Pomiar dużych prądów i wysokich napięć
Pomiar prądów stałych do 6000 I jest zwykle wykonywany za pomocą narzędzi układu magnetoelektrycznego z boczniki.
Boczniki wysokoprądowe stają się nieporęczne, ciężkie i drogie, na przykład bocznik 75ShS 6000 A waży 24 kg. Dodatkowo zastosowanie boczników dla dużych prądów nie zapewnia wystarczającej dokładności a straty mocy w nich są duże np. we w/w boczniku przy napięciu znamionowym 75mV strata mocy wynosi 6000 A x 0,075 V = 450 W. Dlatego do pomiaru dużych prądów stałych stosuje się przekładniki stałoprądowe, które są produkowane dla znamionowych prądów pierwotnych od 7,5 do 70 kA przy prądzie wtórnym 5 A.
Ryż. 1. Bocznik B6 — prąd znamionowy 1A — 15kA — spadek napięcia 100mV
Podobnie jak w obwodach prądu przemiennego, uzwojenie pierwotne jest podłączone do obwodu prądu mierzonego (w odcinku przewodu), natomiast uzwojenia wtórne są podłączone do sinusoidalnego źródła napięcia szeregowo z obciążeniem. Indukuje się w nich pole elektromagnetyczne, którego wartość zależy od prądu pierwotnego.Prąd wtórny jest proporcjonalny do prądu pierwotnego, jeśli rezystancja obciążenia jest znacznie mniejsza niż rezystancja indukcyjna uzwojeń.
Schemat transformatora prądu stałego pokazano na ryc. 2.
Transformator prądu stałego składa się z dwóch identycznych zamkniętych rdzeni, z których każdy ma dwa nałożone na siebie uzwojenia. Rdzenie wykonane są z permaloidu.
Zmierzony prąd stały przepływa przez uzwojenia pierwotne połączone szeregowo. Dwa uzwojenia wtórne połączone szeregowo (lub równolegle) są połączone przez prostownik ze źródłem prądu przemiennego.
Uzwojenia wtórne są połączone tak, że podczas pierwszego półcyklu prądu przemiennego i2 wtórny n. p. i2w2 w pierwszym rdzeniu ma kierunek przeciwny do podstawowego n. p. i1w21 aw drugim rdzeniu kierunki pierwotnego i wtórnego n. v. mecze. W drugim półokresie przeciwnie, w pierwszym rdzeniu kierunku n. v. pokrywają się, aw drugim będą miały przeciwne kierunki.
Ryż. 2. Schemat przekładnika pomiarowego prądu stałego
W obecności stałego mierzonego prądu w obwodzie pierwotnym przekładnika prądowego, w obwodzie wtórnym popłynie prąd przemienny o prostokątnym kształcie krzywej, a prąd stały w przekątnej prostownika mostkowego, do którego podłączony jest mechanizm pomiarowy. Zmiana wielkości mierzonego prądu doprowadzi do zmiany pierwotnego N. przy F = i1wl.
Mierząc prąd wtórny i mnożąc go przez rzeczywisty Tak, każdy współczynnik transformacji, otrzymujemy rzeczywistą wartość prądu pierwotnego.
Ryż. 3. Charakterystyka przekładnika prądowego: a — krzywa magnesowania; b — krzywa prądu w obwodzie wtórnym; c — krzywa prądu w glukometrze.
Pomiar dużych prądów przemiennych odbywa się z reguły za pomocą amperomierzy układów elektromagnetycznych, ferrodynamicznych, elektrodynamicznych, które są włączane przez pomiarowe przekładniki prądowe, które są produkowane dla znamionowych prądów pierwotnych do 25 kA.
Stosowane w niektórych przypadkach włączanie amperomierzy bezpośrednio w odcinku przewodów lub szyn zbiorczych (bez przekładników prądowych) przy napięciach obwodów powyżej 500 V powinno być wykonane w taki sposób, aby zapewnić bezpieczeństwo obsługi i wygodę obserwacji wskazań urządzenie. Amperomierze w takich przypadkach są często izolowane od uziemienia poprzez zamontowanie ich na izolatorach.
W obwodach wysokiego napięcia, niezależnie od rodzaju prądu i częstotliwości, należy dążyć do włączenia amperomierza na odcinku obwodu o potencjale równym lub zbliżonym do potencjału ziemi, ponieważ w przeciwnym razie istnieje niebezpieczeństwo dla eksperymentatora i personelu konserwacyjnego mogą wyniknąć dodatkowe błędy wynikające z pola elektrycznego oraz niekorzystnych warunków pracy izolacji urządzenia, które w tym przypadku muszą być zgodne z napięciem roboczym mierzonego obwodu.
W wysokonapięciowych obwodach prądu stałego napięcie można zmierzyć:
1) woltomierze układu magnetoelektrycznego, które są produkowane na napięcie znamionowe do 6 kV,
2) woltomierze układu elektrostatycznego, które są produkowane na napięcie znamionowe do 100 kV,
3) za pomocą przekładników do pomiaru napięcia prądu stałego.
na ryc. 4 przedstawia schemat przekładnika do pomiaru napięcia prądu stałego. Uzwojenia pierwotne transformatora połączone szeregowo z dodatkową rezystancją są podłączone do mierzonego napięcia.Uzwojenia wtórne połączone równolegle są podłączone przez prostownik do źródła prądu przemiennego. Mechanizm pomiarowy jest zawarty w przekątnej obwodu prostownika.
Ryż. 4. Schemat transformatora do pomiaru napięcia stałego
Ryż. 5. Kilowotomierz elektrostatyczny
W obwodach prądu przemiennego wysokiego napięcia pomiar napięcia jest zwykle wykonywany za pomocą woltomierzy o napięciu znamionowym 100 V podłączonych przez przekładniki do pomiaru napięcia. W takim przypadku z jednej strony znikają trudności wykonania urządzeń bezpośrednio pod wysokie napięcie, z drugiej strony wyeliminowane jest zagrożenie dla personelu obsługi podczas pracy z urządzeniami pomiarowymi podłączonymi bezpośrednio do przewodów wysokiego napięcia.
W technice wysokiego napięcia do pomiaru wysokiego napięcia często stosuje się specjalne woltomierze elektrostatyczne, świece zapłonowe i oscyloskopy elektroniczne. Ostatnie dwa z tych urządzeń służą przede wszystkim do pomiaru impulsów napięciowych.