21. Электрические счетчики переменного тока.
В переменных токах почти исключительное применение находят индукционные счетчики, у которых, как и у индукционных амперметров и вольтметров, описанных в § 10, к вращающейся части, представляющей собою обыкновенно алюминиевый диск (рис. 37), ток не подводится и в ней возбуждаются токи Фуко под действием результирующего магнитного поля, создаваемого двумя электромагнитами, из которых один являет собою амперовую цепь и другой вольтовую цепь. Алюминиевый диск приходит во вращение и приводит в действие счетный механизм. Для тормажения счетчика применяется постоянный магнит. Схема рис. 75 в равной мере может быть отнесена и к счетчику для двухпроводной сети переменного тока.
Внешний вид счетчика однофазного тока, со снятым кожухом, показан на рис. 78, на котором можно видеть А — толстую обмотку, включаемую как амперметр, В — тонкую обмотку, включаемую как вольтметр, Д — алюминиевый диск, вращающийся в промежутке, создаваемом: справа — сердечниками электромагнитов А и В, слева — полюсами постоянного магнита М. Алюминиевый диск имеет на ребре своем метку, обычно белую, по мельканию которой в щели О циферблата можно судить, вращается счетчик или нет, и подсчитать обороты диска. Для трехпроводной системы однофазного тока счетчик должен иметь уже два электромагнита А, при чем включение отдельных частей счетчика будет соответствовать схеме рис. 77. На последнем два средних зажима счетчика служат для присоединения к сети, два крайних зажима — для присоединения нагрузки. Такое комбинирование зажимов не является, однако, обязательным.
Можно внутренние соединения счетчика выполнить таким образом, что сеть нужно будет присоединить к крайним зажимам или к 1 и 3 или к 2 и 4 зажимам. Для всех случаев существует одно неизменное правило включения: сеть присоединяется к тем зажимам счетчика, которые имеют ответвление вольтовой обмотки. При неправильном включении счетчика могут иметь место различные случаи. Так, если у счетчика рис. 75 присоединить сеть к 1 и 2 зажимам, то получится короткое замыкание через обмотку А, благодаря чему последняя может сгореть. Если у счетчика рис. 77 ток подвести к крайним зажимам, а нагрузку присоединить к зажимам средним, то направление тока в толстых обмотках изменится и алюминиевый диск счетчика будет вращаться в обратную сторону. Счетчик, следовательно, будет не увеличивать, а уменьшать свои показания. Если в схеме рис. 77 взаимно пересоединить провода зажимов 1 и 2 или зажимов 3 и 4, то направление тока изменится только в одной из толстых обмоток. Тогда они будут действовать взаимно размагничивающим образом. При неравномерной нагрузке счетчик будет работать лишь за счет разности магнитных потоков (а не суммы) обмоток А и, следовательно, будет сильно преуменьшать показания. При равномерной нагрузке в обеих половинах сети потоки, создаваемые обмотками А, будут взаимно уравновешиваться, их результирующий поток будет равен нулю и потому подвижная часть счетчика не будет вращаться.
При внимательном рассмотрении схемы рис. 77, можно видеть, что нулевой провод в счетчик совершенно не введен. Следовательно, если он сконструирован для рабочего напряжения 2 х 110 вольт трехпроводной сети, то его без всяких переделок с успехом можно применить и для двухпроводной сети напряжением в 220 вольт. И в этом случае можно получить все описанные результаты от неправильного присоединения проводов сети. Наконец, с рассматриваемым счетчиком легко получить и короткое замыкание, стоит только присоединить подводящую ток сеть к 1 и 2 или к 3 и 4 зажимам. Таким образом, присоединять незнакомый счетчик, раз схема его включения не дана и буквенные пометки у зажимов не понятны, нужно осмотрительно.
По индукционному принципу работают и счетчики трехфазного тока. В случае равномерной нагрузки фаз может найти применение счетчик, выполненный по схеме рис. 79, на котором мы видим толстую обмотку А, включенную лишь в один из линейных проводов, и тонкую обмотку В, связанную через сопротивления со всеми проводами. Если нагрузка на фазы неравномерная, то схемы могут быть выполнены разнообразно. Простейшая из них представлена на рис. 80 и более сложная — на рис. 81. Буквенные обозначения оставлены те же. Провода от сети, как видно из схем, неизменно подводятся к тем зажимам счетчиков, от которых ответвляется провод к вольтовой обмотке. Неправильное включение счетчика и здесь может вызвать короткое замыкание, вращение счетчика в обратную сторону или полную его остановку.
Для четырехпроводной системы трехфазного тока схемы даны на рис. 82 и 83. В этом случае приходится учитывать, что нагрузка во всех трех фазах может получиться разная. Поэтому счетчик имеет толстые обмотки для всех фаз. Следует заметить, что при наличии ряда толстых и тонких обмоток счетчик обыкновенно снабжается двумя алюминиевыми дисками с отдельными своими тормазными магнитами, но с общей осью вращения. Каждая система толстых и тонких обмоток или группа систем воздействует на свой алюминиевый диск.
При больших силах тока (свыше 100 ампер) толстые обмотки счетчиков включаются через трансформаторы тока, при высоких напряжениях (свыше 600 вольт), независимо от силы тока, трансформатор тока обязателен, равно необходим и трансформатор напряжения. Схема включения измерительных трансформаторов для счетчика двухпроводной сети высокого напряжения показана на рис. 84.
Измерительные трансформаторы в большинстве случаев так устраиваются, что приключаемый к ним счетчик представляет собою обыкновенный счетчик для 5 или 10 ампер и 110 вольт. Они имеют точный коэффициент трансформации и допускают присоединение, кроме счетчика, других измерительных приборов: ваттметров, амперметров, вольтметров и т. д. На установках чаще всего из измерительных приборов снимаются для проверки счетчики, почему именно здесь мы считаем нужным отметить, что при замене счетчика вторичная обмотка трансформатора тока должна быть замкнута на-короткое. В противном случае в железе трансформатора сильно увеличивается магнитная индукция, благодаря чему возрастают магнитные потери и нагревание железа, могущее повести к повреждению изоляции трансформаторных обмоток. Также не исключается возможность появления у зажимов вторичной обмотки трансформатора тока и очень высоких, опасных для жизни, напряжений. Если же трансформатор тока обслуживает амперметр или ваттметр, то, будучи замкнут на толстые обмотки этих приборов, он не даст опасного нагрева или повышения напряжения. Вторичная обмотка трансформатора напряжения, напротив, должна оставаться открытой, так как описанные выше явления в ней не могут иметь места.
Трансформаторы тока установки предохранителей не требуют. Трансформаторы напряжения, напротив, обыкновенно имеют предохранители как на высоком, так и на низком напряжении (см. рис. 68, 69 и 70). Предохранители на стороне низкого напряжения в трансформаторах напряжения иногда ведут к неправильным показаниям приключенных к ним измерительных приборов. Заземление вторичных обмоток, в целях безопасности обслуживания, обязательно как в трансформаторах тока, так и в трансформаторах напряжения.
Потребление энергии в счетчиках примерно следующие:
