Токоизмерительные клещи от А до Я
Что такое токоизмерительные клещи? Какие виды работ/измерений можно проводить с их помощью? Использование прибора на все 100% — возможно ли? Почему необходимо выбирать инструмент в соответствии с вашими требованиями и как это сделать?
В этой статье рассмотрим токоизмерительные клещи едва ли не под микроскопом — от принципа работы до критериев независимой экспертной оценки. Не переключайтесь!
Содержание
- Как работает трансформатор тока в клещах
- Выбор токоизмерительных клещей
- Использование прибора в суровых условиях
- Разрешение, цифры, отсчеты
- Точность
- Crest factor (коэффициент амплитуды или фактор искажений)
- Измерение тока
- Измерение напряжения
- Измерение сопротивления
- Проверка проводимости цепи
- Дополнительный функционал
- Категории защиты и сертификация
- Контрольный список мер по технике безопасности
- Специальные функции
- Глоссарий
- Независимое тестирование
Технологический прогресс не стоит на месте, поэтому на ряду с развитием современного оборудования и различных схем появляется всё больше задач для электриков и инженеров. Сфера постоянно требует не только расширенных возможностей измерительных устройств, но и новых умений и навыков от их пользователей. Электрик, хорошо разбирающийся в основах работы с измерительным оборудованием, будет максимально готов к вызовам по устранению неполадок.
Токоизмерительные клещи являются важным элементом в профессиональных наборах инструментов для электриков и инженеров, ведь в придачу к основным характеристикам обладают еще и функцией вольтметра.
Как и мультиметр, клещи эволюционировали из аналогового в инновационный цифровой вариант. Сперва они создавались как инструмент для измерения тока и напряжения. Сегодняшние же модели оснащены широким спектром функций, гораздо высшей точностью, а в отдельных случаях — специализированными возможностями.
В итоге прибор обладает большинством преимуществ цифрового мультитметра (ЦМ) и датчиком в форме клещей с трансформатором тока.
Как работает трансформатор тока в клещах
Процесс измерения больших значений переменного тока клещами основывается на обычном трансформаторном принципе. Когда вы обхватываете губками или гибким IFlex проводник, по которому течет переменный ток, этот ток проходит через датчик, похожий на железную сердцевину силового трансформатора и вторичной обмотки, что в свою очередь подключена через шунт к входному терминалу измерения тока на плате прибора.
То есть на входной терминал приходит значительно меньшее значение тока — из-за соотношения количества вторичных и первичных обмоток. В роли первичной обмотки выступает именно обжатый проводник. Если вторичная обмотка имеет 1000 витков, то ее ток составляет 1/1000 тока, который протекает в первичной, либо же — в проводнике. Итак, 1 А тока в исследуемом проводнике составляет 0,001 А или 1 мА на входном терминале амперметра прибора. Таким образом можно легко измерить гораздо бо́льшие токи, регулируя количество витков обмотки.
Выбор токоизмерительных клещей
Выбирайте устройство, отталкиваясь от условий и потребностей вашей деятельности. Обязательно обращайте внимание на разрешение и точность измерений, необходимых для ваших задач.
Перед покупкой клещей непременно следует исходить не только из технических характеристик, но и в общем из функционала прибора, его дизайна, конструкции и эргономики.
Безотказность, особенно в экстремальных условиях использования, чрезвычайно важна. Поэтому при проектировании токоизмерительных клещей инженеры-разработчики Fluke учитывают все особенности работы и создают их таким образом, чтобы они были надежными с точки зрения как механической составляющей, так и электрической.
Прежде чем попасть в руки пользователей, токоизмерительные клещи Fluke проходят проверку и оценку в лабораториях. Безопасность пользователя является первоочередной задачей этих контрольно-измерительных приборов и должна быть главным пунктом при выборе во время покупки. Компания Fluke не просто разрабатывает свои клещи, соблюдая все актуальные стандарты электроизмерительного оборудования, но и проводит независимое тестирование каждого прибора в таких сертифицированных лабораториях как CSA, TÜV, и пр.
Подробнее о контроле качества и нормах безопасности — ниже по тексту.
Использование прибора в суровых условиях
Инженерам часто приходится работать в неблагоприятных обстоятельствах, где выполнение задач усложняется разными факторами: чрезмерными температурами, высоковольтными линиями, вращающимися механизмами, работой на высоте, в труднодоступных местах и ограниченном пространстве. При таких условиях специалист не имеет возможности носить с собой много тяжелых и габаритных устройств.
Приборы такой серии как, например, Fluke 370 FC предлагают расширенные возможности и повышают эффективность работы, а гибкий токовый датчик iFlex позволяет проводить измерения, обхватывая проводники в тесных электрощитах, среди плотного скопления проводов или тогда, когда диаметр обхвата губок клещей недостаточный.
Кроме того, все выше перечисленные модели относятся к семейству с беспроводным подключением Fluke Connect®. Они позволяют регистрировать и анализировать графики измерений, передавать / загружать данные, создавать отчетность о результатах измерений за пределами исследуемого объекта. Если же возникает необходимость дистанционных измерений (к примеру, ради безопасности пользователя) клещи со съемным экраном способны работать как можно дальше от зоны риска.
Используйте гибкий токоизмерительный датчик в ситуациях, когда проводник шире, чем максимальный диаметр клещей либо же расположен в труднодоступном месте.
Разрешение, цифры, отсчеты
Разрешение указывает на то, насколько точную измерительную способность имеет прибор. Этот параметр дает возможность заблаговременно определить сможете ли вы зафиксировать наименьшее отклонение величины от ее нормы. Например, если у клещей разрешение 0,1 А в диапазоне 600 А, то можно увидеть изменение на 0,1 А при измерении 100 А.
Вы не купили бы линейку с сантиметровыми отметками для работы с отрезком длинной 2 мм. Аналогично вы должны выбрать прибор, способный отображать значение, соответствующее характеру измерения.
Точность
Процент точности — наиболее допустимая погрешность, возникающая при определенных условиях эксплуатации. Другими словами, это показатель того, насколько отображаемое значение приближено к фактическому значению измеряемого сигнала.
Точность токовых клещей обычно обозначается в процентах (%) от показаний: 3% значит, что для измеряемого значения тока в 100 А — фактическое значение может колебаться от 97,0 А до 103,0 А. К базовой спецификации точности также принадлежит диапазон цифр, добавляемых к значению погрешности. Это указывает на то, на сколько отсчетов может измениться значение последней цифры.
К примеру, точность можно записать как: 2% ± 2. Следовательно — для отображаемых на дисплее 100 А фактическое значение тока может варьироваться от 97,8 А до 102,1 А.
Crest factor (коэффициент амплитуды или фактор искажений)
Вследствие постоянного роста спроса на электричество, ток в энергосетях больше не обретает чистую синусоидальную форму частотой 50 или 60 Гц. Форма сигнала является достаточно искаженной из-за высокого содержания гармоник, которые генерируют различные потребители с реактивной составляющей нагрузки.
Современные компоненты систем электроснабжения, такие как предохранители, шины, проводники и тепловые элементы автоматических выключателей, имеют номинальный ток RMS, поскольку их главное ограничение связано с выделением тепла. Чтобы проверить электрическую цепь на перегрузку, нужно определить ток RMS и сравнить полученную цифру с номинальным значением для соответствующего компонента. Именно поэтому ваше измерительное оборудование должно «уметь» идентифицировать точное значение сигнала RMS, в независимости от того, насколько он искажен.
Коэффициент амплитуды — это простое соотношение пикового значения сигнала к среднеквадратическому (RMS). Для чистой синусоиды переменного тока параметр составил бы 1,414. Однако сигнал, имеющий очень острый импульс, приведет к тому, что соотношение (или же коэффициент амплитуды) будет высоким. В зависимости от ширины импульса и его частоты, можно наблюдать коэффициент 10:1 и выше. В реальных системах распределения электроэнергии коэффициент амплитуды, превышающий 3:1, встречается крайне редко.
Как видите, crest-factor является показателем искажения сигнала. Информацию о коэффициенте амплитуды можно найти только в спецификации приборов, в которых предусмотрены True-RMS измерения. Это значение указывает, насколько искаженным может быть сигнал, чтобы его всё равно можно было измерить согласно характеристикам точности прибора. Львиная доля токоизмерительных клещей с функцией True-RMS обладает коэффициентом амплитуды 2:1 или 3:1. Такой диапазон подходит для большинства применений в электротехнике.
Измерение тока
Одной из самых распространенных задач для электриков является непосредственно определение силы тока. Современные приборы способны фиксировать как переменный, так и постоянный ток. По большей части это происходит на разных разветвлениях системы распределения электроэнергии.
Как измерить ток
- Выберите измерение постоянного DC (Ǟ) или переменного AC тока (Ã).
- Откройте губки клещей и обхватите ими измеряемый проводник (если вы измеряете переменный ток, можете переключить прибор в режим использования гибкого датчика iFlex и работать с его помощью).
- Измеренное значение отобразится на дисплее.
Измеряя ток на ответвлениях электрической цепи, легко определить, сколько потребляет каждая нагрузка в этой цепи от распределительной системы. Если какой-нибудь элемент системы (например, трансформатор) перегревается, можно проверить каждую ветку потребления, чтобы вычислить ток нагрузки. Однако убедитесь, что вы используете измерительный прибор с функцией истинного среднеквадратического значения RMS, ведь только при этом условии получите точное значение сигнала, нагревающего эти компоненты. Измерительный прибор с True-RMS не предоставит правильных показаний, если ток и напряжение не синусоидальны из-за нелинейной нагрузки.
Измерение напряжения
Еще одно из самых распространенных применений токоизмерительных клещей — измерение напряжения (как переменного, так и постоянного).
Напряжение АС-тока обычно генерируется на электростанции и распределяется сетью по системе. Задача электрика — измерить напряжение в сети.
Также довольно частым сценарием является диагностика напряжения аккумулятора, его заряда и состояния. В таком случае понадобятся показания DC-тока/напряжения.
Проверка корректного напряжения в сети — это обычно первоочередная задача при профилактике или устранении неполадок. Если напряжение отсутствует, слишком низкое либо же наоборот чересчур высокое, от проблемы следует избавиться прежде чем начинать работу.
Способность токоизмерительных клещей распознавать напряжение переменного тока без погрешности зависит от его частоты. Большинство приборов справятся с этим запросом при 50 Гц — 500 Гц. В то же время диапазон измерения напряжения АС-тока с помощью цифрового мультиметра может достигать 100 кГц и выше. Вот почему результаты исследования одного источника мультиметром и токоизмерительными клещами имеют свойственность разниться. Мультимер позволяет измерять высокочастотную составляющую напряжения АС-тока, клещи же вместо этого отфильтровывают часть сигнала, превышающую полосу пропускания прибора.
При устранении неполадок в частотно-регулируемых двигателях (ЧРД) входная полоса пропускания очень важна для получения достоверных результатов измерения. Из-за высокого коэффициента гармоник в сигнале, текущем от драйвера к двигателю, ЦМ измеряет большую часть содержимого напряжения (в зависимости от полосы пропускания). Определение выходного напряжения частотно-регулируемого драйвера электродвигателя сейчас довольно распространенное явление. Двигатель, подключенный к частотно-регулируемому драйверу, реагирует на среднее значение сигнала. Чтобы измерить это значение, полоса пропускания должна быть шире, чем в аналогичном цифровом мультиметре.
Как измерить напряжение
- Выберите напряжение переменного тока АС или напряжение постоянного тока DC.
- Подключите черный щуп к терминалу СОМ, а красный — к терминалу V.
- Подсоедините щупы параллельно к источнику измерения, соблюдайте полярность при измерении напряжения постоянного тока.
- Значение напряжения будет отображаться на дисплее, обязательно обратите внимание на единицу измерения.
- (Необязательно) Нажмите кнопку HOLD, чтобы зафиксировать полученные данные на дисплее. Функция позволяет считывать данные на безопасном расстоянии от источника тока и избегать риска поражения и получения травм.
Измерив напряжение источника тока и сравнив его с напряжением на нагрузку, вы можете определить уровень спада напряжения в цепи. А это значение в свою очередь может повлиять на функционирование нагрузки.
Измерение сопротивления
Сопротивление измеряется в Омах (Ω). Значение сопротивления может существенно колебаться — от нескольких миллиом (mΩ) до десятков и даже тысяч гигаом (GΩ). Большинство токоизмерительных клещей измеряют значение сопротивления до 0,1 Мом. Если же во время вычисления сопротивления цепь разомкнута или значение отображаемого сопротивления превышает максимально допустимый диапазон измерений, на дисплее появится символ “OL”.
Процесс необходимо начать с выключенного питания тестируемой электрической цепи. Иначе существует риск повреждения прибора или других подсоединенных установок. Обычно клещи оснащены защитой от перенапряжения в режиме измерения сопротивления. Уровень защиты варьируется в зависимости от модели.
Как измерить сопротивление
- ⚠ Выключите питание электрической цепи.
- Выберите режим измерения сопротивления (Ω).
- Подключите черный щуп к терминалу СОМ, а красный — к терминалу VΩ.
- Коснитесь наконечниками щупов к компоненту или части цепи, сопротивление которой нужно определить.
- На дисплее будет отображаться текущее значение измеренного сопротивления.
Перед измерением сопротивления обязательно убедитесь, что цепь обесточена, а все конденсаторы (если они присутствуют) разряжены.
Проверка проводимости цепи
Проверка электропроводимости — это быстрый способ выяснить состояние целостности тестируемой цепи. Токоизмерительные клещи с функцией звуковой прозвонки позволяют легко проверить проводимость электрических цепей. При обнаружении клещами замкнутого контура они подают звуковой сигнал, при этом вам не обязательно смотреть непосредственно на экран. Значение сопротивления, при котором цепь считается замкнутой, зависит от конкретной модели клещей. Типичное значение сопротивления, при котором срабатывает звуковой сигнал, должен быть меньше чем диапазон 20 – 40 Ом.
Дополнительный функционал
Довольно распространенным для токоизмерительных клещей является измерение частоты переменного тока с синусоидальной формой волны. Оно осуществляется с помощью губок инструмента или гибкого датчика, обхватывающих проводник. При этом на дисплее будет отображаться значение частоты. Это очень полезный показатель при обнаружении проблем с гармониками в электросети.
Еще одна полезная функция — фиксация максимального и минимального значения, когда каждое измеренное показание сравнивается с предыдущим. Если новое значение превышает предыдущее, оно фиксируется и следующие сравниваются уже с ним. Аналогично происходит и фиксация значения минимального: если текущее значение ниже предыдущего, оно фиксируется. Среднее значение обновляется постоянно. Пока активна функция максимального/минимального/среднего значения, вы можете вывести на дисплей любое из них за определенный промежуток времени.
А вот емкость раньше могли вычислить немногие модели. Сейчас этот приятный бонус встречается всё чаще. Он полезен во время проверки пусковых конденсаторов электродвигателя и значений электролитических конденсаторов, содержащихся в контроллерах, блоках питания и др.
Для техников, работающих с электромоторами, возможность мониторинга пусковых токов — важный источник данных об исправности механизма. В линейке Fluke представлено множество вариантов, оборудованных функцией измерения пусковых токов. Вот некоторые из них:
- 374 FC 600A AC/DC True-rms True-rms Токоизмерительные клещи с беспроводным соединением
- 375 FC 600A AC/DC True-rms True-rms Токоизмерительные клещи с беспроводным соединением
- 376 FC 1000A AC/DC True-rms Токоизмерительные клещи с беспроводным соединением и гибким датчиком iFlex
Зажмите губки или гибкий датчик вокруг выводов двигателя и включите измерение пусковых токов. Потом приведите в действие мотор. На дисплее появится показание максимального тока, который потребляет двигатель во время запуска в течение первых 100 миллисекунд цикла. Эта запатентованная технология фиксации пусковых токов отфильтровывает шум и фиксирует ток двигателя именно таким, каким он подается на защитное оборудование цепи.
Категории защиты и сертификация
Безопасность пользователя начинается с выбора правильного контрольно-измерительного прибора, который соответствует исследуемой среде. Дальше нужно соблюдать инструкцию, поставляющуюся в комплекте — она содержит перечень мер безопасности, которые помогают избежать поражения электрическим током, травм, пожара и повреждения самого прибора.
Международная электрическая комиссия установила новые стандарты безопасности для работы с электросистемами. Убедитесь, что ваш прибор соответствует категории ІЕС и номинальному напряжению, а также утвержден для работы именно в той среде, где планируется диагностика.
Например, если надо измерить напряжение в электрощите с напряжением 480 В, то следует использовать инструмент с маркировкой САТ ІІІ – 600 В или выше. Это значит, что входная схема прибора разработана таким образом, чтобы выдерживать значение напряжения этой среды без опасностей и рисков. А вот сертификаты CSA и TÜV гарантируют, что инструмент не только изготовлен по стандартам ІЕС, но и прошел независимое тестирование.
Множество современных токоизмерительных клещей соответствуют категории САТ IV. Это свидетельствует о безопасном использовании в подземных или внешних электроустановках, где вероятны разряды молнии, а переходные процессы могут происходить чаще, чем на других уровнях.
Уровням защиты электроустановок мы недавно посвятили отдельную статью.
Контрольный список мер по технике безопасности
- Выбирайте прибор, который соответствует принятым стандартам безопасности именно для той среды, где ожидается его работа.
- Проверяйте щупы и гибкий токоизмерительный датчик на физические повреждения до измерения, а корпус прибора — на целостность, отсутствие сколов и трещин.
- Используйте только те щупы, которые имеют изолированные терминалы и защитные ограничители для пальцев, а также исключительно те приборы, где терминалы для щупов изолированы и углубленные в корпус.
- Прежде чем начать работу, убедитесь, что инструмент пребывает в надлежащем / исправном состоянии.
- Всегда отсоединяйте «горячий» красный щуп.
- Не проводите изменение в одиночку.
- Отдавайте предпочтение приборам с защитой от перегрузки при использовании дополнительных функций.
Специальные функции
Далее — об интересных особенностях, содействующих улучшению работы с токоизмерительными клещами.
- Обозначения единиц измерения помогают сразу определить, какой именно режим включен (вольты, омы, амперы, фарады).
- Кнопка «удержание данных» закрепляет показания на дисплее для удобного просмотра за пределами исследуемого объекта.
- Переключение функций с помощью лишь одного поворотного переключателя обеспечивает удобство во время работы одной рукой.
- Защита от перегрузки предотвращает повреждение прибора и защищает пользователя.
- Ручной выбор диапазона позволяет зафиксировать конкретный диапазон для повторных измерений. Во многих моделях есть возможность автоматического выбора.
- Индикатор низкого заряда батарей предупреждает о необходимости замены элементов питания.
- Дисплей с подсветкой, широким углом обзора и четкими символами облегчает считывание показаний в любых условиях.
- Встроенный фильтр низких частот и обработка сигнала на современном АЦП позволяет использовать прибор в среде с электрическими помехами, обеспечивая при этом стабильные показания.
Глоссарий
Точность. Означает насколько приближенным является отображаемое значение измеряемого сигнала к фактическому. Измеряется в процентах от показаний или в процентах от полной шкалы.
Аналоговый прибор. Принцип — стрелочный указатель для отображения измеренного значения. Пользователю необходимо определить результат измерений на основе положения иглы на шкале.
Индикатор. Символ или пиктограмма, обозначающая выбранный диапазон или функцию.
Средняя скорость отклика. Прибор способен точно измерять синусоидальные формы волн, а несинусоидальные — с точностью поменьше.
Fluke Connect. Система, соединяющая между собой приборы и смартфон. В приложении можно просматривать результаты измерений, строить графики, делиться данными для формирования отчетов и дальнейшего анализа.
Синусоидальная форма волны. Чистая синусоида без искажений.
Несинусоидальная форма сигнала. Искаженная или другая форма сигнала. Например, импульсный сигнал, меандр или пилообразная волна.
Разрешение. Уровень, до которого прибор может отобразить небольшие изменения в измеренном значении.
RMS (среднеквадратичное значение). Истинное среднеквадратичное значение переменного тока.
True-RMS прибор. Способный измерять как синусоидальные, так и не синусоидальные волны.
Независимое тестирование
Как пользователю определить — на самом ли деле прибор соответствует САТ ІІІ или САТ ІІ?
К сожалению, это не всегда легко. Производитель может самостоятельно сертифицировать приборы как САТ ІІ, так и САТ ІІІ без любой проверки. Остерегайтесь таких формулировок, как «Разработано согласно спецификации…». Сертификат от производителя не может заменить фактическую экспертную оценку. Международная электрическая комиссия (ІЕС) предлагает и оттачивает стандарты, но она не отвечает за их нарушение.
Ищите символы и номер регистрации независимой испытательной лаборатории, такой как UL, CSA, TV или другого признанного официального органа. Такую маркировку используют только в том случае, если прибор успешно «сдал экзамен» по соблюдению национальных / международных требований.
Например, UL 3111 основывается на IEC 1010-1 2-й редакции. Это главный критерий, который стоит проверить, чтобы убедиться, что выбранный вами инструмент действительно прошел мониторинг соответствия.
Номинальные характеристики и функционал приборов зависят от производителя. Перед началом работы с новым инструментом обязательно ознакомьтесь с техникой безопасности и инструкцией по эксплуатации.
