Вимірювання великих струмів і високих напруг
Вимірювання постійних струмів до 6000 А зазвичай проводиться за допомогою приладів магнітоелектричної системи з шунтами.
Шунти на великі струми стають громіздкими, важкими і дорогими, так, наприклад, шунт типу 75ШС 6000 А важить 24 кг. Крім того, застосування шунтів на великі струми не забезпечує достатньої точності і потужність втрат в них велика, наприклад, в згаданому шунт при номінальній напрузі 75 мВ потужність втрат 6 000 А х 0,075 В = 450 Вт. Тому для вимірювання великих постійних струмів застосовуються трансформатори постійного струму, які виготовляються на номінальні первинні струми від 7,5 до 70 кА при вторинному струмі 5 А.
Мал. 1. Шунт B6 - номінальний струм 1A - 15кA - падіння напруги 100мВ
Схема трансформатора постійного струму дана на рис. 2.
Трансформатор постійного струму складається з двох однакових замкнутих сердечників, на кожен з яких накладено по дві обмотки. Сердечники виготовлені з пермаллоя.
Вимірюваний постійний струм проходить по первинним обмоткам, сполученим послідовно. Дві вторинні обмотки, з'єднані між собою послідовно (або паралельно), через випрямляч приєднуються до джерела живлення зі змінним напругою.
Вторинні обмотки з'єднані так, що протягом першого напівперіоду змінного струму i 2 вторинна н. с. i2w2 в першому осерді має зустрічний напрямок по відношенню до первинної н. с. i 1w2 1 а в другому осерді напрямки первинної і вторинної н. с. збігаються. Протягом другого напівперіоду, навпаки, в першому осерді напрямки н. с. збігаються, а в другому вони матимуть зустрічні напрямки.
Мал. 2. Схема вимірювального трансформатора постійного струму
При наявності постійного вимірюваного струму в первинної ланцюга трансформатора струму у вторинному ланцюзі буде проходити змінний струм з прямокутною формою кривої, а в діагоналі мостової випрямної схеми, в яку включений вимірювальний механізм, буде проходити постійний струм. Зміна величини вимірюваного струму викличе зміна первинної н. с. F = i1 wl.
Вимірюючи вторинний струм і примножуючи його на дійсний до оеффіціент трансформації, отримаємо дійсне значення первинного струму.
Мал. 3. Характеристики трансформатора струму: а - крива намагнічування; б - крива струму у вторинному ланцюзі; в - крива струму в вимірнику.
Вимірювання великих змінних струмів, як правило, проводиться амперметрами електромагнітної, феро-динамічної, електродинамічної систем, що включаються через вимірювальні трансформатори струму, які виготовляються на номінальні первинні струми до 25 кА.
Застосовується в деяких випадках включення амперметрів безпосередньо у розтин проводів або шин (без трансформаторів струму) при напрузі в ланцюзі вище 500 В має бути виконано так, щоб забезпечувалися безпеку обслуговування і зручність спостереження за показаннями приладу. Амперметри в таких випадках часто ізолюються від землі шляхом установки їх на ізоляторах.
У ланцюгах високої напруги незалежно від роду струму і частоти треба прагнути включати амперметр в ділянку ланцюга з потенціалом, рівним або близьким до потенціалу землі, тому що в противному випадку створюється небезпека для експериментатора і обслуговуючого персоналу, можуть виникати додаткові похибки від електричного поля, створюються несприятливі умови для роботи ізоляції приладу, яка в цьому випадку повинна знаходитися у відповідності з робочою напругою вимірюваної ланцюга.
У високовольтних ланцюгах постійного струму напруга можна вимірювати:
1) вольтметрами магнітоелектричної системи, які виготовляються на номінальну напругу до 6 кВ,
2) вольтметрами електростатичної системи, які виготовляються на номінальну напругу до 100 кВ,
3) застосовуючи вимірювальні трансформатори напруги постійного струму.
На рис. 4 дана схема вимірювального трансформатора постійної напруги. Первинні обмотки трансформатора, з'єднані послідовно з додатковим опором, підключені до вимірюваному напрузі. Вторинні обмотки, з'єднані паралельно, через випрямляч приєднуються до джерела живлення зі змінним напругою. В діагоналі випрямної схеми включений вимірювальний механізм.
Мал. 4. Схема вимірювального трансформатора постійної напруги
Мал. 5. Електростатичний кіловольтметра
У ланцюгах високої напруги змінного струму вимірювання напруги, як правило, проводиться вольтметрами з номінальною напругою 100 В, що включаються через вимірювальні трансформатори напруги. У цьому випадку, з одного боку, відпадають труднощі виготовлення приладів безпосередньо на високу напругу, з іншого - усувається небезпека для обслуговуючого персоналу при роботі з вимірювальними приладами, приєднаними безпосередньо до проводів високої напруги.
У високовольтної техніки для вимірювання високих напруг часто користуються спеціальними електростатичними вольтметрами, кульовими разрядниками, електронними осцилографами. Два останніх із зазначених приладів застосовуються переважно для вимірювання імпульсів напруги.