Что такое выключатель нагрузки и зачем он нужен: конструкция и способ применения в высоковольтных сетях

Выключатель нагрузки (ВН) применяется в 3-х фазных электросетях для коммутирования токовых нагрузок в режиме номинала. Процесс коммутации этим выключателем может выполняться как в автоматическом режиме, так и в ручном.

Выключатель нагрузки широко используют в электрических линиях с высоким напряжением. Мы расскажем о назначении ВН, о том, как он устроен и как работает.

Предназначение ВН

Выключатель нагрузки коммутирует ток в электрических установках, если их мощность не превышает номинал для определённого отрезка электросети.

Устройство ВН не предусматривает отключение линии в случае короткого замыкания.

В связи с этим использовать выключатель разрешается только совместно с устройствами, защищающими цепь от токов К.З. (плавкие вставки либо аппараты защиты, расположенные от источника питания).

При всём этом, выключатель обладает электродинамической устойчивостью к токам короткого замыкания, что даёт возможность его использования на отдельном участке электролинии, без учёта её работоспособности на текущий момент времени, к примеру, для пробной подачи напряжения.

Это значит, что при наличии защиты линии от короткого замыкания, ВН можно рассматривать как полноценное защитное устройство высоковольтных линий (вакуум, газ либо масло).

С механизированным приводом применяется в цепях устройств автоматики (АПВ, ЧАПВ, АВР). Есть возможность удалённого управления АС диспетчерского контроля.

Где применяется

В основном, ВН используется в сетях с напряжением от шести до десяти тысяч вольт. Широкое использование этих выключателей продиктовано, в первую очередь, экономической целесообразностью.

ВН в разы дешевле полноценных защитных высоковольтных устройств, не требует больших затрат на ремонт и обслуживание.

Выключатель нагрузки может применяться в силовых трансформаторах с высокой стороны при обязательном наличии защитных устройств (предохранителей или линейных выключателей), установленных со стороны питающей станции.

Также, ВН можно использовать в роли отдельного коммутационного устройства в сетях с небольшой мощностью, на протяжённых и имеющих разветвления линиях электропередач для удобного обесточивания её отдельных участков.

Выключатель монтируется на подающей подстанции и защищает всю линию электроснабжения.

Устройство

Конструкция

1. Рама. 2. Изолятор. 3. Контактные держатели. 4. Двигающийся нож. 5. Камера для погашения электрической дуги. 6. Верхний контакт. 7. Изоляционная тяга. 8. Рычаг. 9. Связывающий гибкий элемент. 10. Заземляющий элемент. 11. Заземляющий вал. 12. Тяга блокировки. 13. Пружины. 14. Прорезиненные прокладки. 15. Ножевой вал.

Принцип работы

Конструктивно ВН похож на разъединитель. Отличие в том, что он оборудован камерой для гашения дуги, и приводом для быстроты совершения рабочих операций.

Работает ВН следующим образом: при включённом положении двигающиеся ножи расположены в камере для погашения дуги. Внизу этой камеры расположены вспомогательные контакты. Когда выполняется отключение, первыми размыкаются главные контакты, потом вспомогательные.

Полученная в момент разрыва соединения дуга оказывается в камере погашения. Органическое стекло, под её воздействием, нагревается и выбрасывает большой объём газа, поток которого на выходе из камеры моментально погашает дугу.

Это вся информация касательно работы, конструкции и назначения ВН.

Свои вопросы оставляйте в комментариях под статьёй.

Устройство и принцип работы выключателя нагрузки — разбираемся во всех нюансах

Опубликовано Артём в 01.04.2019 01.04.2019

В данной статье мы рассмотрим принцип работы выключателей нагрузки, их применение на производстве и в быту, характеристики, на которые необходимо обратить внимание при выборе этих приборов, а также советы по их установке.

Назначение

Назначение ВН — коммутация рабочих токов в электроустановках, то есть мощностей, которые не превышают допустимые (номинальные) значения для того или иного участка электрической сети. Данное устройство не рассчитано на отключение токов аварийного режима, поэтому его можно устанавливать только при условии наличия в цепи защиты от короткого замыкания и перегрузки, которая реализуется плавкими предохранителями (ПК, ПКТ, ПТ) или защитным аппаратом, установленным со стороны источника питания или на группе потребителей.

При этом ВН имеет отключающую способность, которая соответствует электродинамической стойкости при коротких замыканиях, что позволяет использовать данный электрический аппарат для подачи напряжения на участок электрической сети, не зависимо от его текущего состояния, например, для пробного включения.

Таким образом, при условии наличия в цепи защиты от сверхтоков рассматриваемый элемент оборудования может эксплуатироваться как полноценный высоковольтный защитный аппарат (масляный, вакуумный или элегазовый). А при наличии моторного привода может участвовать в работе различных автоматических устройств (АВР, АПВ, АЧР, ЧАПВ), а также управляться удаленно автоматизированной системой диспетчерского технологического управления.

Предназначение

Высоковольтные выключатели устанавливаются в подстанциях и распределительных устройствах сетей от 6 кВ до 10 кВ. Наиболее распространены устройства типа ВНА (автогазовые). Они являются самыми дешевыми и не имеют специальных требований. Газы для гашения дуги в выключателях ВНА вырабатываются из встроенных пластмассовых вкладышей. Такое применение газа для защиты контактов характерно только для этих моделей. Коммутация производится за счет ручного привода.

Выключатель нагрузки для бытовых потребителей с напряжением не более 380 В используют в качестве вводного устройства коммутации на электрических щитах. К его входу подключается силовой кабель, а к выходу – автоматы и УЗО, выполняющие функции защиты от коротких замыканий, перегрузки и утечки тока на «землю».

Устройство ВН

Конструктивно выключатель нагрузки представляет собой раму и вал. На раме расположены 6 опорников. К нижней части рамы закреплены три изолятора с ножами-контактами. Другие три расположены на верхней части рамы, ведают дугогашением. Рычаги вала присоединены к электроизолированным тягам. Они отвечают за движение к ножам. На концах вала расположены пружины, ускоряющие процесс размыкания контактов выключателя в момент отключения нагрузки. Кроме того, здесь же располагаются специальные резиновые прокладки. Предназначены для защиты от механического воздействия в процессе отключения.

В камерах для погашения дуги используют специальные контакты – дугогасительные. Для их изготовления используют фенопласт. Также присутствуют специальные вкладыши из полиамида дугообразной формы. Этим добиваются мягкого вхождения контактов во вкладыши.

При включении ВН сперва идёт процесс соединения контактов в дугогасительной камере, затем – ножи и главные контакты. При отключении процесс развивается в обратном направлении. В отключенном положении дугогасительные контакты должны быть зримо не соединены с камерой. Для этого в любом ВН есть специальное окошко. Через него контролируют наличие воздушного промежутка. При отключении в этом промежутке образуется электрическая дуга, и происходит выделение большого количества тепла, которое производит нагрев полиамида. В процессе нагревания вкладыши выделяют специальный газ. Этот газ и гасит образовавшуюся дугу.

Конструктив ячейки с ВНА выключателем

Область применения

Назначение у выключателей нагрузки может быть следующее:

Оперативная коммутация больших потребителей на производстве.
Аварийное отключение потребителей без снятия нагрузки.
В быту, для обеспечения надлежащего переходного контакта при коммутации.

Выбор подходящего выключателя нагрузки:

При выборе переключателя нагрузки необходимого напряжения, необходимо обратить внимание на следующие параметры:

Напряжение выключателя.
Вид исполнения устройства.
Комплектация и дополнительные функции.
Номинальный ток.
Вид крепления.

Конструкция

Рассмотрим, из чего состоит выключатель нагрузки на примере устройства коммутационного аппарата типа ВНР-10/400

Основание (рама).
Опорный изолятор.
Держатели с контактами.
Подвижный рабочий нож.
Камера гашения дуги.
Неподвижный верхний контакт.
Изолирующая тяга.
Рычаг.
Гибкая связь.
Нож заземления.
Вал заземления.
Тяга блокировочного устройства.
Пружины.
Резиновые прокладки.
Вал рабочих ножей.

Неотключаемые линии в щите

Выключателем нагрузки внутри квартирного электрощита можно обесточить всю электропроводку. Это можно делать с целью электробезопасности, уходя из дома. Некоторые электроприборы отключать нецелесообразно. Для этого оставляется неотключаемая линия. На рисунке ниже установлено 2 выключателя нагрузки, один из которых может отключать всю проводку квартиры, а другой – оставляет в работе холодильник. Кроме того есть еще постоянно работающие системы охранной сигнализации и видеонаблюдения.

Схема квартирного щита с неотключаемой линией

На схеме красным и синим цветами изображены фазный и нулевой провода. Отключать можно только их, а земля (желто-зеленый цвет) всегда остается подключенной.

Как подключать выключатель нагрузки

Для квартиры с большим количество бытовой техники один общий автоматический выключатель будет просто бесполезен. Он не выдержит токов, которое будет проходить через него все время и при малейшей перегрузке после частой коммутации его силовые контакты могут быстро выйти из строя. Хотя его можно использовать для защиты отдельных маломощных потребителей.

Принцип подключения выключателя нагрузки приблизительно такой же, как и при монтаже УЗО. Начало работ от входа в дома или квартиру, главное, установить его до счетчика. Но нужно обратить внимание на то, какой вводной автомат вы купили. Существует два типа аппаратов: однофазные (защищено только фазный полюс), двухфазный с нулем (защищено оба полюса нагрузки).

Первые рекомендуется использовать в условиях многоквартирного дома, вторые – для защиты электрических сетей на производстве, или в больших частных домах, где расположено несколько водонагревателей или мощных бутовых приборов (скажем, электрических плит или стиральных машин).

Руководство по установке выключателей:

запрещается размыкать нулевой и защитный заземляющий проводник;
запрещается устанавливать какие либо шунтирующие перемычки на выключатель;
запрещается устанавливать выключатели нагрузки в местах, не предусмотренных ПУЭ.

Монтаж может производиться как на общую din-рейку распределительного щита, так и отдельно, для конкретного потребителя, в своем монтажном корпусе. Помните, обозначение, которое имеется на корпусе выключателя – это величина тока, которую он может через себя пропустить, не следует подключать нагрузку, номинальным током, больше этого значения.

Хотя зачастую завод-изготовитель пишет касаемо этих моментов достаточно развернутую инструкцию к прибору, где описывается его ГОСТ, производство, технические характеристики, и т.д. При покупке обязательно проверяйте паспорт и прайс-лист, иногда из-за ошибки можно купить не тот выключатель, который обозначен на коробке. Если Вы живете в больших городах, то не составит особого труда купить выключатели от производителей в официальных магазинах и у дилеров в Киеве, Москве, Екатеринбурге, Красноярске, Санкт-Петербург.

Преимущества

Простота в изготовлении и эксплуатации;
Значительно меньшая стоимость по сравнению с другими выключателями — в несколько раз (особенно у автогазовых);
Возможность отключения и включения номинальных токов нагрузок;
Наличие дешёвой защиты от сверхтоков в виде предохранителей, обычно заполненных кварцевым песком (типа ПК, ПКТ);
Наличие видимого разрыва между контактами, что исключает установку дополнительного разъединителя (видимый разрыв необходим для безопасности работ на отходящей линии).

Бытовой выключатель нагрузки

С развитием электротехники начали появляться и выключатели нагрузки для бытовых потребителей. Они пришли на смену пробкам и простейшим разъединителям в квартирных электрических щитках. Называются автоматическими выключателями.

Обратите внимание! Автоматический выключатель (АВ) – это коммутационный прибор, предназначенный для отключения цепи потребителя в случае возникновения нештатной ситуации. Под нештатной ситуацией понимается появление ТКЗ, а также появление токов, превышающих номинал автоматического выключателя. Например, появление дополнительной нагрузки в сети ведёт к увеличению токов, что заставит АВ отключить перегруженную сеть. Часть устройств отрабатывает при изменении направления мощности. Включение производится в ручном режиме, после устранения причины отключения. Частое срабатывание может привести к отгоранию внутренних контактов и выходу аппарата из строя.

Недостатки

Коммутация только номинальных мощностей;
Малый ресурс работы (у выключателей нагрузки автогазового типа);

Классификация

Количество полюсов:

Однополюсные;
Двухполюсные;
Трёхполюсные.

Наличие или отсутствие токоограничения;
Исполнение устройства расцепления:

Тепловой – предотвращает перегрузку;
Электромагнитный – «замечает» короткое замыкание в цепи;
Полупроводниковый – есть возможность настройки от всех аварий;
Комбинированный.

Типу привода:

Ручной;
Электромагнитный.

Наличие или отсутствие возможности настройки времени задержки срабатывания при возникновении короткого замыкания;
По форме исполнения:

Стационарные;
Выкатные (выдвижные) с корзиной;
Неподвижные.

Дополнительные элементы

В качестве дополнительных элементов в выключателе нагрузки могут быть установлены ножи заземления с ручным приводом (при этом обычно предусматривается механическая взаимная блокировка ножей заземления и силовых контактов выключателя нагрузки), соленоид дистанционного отключения, сигнальные контакты положения контактов выключателя, срабатывания предохранителей.

Кол-во блоков: 24 | Общее кол-во символов: 13466
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:

Что такое выключатель нагрузки и для чего он нужен?

Назначение
Применение
Конструкция
Принцип действия

Назначение

Применение

Область применения выключателя нагрузки – преимущественно сети класса напряжения 6 и 10 кВ. Применение данных коммутационных устройств обусловлено, прежде всего, экономией: ВН значительно дешевле полноценных высоковольтных защитных аппаратов, а также требуют значительно меньше затрат на обслуживание и ремонт.

Где применяются данные элементы оборудования? ВН являются альтернативой отделителям и короткозамыкателям — их применяют для коммутации токов стороны высокого напряжения силовых трансформаторов. Но только при условии наличия в цепи присоединения трансформатора, как и упоминалось выше, предохранителей или защитных элементов оборудования на другом конце линии со стороны смежной питающей подстанции либо линейных выключателей, от которых запитано распределительное устройство, питающее данный трансформатор.

Выключатели нагрузки применяют в других сетях небольшой мощности в качестве самостоятельного коммутационного аппарата. На протяженных и разветвленных воздушных линиях устройства используются для удобства отключения участков линий без необходимости полного ее обесточивания. При этом на питающей подстанции устанавливается выключатель для защиты всей линии от повреждений.

Конструкция

Основание (рама).
Опорный изолятор.
Держатели с контактами.
Подвижный рабочий нож.
Камера гашения дуги.
Неподвижный верхний контакт.
Изолирующая тяга.
Рычаг.
Гибкая связь.
Нож заземления.
Вал заземления.
Тяга блокировочного устройства.
Пружины.
Резиновые прокладки.
Вал рабочих ножей.

Принцип действия

Рассмотрим вкратце, как работают выключатели нагрузки на примере вышеупомянутого ВНР-10/400, предоставленного на фото:

Конструктивно данный коммутационный аппарат схож с разъединителем. Главное отличие разъединителя от ВН — наличие у последнего дугогасительного устройства и привода, обеспечивающего более быстрое выполнение операций.

Принцип действия выключателя нагрузки следующий. При включенном положении подвижные контакты находятся в дугогасительной камере. В нижней части дугогасительного устройства расположены дополнительные дугогасящие контакты. При выполнении операции отключения сначала размыкаются основные контакты, а затем дугогасительные. Образовавшаяся в процессе разрыва контактов электрическая дуга попадает в дугогасительную камеру, где нагревает до высокой температуры оргстекло, которое в свою очередь выделяет большое количество газов. Эти газы мощным потоком вырываются из дугогасительной камеры, чем гасят возникшую электрическую дугу за несколько миллисекунд.

Как изображается ВН на однолинейных схемах? Ниже приведено условное обозначение на схеме:

Слева на схеме изображен ВН, справа — коммутационный аппарат, который конструктивно укомплектован плавкими предохранителями (ВНП).

Вот мы и рассмотрели устройство, назначение и принцип действия выключателя нагрузки. Надеемся, предоставленный материал был для вас полезным и интересным!

Рекомендуем также прочитать:

Особенности конструкции и применения выключателя нагрузки

Для обеспечения безопасности при отключении электроэнергии используются специальные изделия – выключатели нагрузки. Они могут отключать цепь дистанционно, ручным управлением или автоматически. Есть разные виды выключателей, подходящие под определенное напряжение и виды работ.

Предназначение выключателя нагрузки
Виды устройств
Маркировка выключателей нагрузки
Плюсы и минусы
Отличия от автоматического выключателя
Правила подключения

Предназначение выключателя нагрузки

Автогазовый выключатель нагрузки

Выключатель нагрузки – это коммутационное устройство, которое оснащено дугогасительной камерой и приводом для управления. Электропривод может быть мускульным, срабатывающим при помощи натянутой пружины, или с соленоидом дистанционного отключения. Основное назначение прибора – механическое размыкание или замыкание цепи на участке, который находится под нагрузкой. Рассчитан на отключение токов аварийного режима, из-за чего допустима установка только при условии наличия защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Любой переключатель нагрузки состоит из следующих частей: пружинного механизма, силовых контактов, заземляющих ножей, разъединителя с полюсами. Полюса размещаются в раме. Основной подвижный контакт представляет собой 2 стальные пластины. Для гашения дуги используется специальный медный контакт. Включается и выключается механизм при помощи натянутых пружин. Подробное описание конструкции будет рассмотрено на примере модели ВНР 10/400. В его составе есть:

рама;
опорный изолятор;
рабочие, заземляющие ножи;
держатель с контактами;
камера гашения;
тяга изолирующая и блокировочного устройства;
вал заземления и рабочих ножей;
рычаг;
пружины;
внутренние прокладки.

Конструкция выключателя нагрузки ВНР 10/400

способ закрепления;
номинальный ток;
дополнительные опции;
комплектация;
конструкция;
номинальное напряжение.

Основная область использования – сети класса напряжения 6 кВ и 10 кВ. Применяются такие устройства в силовых трансформаторах, грузоподъемных машинах, прачечных, в помещениях общественного питания, в автомобильных мойках и других важных объектах, работающих под высоким напряжением. Производства используют аналогичные устройства на своих заводах и фабриках, но более дорогие и с большим функционалом.

Виды устройств

Вакуумный выключатель нагрузки

Выключатели делятся по методу гашения дуги. Есть следующие виды:

Вакуумные. Работают на свойствах вакуума, в которых дуга не распространяется.
Автогазовые. Дуга гасится под действием газов, которые выделяются под высокими температурами в камере.
Автопневматические. Воздух сжимается, из-за чего происходит гашение дуги.
Электромагнитные. Направление дуги изменяется под действием электромагнитного поля.
Электрогазовые. Гашение происходит в среде электротехнического газа, состоящего из шестифтористой серы.

По количеству полюсов можно выделить:

однополюсные;
двухполюсные;
трехполюсные устройства.

тепловые;
полупроводниковые;
электромагнитные;
комбинированные.

По способу установки выключатели классифицируются на стационарные и выдвижные. Есть приборы для внутренних и наружных установок. Закреплять устройства можно на DIN рейку, стену или панель электрощитка.

Маркировка выключателей нагрузки

Каждое электромеханическое устройство имеет свою маркировку, и автоматический выключатель не исключение. Маркировка состоит из букв и цифр, которые обозначают расположение привода, напряжение, ток и другие характеристики.

Например, обозначение выключателя нагрузки 10 кВ ВНРп 10/400-10зп расшифровывается как:

В – выключатель;
Н – нагрузка;
Р – ручной привод;
П – встроенный предохранитель;
10 – напряжение 10 В;
400 – ток 400 А;
10 – сквозной ток;
З – наличие заземляющих ножей;
П – расположение ножей за предохранителем.

Аналогичным образом записываются другие модели.

Плюсы и минусы

Выключатель нагрузки и камера кСо

К основным положительным качествам выключателей нагрузки можно отнести:

простота изготовления и эксплуатации;
стоимость выключателя ниже, чем других аналогичных изделий;
удобство включения и выключения токов;
защита от сверхтоков;
есть видимый разрыв между контактами;
безопасность.

К минусам выключателей нагрузки можно отнести способность коммутировать номинальные мощности. Работа с токами аварийного режима не осуществляется. Также выключатели автогазового типа имеют малый ресурс работы.

Отличия от автоматического выключателя

Автоматический дифференциальный выключатель

В домашних условиях часто используются другие устройства – автоматические дифференциальные выключатели. Их устанавливают на различные бытовые приборы для защиты от скачков напряжения. Они могут обесточить помещение при необходимости, защитить токоприемники и проводку от агрессивного воздействия высоких токов. Автоматические выключатели не подходят для частых отключений и выключений. Это может привести к быстрому износу модуля и выгоранию рабочего ресурса, после чего устройство придется менять. Для таких целей рекомендуется использовать модульные выключатели нагрузки. Коммутаторы ввода обеспечивают высокую безопасность распределительных щитов, бесперебойную подачу электричества, удобство размыкания цепи. Оптимальным вариантом является использование переключателя нагрузки и автомата одновременно. Тогда повышается безопасность электросети.

Правила подключения

На линиях электропередач устройство устанавливается перед трансформатором. В жилых зданиях выключатель ставят в распределительном щитке или другом месте на каждую квартиру отдельно. В самой квартире переключатели устанавливаются перед счетчиком, но их можно монтировать и после прибора учета. Обязательно ставить выключатель нужно по схеме перед другими защитными устройствами (пробки, автоматы).

На заводах, фабриках и других производственных помещениях рубильник ставится рядом со станками, которые могут потребовать экстренного отключения.

Что такое амперметр, виды, устройство и принцип работы

Для определения значения тока в электрической цепи, применяют специальные приборы – амперметры. Амперметр включается последовательно в исследуемую цепь, и, в силу крайне малого собственного внутреннего сопротивления, данный измерительный прибор не вносит сколь-нибудь существенных изменений в электрические параметры цепи.

Шкала прибора градуирована в амперах, килоамперах, миллиамперах или микроамперах. Для расширений пределов измерений, амперметр может быть включен в цепь через трансформатор или параллельно шунту, когда лишь малая доля измеряемого тока проходит через прибор, а основной ток цепи течет через шунт.

Сегодня есть два особо популярных типа амперметров – механические амперметры — магнитоэлектрические и электродинамические, и электронные — линейные и трансформаторные.

В классическом магнитоэлектрическом амперметре со стрелкой и градуированной шкалой, через подвижную катушку прибора проходит определенная часть измеряемого тока, обратнопропорциональная сопротивлению катушки, включенной параллельно калиброванному шунту малого сопротивления.

Ток (прямой или выпрямленный) проходящий через катушку приводит к повороту стрелки магнитоэлектрического амперметра, и угол наклона стрелки оказывается пропорционален величине измеряемого тока.

Ток через катушку амперметра создает на ней крутящий момент благодаря взаимодействию собственного магнитного поля с магнитным полем установленного стационарно постоянного магнита. И поскольку стрелка соединена с катушкой-рамкой, она наклоняется на соответствующий угол и указывает значение тока на шкале.

Электродинамический амперметр устроен несколько более сложным образом. В нем есть две катушки — одна неподвижная, а вторая — подвижная. Катушки соединены между собой последовательно или параллельно. Когда токи проходят через катушки, то их магнитные поля взаимодействуют, в итоге подвижная катушка, с которой соединена стрелка, отклоняется на угол, пропорциональный величине измеряемого тока.

В приборах, предназначенных для измерения значительных токов, основной ток всегда проходит через шунт малого сопротивления, а катушка соединенная со стрелкой, принимает на себя только малую долю тока, выступая в роли проводящего ответвления от основного пути тока. Соотношения токов через измерительную рамку и через шунт обычно принимаются такими: 1 к 1000, 1 к 100 или 1 к 10.

Часто для измерения значительных токов или при работе с высоковольтными цепями, применяют включение амперметра через измерительный трансформатор тока. В этом случае ток, пропорциональный току в первичной обмотке, измеряется во вторичной обмотке, а шкала градуируется соответственно измеряемому в первичной обмотке току. Вторичная обмотка измерительного трансформатора тока всегда шунтирована резистором, иначе наведенная на ней ЭДС могла бы оказаться опасно высокой.

При включении измерительного трансформатора тока в цепь высокого напряжения, корпус амперметра и вторичную цепь измерительного трансформатора обязательно заземляют, чтобы подстраховаться на случай пробоя изоляции.

На базе трансформаторов тока или датчиков Холла изготавливают амперметры типа «токовые клещи». Применение датчика Холла позволяет измерять постоянный ток, а трансформаторов тока — переменный ток.

Клещи на базе трансформатора тока — для измерения переменного тока, – проще в изготовлении и стоят они дешевле. Разъемный магнитопровод представляет собой сердечник трансформатора тока, на котором намотана вторичная обмотка, шунтированная резистором. Первичной обмоткой выступает провод, который клещами обхватывают для измерения тока в нем.

Электронная схема вычисляет в соответствии с законом Ома, исходя из напряжения на шунтирующем резисторе и коэффициента трансформации, ток в исследуемой цепи.

Токоизмерительные клещи UNI-T UTM 1202A:

Клещи на базе датчика Холла (для измерения постоянного тока) используют эффект Холла, когда создаваемое постоянным током магнитное поле приводит к появлению пропорциональной ЭДС Холла на схеме датчика.

Преимущество токовых клещей с датчиком Холла в том, что они обладают высоким быстродействием, и позволяют отслеживать кратковременные броски тока.

Наконец, в простых цифровых мультиметрах с функцией измерения тока, применяется линейная схема измерения с шунтом. Здесь нет подвижной рамки со стрелкой, вместо этого электроника измеряет падение напряжения на шунте известного сопротивления, сравнивает его с эталонным значением, и подсчитывает значение тока. Результат измерения тока отображается на цифровом дисплее.

Амперметр. Назначение, типы амперметров их устройство и принцип работы, как пользоваться и подключать

Назначение амперметра.

Амперметр — это электроизмерительный прибор, который предназначен для измерения силы электрического тока в каком-нибудь участке электрической цепи. Эта величина задается единицах, называемых амперами, отсюда и название прибора — «Амперметр». На практике значения электрического тока измеряются в различных диапазонах — от микроампер (мкА) до килоампер (кА).

Амперметр — это тот же гальванометр, только приспособленный для измерения силы тока, его шкала проградуирована в амперах.

На схемах амперметр изображают кружком с буквой А в центре.

Для измерения силы тока можно использовать и мультиметр. Перед измерением необходимо прочитать инструкцию к конкретной модели мультиметра, чтобы его правильно настроить и подключить в электрическую цепь.

Как работает амперметр?

Существует два типа амперметров: аналоговые, показывающие значение путем отклонения стрелки механического устройства, и все чаще использующиеся в настоящее время цифровые приборы, оснащенные сложными электронными схемами.

При изготовлении аналоговых амперметров необходимо использовать эффекты, зависящие от величины электрического тока. Чаще всего они связаны с созданием магнитного поля проводником, в котором течет электрический ток. Чем выше сила тока, тем больше эффект, производимый данным явлением.

Каждый аналоговый амперметр имеет подвижную и неподвижную части. К подвижной части прикреплена стрелка, которая перемещается по шкале и позволяет считывать показания прибора. Чтобы избежать ошибок при снятии показаний, которые вызваны эффектом параллакса, следует смотреть на стрелку под прямым углом к шкале, чему способствует зеркало, расположенное рядом со шкалой (см. рисунок 1).

Рис. 1. Индикаторный микроамперметр с зеркалом, установленным для уменьшения эффекта параллакса при снятии показаний

Типы амперметров их устройство и принцип работы

Каждый тип амперметра использует различные физические явления, связанные с протеканием электрического тока через проводник. Некоторые из них перечислены ниже.

Магнитоэлектрический амперметр

На проводник с электрическим током, помещенный в магнитное поле, действует электродинамическая сила, величина которой зависит от абсолютной величины электрического тока, длины проводника и величины магнитной индукции.

Конструкция магнитоэлектрического амперметра, основанного на этом явлении, показана на рис. 2. Вращающаяся катушка, через которую протекает измеряемый электрический ток, отмечена красным цветом. Части катушки, перпендикулярные плоскости рисунка, используются в качестве проводника.

Магнитное поле создается постоянным магнитом, сформированным таким образом, чтобы поле было радиальным. Таким образом, каждый фрагмент взаимодействующего проводника всегда перпендикулярен вектору индукции магнитного поля, независимо от положения катушки с указателем.

Формула, описывающая силу магнитного взаимодействия, действующую на прямолинейный проводник с током, помещенным в магнитное поле, имеет вид: F = I * L * B (1), где:

L — вектор вдоль проводника с величиной, равной его длине, и направлением — таким же как и направление протекания электрического тока;

B — вектор индукции магнитного поля.

Согласно этой формуле, на токоведущие проводники перпендикулярно плоскости (см. рисунок 2) действует сила, направление которой перпендикулярно как этим проводникам, так и вектору индукции магнитного поля. Эта сила вызывает вращение катушки. Значение силы, согласно формуле (1), равно F = I * l * B * sin α (2), где:

где α — угол между направлениями вектора L и вектора индукции магнитного поля B . Как было сказано выше, этот угол всегда равен 90 0 , если магнитное поле радиальное.

Пружина, обозначенная зеленым цветом на рисунке 2, противодействует вращению катушки таким образом, что устанавливается равновесное положение в зависимости от силы тока, значение которой можно определить по стрелке, расположенной над шкалой амперметра.

Таким образом, описанный амперметр показывает направление протекания электрического тока. Его можно использовать только для постоянного или однонаправленного тока. Такова, в частности, конструкция гальванометров.

Электродинамический амперметр

Две катушки, по которым течет электрический ток, взаимодействуют друг с другом с помощью магнитного взаимодействия.

Электродинамический амперметр состоит из двух катушек — подвижной и неподвижной (см. рисунок 3).

Если через обе катушки протекает электрический ток, значение которого мы хотим измерить, магнитные поля будут взаимодействовать, вызывая отклонение подвижной катушки и прикрепленного к ней указателя (стрелки). Этот эффект не зависит от направления протекания электрического тока. Электродинамический амперметр может использоваться для измерения постоянного и переменного тока, включая быстро меняющийся ток. Это точные устройства, но дорогие. Чаще всего они используются в лабораториях в качестве эталонных измерительных приборов.

Индукционный амперметр

В металлическом вращающемся диске вихревые токи индуцируются под воздействием магнитных полей, создаваемых катушками, в которых протекает переменный электрический ток.

Электрические токи I₁ и I₂ (см. рисунок 4), протекающие в катушках электромагнитов, создают пульсирующие магнитные потоки, которые вызывают вихревые токи в диске, помещенном в воздушный зазор электромагнитов.

Вихревые токи также создают магнитное поле, которое отталкивающе взаимодействует с полем катушки, заставляя диск вращаться.

Индуктивный амперметр можно использовать только для измерения переменного тока, т.к. постоянный ток не будет вызывать вихревые токи в диске. Этот тип конструкции в настоящее время используются только в качестве счетчиков электроэнергии.

Как пользоваться и подключать амперметр к цепи?

Для измерения силы тока в простейшей электрической цепи мы должны обязательно разорвать цепь в любом месте и в этот разрыв подключить прибор (см. рисунок 5). Такое подключение называют последовательным. То есть, например, для измерения силы тока в проводнике амперметр подключают последовательно с этим проводником — в этом случае через проводник и амперметр идёт одинаковый ток.

Рис. 5. Способ подключения амперметра в электрической цепи

В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединённых так, что конец одного проводника соединяется с началом другого, сила тока во всех участках одинакова. Это следует из того, что заряд, проходящий через любое поперечное сечение проводников цепи за 1 с, одинаков. Когда в электрической цепи существует ток, то заряд нигде в проводниках цепи не накапливается, подобно тому как нигде в отдельных частях трубы не собирается вода, когда она течёт по трубе. Поэтому при измерении силы тока амперметр можно включать в любое место цепи, состоящей из ряда последовательно соединённых проводников, так как сила тока во всех точках цепи одинакова. Если включить один амперметр в электрическую цепь до лампы, другой после неё, то оба они покажут одинаковую силу тока.

Внимание! Нельзя присоединять амперметр к зажимам источника без какого-либо приёмника тока, соединённого последовательно с амперметром. Можно испортить амперметр!

Для каждого амперметра существует верхний предел измерения (предельная сила тока), то есть по шкале амперметра видно, на какую наибольшую силу тока он рассчитан. Включение амперметра в электрическую цепь с большей силой тока недопустимо, так как он может выйти из строя.

При включении прибора необходимо соблюдать полярность, т. е. клемму прибора, отмеченную знаком «+», нужно подключать только к проводу, идущему от клеммы со знаком «+» источника тока. При правильном включении прибора электрический ток через амперметр должен идти от клеммы « + » к клемме « — » .

При включении в цепь амперметр, как всякий измерительный прибор, не должен влиять на измеряемую величину. Поэтому он устроен так, что при включении его в цепь сила тока в ней почти не изменяется. Как мы уже знаем, любые измерительные электроприборы обладают определенным электрическим сопротивлением. При включении последовательно в электрическую цепь амперметра его электрическое сопротивление добавляется к полному электрическому сопротивлению электрической цепи. Это вызывает нежелательное уменьшение силы тока. Чтобы этого не случилось, сопротивление амперметра должно быть мало. Идеальным был бы амперметр без сопротивления (R = 0), но на практике этого достичь невозможно.

Как увеличить диапазон измерения амперметра?

Чтобы измерение тока было как можно более точным, нам необходимо использовать соответствующий диапазон измерений. Попытка считывания значений в несколько мА, когда шкала перекрывает измерения до 100 А закончится тем, что мы даже не заметим отклонения стрелки амперметра.

Разработчики амперметров используют различные технические решения для того, чтобы иметь возможность измерять силу тока в различных диапазонах. В некоторых случаях мы можем сами изменить диапазон измерения прибора. Если мы добавим к нему дополнительный резистор (так называемый шунт), как показано на рис. 6, мы сможем измерять более высокие токи, не подвергая хрупкую структуру амперметра разрушению.

Рис. 6. Расширение диапазона магнитоэлектрического амперметра путем добавления шунтирующего резистора

Предположим, что мы хотим увеличить диапазон измерения амперметра в n раз. Полный ток I, протекающий через устройство (рис. 6), тогда равен n*I_A . Тогда уравнения первого и второго правил Кирхгофа будут следующими:

n ⋅ I_A = I_A + I_B

I_B ⋅ R_B = I_A ⋅ R_A

Следовательно, сопротивление шунтирующего резистора можно будет рассчитать так:

По конструктивным соображениям шунтирующий резистор используется только для магнитоэлектрического амперметра.

Амперметры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности

Чтобы измерить силу тока в некоторой электрической цепи, существуют приборы, называемые амперметры. Они включаются в цепь по последовательной схеме. Внутреннее сопротивление амперметров очень мало, поэтому такое измерительное устройство не влияет на параметры электрического тока измеряемой цепи. Единицей измерения силы тока является ампер.

Виды амперметров

Точность показаний прибора зависит от принципа действия и вида устройства.

Существует два основных вида амперметров:

Аналоговые.

Цифровые.

Первый вид в свою очередь делится на следующие устройства:

Магнитоэлектрические.

Электромагнитные.

Электродинамические.

Ферродинамические.

По виду измеряемого тока амперметры делятся:

Для переменного тока.

Для постоянного тока.

Существуют и другие специализированные приборы для измерения тока, которые применяются в узконаправленных областях, и не распространены так широко, как перечисленные выше.

Конструктивные особенности и работа

Шкалы приборов могут градуироваться в различных долях ампера: микроамперах, миллиамперах и т.д. Соответственно такие приборы называют микроамперметрами, миллиамперметрами и т.д. Чтобы расширить пределы измерений, амперметры включают в цепь с применением трансформатора, либо в параллели с шунтом. В этом случае только небольшая часть тока будет протекать через амперметр, а основная часть тока пойдет через шунт.

Для крепления шунта к амперметру применяются специальные гайки. Запрещается подключать шунт к амперметру при включенном питании электрической сети. Полярность прибора при подключении также имеет большое значение. Если перепутать полярность, то стрелка прибора будет уходить в другую сторону, а цифровой амперметр, покажет отрицательную величину.

Магнитоэлектрические амперметры

Принцип действия такого вида прибора основывается на взаимодействии магнитного поля магнита и подвижной катушки, находящейся в корпусе прибора.

Достоинствами такого амперметра является низкое потребление электроэнергии при функционировании, высокая чувствительность и точность измерений. Все магнитоэлектрические амперметры оснащены равномерной градуировкой шкалы измерений. Это позволяет произвести измерения с высокой точностью.

К недостаткам магнитоэлектрического амперметра относится его сложность внутренней конструкции, наличие движущейся катушки. Такой прибор не является универсальным, так как он действует только для постоянного тока.

Несмотря на недостатки, магнитоэлектрический вид прибора широко применяется в различных областях промышленности, в лабораторных условиях.

Электромагнитные

Амперметры с электромагнитным принципом работы не имеют в своем устройстве движущейся катушки, в отличие от магнитоэлектрических моделей. Устройство их значительно проще. В корпусе находится специальное устройство и один или несколько сердечников, которые установлены на оси.

Электромагнитный амперметр имеет меньшую чувствительность, по сравнению с магнитоэлектрическим прибором. А значит, точность его измерений будет ниже. Преимуществами таких приборов является универсальность работы. Это означает, что они могут измерять силу тока как в цепи постоянного, так и переменного тока. Это значительно расширяет его сферу применения.

Электродинамические

Метод работы таких приборов заключается во взаимодействии электрических полей токов, которые проходят по электромагнитным катушкам. Конструкция прибора состоит из подвижной и неподвижной катушки. Универсальная работа на любом виде тока является основным достоинством электродинамических амперметров.

Из недостатков стоит выделить большую чувствительность, так как они реагируют даже на незначительные магнитные поля, расположенные в непосредственной близости к ним. Подобные поля способны создавать для электродинамических приборов большие помехи, поэтому такие амперметры применяют только в защищенном экраном месте.

Ферродинамические

Такие приборы, обладают наибольшей эффективностью и точностью измерений. Магнитные поля, расположенные рядом с прибором, не оказывают на него заметного влияния, поэтому нет необходимости в установке дополнительных защитных экранов.

Конструкция такого амперметра включает в себя замкнутый ферримагнитный провод, а также сердечник и неподвижную катушку. Такое устройство позволяет повысить надежность работы прибора. Поэтому ферродинамические виды амперметров чаще всего используются в военной промышленности и оборонных учреждениях. К его преимуществам также можно отнести удобство и простоту пользования, точность всех измерений, по сравнению с ранее рассмотренными видами приборов.

Цифровые

Кроме рассмотренных приборов, существует цифровой вид амперметров. В настоящее время они все шире используются в различных сферах производства, а также в бытовых условиях. Такая популярность цифровых приборов связана с удобством пользования, небольшими размерами и точными измерениями. Вес прибора также очень незначительный.

Цифровые модификации используют в различных условиях, он невосприимчив к вибрациям, в отличие от механических аналоговых приборов.

Цифровые приборы, не боятся незначительных механических ударов, которые возможны от работающего рядом оборудования. Расположение в вертикальной или горизонтальной плоскости прибора не имеет влияния на его работоспособность, так же как изменение температуры и давления. Поэтому такой прибор применяют в условиях внешней среды.

Измерение переменного и постоянного тока

Все рассмотренные приборы способны измерять постоянный ток. Однако иногда требуется измерить силу переменного тока. Если у вас для этого нет отдельного амперметра, то можно собрать элементарную схему.

Существуют и специальные приборы, измеряющие переменный ток. Оптимальным выбором прибора будет мультиметр, в котором имеется возможность измерения переменного тока.

Чтобы выполнить правильное измерение, необходимо определить вид тока, то есть, переменный ток в сети, или постоянный. В противном случае измерение будет ошибочным.

Общий принцип действия амперметра

Если рассматривать классический принцип работы амперметра, то его действие заключается в следующем.

На оси кронштейна вместе с постоянным магнитом расположен стальной якорь с закрепленной на нем стрелкой. Воздействуя на якорь, постоянный магнит передает ему магнитные свойства. В этом случае позиция якоря находится вдоль силовых линий, проходящих вдоль магнита.

Такая позиция якоря определяет нулевое расположение стрелки по градуированной шкале. При протекании тока от генератора или другого источника по шине, возле нее возникает магнитный поток. Силовые линии этого потока в точке расположения якоря направлены под прямым углом к силовым линиям магнита.

Магнитный поток, образованный электрическим током, действует на якорь, который стремится повернуться на 90 градусов. В этом ему мешает магнитный поток, образованный в постоянном магните. Сила взаимодействия двух потоков зависит от направления и величины электрического тока, протекающего по шине. На эту величину и происходит отклонение стрелки прибора от нуля.

Сфера применения

Цифровые и аналоговые амперметры, используются в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Особенно широко они применяются в энергетической отрасли промышленности, радиоэлектронике, электротехнике. Также их могут использовать в строительстве, в автомобильном и другом транспорте, в научных целях.

В бытовых условиях прибор также часто используется обычными людьми. Амперметр полезно иметь с собой в автомобиле, на случай выявления неисправностей электрооборудования в пути.

Аналоговые приборы до сих пор также применяются в различных областях жизни. Их преимуществом является то, что для работы не требуется подключение питания, так как они пользуются электричеством от измеряемой цепи. Также их удобство состоит в отображении данных. Многим людям привычнее смотреть за стрелкой. Некоторые устройства оснащены регулировочным винтом, который позволяет точно настроить стрелку на нулевое значение. Инертность работы прибора отрицательно влияет на его применяемость, так как для стрелки необходимо время для нахождения устойчивой позиции.

Как выбрать

Для более точных измерений следует выбирать прибор сопротивлением до 0,5 Ом. Лучше, если зажимы контактов будут покрыты специальным антикоррозийным слоем.

Корпус должен быть качественного изготовления, без повреждений, желательно герметичного исполнения, для предотвращения проникновения влаги. Это продлит его срок службы и повысит точность показаний.

Наиболее удобный вид амперметра – это цифровой. Хотя в настоящее время более популярными являются мультиметры, в состав которых также входит функция измерения тока.

Запрещается подключение амперметра в сеть напрямую без нагрузки, во избежание выхода его из строя. При измерениях нельзя прикасаться к неизолированным токоведущим элементам прибора, так как возможен удар электрическим током. При работе с амперметром следует соблюдать осторожность и внимательность.

Похожие записи:

Эмаль ПФ-133: технические характеристики и ГОСТ, плотность материала, сертификат соответствия эмали, расход краски на 1 м2

Цвета натяжных потолков (58 фото): цветные потолочные покрытия, изделия разных расцветок в интерьере, цветовая гамма

Цена и размеры поликорбанатового листа

Электронная крышка-биде для унитаза: функции, цены, установка