Для стационарного измерения силы тока в сети используются щитовые измерительные приборы. В распределительных щитках их функцию выполняют модульные амперметры, реле мощности. Возможно измерение потребляемого тока и на некоторых моделях счетчиков электрической энергии.
Но, если потребуется измерить ток на участке цепи, то сделать это при помощи мультиметра или тестера затруднительно. Придется предварительно снять напряжение, отключить проводник на требуемом участке и подключить в его разрыв прибор. После проведения измерений эти же действия проделать в обратном порядке.
Удобнее провести такие измерения, используя прибор, специально предназначенный для измерения силы тока без разрыва цепи – токоизмерительные клещи.
Принцип действия токовых клещей
Токовые клещи выполняют измерения по принципу, используемому в трансформаторах тока. Только магнитопровод их измерительного трансформатора выполнен размыкающимся. Это необходимо для помещения проводника с измеряемой величиной внутрь магнитопровода. Проходящий внутри него ток наводит в сердечнике переменный магнитный поток. Внутри прибора на магнитопроводе расположена измерительная обмотка. Магнитный поток наводит в ней ЭДС, поступающую затем на измерительную схему прибора.
Ранние модели токоизмерительных клещей были аналоговыми. Напряжение с измерительной обмотки, проходя через магазин сопротивлений, необходимый для переключения пределов измерения, сразу попадало на рамку измерительного механизма. Механизм, само собой, был стрелочным. Снятие показаний с него выполнялось при наблюдении стрелки под прямым углом. Иначе в данные измерений вносилась погрешность.
Но это не всегда удобно, так как измерения производятся не в идеальных условиях, на токоведущих частях электроустановки, находящихся под напряжением. Наклон головы к прибору для отсчета показаний вносил в процесс измерений риск попасть под напряжение.
Современные приборы выполняются электронными. В них сигнал с измерительной обмотки попадает на аналогово-цифровой преобразователь. С него уже цифровой сигнал идет на счетное устройство, преобразующее данные в информацию, отображаемую на жидкокристаллическом дисплее. Переключение пределов измерения остается аналоговым. При изменении положения переключателя изменяется значение сопротивления, включенного последовательно или параллельно с измерительной обмоткой. Для защиты измерительной части от повреждений при неправильном выборе предела измерений выполняется схема защиты.
Для расширения функциональных возможностей токовых клещей их совмещают с мультиметрами.
При этом пользователь получает в руки не просто амперметр, а комплект приборов, позволяющий оперативно искать неисправности как в распределительных сетях, так и в бытовой технике.
Клещи для измерения постоянного тока
Указанная конструкция имеет один недостаток: в ее основе лежит принцип действия трансформатора, а он не может преобразовывать постоянный ток. Но в электротехнике устройства, работающие на постоянном токе, применяются, и их все больше.
Для измерения постоянного тока клещи дополняются датчиками, работающими на эффекте Холла. Эти датчики реагируют на магнитное поле, создаваемое проводником с током. Чем больше магнитный поток этого поля, чем больше величина выходного сигнала датчика Холла. А поскольку эта зависимость линейна, то этот эффект удобно использовать для измерений.
Клещи с датчиками Холла могут не только показать величину тока в цепи, но и его направление.
Работа с токоизмерительными клещами
Хранятся и переносятся клещи в защитном чехле. Он предотвращает появление на их корпусе загрязнений, снижающих его сопротивление, в результате чего снижается их электробезопасность. В этом чехле хранятся и транспортируются соединительные проводники для проведения измерений комбинированными приборами (мультиметрами). Доставать прибор из чехла необходимо на месте проведения измерений.
Перед использованием прибора убеждаются, что:
- выбран правильный предел измеряемый величины, для чего анализируют, какого порядка ток может протекать в проводнике, переменный он или постоянный;
- не нажата клавиша фиксации показаний;
- при использовании прибора не возникнет угрозы для жизни работающего, в случае сомнений в том, что прикосновения к токоведущим частям не произойдет, пользуются диэлектрическими перчатками.
В случае, если доступ к проводнику с током затруднен (проводник короткий или переплетен с другими), используя диэлектрические перчатки распутывают проводники и выгибают их так, чтобы появилась возможность захвата магнитопроводом токовых клещей. Если есть опасность отрыва проводников или сомнения в надежности их крепления в контактных системах электроаппаратуры, напряжение с участка снимают и подготавливаются с измерениям без угрозы устроить аварию.
По ПУЭ провода, подходящие к счетчикам электрической энергии, выгибаются так, чтобы к ним осуществлялся доступ для измерения токов клещами. Правда, требование это соблюдается не всегда.
При измерениях работающий постоянно следит за своем положением в пространстве, чтобы не коснуться шин, находящихся под напряжением и вращающихся деталей машин и механизмов (если измерения производятся непосредственно на электродвигателе). Если увидеть показания прибора затруднительно, используется кнопка фиксации показаний. После ее нажатия можно вынуть клещи и рассмотреть данные на дисплее в спокойной обстановке.
Магнитопровод клещей должен надежно сомкнуться. Если это не произойдет, показания будут занижены или их не будет вовсе. Поэтому закрытию магнитопровода не должно ничего мешать, а поверхность его в месте закрытия всегда должна быть чистой, без грязи и пыли.
Токоизмерительные клещи в составе измерительных приборов
Для измерений в электроустановках применяются приборы, способные измерять ток для производства комплексных измерений. К ним относятся:
- вольт-ампер-фазометры;
- анализаторы качества электроэнергии.
Вольт-ампер-фазометры (ВАФы) применяют не только для проверки токов в цепях, но и углов между ними и напряжениями в сети. Применяются они обычно для проверки правильности подключения приборов учета и устройств релейной защиты. Результатом применения такого прибора является построенная по данным измерения векторная диаграмма токов и напряжений, по которой делается заключение о правильности подключения устройства или режиме работы сети.
Для подключения анализаторов качества электроэнергии также используются токовые клещи, входящие в состав прибора и соединяемые с ним шнуром. Прибор подключается к сети в выбранном месте для измерений и остается так некоторое время, достаточное для сбора информации о величинах токов и напряжений в сети, углов между ними. Затем данные считываются с него в компьютер и анализируются.
По такому же принципу работают и всевозможные виды портативных регистраторов, при помощи которых записывают режим работы сети с целью выявления причин внезапно возникающих аварийных процессов.
Порядок использования и меры безопасности токовых клещей, входящих в состав этих приборов, тот же самый, что и для токоизмерительных клещей общего назначения.