в мережах зі значною напругою за допомогою електричних приладів з відносно невеликими границями вимірювань.

Цей трансформатор зменшує величину напруги до безпечного рівня та ізолює електричну мережу, до якої приєднано первинну обмотку, від електричного кола, в яке ввімкнено вимірювальні прилади або їхні окремі кола (наприклад, кола напруги ватметрів, лічильників, фазометрів тощо).

У трансформаторах напруги і первинна, і вторинна обмотки мають значну кількість витків. У первинній кількість витків більша, ніж у вторинній, у стільки разів, у скільки разів напруга первинної обмотки більша за 100 В, бо номінальною напругою вторинної обмотки всіх трансформаторів напруги є саме 100 В. У багатьох таких трансформаторах вторинна обмотка має ще проміжний вивід, де напруга дорівнює 100/√33 В.

Трансформатори напруги працюють у режимі, близькому до режиму холостого ходу, і величина опору, приєднаного до його вторинної обмотки, повинна бути не меншою за величину, при якій споживана від вторинної обмотки трансформатора потужність (при напрузі 100 В) не перевищує номінальної потужності трансформатора, позначеної на його табличці. Схему ввімкнення вимірювального трансформатора напруги з приладом для вимірювання напруги наведено на рис. 8.

Рисунок 8. Схема ввімкнення вимірювального трансформатора напруги

Запобіжники ЗП1 і ЗП₂ для захисту трансформатора вкрай необхідні, бо в разі випадкового короткого замикання вторинної обмотки W₂, якби не було запобіжників, обов’язково б перегрілися й вийшли з ладу обмотки трансформатора, розраховані на дуже малий струм, споживаний цим трансформатором. Для запобігання небезпечному переходові високої напруги з первинної обмотки на вторинну, в разі пошкодження ізоляції між ними, як і у трансформатора струму, вторинна обмотка трансформатора напруги потребує заземлення.