Меню

Потери в датчиков тока

Датчик тока

Содержание

Датчик тока предназначен для того, чтобы передать в систему автоматического управления сигнал, пропорциональный току, протекающему в силовой цепи или для преобразования тока до значения, удобного для измерения.

В настоящее время примерно 15 % всех электроприводов имеют инверторное управление, и это управление позволяет сэкономить до 50 % всей расходуемой электроэнергии. Однако векторное управление невозможно без контроля тока, напряжения и магнитного поля.

Наиболее распространенными сегодня способами измерения тока являются три метода:

  • метод прямого измерения с помощью токоизмерительного шунта;
  • косвенный метод с помощью трансформатора тока;
  • метод, основанный на основе эффекта Холла.

Метод прямого измерения – это наиболее часто применяемый метод, что объясняется простотой его использования и дешевизной. Прямое измерение тока обеспечивается включением в схему токочувствительного резистора (шунта), который имеет стабильный температурный коэффициент (ТКС менее 0,01 %).

Графическое изображение шунта представлено на рисунке 2.89 а , схема подключения – на рисунке 2.89 б.

Токовый шунт

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.

Шунт, представленные на рисунке, имеет наконечники из меди, которые служат для отвода тепла от манганиновых пластин, впаянных между ними. Шунт подключается последовательно в цепь через токовые зажимы. Измерительный механизм присоединяют к потенциальным зажимам, между которыми и заключено сопротивление шунта. При таком включении измерительного механизма устраняются погрешности от контактных сопротивлений.

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. Для переносных магнитоэлектрических приборов на токи до 30 А внутренние шунты изготовляют на несколько пределов измерения. Большинство измерительных головок для шунтов откалибровано на напряжение в 75мВ.

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.

  • простота контракции;
  • хорошая линейность;
  • способность измерять постоянный и переменные токи;
  • отсутствие необходимости внешнего источника питания.
  • отсутствие гальванической развязки;
  • вносимые в цепь измерений потери;
  • при низких токах шунт должен иметь высокое сопротивление, чтобы падение напряжения на нем имело достаточную величину, что приводит к необходимости применения усилителя;
  • наличие паразитной индуктивности у большинства мощных резисторов приводит к ограничению полосы пропускания данного метода.

В конструктивном отношении трансформаторы тока выполнены в виде сердечника, шихтованного из холоднокатанной кремнистой трансформаторной стали, на которую наматываются одна или несколько вторичных изолированных обмоток. Первичная обмотка также может быть выполнена в виде катушки, намотанной на сердечник, либо в виде шины. В некоторых конструкциях вообще не предусмотрена встроенная первичная обмотка; первичная обмотка выполняется потребителем путём пропускания провода через специальное окно. Обмотки и сердечник заключаются в корпус для изоляции и предохранения обмоток. В некоторых современных конструкциях трансформаторов тока сердечник выполняется из нанокристаллических (аморфных) сплавов, для расширения диапазона, в котором трансформатор работает в классе точности.

Вторичные обмотки трансформатора тока обязательно нагружаются. Сопротивление нагрузки строго регламентировано требованиями к точности коэффициента трансформации. Незначительное отклонение сопротивления вторичной цепи от номинала приводит к изменению погрешности преобразования и возможно ухудшению измерительных качеств трансформатора. Значительное увеличение сопротивления нагрузки создает высокое напряжение во вторичной обмотке, достаточное для пробоя изоляции трансформатора, что приводит к выходу трансформатора из строя, а также создаёт угрозу жизни обслуживающего персонала. Кроме того, из-за возрастающих потерь в сердечнике магнитопровода, трансформатор начинает перегреваться, что также может привести к повреждению (или, как минимум, к износу) изоляции и дальнейшему её пробою. Полностью разомкнутая вторичная обмотка ТТ не создаёт компенсирующего магнитного потока в сердечнике, что приводит к перегреву магнитопровода и его выгоранию. При этом магнитный поток, созданный первичной обмоткой, имеет очень высокое значение и потери в магнитопроводе сильно нагревают его.

Коэффициент трансформации измерительных трансформаторов тока является их основной характеристикой. Номинальный (идеальный) коэффициент указывается на шильдике трансформатора в виде отношения номинального тока первичной (первичных) обмоток к номинальному току вторичной (вторичных) обмоток, например, 100/5 А или 10–15–50–100/5 А (для первичных обмоток с несколькими секциями витков). При этом реальный коэффициент трансформации несколько отличается от номинального. Это отличие характеризуется величиной погрешности преобразования, состоящей из двух составляющих – синфазной и квадратурной. Первая характеризует отклонение по величине, вторая отклонение по фазе вторичного тока реального от номинального. Эти величины регламентированы ГОСТами и служат основой для присвоения трансформаторам тока классов точности при проектировании и изготовлении. Поскольку в магнитных системах имеют место потери, связанные с намагничиванием и нагревом магнитопровода, вторичный ток оказывается меньше номинального у всех трансформаторов тока. В связи с этим для улучшения характеристик и внесения положительного смещения в погрешность преобразования применяют витковую коррекцию. А это означает, что коэффициент трансформации у таких откорректированных трансформаторов не соответствует привычной формуле, соотношений витков первичной и вторичной обмоток.

Графическое изображение трансформаторов тока представлено на рисунке 2.90 а , на рисунке 2.90 б – схема включения.

Трансформатор тока

Аналогичный метод измерений используется в датчиках, получивших название «пояс Роговского». Различие только в том, что «пояс Роговского» не имеет сердечника и поэтому его индуктивность меньше, чем у трансформаторов тока.

  • наличие гальваническая развязка с высоким пробивным напряжением;
  • может измерять токи в несколько кА;
  • высокая точность измерений.
  • работают на сетевой частоте и не могут использоваться в цепях постоянного тока;
  • изменяет фазу сигнала и требует компенсации.

Датчики на основе эффекта Холла

Датчики компенсационного типа и датчики прямого усиления основаны на использовании эффекта Холла, Генераторы Холла обладают определенной зависимостью чувствительности и начального выходного напряжения от температуры, тем не менее, эта зависимость может быть значительно компенсирована электронной схемой датчика тока.

Датчики прямого усиления используют эффект Холла. Магнитная индукция В и напряжение Холла, создаются измеряемым первичным током IP, который необходимо преобразовать в выходной ток датчика. Ток управления подается с помощью стабилизированного источника тока.

При создании датчика тока открытого типа берется магнитопровод, пропускается через него провод измеряемой цепи и в разрез магнитопровода помещается датчик Холла (рисунок 2.91).

Датчик тока на эффекте Холла открытого типа

Достоинством такого датчика является относительная простота. Недостатком – наличие подмагничивания сердечника, следовательно, повышение нелинейности показаний.

Датчики прямого усиления позволяют измерять номинальные токи от нескольких ампер до нескольких сотен килоампер с общей точностью в несколько процентов от номинального значения.

Датчики прямого усиления способны измерять постоянный, переменный ток и токи других форм с гальванической изоляцией. Они отличаются низкой потребляемой мощностью и уменьшенными геометрическими размерами, а также относительно небольшим весом, в особенности для диапазона больших токов. Они обеспечивают отсутствие внутренних потерь в измеряемой цепи и особенно устойчивы к перегрузкам. Эти датчики сравнительно недороги и в основном применяются в промышленности.

Датчики компенсационного типа , (также называемые датчиками с нулевым потоком) имеют встроенную компенсационную цепь, с помощью которой характеристики датчиков тока, использующих эффект Холла, могут быть существенно улучшены.

В то время как датчики прямого усиления дают выход напряжения, пропорциональный увеличенному напряжению Холла, компенсационные датчики обеспечивают выходной ток, пропорциональный напряжению Холла, который действует как сигнал обратной связи, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое первичным током, магнитным полем, создаваемым полем выходного тока (рисунок 2.92).

Датчик тока на эффекте Холла компенсационного типа

Диапазон компенсационных датчиков позволяет измерять номинальные токи от нескольких ампер до нескольких сотен килоампер с точностью около 1 %.

Компенсационные датчики способны измерять постоянный ток, переменный ток и токи иной формы с гальванической развязкой.

Они выделяются следующим:

  • отличная точность;
  • очень хорошая линейность;
  • малый температурный дрейф;
  • очень быстрое время отклика и широкий частотный диапазон;
  • не приводят к дополнительным потерям в измерительной цепи.

Токовый выход этих датчиков особенно приспособлен к применению при наличии помех окружающей среды. При необходимости очень легко преобразовать сигнал датчика в напряжение. Датчики выдерживают перегрузки тока без повреждений. Эти датчики особенно хорошо подходят к промышленному применению, когда требуется высокая точность и широкий частотный диапазон. Основным недостатком этой технологии является потребление мощности на компенсацию тока. Кроме того, для диапазона высоких токов эти датчики более дорогие и имеют большие габариты по сравнению с аналогичными датчиками прямого усиления. Несмотря на это, датчики компенсационного типа являются относительно дешевыми, особенно для диапазона малых токов.

  • широкий диапазон измеряемых токов с частотой до 50–100кГц и выше;
  • измеряет постоянный и переменный ток;
  • гальваническая развязка;
  • высокая точность;
  • низкий температурный дрейф;
  • линейность;
  • небольшие масса-габаритные показатели;
  • низкое энергопотребление.
  • высокая стоимость.

Литература

Элементы и функциональные устройства судовой автоматики — Авдеев Б.А. [2018]

Источник

2.4 Измерение тока и потерь ХХ

2.4 Измерение тока и потерь холостого хода

2.4.1. Традиционное устройство для измерения тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении

Читайте также:  Как определить силу тока в машине

Для условий эксплуатации опыт холостого хода (XX) при малом однофазном возбуждении обмоток является основным способом измерения тока и потерь холостого хода. Эти испытания производятся для трансформаторов мощностью 10000 кВ·A и более [30]. Измерение тока и потерь ХХ трансформаторов при вводе их в эксплуатацию и в процессе эксплуатации производится с целью выявления возможных витковых замыканий в обмотках, замыканий в элементах магнитопровода и замыканий магнитопровода на бак трансформатора.

На практике в полевых условиях на объектах энергетики персонал высоковольтной лаборатории для измерения тока и потерь холостого хода силового трансформатора при малом однофазном возбуждении использует устройство, содержащее источник регулируемого переменного напряжения, с помощью которого поочередно возбуждаются фазы низковольтной обмотки силового трансформатора ab, bс, ас при подключенных к ней с помощью соединительных проводов амперметра, ваттметра, вольтметра и частотомера, в то время как обмотки высокого и среднего напряжения трансформатора остаются свободными [22, 250, 252].

Снятие показаний приборов следует проводить одновременно. Опыты холостого хода рекомендуется проводить при малом напряжении 380/220 В.

Испытательное напряжение подаётся на обмотку ВН, а другие обмотки остаются свободными. Предпочтительно обмотки возбуждать линейным напряжением 380 В, так как фазное напряжение сети может иметь значительное отклонение от синусо­идальной формы кривой, что приведет к искажению результатов измерений.

Перед проведением опыта XX трансформатора, находящегося в эксплуатации, необходимо размагнитить его магнитопровод от остаточного намагничивания, возникающего вследствие внезапного сброса питающего напряжения (отключение трансформатора от сети) и обрыва тока при его переходе не через нуль.

Снятие остаточного намагничивания производится пропусканием постоянного тока противоположных полярностей по одной из обмоток каждого стержня магнитопровода трансформатора.

Схема размагничивания обмоток силового трансформатора представлена на Рис. 2.29.

Процесс размагничивания осуществляется в несколько циклов. В первом цикле ток размагничивания должен быть не менее удвоенного тока XX трансформатора при номинальном напряжении. В каждом последующем цикле ток размагничивания должен быть примерно на 30% меньше тока предыдущего цикла. В последнем цикле ток размагничивания не должен быть больше тока XX трансформатора при напряжении 380 В.

Рис. 2.29. Схема размагничивания обмоток трансформатора.

Согласно [30] измерение тока и потерь холостого хода в процессе эксплуатации производится по решению технического руководителя предприятия, исходя из результатов хроматографического анализа растворённых в масле газов. Отличие измеренных значений от исходных данных не должно превышать 30%.

Испытание трёхфазных трансформаторов производится путём пофазного измерения тока и потерь XX [22, 262]. Это позволяет измеренные значения потерь каждой фазы сопоставлять не только с заводскими данными, но и между собой, что даёт возможность выявить фазу обмотки, в которой имеется дефект (Рис. 2.30).

При пофазном возбуждении трёхфазных трансформаторов производятся три опыта.

Первый опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы а, возбуждают обмотки фаз b и с, измеряют ток и потери XX , .

Второй опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы b, возбуждают обмотки фаз а и с, измеряют ток и потери XX , .

Третий опыт. Замыкают накоротко обмотку фазы с, возбуждают обмотки фаз a и b, измеряют ток и потери XX , .

В измеренные значения потерь XX вносятся поправки, учитывающие потери в схеме Pcx. Для определения мощности, потребляемой схемой, производится измерение потерь Рсх при отсоединённом от измерительной схемы трансформаторе.

Потери,,,трансформатора рассчитываются по формуле

(2.10)

При отсутствии дефекта в трёхфазном трансформаторе потери и при допустимом отклонении ±5% практически равны. Потери на 25. 50% (в зависимости от конструкции и числа стержней магнитопровода трансформатора) больше потерь и [250,252].

наличие регулируемого автотрансформатора, вольтметра, амперметра, ваттметра, частотомера, множества соединительных проводов;

процесс измерения не автоматизирован; необходимость сборки отдельной схемы для измерения тока и потерь холостого хода каждой фазы.

Для этой цели каждый раз оператор должен подниматься на силовой трансформатор для отсоединения и присоединения соединительных проводов устройства с аппаратными зажимами

Рис. 2.30. Схемы измерений тока и потерь холостого хода трёхфазного трёхобмоточного трансформатора при напряжении 380 В:

а)измерение I: закорочена фаза а, возбуждены фазы b и с;

б)измерение II: закорочена фаза b, возбуждены фазы a и c;

в)измерение III: закорочена фаза с, возбуждены фазы a и b.

РА — регулировочный автотрансформатор; А — амперметр, V— вольтметр;

W— ваттметр; H— частотомер

выводов обмотки НН с применением защитных средств и приспособлений, т. е. затрачивается значительное время для подготовки измерений и снижается безопасность выполнения работ;

устройство не вычисляет процентное отклонение потерь холостого хода по фазам обмотки силового трансформатора. При этом на погрешность измерения влияют составляющие кратных частот основной гармоники;

учёт ошибки измерения потери холостого хода в измерительных приборах и проводах возможен лишь с помощью оператора, который вычисляет их вручную;

для одновременной фиксации значений напряжений на всех приборах необходимо иметь несколько операторов;

невозможность передачи данных измерений в персональный компьютер, чтобы использовать многофункциональность последнего, например протоколировать результаты измерения в электронном виде и на бумажном носителе.

2.4.2. Автоматизированное устройство для определения тока и потери холостого хода при малом однофазном возбуждении

На рис. 2.31 приведена структурная электрическая схема автоматизированного устройства для определения тока и потерь холостого хода при малом однофазном возбуждении, совмещённая со схемой электрических соединений [244].

Устройство содержит источник регулируемого переменного напряжения ИРПН с управляющим входом, цифровой регистратор ЦР, имеющий по одному каналу напряжения и тока, и управляющий выход, коммутирующий орган КО, имеющий два входа (1 и 2) и три выхода (3,4,5), а также управляющий вход (F), соединительный трёхпроводной кабель (ТК), исследуемый трансформатор (С7).

На рис. 2.32 приведены элементы блоков первой части упрощённой структурной схемы (рис. 2.3) цифрового регистратора.

Устройство работает следующим образом.

Оператор собирает электрическую схему, приведённую на Рис. 2.31, включает в сеть источник регулируемого переменного напряжения ИРПН и ЦР.

После этого ЦР через свой управляющий выход D подаёт сигнал на управляющий вход F коммутирующего органа КО. Коммутирующий орган подключает свои входы 1 и 2 соответственно к выходам 3 и 4 с помощью переключателей П1 и П2. Выходы 3 и 4 коммутирующего органа в свою очередь соединены соответственно с зажимами фазы а и b обмотки НН силового трансформатора посред­ством трёхпроводного соединительного кабеля СТК. Одновременно включается контакт К1 коммутирующего органа.

Таким образом, подготавливается схема для измерения напряжения Uab, тока Iab, разности между током и напряжением, частоты сети и потерь холостого хода Pab цифровым регистратором фазы ab трансформатора (Рис. 2.31).

После этого напряжение ИРПН автоматически плавно нарастает до определённого значения. Сигналы с блока датчиков тока и напряжения БДТ и Н (Рис. 2.32) ЦР поступают в АЦП, где преобразовываются из аналоговых величин в цифровые. Затем вычислительный блок ВБ выполняет преобразование Фурье над входными сигналами (т. е. фильтрует составляющие гармоник кратных частот основной гармоники и определяет действующее значение и разность фаз этих сигналов на первой гармонике).

Далее вычисляются потери холостого хода фазы ab путём умножения действующего значения синусоидального напряжения на ток и косинус угла между ними. После завершения вычислений полученные значения частоты, тока, напряжения и потерь холостого хода выдаются на ЖКД и одновременно записываются в блок энергонезависимой памяти БЭП (Рис. 2.3).

Далее ЦР с помощью управляющего выхода D подаёт на ИРПН сигнал на отключение, и напряжение последнего плавно спадает до нуля. Контакт К1 и переключатели П1 и П2 коммутирующего органа переключаются в исходные положения. После этого готовится схема для измерения напряжения, тока и потерь холостого хода следующей фазы bс: ЦР выдаёт сигнал, по которому КО подключает свои входы 1, 2 с помощью переключателей П1 и П2 к выходам 4, 5, и одновремен­но включается контакт Кг коммутирующего органа.

Рис. 2.31. Структурная электрическая схема устройства измерения тока и потерь холостого хода. ИРПН — источник регулируемого переменного напряжения; ЦР — цифровой регистратор; КО — коммутирующий орган; СТК— соединительный 3-проводной кабель;

СТ— испытуемый силовой трансформатор

Рис. 2.32. Элементы блоков первой часта упрощённой структурной схемы цифрового регистратора для измерения тока и потерь холостого хода. БДТ и Н— блок датчиков тока и напряжения

ЦР обрабатывает входные сигналы аналогично ранее изложенному порядку, после чего он с помощью управляющего выхода D подаёт на ИРПН сигнал на отключение, и напряжение последнего плавно спадает до нуля. Одновременно контакт К2 и переключатели П1 и П2 переключаются в исходные положения.

После этого готовится схема для измерения следующей фазы ас: ЦР выдаёт сигнал, по которому КО подключает входы 1, 2 к выходам 3, 5 при помощи переключателей П1 и П2, и одновременно включается контакт К3. Далее процесс повторяется.

После записи измеренных значений частоты сети, тока, напряжения и мощности потерь холостого хода фазы ас в блок энергонезависимой памяти БЭП и индикаций этих параметров на ЖКД вычислительный блок вычисляет процентное отклонение потерь холостого хода (V) измеренных фаз по формулам

Читайте также:  Исследование электрического поля стационарных токов

,

,

где Δ1, Δ2, Δ3 записываются в БЭП и выдаются на ЖКД, а контакт К3 и переключатели П1, П2 переключаются в исходные положения. Таким образом, производится автоматическое измерение частоты сети, а также тока, напряжения, потерь холостого хода и процентное отклонение потерь холостого хода по фазам обмотки НН силового трансформатора.

Кроме того, во всех трёх случаях в измеренные значения потерь холостого хода вносятся поправки, учитывающие потери в схеме Рсх. Для этого предварительно измеряются сопротивление соединительных проводов, переходное сопротивление контактов и переключателей КО, сопротивление СТК и входное сопротивление ЦР, суммарное значение которых заносится в БЭП. В последующем эта поправка вычислительным блоком учитывается автоматически, что также повышает точность измерения.

Применение СТК с цветовой маркировкой позволяет упростить процесс сборки схемы, что также является важным фактором при производстве работ в полевых условиях. Кроме того, использование кабеля позволяет размещать рабочее место на уровне земли, что исключает работы на высоте, тем самым повышается безопасность производства работ [244]. Устройство с успехом можно применить и для определения тока и потерь холостого хода однофазных трансформаторов и автотрансформаторов.

Источник

Датчики электрического тока

Глобальные тренды — спрос на снижение выбросов CO2, повышение интенсивности энергосбережения — приводят к необходимости сбалансированного потребления энергии, для чего большую помощь могут оказать электронные схемы управления процессами. Наиболее распространённые случаи — это оптимизация эксплуатационных характеристик аккумуляторов, контроль скорости вращения двигателей и переходных процессов в серверах, управление солнечными батареями. Для операторов таких систем важно, в частности, знать, какой ток протекает в цепи. Неоценимую помощь в этом могут оказать датчики тока.

практика применения датчиков тока

Почему необходимы датчики тока

Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения (общий вид последнего представлен на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества:

  1. Компактность.
  2. Безопасность в применении.
  3. Высокую точность.
  4. Экологичность.

датчик напряжения в сборе

Малые размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например, такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковыми являются современные датчики тока и напряжения.

В состав таких детекторов входят:

  • Контактные группы входа;
  • Контактные группы выхода;
  • Шунтирующий резистор;
  • Усилитель сигнала;
  • Несущая плата;
  • Блок питания.

Идея того, что устройства можно подключать к уже имеющейся сети, не выдерживает проверку временем, ибо часто в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) именно системы встроенного электроснабжения первыми выходят из строя.

Детекторы подразделяют на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал на управляющий элемент, но и управляют его действием.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначаются для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение выполняется двумя методами. В первом случае используется закон Ома. При установке шунтирующего резистора в соответствии с нагрузкой системы на нём создаётся напряжение, пропорциональное нагрузке системы. Напряжение на шунте может быть измерено дифференциальными усилителями, например, токовыми шунтирующими, операционными или разностными. Такие устройства используются для нагрузок, которые не превышают 100 А.

Измерение переменного тока выполняется в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При установке петли вокруг проводника с током там индуцируется напряжение. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описанных измерений представлена на рисунке:

слева – измерение малых токов; справа - измерение больших токов

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помощи чувствительного резистора датчик тока соединяется между нагрузкой и землей. Это необходимо, поскольку синфазное напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей. Нагрузка обеспечивает питание прибора, а выходное сопротивление заземляется. Недостатками данного способа считаются наличие помех, связанных с потенциалом нагрузки системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для слежения работой мощных систем детектор присоединяют к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате непосредственно контролируются значения параметров, подаваемых источником питания. Это позволяет идентифицировать возможные короткие замыкания. Особенность подключения заключается в том, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки. Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузка заземляется.

Как функционирует датчик тока

Работа данного элемента включает следующие этапы:

  1. Измерение нагрузки в контролируемой схеме.
  2. Сравнение полученного значения с эталонным, которое программируется в процессе настройки.
  3. Фиксация полученного результата (может быть выполнена в цифровом или аналогом виде).
  4. Передача данных на панель управления.

Для выполнения указанных функций (в частности, реализации высокой точности измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

  • Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
  • Температурная погрешность не может быть выше 0.05 %/°С и не изменяться во времени работы;
  • В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
  • Способ пайки токочувствительных резисторов на плату не может увеличивать общее сопротивление схемы подключения.

Монтажные схемы устройств, которые предназначены для контроля цепей постоянного и переменного тока представлены соответственно на рисунках.

Подключение датчика постоянного тока

подключение датчика переменного тока

Практика применения

Чаще всего данные изделия используются как измерители в схемах токовых реле, которые управляют режимами работы различного электроприводного оборудования и предохраняют его от экстремальных ситуаций.

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других условий перегрузки, которые приводят к ощутимому увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют уровни тока и выдают выходной сигнал при достижении указанного значения. Такие реле используются для:

  • Сигнала сильноточных условий, например, забитая зёрнами доверху кофемолка;
  • Некоторых слаботочных условий, например, работающий насос при низком уровне воды.

Чтобы удовлетворить требования разнообразного набора приложений, в настоящее время используется блочный принцип компоновки датчиков, включая применение USB-разъёмов, монтаж на DIN-рейку и кольцевые исполнения устройств. Это обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Надёжную работу на любых режимах эксплуатации;
  • Возможность применения трансформаторов;
  • Регулировка текущих параметров, которые могут быть фиксированными или регулируемыми;
  • Аналоговый или цифровой выход, включая и вариант с коротким замыканием;
  • Различные исполнения блоков питания.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, обеспечивающего подачу воды в дом.

отключение питающего насоса датчиком тока при низком уроне воды в резервуаре

Кавитация — это разрушительное состояние, вызванное присутствием пузырьков, которые образуются, когда центробежный насос или вертикальный турбинный насос работает с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки затем лопаются, что приводит к точечной коррозии и разрушению исполнительного узла насоса. Подобную ситуацию предотвращает токовое реле.

Когда насос работает в нормальном режиме, и жидкость полностью перекрывает его впускное отверстие, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае снижения уровня воды потребляемый ток уменьшается. Если кнопка запуска нажата, одновременно включаются стартёр M и таймер TD. Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт при первоначальном запуске двигателя не будет замкнут. При падении силы тока ниже установленного минимума реле включается, а, после истечения времени ожидания TD, включается в его нормально замкнутый контакт. Соответственно контакты CR размыкаются и обесточивают двигатель насоса.

Применение такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, поскольку оператору необходимо убедиться в том, что уровень жидкости перед впускным отверстием достаточен.

Датчик тока своими руками

Если приобрести стандартный датчик (наиболее известны конструкции от торговой марки Arduino) по каким-то соображениям невозможно, устройство можно изготовить и самостоятельно.

датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой указан USB-разъём

  1. Операционный усилитель LM741, или любой другой, который мог бы действовать как компаратор напряжения.
  2. Резистор 1 кОм.
  3. Резистор 470 Ом.
  4. Светодиод.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, представлен на следующем рисунке. В данной схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении месторасположения проводника в электромагнитном поле.

самодельный датчик тока

Видео по теме

Источник



Способы проверки тока утечки

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике Ток утечки, не исключение. В штатных условиях, электроток протекает через проводники внутри электроустановки, как и задумано конструктором разработчиком. От остальных токопроводящих элементов конструкции (металлические корпус, рама, каркас), проводники отделены изоляцией, сопротивление которой не позволяет создать электрическую цепь.

Если сопротивление изоляции по какой-то причине уменьшилось (повреждение, влажность, токопроводящая пыль и прочее), на корпусе или иных проводящих элементах установки появляется потенциал (фаза). Сам по себе ток утечки не возникнет, необходимо создать цепь, соединяющую электрический прибор с потенциалом на корпусе с землей или нейтралью.

Как он протекает

  1. Вариант первый. Корпус или каркас электроустановки (холодильник, системный блок, стиральная машина и прочее) касается металлического проводника, имеющего контакт с землей. Это может быть батарея отопления, сырой бетонный пол в квартире, другая электроустановка, подключенная к заземлению. В точке касания замыкается цепь, и возникает тот самый ток утечки. В чем опасность? Локальный нагрев точки касания может привести к возгоранию. Если контакт надежный, сила тока возрастет до порога срабатывания устройства защиты (вводной автомат на щитке питания). При слабом касании будет наблюдаться искрение и тот самый локальный нагрев. Чаще всего это приводит к оплавлению и дальнейшему повреждению питающих проводов. Кроме того это явление провоцирует электромагнитные помехи.
  2. Вариант второй. Корпус электроустановки не имеет контакта с заземленными предметами и сам не заземлен. При касании внешних панелей человеком, возникает нагрузка (тело человека является проводником), и через организм протекает электрический ток. Поскольку сопротивление в данном случае велико, сила тока недостаточна для срабатывания автоматов защиты. А вот вред здоровью, вплоть до летального исхода, может быть нанесен. Надеяться на то, что пользователь будет обут в обувь с резиновой подошвой недопустимо. Равно как считать, что пол с покрытием из линолеума защищает вас от поражения электротоком. Тем более, что при работе стиральной машинки, руки у хозяйки чаще всего мокрые, что снижает сопротивление кожи.И если в первом случае достаточно правильно подобранного автомата защиты, вариант второй требует более продвинутых мер. Например, включение в цепь питания УЗО, которое реагирует на небольшой номинал тока утечки, и провоцирует срабатывание защитного автомата.

Важно: Даже если вы уверены в исправности электроустановок и токопроводящих линий, периодическая проверка утечки тока обязательна в каждом помещении.

А как определить, есть проблема или нет? Для измерения тока утечки обычно вызывают бригаду мастеров электриков, которые проводят поиск проблемных установок с помощью прибора. На промышленных объектах эта процедура обязательна, равно как и при вводе в эксплуатацию жилого фонда. На крупных предприятиях больших городов — таких, как Москва, даже существуют штатные подразделения специалистов по этому вопросу.

Читайте также:  Схема задержки включения реле переменного тока

А как самостоятельно проверить ток утечки в квартире или жилом доме? Ощущение покалывания электротоком, когда мокрой рукой касаешься корпуса стиральной машины — сомнительная и опасная диагностика.

Профилактика

Помимо явной опасности поражения электротоком или пожара, существуют более мелкие неприятности:

  • сбои в работе музыкальной, телевизионной аппаратуры, компьютерной техники;
  • помехи на радиоприемниках, мобильных и радиотелефонах, усилителях звука;
  • банальный выход из строя дорогостоящей аппаратуры: никакое устройство не рассчитано на протекание электротока через корпус;
  • повышенный расход электроэнергии, даже при выключенной бытовой технике.

Как с этим бороться?

Радикальный метод: тотальное выдергивание из розетки всех электроприборов, которыми вы не пользуетесь в настоящее время. Однако это не решение проблемы, рано или поздно случится неприятность.

Правильное решение — локализовать и устранить утечку тока в доме. Нужен ли для этого специальный дорогостоящий прибор? Не обязательно, искать проблему можно и доступными методами.

Важно! Все электроприборы, особенно выполненные в металлическом корпусе, должны быть заземлены!

Тогда любое нарушение изоляции или иная неисправность, которая приводит к появлению опасного потенциала на корпусе, приведет к срабатыванию защитных автоматов.

Не менее важно! Заземление без правильно подобранных автоматов отключения, также бесполезно, как подушка безопасности без ремней в автомобиле. Только комплексная защита сохранит вашу жизнь и оборудование.

Разумеется, заземление должно быть работоспособным и правильно организованным. В частном жилище это несложная задача, а в многоквартирном доме придется проконсультироваться в управляющей компании.

Лучшее средство профилактики — установка устройства защитного отключения (УЗО). Если на любом электроприборе произойдет утечка — УЗО будет срабатывать постоянно. Это и есть сигнал для поиска проблемы, а заодно и защита жителей.

Простые способы поиска утечек

Обычный визуальный осмотр может дать неожиданный результат. Всевозможные перетирания и разрушения изоляции на проводах найти несложно.

Осматривать нужно не только внешние провода, по возможности проверьте контактные колодки и жгуты проводки внутри электроплиты, стиральной машины или бойлера.

Затем необходимо сузить ареал поиска. Это можно сделать в случае, если у вас грамотно скомпонован вводной щиток: автоматы и УЗО разбиты по группам потребления и помещениям. Последовательно отключая ту или иную группу, вы сможете понять, на какой линии подключен неисправный электроприбор.

После определения линии подключения, поочередно отсоединяйте потенциально опасные электроустановки от сети и наблюдайте за поведением УЗО.

Если это не дало результата — воспользуемся доступными техническими средствами. Чтобы понять, как найти утечку тока, не обязательно иметь профильное образование. Все процессы описаны в школьном курсе физики. Когда вы не уверены в своих базовых знаниях электротехники, лучше воспользоваться услугами электриков профессионалов.

  1. Индикаторная отвертка — практически идеальный (хотя и не точный с измерительной точки зрения) прибор для поиска. Принцип ее работы как раз построен на работе токов утечки. Достаточно найти участок металла без краски и коснуться измерительным контактом. Поверхность сантехнических приборов как раз может стать идеальным проводником электричества от бойлера или стиральной машинки.Необходимо включить все электроприборы в рабочий режим и пройтись по заранее составленному плану (чтобы ничего не забыть), коснувшись всех потенциально проблемных мест.
  2. Бытовой мультиметр (при наличии диапазона измерения в десятках МОм). Здесь расчет простой: согласно ПУЭ (Правил устройства электроустановок), сопротивление изоляции обеспечивает безопасность при значении более 20 МОм.

Важно: Эта норма соответствует напряжению питания до 1000 В.

Если сопротивление меньше установленного значения, возможна утечка и пробой потенциала на корпус.

Как правильно замерить сопротивление изоляции в электроустановке?

  • отключаем электроприбор от питания;
  • устанавливаем режим работы измеряющего прибора в положение МОм, диапазон — десятки единиц;
  • надежно закрепляем один измерительный щуп на контактах вилки питания (поочередно);
  • второй щуп прикладываем к неокрашенным частям корпуса электроприбора.

Важно: В ходе измерения нельзя касаться контактов и оголенных частей корпуса руками. Иначе можно внести искажения в измеряемую величину.

Измерения с помощью специального оборудования

Существует ли профессиональный прибор для измерения тока утечки? Разумеется, но пользоваться им в домашних условиях нерационально (в смысле покупки). Другое дело, если такой прибор совмещен с мультиметром, и его функционал расширен.

Это так называемые токовые клещи, предназначенные для работы с проводниками без отключения электропитания.

Мало того, если электроприбор отключить от сети, померить ток утечки будет невозможно.

Как он работает? Истинное назначение клещей — бесконтактное определение токов нагрузки на силовых линиях. Почему нельзя использовать возможности прибора для иных целей? Охватить кабель питания можно только целиком, то есть фазный провод и нулевой будут в кольце вместе с заземляющим проводником. Замер не получится.

Использование токовых клещей для измерения тока утечки

Распускать силовой кабель на отдельные провода нежелательно, это опасно для дальнейшего использования. Выход есть: надо изготовить временный удлинитель, предназначенный исключительно для замеров.

  • распускаем кабель из общей наружной изоляции на три отдельных проводника;
  • подключаем электроустановку, на которой требуются измерения;
  • фиксируем данные, которые измерял прибор по каждому проводу.

Важно: «земляной» провод должен быть подключен именно к земле, а не к нулевой шине. Иначе измерение бессмысленно.

Если значение отлично от нуля, ток утечки присутствует. Необходимо тщательно проверить всю внутреннюю электросхему внутри электроустановки. Если это невозможно сделать в домашних условиях — изделие отдается в ремонт в профильную мастерскую. Пользоваться им опасно. А при наличии в помещении УЗО, будет постоянно срабатывать защита.

Штатный режим измерения тока утечки предусмотрен, но для этого электроприбор должен иметь выносной (отдельный) заземляющий проводник. Если есть возможность подключить на корпус отдельную клемму — необходимо соединить переносной заземлитель с корпусом, и замерить клещами ток при включенном состоянии электроприбора.

Так же, как и в предыдущем случае, значение должно быть нулевым.

Специальные измерители токов утечки

Для общего образования рассмотрим специализированный прибор ИТВ 140Р. Он не предназначен для ремонтных измерительных работ, его задача — постоянный контроль за состоянием электроустановок.

Измерительная часть располагается в непосредственной близости от потенциального места утечки, а съем информации производится дистанционно. Поскольку речь идет об электроустановках, работающих под напряжением более 1000 В, такая предосторожность необходима для безопасности.

Разумеется, такие приборы в домашних условиях не применяются.

Еще один вариант специального прибора — емкостной дистанционный измеритель токов утечки. С помощью специального датчика электромагнитных волн, он определяет наличие электротока на заземляющих шинах. Однако стоимость такого оборудования слишком велика для личного пользования.

Что делать после обнаружения места утечки

  • Поскольку пользоваться электроприбором, у которого есть ток утечки, небезопасно, неисправность устраняется. Проводка с поврежденной изоляцией подлежит замене, простое оборачивание изолентой — временная мера.
  • Если причиной нарушения изоляции послужил элемент крепления (пережатый хомут из металла), способ монтажа надо изменить.
  • При обнаружении подтекания в контактных группах, достаточно устранить причину повышенной влажности.
  • Если причиной нарушения целостности изоляции стала вибрация (например, провод холодильника или стиральной машинки), необходимо переставить электроприбор.

После устранения проблем и причин нарушения изоляции, необходимо произвести повторное измерение тока утечки сразу после проведения работ. Затем, на проблемных электроприборах измерение производится регулярно, хотя бы один раз в месяц.

Видео по теме

Источник