В схемах измерения тока как при непосредственном включении приборов, так и при включении их через измерительные трансформаторы тока применяют только амперметры.
Схемы включения амперметров через трансформаторы тока показаны на рис. 1.
Трансформатор тока обеспечивает погрешность измерения, соответствующую его классу точности только при измерении тока в определенном диапазоне, причем сопротивление нагрузки во вторичной обмотке не должно превышать заданного значения. Так, класс точности трансформаторов тока типа ТС-0,5 при сопротивлении нагрузки 1,6 Ом будет 1,0. При увеличении сопротивления нагрузки до 3 Ом класс точности снижается до 3,0, а при включении во вторичную обмотку нагрузки сопротивлением 5 Ом становится равным 10,0.
Сопротивления при составлении реальной схемы могут быть оценены приблизительно следующим образом.
Сопротивление соединительных проводов Rc = ρl/S,
где ρ — удельное сопротивление материала провода (для проводов из меди ρ=0,0175 мкОм х м, для проводов из алюминия ρ = 0,028 мкОм х м); l — длина соединительных проводов, м; S — площадь сечения проводов, мм2.
Суммарное сопротивление контактных соединений Rк может быть принято равным 0,05 - 0,1 Ом.
Сопротивление прибора Z может быть найдено в справочнике, указано в паспорте прибора или на его шкале.
Рис. 1. Схемы включения амперметров через трансформатор тока: а — простая, б — с промежуточным трансформатором, в — для измерений токов, превышающих номинальный ток трансформатора, г — с промежуточным трансформатором, по с несколькими амперметрами, д - с выключателем амперметра, с — в трехфазной цепи тремя амперметрами, ж — то же с одним амперметром с переключателем.
Наиболее простая и распространенная схема измерения тока с трансформатором в цепи приведена на рис. 1, а.
Ток, измеренный с помощью этой схемы I = (Iтn1 х Iп х n)/(Iтn2х N) = ktn х n х Dп,
где Iтn1 и Iтn2 — номинальные первичный и вторичный токи трансформатора тока; ktn = It1/It2 —коэффициент трансформации; Dп = Iп/N - постоянная прибора; D = Dп х k х тn — постоянная измерительной схемы, n - показания прибора в делениях шкалы, N - число делений, нанесенных на шкале прибора, Iп - ток полного отклонения стрелки.
Класс точности трансформатора выбирают но классу точности измерительного прибора в соответствии с табл. 1.
Пример. Пусть амперметр РА имеет шкалу с N =150 делениями и предел измерений Iп = 2,5А. В измерительной схеме на рис. 1, а он включен через трансформатор тока с номинальными первичным и вторичным токами Iтn1 = 600 А и Iтn2 - 5 А соответственно. При измерении тока стрелка измерительного прибора остановилась против деления n = 104.
Найдем измеренный ток. Для этого вначале определим постоянную прибора: Dп = Iп/N = 2,5/100 = 0,025 А/дел.
Тогда постоянная схемы с измерительным трансформатором и прибором D = (Iтn1/Iтn2)Dп = (600 х 0,25)/5 = 3 А/дел.
Измеренный ток находим как результат умножения постоянной схемы на число делений, показываемых стрелкой прибора: I = nD = 104 х 3=312 А.
При дистанционном измерении тока, когда длина соединительных проводов между трансформатором тока и амперметром превышает 10 м, или для одновременного повторения показаний в разных местах во вторичную обмотку трансформатора тока требуется включить нагрузку, сопротивление которой превышает допустимое значение. В этом случае используют схемы, приведенные на рис. 1,б,в, в которых применен промежуточный трансформатор тока с первичным током 5 А и вторичным током 1 или 0,3 А.
В первом случае сопротивление нагрузки вторичной обмотки промежуточного трансформатора может быть увеличено до 30 Ом, а во втором — до 55 Ом. Для определения тока с помощью этой схемы необходимо значение тока умножить на коэффициент трансформации промежуточного трансформатора тока.
Если при проведении испытаний в установках до 1000 В возникает необходимость переключений во вторичной цепи трансформатора тока, то следует применять схему, изображенную на рис. 17, д, в которой используется любой переключатель с двумя полюсами. После замыкания вторичной обмотки трансформатора можно производить необходимые переключения в точках 3 и 4 схемы. Вторичная обмотка при всех переключениях замкнута через контакт выключателя, подключенный к точкам 1 и 2. Переключения в главной цепи трансформаторов тока производят только при снятом напряжении.
Для измерения тока, превышающего номинальный ток одного трансформатора тока, можно применять схему, приведенную на рис. 1, в. Трансформаторы тока T1N и T2N включены так, что по первичным обмоткам протекает только половина тока I. Вторичные обмотки этих трансформаторов включены в первичную обмотку промежуточного трансформатора T3N, измеряющую сумму вторичных токов трансформаторов T1N и T2N, а амперметр —во вторичную обмотку промежуточного трансформатора.
Первичная обмотка промежуточного трансформатора должна быть рассчитана на сумму вторичных токов трансформаторов T1N и T2N. Тогда справедливо соотношение I = (kt1n + kt2n) х kt3n х Dп х n = Dn, где все обозначения соответствуют приведенным ранее.
Иногда при испытаниях возникает необходимость измерять ток в трехфазных трех и четырехпроводных сетях. В трехпроводных трехфазных цепях без нулевого провода для измерения тока каждой фазы используют измерительные схемы с двумя трансформаторами тока (рис. 1, е).
В этом случае через амперметр РА1 протекает ток Iв фазы В, через амперметр РА2 — ток Iс фазы С, а через амперметр РАЗ — ток Ia = Iв + Iс фазы А. Ток, измеряемый каждым из приборов, находят по выражению I = (Iтn1 х Iп х n)/(Iтn2х N) = ktn х n х Dп = Dn.
При испытаниях трехфазных электрических машин для измерения тока в фазах чаще используется модификация этой схемы, отличающаяся наличием переключателя S1 (рис. 1,ж). Переключатель позволяет применять только один амперметр и уменьшить погрешность измерения тока в фазах за счет исключения разницы в показаниях приборов в пределах их класса точности. Контакты этого переключателя должны обеспечивать безобрывное переключение вторичных цепей трансформаторов тока.