Что такое токовые клещи, и какие измерения можно производить с их помощью? Как их использовать с максимальной отдачей? Какие токовые клещи лучше всего подходят для конкретных условий? Данный обзор призван дать ответы на все эти вопросы.
С внедрением технологических достижений в электрооборудовании и схемах перед электриками и техниками возникают новые проблемы. Прогресс требует не только больших возможностей от современных измерительных приборов, но и больших навыков со стороны людей, которые их используют. Электрики с хорошим знанием основ применения тестового оборудования лучше подготовлены к замерам и устранению неполадок. Токовые клещи являются одним из наиболее важных и распространенных инструментов, которые можно найти сегодня в их арсенале.
Данное устройство представляет собой измерительный прибор, в котором сочетаются вольтметр и амперметр клещевого типа. Подобно мультиметру, пройдя через аналоговый период, оно вошло в мир цифровых измерений. Созданные в первую очередь как универсальный инструмент электриков, современные модели стали более точными и приобрели множество дополнительных функциональных возможностей, некоторые из которых являются очень специальными. Сегодня токовые клещи дублируют многие основные функции цифрового мультиметра, но отличаются от него наличием встроенного трансформатора тока.
Принцип работы
Способность измерять большие переменные токи токовыми клещами основана на простом действии трансформатора. Когда клещи смыкаются вокруг проводника, ток находится в устройстве подобно железному сердечнику силового трансформатора, и течет по вторичной обмотке, подключенной через входной шунт. Значительно меньший ток подается на вход прибора из-за отношения количества витков вторичной обмотки к числу витков первичной. Обычно первичная обмотка представлена одним проводником, вокруг которого зажимаются клещи. Если вторичная обмотка имеет 1000 витков, то вторичный ток составляет 1/1000 часть первичного, или, в данном случае, проводника. Таким образом, 1 А трансформируется в 0,001 А или 1 мА на входе прибора. Такой метод позволяет легко измерять большие токи, увеличивая число витков вторичной обмотки.
Выбор
Покупка токовых клещей требует не только ознакомления с их спецификациями, но также и оценки их функциональных возможностей и качества, обеспечиваемого дизайном прибора и технологией его производства.
Надежность тестера, особенно в сложных условиях, сегодня важнее, чем когда-либо. Инженеры, разрабатывая измерительные инструменты, должны испытывать их не только на электрическую, но и на механическую прочность. Например, токовые клещи Fluke перед отправкой в магазины проходят строгую программу тестирования и оценки.
Безопасность пользователя должна быть основным соображением при выборе данного прибора или любого другого электрического измерительного оборудования. Кроме того, цифровые токовые клещи должны производиться не только в соответствии с самыми последними стандартами, но следует тестировать каждый прибор с последующей сертификацией такими испытательными лабораториями, как UL, CSA, VDE и т. д. Только в этом случае можно быть уверенными, что инструмент отвечает всем новым требованиям и стандартам безопасности.
Разрешение и диапазон измерений
Разрешение прибора указывает, насколько точными являются производимые им замеры. Оно определяет, какое минимальное изменение сигнала можно зарегистрировать. Например, если разрешение токовых клещей составляет 0,1 А в диапазоне 600 А, то сила тока порядка 100 А измеряется с точностью в 0,1 А.
Кому нужна линейка, размеченная в сантиметрах, если нужно определить размеры объекта в несколько миллиметров величиной? Аналогичным образом, следует выбирать прибор, который может отображать необходимое разрешение.
Погрешность
Это максимально допустимая ошибка, которая может возникать при определенных условиях эксплуатации. Другими словами, это показатель того, насколько близко измеренное значение соответствует фактическому.
Погрешность прибора обычно выражается в процентах от показаний. Например, если она равна 1 %, то для 100 ампер фактическое значение тока находится в пределах от 99 до 101 А.
В дополнение к погрешности в спецификациях может указываться, насколько изменяется показание в крайнем правом разряде измеряемой величины. Например, если погрешность указана как ± (2 % + 2), то для 100,0 А фактический ток находится в диапазоне 97,8–102,2 А.
Коэффициент амплитуды
С ростом электронных источников питания токи, получаемые из современных распределительных систем, уже не являются чистыми 50-Гц синусоидальными волнами. Они стали довольно искаженными из-за гармоник, которое генерируют эти источники питания. Однако электрические компоненты сети, такие как предохранители, шины, проводники и тепловые элементы автоматических выключателей, рассчитаны на среднеквадратичный ток, поскольку их основное ограничение связано с теплоотдачей. Если необходимо проверить электрическую цепь на перегрузку, то нужно измерить среднеквадратичный ток и сравнить полученное значение с номинальным. Поэтому современное тестовое оборудование должно иметь возможность точно измерять истинную величину сигнала независимо от степени его искажения.
Коэффициент амплитуды – это отношение пикового тока или напряжения к их среднеквадратическому значению. Для чистой синусоидальной волны он равен 1,414. Однако сигнал с очень резким импульсом приведет к тому, что коэффициент амплитуды будут высокими. В зависимости от ширины импульса и его частоты можно наблюдать коэффициенты, равные 10: 1 и выше. В реальных системах распределения энергии редко встречаются коэффициенты амплитуды более 3. Таким образом, коэффициент амплитуды является признаком искажения сигнала.
Данные измерения могут производить только те приборы, которые способны производить замеры истинного среднеквадратичного значения. Оно показывает насколько искаженным может быть сигнал и регистрировать его в соответствии с погрешностью инструмента. Большинство токовых клещей способны измерять коэффициенты амплитуды, равные 2 или 3. Этого достаточно для большинства случаев.
Переменный ток
Одно из основных назначений токовых клещей – измерение переменного тока. Обычно такие замеры проводятся на ответвлениях электрической распределительной системы. Определение силы тока, текущего по различным цепям, является рутинной задачей электрика.
Для проведения измерения необходимо:
- Выбрать режим переменного тока.
- Разомкнуть клещи и сомкнуть их вокруг одного проводника.
- Считать показания на дисплее.
Измеряя ток вдоль участка цепи, можно легко определить, какую мощность отбирает каждая нагрузка.
Когда выключатель или трансформатор перегреваются, лучше всего провести замер тока нагрузки. Однако следует убедиться, что регистрируются истинные среднеквадратичные значения, позволяющие точно измерить сигнал, нагревающий эти компоненты. Обычный прибор не даст истинное показание, если ток и напряжение несинусоидальны из-за нелинейных нагрузок.
Напряжение
Другой обычной функцией прибора является измерение напряжения. Современные токовые клещи способны определять постоянное и переменное напряжение. Последнее обычно создается генератором, а затем распределяется по сети. Работа электрика состоит в том, чтобы иметь возможность проводить измерения по всей системе электроснабжения с целью поиска устранения неполадок. Другим применением прибора является проверка заряда батареи. В этом случае необходимо измерить токовыми клещами постоянный ток или постоянное напряжение.
Поиск неисправностей в цепи обычно начинается с проверки параметров сети. Если напряжение отсутствует, если оно слишком высокое или слишком низкое, эту проблему необходимо решить до продолжения поиска.
На способность токовых клещей измерять переменное напряжение влияет частота сигнала. Большинство тестеров данного типа могут точно определять этот параметр на частотах 50–500 Гц, но ширина диапазона цифрового мультиметра достигает 100 кГц и выше. Вот почему измерение одного и того же напряжения тестерами разного типа дает различные результаты. Цифровой мультиметр позволяет подключать высокочастотное напряжение к схеме, тогда как токовые клещи отфильтровывают часть, содержащуюся в сигнале выше их полосы пропускания.
При поиске неисправностей частотно-регулируемых приводов входная полоса пропускания прибора может иметь важное значение для получения значимого считывания. Из-за высокого содержания гармоник в сигнале, выходящем из преобразователя частоты, цифровой мультиметр, в зависимости от его входной полосы, измерит большую часть напряжения. Регистрация параметров частотно-регулируемого привода не является обычной задачей. Двигатель, подключенный к частотному преобразователю, реагирует только на среднее значение сигнала, и для регистрации этой мощности входная полоса пропускания тестера должна быть уже, чем у мультиметра. Токовые клещи Fluke 337 специально разработаны для тестирования и устранения неисправностей такого типа.
Производить измерения напряжения следует так:
- Выбрать соответствующий режим токовых клещей: постоянного тока Volts DC (V) или переменного Volts AC (V ~).
- Подключить черный провод тестового щупа ко входному гнезду COM, а красный – к гнезду V.
- Прикоснуться наконечниками зонда к цепи по разные стороны нагрузки или источника питания (параллельно цепи).
- Считать показания, обратив внимание на единицу измерения.
- Нажать кнопку HOLD, чтобы зафиксировать результат. После этого можно отсоединить щупы от контура и считать показания на безопасном расстоянии.
Измерение напряжение на входе автоматического выключателя до и после подключения нагрузки позволяет определить его падение. Если оно значительное, то это свидетельствует о том, насколько хорошо функционирует нагрузка.
Токовые клещи: инструкция по замеру сопротивления
Сопротивление измеряется в омах. Его значение может варьироваться от нескольких миллиом у контактов до миллиардов ом у изоляторов. Большинство токовых клещей измеряют сопротивление с разрешением 0,1 Ом. Когда его значение превышает верхний предел или цепь разомкнута, на дисплее появляется надпись OL.
Замер данного параметра должен производиться при отключенном питании, иначе прибор или контур будут повреждены. Некоторые устройства обеспечивают защиту в режиме измерения сопротивления на случай контакта с напряжениями. У разных моделей уровень защиты может сильно различаться.
Наиболее часто требуется определить электрическое сопротивление катушки контактора.
Порядок измерения следующий:
- Отключить питание цепи.
- Выбрать режим измерения сопротивления.
- Подключить черный провод щупа к гнезду COM, а красный – к гнезду Ω.
- Прикоснуться наконечниками зонда с обеих сторон элементов или участка цепи, для которых требуется определить сопротивление.
- Считать показания прибора.
Целостность цепи
Это быстрая проверка на наличие сопротивления, благодаря которой можно определить разрыв цепи.
Токовые клещи со звуковым сигналом позволяют легко и быстро выполнять множество таких тестов. Прибор сигнализирует, когда обнаруживает замкнутый контур, поэтому при проверке смотреть на дисплей не нужно. Уровень сопротивления, необходимый для срабатывания устройства, может быть разным. Типичным является значение, не превышающее 20-40 Ом.
Специальные функции
Довольно востребованной функциональной возможностью токовых клещей, по отзывам пользователей, является определение частоты переменного тока. Для этого необходимо сомкнуть «челюсти» вокруг проводника и включить режим измерения частоты. На дисплее появится частота сигнала. Эта функция очень полезна для определения источника проблем с гармониками в электрической сети.
Еще одной особенностью некоторых моделей (например, токовых клещей Mastech MS2115B) является запись минимальных и максимальных значений. Когда эта функция активирована, каждый замер сравнивается с ранее сохраненными показаниями. Если новое значение выше максимального, то оно его заменяет. Такое же сравнение выполняется для минимального показания. Пока функция MIN MAX активна, все замеры обрабатываются таким образом. Через некоторое время можно вызвать каждое из этих значений на дисплей и определить наибольшее и наименьшее показания за некоторый период времени.
Для электриков, которые имеют дело с двигателями, способность фиксировать ток, потребляемый мотором во время его запуска, может многое рассказать о его состоянии и нагрузке. Токовые клещи Fluke 335, 336 и 337 могут измерять его «в движении». Для этого необходимо сомкнуть их вокруг одного из входных проводов мотора, активировать режим in-rush и включить двигатель. Дисплей прибора покажет максимальный ток, потребляемый двигателем в течение первых 100 мс его стартового цикла.
Токовые клещи Uni-T UT210E позволяют определять наличие переменного напряжения или электромагнитного поля бесконтактным способом. Для этого необходимо приблизить устройство на расстояние 8–15 мм к тестируемому объекту. Прибор различает 4 уровня напряжений, подает соответствующий звуковой сигнал и обозначает интенсивность поля световым индикатором.
Токовые клещи DT-3347 поддерживают функцию измерения температуры.
Безопасность
Безопасное проведение измерений начинается с выбора надлежащего прибора для среды, в которой он будет использоваться. После того, как правильный инструмент найден, следует использовать его в соответствии с рекомендуемой процедурой.
Международная электротехническая комиссия установила новые стандарты безопасности при работе с электрическими системами. Необходимо убедиться, что используется прибор соответствует категории IEC и номиналу напряжения, одобренному для среды, в которой должно производиться измерение. Например, если замеры производятся на 480-вольтовой электрической панели, то следует использовать токовые клещи категории III для 600 В. Это означает, что входная схема прибора спроектирована так, чтобы выдерживать переходные напряжения, обычно имеющие место в этой среде, без ущерба для пользователя. Выбор инструмента такого класса, который также сертифицирован в UL, CSA, VDE или TUV, означает, что он не только был разработан в соответствии со стандартами IEC, но был независимым образом проверен и соответствует этим стандартам.
Правила техники безопасности
- Необходимо пользоваться токовыми клещами, которые соответствуют принятым стандартам безопасности для среды, в которой они будут применяться.
- Перед проведением измерения нужно проверить провода зонда на предмет физического повреждения.
- Следует убедиться в целостности провода с помощью токовых клещей.
- Нельзя пользоваться щупами с неизолированными соединениями и отсутствием защиты для пальцев.
- Необходимо применять приборы только с углубленными входными гнездами.
- Токовые клещи должны быть в рабочем состоянии.
- Всегда следует сначала отключать «горячий» (красный) тестовый провод.
- Нельзя работать в одиночку.
- Необходимо использовать прибор с защитой от перегрузки в режиме замера сопротивления.
Особые возможности
Следующие специальные функции могут облегчить использование токовых клещей:
- Экранные иконки позволят с одного взгляда понять, что измеряется (вольты, омы и т. д.).
- Функция удержания данных позволит зафиксировать показания на дисплее.
- Единый переключатель облегчает выбор измерительных функций.
- Защита от перегрузки предотвращает повреждение прибора и цепи, а также защищает пользователя.
- Автоматическое определение диапазона измерений обеспечивает постоянно правильный его выбор. Ручная установка позволяет фиксировать диапазон для повторных замеров.
- Наличие индикатора низкого заряда батареи обеспечит своевременную замену элементов питания.
