При оценке состояния действующих электроустановок или выполнении ремонтных работ под напряжением электрикам приходится замерять и сравнивать значения токов, протекающие по различным цепочкам. Это позволяет анализировать оперативную схему, своевременно устраненять возникающие неисправности.
Довольно часто все это необходимо выполнять без разрыва электрических цепей чтобы не нарушить технологический процесс питания потребителей электроэнергией.
Замерять токи нагрузок без прекращения электроснабжения можно двумя способами:
1. обыкновенными амперметрами, создавая через них вначале обходные шунтирующие цепочки и вводя в работу за счет искусственного разрыва тока в заранее подготовленном месте. По окончании замеров требуется восстанавливать электрическую схему, выполнить в обратном порядке все предыдущие технологические операции;
2. с помощью специально предназначенного для этого инструмента — токовых клещей.
Первый метод измерения сложен, трудоемок, опасен, требует высокой квалификации работников, хорошей предварительной подготовки. Поэтому им стараются пользоваться только в крайних случаях, а в повседневной практике измерения выполняют токовыми клещами.
Какие существуют типы токоизмерительных клещей
Чаще всего на практике встречаются с постоянным (выпрямленным) или переменным синусоидальным током. Для обоих этих видов созданы различные конструкции клещей, которыми можно измерять величину и даже направления протекания мощности без разрыва схемы питания потребителей в действующей электроустановке.
Фотография ниже демонстрирует замер отклонения угла вектора тока от направления базового напряжения в измерительных цепях защитных устройств.
Способ замера токов утечек через нарушенную изоляцию электрооборудования автомобиля с помощью клещей постоянного тока и амперметра показан на фотографии.
Используемая схема замера собрана таким способом, что сами клещи показывают ток, протекающий по проводу, подключенному к зажиму амперметра. Оба прибора демонстрируют одну и ту же величину, хоть и работают на различных диапазонах чувствительности.
Этот пример наглядно демонстрирует удобство и точность измерения различными приборами. Токовые клещи измерения постоянного тока менее распространены, чем конструкции для переменного, но в последнее время их производство значительно увеличилось.
Так же следует учитывать, что производители измерительного оборудования сейчас наладили выпуск клещей комбинированного использования, которыми можно работать в цепях постоянного и переменного тока. Такая конструкция, например, воплощена в модели Fluke 376 и ей подобных.
Приведенные на трех первых фотографиях токовые клещи обладают цифровым дисплеем, сразу отображающем первичные величины измеряемых параметров электрической схемы. Но, в арсенале измерительных средств электриков все еще работает большое количество приборов со стрелочными указателями и шкалой, состоящей из нескольких поддиапазонов.
При пользовании такими конструкциями необходимо внимательно снимать отсчет, а иногда и вводить поправочные коэффициенты.
По величине применяемого напряжения токовые клещи подразделяются на устройства, работающие:
-
до 1000 вольт;
-
или выше 1 кВ.
Они отличаются классом защиты применяемой изоляции и требуют разного соблюдения правил безопасности.
Чтобы правильно пользоваться любыми подобными приборами необходимо знать принцип их работы и конструкцию.
Как устроены токовые измерительные клещи
Устройство различных моделей может значительно отличаться в зависимости от сроков их изготовления и сложности внутренней схемы. Но принципы замера и органы управления практически везде идентичны. Поэтому за основу изучения примем модель Fluke 376, которая обладает большими возможностями и, соответственно, имеет увеличенное количество функций и органов управления ими.
Принципы работы, заложенные в конструкцию
В диэлектрическом корпусе любого прибора размещены:
-
трансформатор тока с (а) разъемным магнитопрводом и системой рычагов его управления, (б) вторичной обмоткой;
-
измерительная система с информационным табло;
-
органы управления и переключения режимов работы;
-
контактные гнезда.
Для питания токовых клещей может использоваться электрическая энергия измеряемой цепи или комплект автономных источников напряжения, например, двух батареек АА.
За основу работы принят обыкновенный трансформатор тока с разъемным магнитопроводом и вторичной обмоткой, витки которой пересекает магнитный поток, наводящий в них вторичный ток. Его величину, а в отдельных конструкциях и направление, определяет измерительная система, отображающая на дисплее конечный результат с учетом коэффициента трансформации в первичных амперах.
Чтобы выполнить замер необходимо проводник с током поместить внутрь магнитопровода. Для этого:
-
нажатием на клавишу разводят подвижные элементы магнитопровода;
-
вводят внутрь образовавшегося промежутка провод с током;
-
отпускают клавишу и отслеживают полное соприкосновение подвижных контактов.
При работе внутри тесных шкафов с большим количеством электрического оборудования иногда бывает сложно продеть наконечник раздвижного магнитопровода через проводник с током. Для упрощения подобной операции на модели Fluke 376 предусмотрен дополнительный измерительный датчик. Он входит в состав комплекта прибора и при необходимости легко подготавливается для проведения замера.
Для безопасного выполнения работ под напряжением клещи комплектуются измерительными концами с изолирующим наконечниками и колпачками. При установке в корпус прибора они утапливаются в его конструкции. В совокупности с хорошо изолированными наконечниками это позволяет снизить возможные ошибки в работе, исключить несанкционированное создание случайных коротких замыканий и получение электрических травм.
Органы управления токовых клещей
Положения кругового переключателя режимов показаны вставками текса на третьей сверху картинке. Их работу дополняют кнопки управления, расположенные на корпусе.
Кнопка ZERO используется для переключения внутри режимов клещей, установленных центральным круглым переключателем, а MIN/MAX — позволяет уточнять предел измерения.
Кнопка INRUSH предназначена для оценки пускового тока. Удобство пользования прибором в условиях затемненного рабочего места значительно обеспечивает встроенная подсветка, которая вводится в работу нажатием на крайнюю правую кнопку внизу с изображением освещения.
Чтобы зафиксировать текущие показания на дисплее у боковой поверхности клещей установлена кнопка HOLD.
У каких-то моделей токовых клещей часть этих функций может отсутствовать или реализовываться другим способами, но общие принципы измерения сохраняются для всех подобных приборов.
Как выполнять замеры токовыми клещами
Подготовительные операции
Перед каждым измерением необходимо проверять влияние посторонних источников напряжения и создаваемых ими наводок на точность работы прибора.
Мощные асинхронные электродвигатели, силовые трансформаторы и автотрансформаторы, дроссели, сварочные аппараты, импульсные блоки питания при работе могут создавать сильные электромагнитные поля, которые станут индуктировать наведенную ЭДС в магнитопроводе. Чтобы их учесть клещи ставят в положение измерения переменного тока, плотно замыкают раздвижные элементы магнитопровода и контролируют нулевое показание токов на дисплее.
Способы измерения токов
Конструкция измерительного прибора позволяет определить величину тока простыми действиями: установкой переключателей режима в соответствующее положение и вводом проводника в пространство раздвижного магнитопровода. Числовое выражение замеряемой величины автоматически высвечивается на дисплее.
Такая технология применяется на всех клещах без исключения. Но на усовершенствованных устройствах можно пользоваться датчиком IFLex. Он облегчает работу в стесненных условиях.
Подобная операция всегда выполняется для отдельного провода потому, что проходящий от него ток создает в магнитопроовде или датчике IFLex магнитный поток, который и преобразуется клещами в показание отсчета.
Если же внутри магнитопровода окажется помещено два проводника с током, то магнитные потоки от них сложатся и клещи покажут общий результат.
Поскольку при нормальной изоляции отсутствуют утечки, то токи в фазе и нуле будут равны по величине и противоположно направлены, как показано на фотографии стрелками и знаками +I и –I. Каждый из них создаст магнитный поток, которые сложатся и уничтожат действие друг друга. В результате на табло при нормальной изоляции должен отображаться нулевой результат.
Если же клещи показывают в такой ситуации другое значение, то это серьезная причина для поиска неисправности в действующей электропроводке.
Полезные советы для измерения токов
Дополнительный кабель с вилкой и розеткой
Для замера тока потребления электроприбора, например, утюга может возникнуть сложность с разделением цепей на фазу и ноль. В сплошном кабеле сделать это без его вскрытия невозможно. Вопрос можно легко решить подключением нагрузки через переходник с раздельными жилами.
Повышение чувствительности измерения для малых токов
У обычных клещей бывает сложно определить значения маленьких токов из-за низкой очувствленности прибора. Выход из этого положения довольно простой: пропустить проводник с измеряемым током через магнитопровод токовых клещей несколько раз, как показано на фотографии выше. В этом случае суммарный магнитный поток увеличивается пропорционально количеству витков и так же возрастает показание на дисплее.
Остается только величину отсчета разделить на количество витков и получить точное значение даже для маленьких токов.
Следует учитывать, что этот прием подходит только для работы с гибкими, изолированными проводниками.
Способы измерения напряжения
Использование токовых клещей в режиме вольтметра в принципе ничем не отличается от подобных измерений другими приборами.
Съёмные концы проводников устанавливают в гнезда клешей, которые предварительно переведены в режим измерения напряжения переключателями. Вторые концы изолированных проводов прикладывают к потенциальным клеммам и снимают отсчет на дисплее, как показано на фото выше.
Особенности измерения сопротивления, частоты. температуры
В этих режимах клещи работают как обыкновенный мультиметр и для них действуют общие правила измерения. Смотрите подробную инструкцию о том, как правильно пользоваться мультиметром.
Способы измерения мощности потребления
Прямого метода замера и отсчета мощности у токовых клещей нет, но ими можно выполнить эту операцию косвенно. Для этого потребуется описанными выше приемами определить:
-
ток нагрузки;
-
рабочее напряжение сети.
Далее их перемножают для получения мощности. Например, у электрического утюга мы измерили ток, равный 9,2 ампера, а напряжение бытовой сети составляет 220 вольт. Перемножаем их и получаем: 9,2х220=2024 ВА.
Можем сделать вывод, что мощность потребления составляет два киловатта.
Проверка отсутствия посторонних потребителей
С помощью токовых клещей можно проверить несанкционированное подключение потребителей к кабелю питания. Для этого достаточно на вводном щите установить клещи в режиме измерения нагрузки и, оставив обычное питание включенным, отключить все светильники и освободить все розетки от приборов, то есть обеспечить холостой ход для вводного кабеля.
Если клещи в этом случае покажут нулевое значение, то несанкционированного подключения и токов утечек нет. В противном случае необходимо внимательно разбираться с причиной образования подобной нагрузки.
Рекомендации по обеспечению безопасности и точности измерений
1. Любой измерительный прибор предназначен для использования при определенных технических условиях и работах с конкретными нагрузками. С этими характеристиками следует ознакомится заранее и соблюдать их при эксплуатации.
Например, для приборов компании Fluke применяется маркировка CAT III 600 V или CAT III 300 V. Она указывает, что электрическая схема прибора выполнена с защитой от кратковременных перенапряжений в измеряемой сети до 600 или 300 вольт соответственно.
Если предел измеряемой величины неизвестен, то на приборе выставляют режим максимальной величины.
2. Рабочая изоляция на раздвижном магнитопроводе и измерительных кончиках предохраняет пользователя от создания несанкционированных коротких замыканий при работе под напряжением. Необходимо следить за ее состоянием. Особенно актуально это положение при замере токов на оголенных, неизолированных проводах.
3. Токовые клещи относятся к средствам измерения. Они должны проходить периодическую метрологическую поверку в электроизмерительной лаборатории и иметь ее штамп на корпусе или свидетельство о поверке, срок действия которых ограничен.
4. Поскольку токовые клещи используются для работ под напряжением, то обязательным условием их безопасной эксплуатации является периодическое испытание слоя изоляции на прочность в электроиспытательной лаборатории с оформлением протокола проверки и проставлением соответствующего штампа.
Без прохождения испытания изоляции и поверки использовать клещи в работе, даже только что приобретенные у производителя, запрещено правилами. Повреждения могут возникнуть при нарушении нормативов хранения или транспортировки. Предпродажная подготовка инструмента в магазине не способна выявить возникшие дефекты.
5. Перед измерениями сопротивлений необходимо убедиться в отсутствии на них потенциалов напряжений. Они могут не только влиять на точность показаний, но и повредить, сжечь чувствительные цепи измерения образованием опасных токов.
6. Работа с токовыми клещами под напряжением относится к разряду опасной для жизни человека. К ней допускается только обученный и подготовленный персонал с группой по электробезопасности не ниже третьей.
