Що таке струмові кліщі, і які виміри можна проводити з їх допомогою? Як їх використати з максимальною віддачею? Які струмові кліщі найкраще підходять для конкретних умов? Даний огляд покликаний дати відповіді на всі ці питання.
З упровадженням технологічних досягнень в електрообладнанні і схемах перед електриками і техніками виникають нові проблеми. Прогрес вимагає не тільки великих можливостей від сучасних вимірювальних приладів, але і великих навичок з боку людей, які їх використовують. Електрики з хорошим знанням основ застосування тестового обладнання краще підготовлені до вимірами і усунення неполадок. Струмові кліщі є одним з найбільш важливих і поширених інструментів, які можна знайти сьогодні в їх арсеналі.
Цей пристрій являє собою вимірювальний прилад, в якому поєднуються вольтметр і амперметр кліщового типу. Подібно мультиметру, пройшовши через аналоговий період, воно увійшло в світ цифрових вимірювань. Створені в першу чергу як універсальний інструмент електриків, сучасні моделі стали більш точними і придбали безліч додаткових функціональних можливостей, деякі з яких є дуже спеціальними. Сьогодні струмові кліщі дублюють багато основні функції цифрового мультиметра, але відрізняються від нього наявністю вбудованого трансформатора струму.
Принцип роботи
Здатність вимірювати великі змінні струми струмовими кліщами заснована на простому дії трансформатора. Коли кліщі змикаються навколо провідника, струм знаходиться у пристрої подібно залізного сердечника силового трансформатора, і тече по вторинній обмотці, підключеної через вхідний шунт. Значно менший струм подається на вхід приладу через відношення кількості витків вторинної обмотки до кількості витків первинної. Зазвичай первинна обмотка представлена одним провідником, навколо якого затискаються кліщі. Якщо вторинна обмотка має 1000 витків, то вторинний струм складає 1/1000 частина первинного, або, в даному випадку, провідника. Таким чином, 1 А трансформується в 0,001 А чи 1 мА на вході приладу. Такий метод дозволяє легко вимірювати великі струми, збільшуючи число витків вторинної обмотки.
Вибір
Купівля струмових кліщів потребує не тільки ознайомлення з їх специфікаціями, але також і оцінки їх функціональних можливостей і якості, забезпечуваного дизайном приладу та технологією його виробництва.
Надійність тестера, особливо в складних умовах, сьогодні важливіше, ніж коли-небудь. Інженери, розробляючи вимірювальні інструменти, повинні відчувати їх не тільки на електричну, але і на механічну міцність. Наприклад, струмові кліщі Fluke перед відправкою в магазини проходять сувору програму тестування і оцінки.
Безпека користувача повинна бути основним міркуванням при виборі даного приладу або будь-якого іншого електричного вимірювального обладнання. Крім того, цифрові струмові кліщі повинні проводитися не тільки у відповідності з останніми стандартами, але слід тестувати кожен прилад з наступною сертифікацією такими випробувальними лабораторіями, як UL, CSA, VDE і т. д. Тільки в цьому випадку можна бути впевненими, що інструмент відповідає всім новим вимогам і стандартам безпеки.
Дозвіл і діапазон вимірювань
Дозвіл приладу вказує, наскільки точними є вироблені їм виміри. Воно визначає, яку мінімальну зміну сигналу можна зареєструвати. Наприклад, якщо дозвіл струмових кліщів складає 0,1 А в діапазоні 600 А, то сила струму близько 100 вимірюється з точністю до 0,1 А.
Кому потрібна лінійка, розмічена в сантиметрах, якщо потрібно визначити розміри об’єкта в кілька міліметрів величиною? Аналогічним чином, слід вибирати прилад, який може відображати необхідний дозвіл.
Похибка
Це максимально допустима помилка, яка може виникати при певних умовах експлуатації. Іншими словами, це показник того, наскільки близько виміряне значення відповідає фактичному.
Похибка приладу зазвичай виражається у відсотках від показань. Наприклад, якщо вона дорівнює 1 %, то для 100 ампер фактичне значення струму знаходиться в межах від 99 до 101 А.
На додаток до похибки в специфікаціях може зазначатися, наскільки змінюється показання в крайньому правому розряді вимірюваної величини. Наприклад, якщо похибка вказана як ± (2 % + 2), то для 100,0 А фактичний струм знаходиться в діапазоні 97,8–102,2 А.
Коефіцієнт амплітуди
З ростом електронних джерел живлення струми, отримані з сучасних розподільчих систем, вже не є чистими 50-Гц синусоїдальними хвилями. Вони стали досить спотвореними через гармонік, що генерують ці джерела живлення. Проте електричні компоненти мережі, такі як запобіжники, шини, провідники та теплові елементи автоматичних вимикачів, розраховані на среднеквадратичный струм, оскільки їх основне обмеження пов’язане з тепловіддачею. Якщо необхідно перевірити електричну ланцюг на перевантаження, то потрібно виміряти среднеквадратичный струм і порівняти отримане значення з номінальним. Тому сучасне тестове обладнання повинно мати можливість точно вимірювати справжню величину сигналу незалежно від ступеня його спотворення.
Коефіцієнт амплітуди – це відношення пікового струму або напруги до їх середньоквадратичним значенням. Для чистої синусоїдальної хвилі він дорівнює 1,414. Однак сигнал з дуже різким імпульсом призведе до того, що коефіцієнт амплітуди будуть високими. В залежності від ширини імпульсу і його частоти можна спостерігати коефіцієнти, що дорівнюють 10: 1 і вище. У реальних системах розподілу енергії рідко зустрічаються коефіцієнти амплітуди більше 3. Таким чином, коефіцієнт амплітуди є ознакою спотворення сигналу.
Дані вимірювання можуть виробляти тільки ті прилади, які здатні виробляти виміри істинного середньоквадратичного значення. Воно показує наскільки викривленим може бути сигнал і реєструвати його у відповідності з похибкою інструменту. Більшість струмових кліщів здатні вимірювати коефіцієнти амплітуди, рівні 2 або 3. Цього достатньо для більшості випадків.
Змінний струм
Одне з основних призначень струмових кліщів – вимірювання змінного струму. Зазвичай такі виміри проводяться на відгалуженнях електричної розподільної системи. Визначення сили струму, поточного по різних ланцюгах, є рутинною завданням електрика.
Для проведення вимірювання необхідно:
Вимірюючи струм вздовж ділянки ланцюга, можна легко визначити, яку потужність відбирає кожна навантаження.
Коли вимикач або трансформатор перегріваються, краще всього провести вимірювання струму навантаження. Однак слід переконатися, що реєструються справжні среднеквадратичные значення, дозволяють точно виміряти сигнал, що нагріває ці компоненти. Звичайний прилад не дасть справжнє показання, якщо струм і напруга несинусоидальны через нелінійних навантажень.
Напруга
Іншою звичайною функцією приладу є вимірювання напруги. Сучасні струмові кліщі здатні визначати постійне і змінне напруга. Останній звичайно створюється генератором, а потім розподіляється по мережі. Робота електрика полягає в тому, щоб мати можливість проводити вимірювання по всій системі електропостачання з метою пошуку усунення неполадок. Іншим застосуванням приладу є перевірка заряду батареї. У цьому випадку необхідно виміряти струмовими кліщами постійний струм або постійне напруження.
Пошук несправностей в ланцюзі зазвичай починається з перевірки параметрів мережі. Якщо напруга відсутня, якщо воно занадто висока або занадто низька, цю проблему необхідно вирішити до продовження пошуку.
На здатність струмових кліщів вимірювати змінну напругу впливає частота сигналу. Більшість тестерів даного типу можуть точно визначати цей параметр на частотах 50-500 Гц, але ширина діапазону цифрового мультиметра досягає 100 кГц і вище. Ось чому вимірювання одного і того ж напруги тестерами різного типу дає різні результати. Цифровий мультиметр дозволяє підключати високочастотне напруга до схеми, тоді як струмові кліщі відфільтровують частина, що міститься в сигналі вище їх смуги пропускання.
При пошуку несправностей частотно-регульованих приводів вхідні смуга пропускання приладу може мати важливе значення для отримання значимого зчитування. З-за високого вмісту гармонік в сигналі, що виходить з перетворювача частоти, цифровий мультиметр, в залежності від його вхідних смуги, виміряє більшу частину напруги. Реєстрація параметрів частотно-регульованого приводу не є звичайною задачею. Двигун, підключений до частотного перетворювача, реагує тільки на середнє значення сигналу, і для реєстрації цієї потужності вхідні смуга пропускання тестера повинна бути вже, ніж у мультиметра. Струмові кліщі Fluke 337 спеціально розроблені для тестування та усунення несправностей такого типу.
Проводити вимірювання напруги слід так:
Вимірювання напруга на вході автоматичного вимикача до і після підключення навантаження дозволяє визначити його падіння. Якщо воно значне, то це свідчить про те, наскільки добре функціонує навантаження.
Струмові кліщі: інструкція по виміру опору
Опір вимірюється в омах. Його значення може коливатися від кількох миллиом у контактів до мільярдів ом у ізоляторів. Більшість струмових кліщів вимірюють опір з роздільною здатністю 0,1 Ом. Коли його значення перевищує верхню межу або розімкнути ланцюг, на дисплеї з’являється напис OL.
Завмер даного параметра повинен вироблятися при відключеному харчуванні, інакше прилад або контур будуть пошкоджені. Деякі пристрої забезпечують захист в режимі вимірювання опору на випадок контакту з напругами. У різних моделей рівень захисту може сильно відрізнятися.
Найбільш часто потрібно визначити електричний опір котушки контактора.
Порядок вимірювання наступний:
Цілісність ланцюга
Це швидка перевірка на наявність опору, завдяки якій можна визначити розрив ланцюга.
Струмові кліщі зі звуковим сигналом дозволяють легко і швидко виконувати безліч таких тестів. Прилад сигналізує, коли виявляє замкнутий контур, тому при перевірці дивитися на дисплей не потрібно. Рівень опору, необхідний для спрацювання пристрою, може бути різним. Типовим є значення, що не перевищує 20-40 Ом.
Спеціальні функції
Досить затребуваною функціональною можливістю струмових кліщів, за відгуками користувачів, є визначення частоти змінного струму. Для цього необхідно зімкнути «щелепи» навколо провідника і включити режим вимірювання частоти. На дисплеї з’явиться частота сигналу. Ця функція дуже корисна для визначення джерела проблем з гармоніками в електричній мережі.
Ще однією особливістю деяких моделей (наприклад, струмових кліщів Mastech MS2115B) є запис мінімальних і максимальних значень. Коли ця функція активована, кожен завмер порівнюється з раніше збереженими свідченнями. Якщо нове значення вище максимального, то воно його замінює. Таке ж порівняння виконується для мінімального свідчення. Поки функція MIN MAX активна, всі виміри обробляються таким чином. Через деякий час можна викликати кожне з цих значень на дисплей і визначити найбільше і найменше свідчення за деякий період часу.
Для електриків, які мають справу з двигунами, здатність фіксувати струм, споживаний двигуном під час його запуску, може багато розповісти про його стан і навантаженні. Струмові кліщі Fluke 335, 336, 337 можуть вимірювати його «в русі». Для цього необхідно зімкнути їх навколо одного з вхідних проводів мотора, активувати режим in-rush і включити двигун. Дисплей приладу покаже максимальний струм, споживаний двигуном протягом перших 100 мс його стартового циклу.
Струмові кліщі Unit UT210E дозволяють визначати наявність змінної напруги або електромагнітного поля безконтактним способом. Для цього необхідно наблизити пристрій на відстань 8-15 мм до досліджуваному об’єкту. Прилад розрізняє 4 рівня напружень, подає відповідний сигнал і позначає інтенсивність поля світловим індикатором.
Струмові кліщі DT-3347 підтримують функцію вимірювання температури.
Безпека
Безпечне проведення вимірювань починається з вибору належного приладу для середовища, в якій він буде використовуватися. Після того, як правильний інструмент знайдений, використовувати його у відповідності з рекомендованою процедурою.
Міжнародна електротехнічна комісія встановила нові стандарти безпеки при роботі з електричними системами. Необхідно переконатися, що використовується прилад відповідає категорії IEC і номіналом напруги, схваленого для середовища, в якій має проводитися вимір. Наприклад, якщо виміри проводяться на 480-вольтової електричної панелі, то слід використовувати струмові кліщі III категорії для 600 Ст. Це означає, що вхідна схема приладу спроектована так, щоб витримувати перехідні напруги, зазвичай мають місце в цьому середовищі, без шкоди для користувача. Вибір інструменту такого класу, який також сертифікований UL, CSA, VDE або TUV, означає, що він не тільки був розроблений відповідно до стандартів IEC, але був незалежним чином перевірений і відповідає цим стандартам.
Правила техніки безпеки
- Необхідно користуватися струмовими кліщами, які відповідають прийнятим стандартам безпеки для середовища, в якій вони будуть застосовуватися.
- Перед проведенням вимірювання потрібно перевірити дроти зонда на предмет фізичного пошкодження.
- Слід переконатися в цілісності проводу за допомогою струмових кліщів.
- Не можна користуватися щупами з неізольованими сполуками і відсутністю захисту для пальців.
- Необхідно застосовувати прилади тільки з поглибленими вхідними гніздами.
- Струмові кліщі повинні бути в робочому стані.
- Завжди слід спочатку відключати «гарячий» (червоний) тестовий провід.
- Не можна працювати в поодинці.
- Необхідно використовувати прилад з захистом від перевантаження в режимі виміру опору.
Особливі можливості
Наступні спеціальні функції можуть полегшити використання струмових кліщів:
- Екранні іконки дозволять з одного погляду зрозуміти, що вимірюється (вольти, омі і т. д.).
- Функція утримання даних дозволить зафіксувати показання на дисплеї.
- Єдиний перемикач полегшує вибір вимірювальних функцій.
- Захист від перевантаження запобігає пошкодження приладу та кола, а також захищає користувача.
- Автоматичне визначення діапазону вимірювань забезпечує постійно правильний його вибір. Ручна установка дозволяє фіксувати діапазон для повторних вимірів.
- Наявність індикатор низького заряду батареї забезпечить своєчасну заміну елементів живлення.
