Что такое токовые клещи, для чего они нужны и как ими пользоваться

Правила измерений гласят, что вольтметр подключается к необходимому участку электрической цепи параллельно, а амперметр – последовательно. Следовательно, чтобы замерить силу тока, надо искусственно создать разрыв цепи и подключить к нему измерительный прибор. Для упрощения и ускорения измерений используются клещи токоизмерительные, которые работают по принципиально другому методу – их устройство позволяет замерять интенсивность электромагнитного поля, что всегда возникает вокруг проводника.

Устройство токоизмерительных клещей

Изначально, электроизмерительные клещи представляли собой трансформатор, к которому подключён измерительный прибор – амперметр.

Клещи, которые являются видимой частью устройства, одновременно являются первичной обмоткой трансформатора. Если внутри неё поместить проводник, по которому протекает электрический ток, то благодаря электромагнитному полю он индуцируется на обмотку трансформатора. Далее ток переходит на вторичную обмотку, с которой уже снимаются показания амперметром.

Первые модели клещей создавались как дополнение к измерительным приборам, просто позволяющее удобнее контактировать с измеряемым участком цепи.

Показания амперметра, которые получались с их помощью, приходилось дополнительно пересчитывать, учитывая коэффициент трансформации, что указывался на приборе. Также сам принцип работы позволял измерять значения только переменного тока, так как с постоянным трансформатор не работает – чтобы его замерить нужно было пользоваться другими устройствами.

Современные приборы могут быть использованы как для переменного, так и как клещи для точного измерения постоянного тока, но в последнем случае на таких устройствах используется не амперметр, а датчик Холла, который напрямую улавливает наличие и напряженность электромагнитного поля.

Такие модели несколько дороже, но отличаются более высоким качеством и точностью работы.

Также использование измерительных клещей в паре с цифровым мультиметром избавляет оператора от необходимости вычислять измеряемое значение тока, так как калькулятор уже встроен в схему прибора.

Трехфазный трансформатор с настраиваемым подключением обмотки

Подключение обмотки 1 (клеммы ABC)
Подключение обмотки для обмотки 1. Возможны следующие варианты: Y , Yn , Yg (по умолчанию), Delta (D1) и Дельта (D3) .
Соединение обмотки 2 (клеммы abc)
Соединение обмотки для обмотки 2. Возможны следующие варианты: Y , Yn , Yg (по умолчанию), Delta (D1) и Дельта (D3) .
Тип
Выберите Три однофазных трансформатора от (по умолчанию) до реализовать трехфазный трансформатор с использованием трех моделей однофазных трансформаторов. Ты можешь использовать этот тип сердечника для представления очень больших силовых трансформаторов, используемых в электрических сетях (сотни МВт).

Выберите Сердечник с тремя конечностями (стержневой тип) для реализации тройного стержня сердечник трехфазного трансформатора. В большинстве приложений трехфазные трансформаторы используют сердечник трехлепестковый (трансформатор сердечниковый).Этот тип сердечника дает точные результаты во время асимметричный отказ как для линейных, так и для нелинейных моделей (включая насыщение). В течение при асимметричном напряжении поток нулевой последовательности трансформатора с сердечником возвращается вне активной зоны через воздушный зазор, конструкционную сталь и резервуар. Таким образом, естественный Индуктивность нулевой последовательности L0 (без обмотки треугольником) такого трансформатора с сердечником составляет обычно очень низкий (обычно 0,5 о.е. 100 о.е.).Это низкое значение L0 влияет на дисбалансы напряжений, токов и магнитных потоков во время линейной и насыщенной работы.

Выберите Пятиконечное ядро ​​(оболочка) для реализации пятиконечного сердечника сердечник трехфазного трансформатора. В редких случаях очень большие трансформаторы изготавливаются с Пятилепестковое ядро ​​(три фазных и два внешних). Эта основная конфигурация, также известная в качестве типа оболочки выбирается в основном для уменьшения высоты трансформатора и обеспечения транспортировка проще.В условиях несбалансированного напряжения, в отличие от трехстороннего трансформатора, поток нулевой последовательности пятиконечного трансформатора остается внутри стального сердечника и возвращается через две внешние конечности. Естественная индуктивность нулевой последовательности (без дельта) очень высока (L0> 100 о.е.). За исключением небольших дисбалансов тока из-за несимметричность сердечника, поведение пятиконечного трансформатора оболочечного типа аналогично поведению трехфазный трансформатор, состоящий из трех однофазных блоков.
Simulate saturation
Если выбрано, реализует насыщаемый трехфазный трансформатор. По умолчанию очищен.

Если вы хотите смоделировать трансформатор в векторном режиме Блок Powergui, вы должны очистить этот параметр.
Имитация гистерезиса
Выберите для моделирования характеристики насыщения, включая гистерезис, вместо однозначная кривая насыщения. Этот параметр отображается, только если Simulate выбран параметр насыщенность .По умолчанию очищен.

Если вы хотите смоделировать трансформатор в векторном режиме Блок Powergui, вы должны очистить этот параметр.
Файл матрицы гистерезиса
Этот параметр отображается, только если Simulate выбран параметр гистерезис .

Укажите файл .mat , содержащий данные для использования в гистерезисе. модель. Когда вы открываете Hysteresis Design Tool блока Powergui, петля гистерезиса по умолчанию и параметры, сохраненные в гистерезисе .коврик файл отображаются. Используйте кнопку Load инструмента Hysteresis Design. для загрузки еще одного файла .mat . Используйте кнопку Сохранить на инструмент Hysteresis Design для сохранения вашей модели в новом файле .mat .
Задайте начальные потоки
Если выбрано, начальные потоки определяются Начальные потоки на вкладке Параметры . Укажите Параметр начальных потоков виден только если Simulate выбран параметр насыщенность .По умолчанию очищен.

Когда Укажите начальные потоки Параметр не выбран при симуляторы, Simscape ™ Программное обеспечение Electrical ™ Specialized Power Systems автоматически вычисляет начальные потоки в запустить моделирование в устойчивом состоянии. Вычисленные значения сохраняются в Initial. Изменяет параметр и перезаписывает все предыдущие значения.
Измерения
Выберите Напряжения обмотки , чтобы измерить напряжение на клеммы обмотки.

Выберите Токи обмотки , чтобы измерить протекающий ток. через обмотки.

Выберите Потоки и токи возбуждения (Im + IRm) для измерения потокосцепление в вольт-секундах (В.с) и полный ток возбуждения, включая железо потери, моделируемые Rm.

Выберите Потоки и токи намагничивания (Im) для измерения потокосцепление в вольт-секундах (В.с) и ток намагничивания в амперах (А), а не включая потери в стали, смоделированные Rm.

Выберите Все измерения (V, I, Flux) для измерения обмотки напряжения, токи, токи намагничивания и потокосцепления.

По умолчанию Нет .

Поместите блок мультиметра в свою модель, чтобы отображать выбранные измерения во время моделирование. В поле списка Доступные измерения Блок мультиметра, измерения обозначаются меткой, за которой следует блок название.

Если соединение Обмотка 1 (клеммы ABC) установлено на Y , Yn , или Yg , этикетки следующие.

8

Те же надписи применяются для обмотки 2, за исключением того, что 1 заменяется на 2 в этикетках.

Если соединение Обмотка 1 (клеммы ABC) установлено на Дельта (D1) или Дельта (D3) , этикетки являются следующими.

.

Возможности токоизмерительных клещей

Если изначально клещи создавались как дополнение к профессиональным измерительным приборам, то дальнейшие возможности промышленности по миниатюризации и упрощении устройств сделали этот прибор относительно недорогим и доступным рядовым пользователям для бытового применения.

При этом сфера его использования постоянно растет и только стандартные задачи, которые можно выполнять с его помощью включают следующие пункты:

• Измерение силы тока в отдельно взятом проводнике, который мало того, что не отсоединен от схемы, но и находится под напряжением.
• Определение фактической мощности любого электроприбора в разные моменты времени и в зависимости от нагрузки.
• Определение фактической нагрузки на всю электросеть дома или квартиры «в реальном времени».
• Проверка электросети на предмет несанкционированного подключения.
• Проверка наличия утечки тока на корпус электроприбора.

Метод измерения мощности двумя ваттметрами — при соединении звездой и треугольником

Метод двух ваттметров может использоваться для измерения мощности в трехфазном, трехпроводном соединении звездой или треугольником, сбалансированной или несбалансированной нагрузке.

В методе двух ваттметров токовые катушки ваттметра соединяются с любыми двумя линиями, скажем, R и Y, а потенциальная катушка каждого ваттметра соединяется на одной линии, третья линия, то есть B, как показано ниже на рисунке (A) :

Общая мгновенная мощность, потребляемая тремя нагрузками Z 1 , Z 2 и Z 3 , равна сумме мощностей, измеренных двумя ваттметрами, W 1 и W 2 .

В комплекте:

Измерение мощности методом двух ваттметров при соединении звездой

Учитывая приведенный выше рисунок (A), на котором подключены два ваттметра W 1 и W 2 , мгновенный ток через токовую катушку ваттметра, W 1 , определяется уравнением, показанным ниже:

Мгновенная разность потенциалов на катушке ваттметра, Вт 1 определяется как:

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 1 —

Мгновенный ток через токовую катушку ваттметра, Вт 2 , определяется уравнением:

Мгновенная разность потенциалов на катушке ваттметра, Вт 2 , определяется как:

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 2 :

Таким образом, общая мощность, измеренная двумя ваттметрами W 1 и W 2 , будет получена путем сложения уравнений (1) и (2).

Где, P — общая мощность, потребляемая тремя нагрузками в любой момент времени.

Измерение мощности методом двух ваттметров при соединении треугольником

Учитывая схему соединения треугольником, показанную на рисунке ниже:

Мгновенный ток через катушку ваттметра, Вт 1 , определяется уравнением:

Мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 1 составит:

Следовательно, мгновенная мощность, измеренная ваттметром, W 1 будет представлена ​​как:

Мгновенный ток через токовую катушку ваттметра, Вт 2 , определяется как:

Мгновенная разность потенциалов на катушке потенциалов ваттметра, Вт 2 :

Следовательно, мгновенная мощность, измеренная ваттметром, Вт 2 будет:

Следовательно, чтобы получить полную мощность, измеренную двумя ваттметрами, необходимо выполнить два уравнения, т.е.е. уравнение (3) и (4) необходимо добавить.

Где P — полная мощность, потребляемая тремя нагрузками в любой момент времени.

Мощность, измеряемая двухваттметром в любой момент времени, представляет собой мгновенную мощность, потребляемую тремя нагрузками, подключенными к трем фазам. Фактически, эта мощность является средней мощностью, потребляемой нагрузкой, поскольку ваттметр считывает среднюю мощность из-за инерции их движущейся системы.

.

Преимущества и недостатки

Токоизмерительные клещи получили широкое распространение благодаря ряду преимуществ, что определяют выбор в их пользу, при необходимости иметь «на подхвате» соответствующее устройство:

• Максимально возможная простота, размеры устройства и точность измерений.
• Возможность использование для замеров в высоковольтных цепях и микротоков.
• Принцип работы клещей позволяет создавать устройства различного дизайна и функционала.

• Простота интеграции с другими электроизмерительными устройствами. К примеру, очень эффективными показали себя токовые клещи, совмещенные с мультиметром – границы возможностей для бытового применения у таких устройств очень сложно себе представить, так как они могут быть укомплектованы датчиком температуры и прочими «плюшками», расширяющими функционал.

Устройство максимальное простое в использовании его освоение даже на интуитивном уровне доступно любому человеку мало-мальски знакомому с основами электротехники.

Используя электроизмерительные клещи надо учитывать некоторые присущие таким устройствам недостатки:

• Так как прибор реагирует на электромагнитное поле, то есть некоторая зависимость от положения провода внутри первичной обмотки (кольца) и его положения – желательно располагать клещи перпендикулярно измеряемому проводнику.
• Чувствительное устройство может быть очень восприимчиво к токам наводки, которые могут возникать при наличии большого количества проводников рядом с измеряемым.
• Простота схемы устройства открывает широкие возможности для изготовления некачественных клонов устройств зарекомендовавших себя производителей. Такие копии не комплектуются должными схемами защиты и точность их показаний оставляет желать лучшего.

Разновидности токовых клещей

В зависимости от используемой схемы и даже внешнего вида самого устройства, электроизмерительные клещи подразделяются на несколько типов:

• Стрелочные. Прибор аналогового типа, активной частью которого является одновитковый трансформатор переменного тока, а измерительный прибор подсоединен к его вторичной обмотке. Это одни из первых моделей токоизмерительных клещей – они отличаются невысокой стоимостью и наглядностью вывода результатов измерений в случае с переменной силой тока. Общий недостаток таких устройств – высокая чувствительность к механическим колебаниям – если прибор не находится на жесткой поверхности то результат измерения может быть показан неправильно. Также для использования таких приборов нужен определенный навык – зачастую приходится вручную переводить показания амперметра в реальные значения в соответствии с коэффициентом трансформации. Ещё такой прибор рассчитан на определённую частоту электрического тока.
• Цифровые. Вывод показаний на дисплей такого прибора определяется микроконтроллером, который автоматически производит все необходимые вычисления и (в зависимости от модели) может быть настроен на отображение непосредственно силы тока или мощности.

• Мультиметр. Универсальное устройство класса все-в-одном – измерительные клещи встроены прямо в корпус прибора, что определяет удобство его использования. Количество функций и способов измерения определяется моделью мультиметра, поэтому правильным названием устройства будет не электрические клещи с мультиметром а наоборот. Зачастую такие приборы работают с датчиком Холла, поэтому их можно использовать как токовые клещи постоянного тока.
• Высоковольтные. Основное применение – электрические цепи, с током стандартной частоты и напряжением, превышающим 1 кВ. Такие устройства обладают повышенной устойчивостью изоляции и дополнительно могут крепиться на диэлектрической штанге, чтобы оператор не приближался вплотную к проводнику, с которого берутся замеры. Это специализированное профессиональное устройство, которое предназначено только для одной единственной функции – измерение переменного тока. При необходимости замерить силу постоянного тока используются другие устройства и методы.

Трехфазный трансформатор с настраиваемым подключением обмотки

Подключение обмотки 1 (клеммы ABC)
Подключение обмотки для обмотки 1. Возможны следующие варианты: Y , Yn , Yg (по умолчанию), Delta (D1) и Дельта (D11) .
Соединение обмотки 2 (клеммы abc-2)
Соединение обмотки для обмотки 2. Возможны следующие варианты: Y , Yn , Yg (по умолчанию), Delta (D1) и Дельта (D11) .
Соединение обмотки 3 (клеммы abc-3)
Соединение обмотки для обмотки 3. Возможны следующие варианты: Y , Yn , Yg (по умолчанию), Delta (D1) и Дельта (D11) .
Тип
Выберите Три однофазных трансформатора от (по умолчанию) до реализовать трехфазный трансформатор с использованием трех моделей однофазных трансформаторов. Ты можешь использовать этот тип сердечника для представления очень больших силовых трансформаторов, используемых в электрических сетях (сотни МВт).

Выберите Сердечник с тремя конечностями (тип стержня) для реализации тройного стержня сердечник трехфазного трансформатора. В большинстве приложений трехфазные трансформаторы используют сердечник трехлепестковый (трансформатор сердечниковый). Этот тип сердечника дает точные результаты во время асимметричный отказ как для линейных, так и для нелинейных моделей (включая насыщение). В течение при асимметричном напряжении поток нулевой последовательности трансформатора с сердечником возвращается вне активной зоны через воздушный зазор, конструкционную сталь и резервуар.Таким образом, естественный Индуктивность нулевой последовательности L0 (без обмотки треугольником) такого трансформатора с сердечником составляет обычно очень низкий (обычно 0,5 о.е. 100 о.е.). Это низкое значение L0 влияет на дисбалансы напряжений, токов и магнитных потоков во время линейной и насыщенной работы.

Выберите Пятилепестковый сердечник (тип оболочки) для реализации пятиконечного сердечника сердечник трехфазного трансформатора.В редких случаях очень большие трансформаторы изготавливаются с Пятилепестковое ядро ​​(три фазных и два внешних). Эта основная конфигурация, также известная в качестве типа оболочки выбирается в основном для уменьшения высоты трансформатора и обеспечения транспортировка проще. В условиях несбалансированного напряжения, в отличие от трехстороннего трансформатора, поток нулевой последовательности пятиконечного трансформатора остается внутри стального сердечника и возвращается через две внешние конечности. Естественная индуктивность нулевой последовательности (без дельта) очень высока (L0> 100 о.е.).За исключением небольших дисбалансов тока из-за несимметричность сердечника, поведение пятиконечного трансформатора оболочечного типа аналогично поведению трехфазный трансформатор, состоящий из трех однофазных блоков.
Simulate saturation
Если выбрано, реализует насыщаемый трехфазный трансформатор. См. Также Характеристика насыщения Параметр на вкладке Параметры. По умолчанию очищено.
Имитация гистерезиса
Выберите для моделирования характеристики насыщения, включая гистерезис, вместо однозначная кривая насыщения.Этот параметр отображается, только если Simulate выбран параметр насыщенность . По умолчанию очищен.
Файл матрицы гистерезиса
Этот параметр отображается, только если Simulate выбран параметр гистерезис .

Укажите файл .mat , содержащий данные, которые будут использоваться для модель гистерезиса. Когда вы открываете Hysteresis Design Tool Powergui, петля гистерезиса по умолчанию и параметры, сохраненные в гистерезис.mat . Используйте кнопку Load в средстве Hysteresis Design, чтобы загрузить еще один .mat файл. Используйте кнопку Save на Инструмент дизайна гистерезиса для сохранения модели в новом файле .mat .
Задайте начальные потоки
Если выбрано, начальные потоки определяются Начальные потоки параметр на вкладке Параметры. Этот параметр отображается, только если Simulate выбран параметр насыщенность .По умолчанию очищен.

Когда Укажите начальные потоки Параметр не выбран при симуляторы, Simscape ™ Программное обеспечение Electrical ™ Specialized Power Systems автоматически вычисляет начальные потоки в запустить моделирование в устойчивом состоянии. Вычисленные значения сохраняются в Initial. Изменяет параметр и перезаписывает все предыдущие значения.
Измерения
Выберите Напряжения обмотки , чтобы измерить напряжение на клеммы обмотки блока трехфазного трансформатора.

Выберите Токи обмотки , чтобы измерить протекающий ток. через обмотки блока трехфазного трансформатора.

Выберите Потоки и токи возбуждения (Imag + IRm) от до Измерьте потокосцепление в вольт-секундах (В.с) и полный ток возбуждения, включая потери в стали, моделируемые Rm.

Выберите Потоки и токи намагничивания (Imag) для измерения потокосцепление в вольт-секундах (В.с) и ток намагничивания в амперах (А), а не включая потери в стали, смоделированные Rm.

Выберите Все измерения (V, I, Flux) для измерения обмотки напряжения, токи, токи намагничивания и потокосцепления.

По умолчанию Нет .

Поместите блок мультиметра в свою модель, чтобы отображать выбранные измерения во время моделирование. В поле списка Доступные измерения мультиметра блока, измерения обозначаются меткой, за которой следует имя блока.

Если соединение Обмотка 1 (клеммы ABC) установлено на Y , Yn или Yg , этикетки такие же следует.

Порядок работы с токоизмерительными клещами

Способы измерения с помощью токоизмерительных клещей в целом ничем не отличаются при использовании бытовых мультиметров (до 1000 Вольт) или профессиональных (свыше 1000 Вольт) приборов.

Рассчитанный на домашнее использование тестер с клещами будет иметь гораздо больше функций, а специализированным устройством в бытовых условиях чаще всего будет нечего измерять.

В зависимости от цели измерений, весь процесс с помощью клещей, совмещенных с мультиметром, будет проходить следующим образом:

• Среди проводов выделяются тот, с которого надо снять показания. Если обхватить клещами сразу несколько проводников, то результат измерения будет неправильным.
• На тестере выставляется необходимый режим и диапазон. Если измеряется переменный ток, то это будут литеры AC, а когда прибор поддерживает измерение постоянного, то DC. При этом, на шкале надо выбрать значение чуть больше того, которое планируется измерить. Если предполагаемая сила тока неизвестна, то начать измерения надо с самой большой шкалы.
• Клещи раскрываются и нужные проводник помещаются внутри. Для наиболее точного измерения провод желательно расположить по центру контура, перпендикулярно корпусу прибора.
• Измерение произойдет автоматически и на дисплее отобразятся результаты.

Как пользоваться

Принцип использования данного прибора достаточно прост, необходимо определить место, где вы будете производить замеры. Если это труднодоступный шкаф с проводами, то прибор должен быть оснащен кнопкой фиксации. Работа с токоизмерительными клещами заключается в выборе режима измерений, путем установки датчика в нужное положение, после чего клещи подключаются к измеряемому проводнику. Если измерить нагрузку в сети не удается и дисплей показывает единичное значение, то необходимо установить датчик на более высокое значение. Токовыми клещами удобно пользоваться не только профессиональным электрикам, но и простым пользователям.

Все клещи предполагают возможность производить замеры постоянного и переменного тока, сопротивления.

Полезные нюансы проведения измерений

Знание некоторых физических законов и особенностей строения прибора позволят расширить сферу его применения.

Если ток в проводнике очень маленький и тестер не может точно его определить, то можно «помочь» прибору, намотав проводник на одну из половинок клещей. В таком случае на дисплее отобразится сумма токов и чтобы узнать точное значение надо разделить полученный результат на количество витков.

Если ток больше того, что может показать тестер, то на дисплее отобразится единица. В таком случае надо выставить больший диапазон измерений и повторить замеры.

Обнаружить ток утечки получится и без поиска его наличия на заземляющем проводе (подсоединённому к корпусу прибора). Для этого можно воспользоваться способностью тестера показывать сумму токов нескольких помещенных в электроизмерительные клещи проводников. Если обхватить клещами сразу фазу и ноль, то на дисплее должен высветиться ноль, так как наведенные электромагнитные поля взаимно компенсируются (они должны быть одинаковыми по силе и различными по направлению). В случае наличия утечки, значения на дисплее будет отличным от ноля – если это так, то надо искать место пробоя изоляции на корпус.

Если на корпусе измерительного прибора есть кнопка «Hold», это поможет измерять ток в труднодоступных местах, к примеру, если тестером туда можно дотянуться, а дисплей при этом видно не будет. В таком случае надо обхватить токовыми клещами провод, нажать на эту кнопку и полученный результат зафиксируется на дисплее – теперь его можно посмотреть в удобном месте.