Прикладные вопросы электрических измерений. Учебное пособие

цепь измеряемого тока, и винты, для подключения измерительного прибора.

Основными метрологическими характеристиками шунтов являются номинальные значения тока и падения напряжения, класс точности. Класс точности определяется основной относительной погрешностью сопротивления

кТ = ± DRmax ×100% ,

Rном

где DRmax - гарантированные границы, за пределы которых не выходит допускаемое при изготовлении отклонение сопротивления шунта от заданного номинального сопротивления Rном .

Рис. 3.2. Конструкция шунта

Промышленностью выпускаются шунты на номинальные значения токов от 0,01 А до 7,5 кА и падения напряжения 30; 45; 75; 100; 150 и 300 мВ с классами точности 0,005; 0,1; 0,2; 0,5. дополнительная погрешность шунтов, вызываемая отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной, не превышает ±0,1 % на каждые 10º С.

Для каждого шунта установлены конкретные значения сопротивления соединительных проводов, с помощью которых измерительный прибор подключается к шунту.

91

При использовании других соединительных проводов возникают систематические погрешности. Их можно определить расчетным путем, используя формулу коэффициента шунтирования.

На переменном токе шунты, как правило, не используют, так как из-за малого внутреннего сопротивления приборов переменного тока шунты должны иметь весьма небольшое сопротивление, что приводит к увеличению их массы и габаритов. Кроме того, на переменном токе могут возникать частотные погрешности шунтов.

3.3. Измерительные цепи с добавочными резисторамии делителями напряжения

Добавочные резисторы и делители напряжения используют для расширения пределов измерения вольтметров и обмоток напряжения ваттметров и счетчиков электрической энергии. Добавочный резистор

RД (рис. 3.3, а) включают последовательно с

измерительным прибором И . Делитель напряжения (рис. 3.3, б) представляет собой последовательно соединенные резисторы R1 и R2 , к одному из которых параллельно подключается измерительный прибор И .

Отношение измеряемого напряжения U к падению напряжения UИ на измерительном приборе в цепи с добавочным резистором (см. рис. 3.3, а) называют

92

коэффициентом деления. Его величина определена сопротивлением добавочного резистора RД и

измерительного прибора RИ

При подключении измерительного прибора коэффициент деления напряжения будет определяться зависимостью

93

RД

R1

U

Основными метрологическими характеристиками добавочных резисторов являются номинальное напряжение, номинальный ток, класс точности. Класс точности определяется основной относительной погрешностью сопротивления

94

изготовлении отклонение сопротивления резистора от заданного номинального сопротивления Rном .

В практике широко используют добавочные резисторы Р103. Они выпускаются на номинальные токи 3 и 5 мА, номинальные напряжения от 600 В до 5 кВ и с основной относительной погрешностью сопротивления ±0,5 %. Изменение их сопротивления, вызванное отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной, не превышает ±0,25 % на каждые 10º С.

Основными метрологическими характеристиками делителей напряжения являются номинальный коэффициент деления, полное входное сопротивление, класс точности, определяемый основной относительной погрешностью коэффициента деления.

Выпускаемые промышленностью делители напряжения (Р343, Р356, Р313, Р35) имеют коэффициенты деления, кратные 10 (от 10 до 10000), входное напряжение от 10 до 1000 В, основную погрешность коэффициента деления от ±0,0005 % до ±0,01 %. Изменение коэффициента деления при изменении температуры окружающего воздуха не превышает ±0,0005 % на каждые 5º С (для Р356 ±0,0015 %). Полное входное сопротивление делителей напряжения составляет 10 МОм ± 0,5 % (для Р342 100 кОм ± 1 %).

Добавочные резисторы используют для расширения пределов измерения низкоомных приборов, так как при использовании высокоомных приборов потребуется

95

изготовление добавочных резисторов весьма большого сопротивления.

Делители напряжения используют, как правило, для расширения пределов измерения высокоомных приборов. В этом случае погрешность коэффициента деления

уменьшается.

3.4. Измерительные цепи с трансформаторами тока и напряжения

Трансформаторы тока и напряжения служат для расширения пределов измерения приборов переменного тока, а также для изоляции их от цепей измеряемых величин.

Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь нагрузки (рис. 3.4, а), трансформатора напряжения – параллельно (рис. 3.4, б). Во вторичные обмотки трансформаторов включают измерительные приборы И .

Трансформаторы тока и напряжения предназначены для преобразования больших токов и напряжений в меньшие, воспринимаемые измерительными приборами.

Поэтому в трансформаторах тока число витков W2

96

трансформаторах тока при больших значениях измеряемых величин в качестве первичной обмотки используют непосредственно провод, по которому протекает измеряемый ток (т.е. W1 = 1 ).

Отношение числа витков обмоток трансформатора тока

кI .ном = W2

W1

и трансформатора напряжения

кV .ном = W1

W2

называют номинальным коэффициентом трансформации.

Номинальные значения коэффициентов трансформации используют для расчета расширенных значений верхних пределов измерения

и цены деления шкалы

СI = CI × кном ,

СV = CV × кном .

В реальных трансформаторах действительный коэффициент трансформации отличается от номинального из-за потерь в ферромагнитном сердечнике, обмотках и измерительном приборе. В результате этого уменьшается амплитуда выходных сигналов трансформаторов и

97

изменяется фазовый сдвиг между токами и напряжениями первичных и вторичных обмоток (в трансформаторах без потерь этот сдвиг составляет 180º). Уменьшение амплитуды называют амплитудной погрешностью (или еще токовой или напряжения), а изменение фазы – фазовой или угловой погрешностью.

Основными метрологическими характеристиками измерительных трансформаторов являются номинальный коэффициент трансформации, номинальное значение нагрузки вторичной цепи и класс точности.

Классы точности кТ измерительных трансформаторов устанавливают по значениям номинального кном и

действительного кI ,V (при определенной нагрузке вторичной цепи) коэффициентов трансформации

Измерительные трансформаторы тока выпускают на номинальные первичные токи от 1 А до 40 кА, номинальные вторичные токи 1; 2 и 5 А, номинальную нагрузку вторичной цепи от 2,5 до 100 ВА, классы точности от 0,01 до 10. Для каждого класса точности установлены пределы допускаемой токовой и угловой погрешностей (примеры приведены в табл. 3.1).

98

При работе с трансформаторами тока необходимо соблюдать осторожность и не допускать разрыва цепи вторичной обмотки под нагрузкой, так как при этом в точке разрыва создается высокое напряжение из-за большого числа витков вторичной обмотки.

Измерительные трансформаторы напряжения выполняют на номинальные первичные напряжения от 127 В до 750 кВ, номинальные вторичные напряжения от 100 до 200 В, номинальную мощность нагрузки вторичной цепи от 5 до 25 ВА с коэффициентом мощности 0,8÷1,0, классы точности от 0,05 до 3 (примеры их для первичного напряжения, равного 0,8÷1,2 номинального при мощности

табл. 3.2).

100