Лабораторная работа № 2 Измерение токов через измерительные трансформаторы, шунты измерительные клещи.

Лабораторная работа № 2
Измерение токов через измерительные трансформаторы, шунты
измерительные клещи.
1. Измерение тока с помощью измерительных клещей.
Клещи токоизмерительные представляют собой прибор, основным назначением которого
является измерение электрического ток без разрыва электрической цепи и нарушения ее
функционирования.
Дополнительно этот прибор способен измерять также напряжение, частоту, температуру
(в некоторых моделях).
В соответствии с измеряемыми величинами электроизмерительные клещи делятся на
амперметры, вольтметры, ваттметры, фазометры, ампервольтметры.
К самым распространенным относятся клещевые амперметры для измерения переменного
тока, получившие название токоизмерительных клещей. С их помощью можно быстро
измерить ток в проводнике, не разрывая и не отключая электрическую цепь.
Электроизмерительные клещи могут применяться в электроустановках до 10000В.
О назначении многих электрических приборов и инструментов известно любому
обывателю – все знают, зачем нужен паяльник или электрическая дрель. Но далеко не у
каждого, даже не на каждом предприятии найдутся токоизмерительные клещи.
Несмотря на это, токовые клещи предназначены для широкого использования, просто
очень многие не знают о существовании такого прибора и не умеют ним пользоваться.
Где применяются электроизмерительные клещи?
Клещи токоизмерительные могут стать незаменимым помощником как для бытовых
потребителей, так и на предприятиях различных масштабов. С их помощью возможно:

- определять фактическую нагрузку в сети. Чтобы определить нагрузку однофазной
сети, осуществляется замер на вводном кабеле, полученное значение тока в
амперах умножается на напряжение в сети и косинус угла между фазами (cos φ).
Если отсутствует реактивная нагрузка (мощные индуктивные элементы, дроссели,
двигатели), то последнее значение принимается равным единице (cos φ = 1).


- для измерения мощности различных приборов. В случае возникновения
необходимости измеряется сила тока участка цепи с подключенным потребителем.
Мощность определяется по вышеописанной формуле.
- для проверки функционирования приборов учета потребления электроэнергии,
например, сверки показаний счетчиков с фактическим потреблением.
Конструкция и обозначения
В состав электроизмерительных клещей любой модификации входят следующие
основные части: клещи-магнитопровод, переключатель диапазонов и функций, дисплей,
выходные разъемы, кнопка фиксации измерений. В данной статье рассматриваются
токовые клещи марки mastech M266.
Переключатель может быть установлен в одно из положений режимов измерений:
1.
2.
3.
4.
- DCV – постоянное напряжение;
- ACV – переменное напряжение;
- DCA – постоянный ток;
- ACA – переменный ток;
5. - Ω - сопротивление;
6. - значок диода – проверка диодов;
7. - значок сигнала – прозвонка с зуммером.
Три входных разъема прибора имеют защиту от перегрузки. При подключении прибора
черный провод щупов подсоединяется к разъему «COM», а красный – к разъему «VΩ».
Третий разъем, обозначенный как «EXT», применяется для подключения измерителя
изоляции.
Порядок измерения тока
Переключатель пределов устанавливается в положение, соответствующее необходимому
диапазону измерения переменного тока. Токовые клещи подключаются к измеряемому
проводнику.
Если на дисплее наблюдается только значение «1», то необходимо переключатель
пределов установить на более высокое значение, так как возникла перегрузка.
Порядок измерения напряжения
Красный провод щупа подсоединить к разъему «VΩ», черный – к «COM». Переключатель
пределов установить в положение, соответствующее измеряемому диапазону.
Щупы подсоединить к измеряемой нагрузке или источнику напряжения. На экране
прибора будет наблюдаться измеряемое напряжение, а также его полярность. Если на
экране наблюдается только значение «1», то переключатель пределов необходимо
переключить на более высокое значение, так как возникла перегрузка.
Порядок измерения сопротивления
Щупы прибора так же, как и при измерении напряжения. Переключатель диапазонов
установить на диапазон «Ω». Если прибор используется для прозвонки, то переключатель
нужно установить в соответствующее положение. Если сопротивление измеряемого
участка схемы меньше 50 Ом, то будет звучать сигнал зуммера.
2. Измерение тока с помощью измерительного трансформатора
тока
Измерительные трансформаторы ТТ используются для измерения тока в
электрических цепях переменного тока высокого напряжения и цепях с большим током
нагрузки. Режим работы трансформаторов тока близкий к режиму короткого
замыкания, так как вторичная обмотка включена на маленькое внутреннее сопротивление
прибора (сопротивление рамки или катушки измерительного механизма прибора).
Включение ТТ в цепь показана на Рис.24.
Этот режим работы ТТ налагает особые требования к эксплуатации прибора : прежде
чем отключить амперметр необходимо вторичную обмотку трансформатора закоротить
коротким проводником; при включенном ТТ и разомкнутой вторичной обмотке в ней
возникает высокое напряжение которое может вывести ТТ из строя, а также возникает
опасность для жизни обслуживающего персонала.
Трансформаторы тока широко применяются в измерения параметров силовых
электрических цепей и имеют разнообразную конструкцию. Одной из разновидностей, это
трансформаторы тока с разъемным магнитопроводом. Разъемный магнитопровод
позволяет подключить трансформатор не разрывая проводника размещая его внутри
магнитопровода, а сам проводник служит первичной обмоткой. Такую конструкцию ТТ
имеют измерительные клещи для оперативного измерения тока.
Первичная обмотка w1 показана на рис.24 жирной линией и практически выполнена
из одного витка, или прямого проводника проходящего внутри магнитопровода. К
обмотке w2 подключен измерительный прибор. На схеме (пунктиром) показано условное
обозначение трансформатора тока (ТТ).
3. Измерение тока через шунты
4. Измерительные шунты
5. Шунт является простейшим измерительным преобразователем тока в
напряжение. Измерительный шунт представляет собой четырехзажимный
резистор. Два входных зажима шунта, к которым подводится ток I, называются
токовыми, а два выходных зажима, с которых снимается напряжение U,
называются потенциальными.
6. К потенциальным зажимам шунта обычно присоединяют измерительный
механизм измерительного прибора.
7.
8. Измерительный шунт характеризуется номинальным значением входного тока
Iном и номинальным значением выходного напряжения Uном. Их отношение
определяет номинальное сопротивление шунта:
9. Rш=Uном / Iном
10. Шунты применяются для расширения пределов измерения измерительных
механизмов по току, при этом большую часть измеряемого тока пропускают
через шунт, а меньшую — через измерительный механизм. Шунты имеют
небольшое сопротивление и применяются, главным образом, в цепях
постоянного тока с магнитоэлектрическими измерительными механизмами.
11.
12. Рис. 1. Схема соединения измерительного механизма с шунтом
13. На рис. 1 приведена схема включения магнитоэлектрического механизма
измерительного прибора с шунтом Rш. Ток Iи протекающий через
измерительный механизм, связан с измеряемым током I зависимостью
14. Iи = I (Rш / Rш + Rи),
15. где Rи — сопротивление измерительного механизма.
16. Если необходимо, чтобы ток Iи был в n раз меньше тока I, то сопротивление
шунта должно быть:
17. Rш = Rи / (n - 1),
18. где n = I / Iи — коэффициент шунтирования.
19. Шунты изготовляют из манганина. Если шунт рассчитан на небольшой ток (до
30 А), то его обычно встраивают в корпус прибора (внутренние шунты). Для
измерения больших токов используют приборы с наружными шунтами В этом
случае мощность, рассеиваемая в шунте, не нагревает прибор.
20. На рис. 2 показан наружный шунт на 2000 А Он имеет массивные наконечники
из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных
между ними. Зажимы шунта А и Б — токовые.
21.
22. Рис 2 Наружный шунт
23. Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам В и Г,
между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении
измерительного механизма устраняются погрешности от контактных
сопротивлений.
24. Наружные шунты обычно выполняются
калиброванными, т е. рассчитываются на определенные
токи и падения напряжения. Калиброванные шунты
должны иметь номинальное падение напряжения 10, 15,
30, 50, 60, 75, 100, 150 и 300 мВ.
25. Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние
шунты изготовляют на несколько пределов измерения.
26. На рис. 3, а, б показаны схемы многопредельных шунтов. Многопредельный
шунт состоит из нескольких резисторов, которые можно переключать в
зависимости от предела измерения рычажным переключателем (рис. 3, а) или
путем переноса провода с одного зажима на другой (рис. 3, б).
27. При работе шунтов с измерительными приборами на переменном токе возникает
дополнительная погрешность от изменения частоты, так как сопротивления
шунта и измерительного механизма поразному зависят от частоты.
28.
29. Рис.3. Схемы многопредельных измерительных шунтов: a — шунта с рычажным
переключателем, б — шунта с отдельными выводами
30. Шунты разделяются на классы точности 0,02; 0,05; 0,1; 0,2 и 0,5. Число,
определяющее класс точности, обозначает допустимое отклонение
сопротивления шунта в процентах его номинального значения.
31.