Токоизмерительные клещи: разновидности, рекомендации по выбору и эксплуатации

Токоизмерительные клещи – такой же полноценный измеряющий прибор в арсенале электрика, как и мультиметр, авометр или варметр. Без токовых клещей пришлось бы срочно отключать электроустановку, например, в отделении реанимации в больнице, где пациенты в коме подключены к аппаратам искусственной вентиляции лёгких.

Назначение токоизмерительных клещей – помощь в замерах тока на высокомощных цепях постоянного и переменного напряжений. Они оказывают помощь и в измерении сопротивления цепи. Потребляемый ток, например, в трёхфазной сети 220 (380) вольт в здании настолько высок, что нередко превышает сотни ампер, особенно в зимнее время.

Например, в ректорате вуза на обеденном перерыве все 70 сотрудников включили в своих кабинетах электрочайники на 7 минут. Чтобы проверить надёжность и токопотребление в такой цепи в эти минуты, ни один амперметр, тем более носимый мультиметр, не справится с таким током.

Отключать энергосеть здания, когда в этот момент работает связь и идёт передача данных, должны быть постоянно включены сигнализация, видеонаблюдение и средства пожаротушения – никто не будет. Чтобы замерить ток на проводе или общей шине, через которую он проходит, не разрывая её, и нужны токовые клещи.

Токоизмерительные клещи сразу же завоевали рынок электротехнических приспособлений, измерителей и средств, ведь очевидны их следующие плюсы.

• Предельно простое использование в электротехническом деле. Даже руководствуясь интуицией и элементарными школьными знаниями из курса физики, использующий эти клещи в первый раз в жизни человек понимает, что успешно справится с работой, если не нарушит правила электробезопасности.
• Небольшие габариты.
• Высокая точность замеров.
• Работают в электроцепях и установках с высоким напряжением в киловольты, и в маломощных линиях с током в микроамперы, одинаково хорошо.
• На основе токоизмерительных клещей возможно построение измеряющего устройства с произвольной эргономикой и дизайном, с разнообразными функциями и возможностями.
• Их просто применять в сочетании с другими электрозамерителями. Например, токовые клещи и мультиметр – популярнейший комплект: сам мультиметр может замерять не только силу тока, величины напряжения и сопротивления, но и температуру. Например, при перегреве в электроустановке мультиметр приближенно покажет, насколько высока нагрузка, отчего любому электрику до предела просто сопоставить замеряемый клещами ток, температуру внутри щита с электроустановкой в месте замера и предел по мощности, заявленный в документации, в уравнение, и принять меры по снижению токовой нагрузки на нужную величину.

Электроизмерительные клещи не остались и без недостатков.

• Они чувствительны к изменениям электромагнитного поля. Здесь отслеживается небольшая взаимосвязь между позицией провода в первичной обмотке или в кольце и получаемых замерах. Клещи располагаются под углом в 90 градусов к плоскости, через которую проходит провод, на котором замеряют ток.
• Замеры лучше проводить на обособленных участках проводов и жил – в местах, где нет соседних, генерирующих наведённые токи в окружающем пространстве.
• Открытость и простота схемы подключения тококлещей даёт возможность заработать на их производстве не только технически грамотным людям, но и всевозможным аферистам.

Токовые клещи включают в себя несколько компонентов.

• Магнитопровод, размыкаемый и сводимый при помощи пружинного механизма с рычагами (этот механизм напоминает щипцы).
• В корпусе размещён измерительный прибор, в состав которого входят дисплей (или стрелочная электроизмерительная головка), плата коммутации диапазонов измерений с многопозиционным переключателем. В цифровых приборах может быть как электронная плата с функционалом полноценного мультиметра, так и амперметр. В более «продвинутых» приборах вместо блока коммутации имеется цифровой селектор, автоматически выбирающий нужный предел измерений. В универсальном приборе с токовыми клещами имеются отдельные разъёмы для выбора режима вольтметра или омметра. Последний режим используют для замеров на отключённых электроустановках и цепях.
• Аналоговый прибор также комплектуется дополнительными калибровочными переменными резисторами – они помогают более точно установить ноль измерений, если тот сбился. Это необходимо для предельно точных замеров.
• Если ток измеряется в защищённых и трудных для свободного доступа точках цепей, в состав прибора с токовыми клещами входит замеритель с высокочувствительным и гибким щупом.

Принцип действия токовых клещей состоит в следующем. В его основе – эффект электромагнитной индукции. Провод, на котором замеряется рабочий (нагрузочный) ток, вставляется в зазор магнитопровода. На том есть вторичная обмотка. Первичный ток на замеряемом проводе создаёт вокруг себя переменное магнитное поле, которое и улавливается магнитопроводом. Оно в виде магнитного потока доходит до вторичной обмотки и наводит в ней индуцируемую ЭДС. Величина тока в проводе и вырабатываемого в катушке вторичного тока строго соотнесены, и первичный ток легко прикинуть.

Поскольку неразрывное кольцо магнитопровода потребовало бы ввода сложенного вдвое участка провода, на котором замеряется ток, и замеры были бы очень неточны, магнитопровод изготовлен в виде круглых клещей – разрыв в нём образуется при нажатии на рукоятки, и только тогда, когда на провод нужно надеть этот инструмент.

В качестве магнитопровода может применяться, например, трансформаторная сталь – если речь идёт о промышленной частоте в 50-60 герц. Отличие клещей от токотрансформатора в том, что последний обладает неразрывным кольцом или прямоугольным контуром.

Но особый прорыв в этой сфере достигнут благодаря открытию и вводу в обиход электриков и энергетиков датчика Холла. Он позволяет замерять не только переменный, но и постоянный ток – по всё тому же методу токовых клещей.

По видам и разновидностям токоизмеряющие клещи классифицируются следующим образом.

• Тококлещи со стрелочным индикатором. Исторически это первый измеритель, где применяется трансформатор для переменного напряжения. В состав такой системы входит меняющееся число витков, включённых во вторичную часть схемы.

• Цифровые токовые клещи. Кроме клещевой прижимной части, содержат цифровой интерфейс с АЦП, преобразующего аналоговый электрический сигнал в цифровую «пачку». Существенное отличие от аналоговой схемы – возможность вести журнал замеров. Плюсом данного решения является простота применения, минусом – недостаточная точность замеров.

• Токовые клещи с мультиметром. Дополняют цифровой амперметр, но позволяют замерить напряжение на линии, сопротивление последней и частоту питающего тока. Точность их очень высокая, но есть недостаток – необходимость наличия мультиметра.

• Высоковольтные токовые клещи – работают с напряжением выше 1000 В. Для допуска в электроустановку с напряжением до 1 кВ необходим допуск мастеров по IV группе квалификации. Усиленная изоляция спасёт работающего от случайного соприкосновения с токоведущими клеммами и шинами. Применение токовых клещей с таким напряжением требуется на трансформаторных подстанциях и распределяющих установках.

По принципу работы тококлещи подразделяются на клещи для постоянного и для переменного тока. Постояннотоковые клещи не подходят для замеров на цепях и линиях с переменным напряжением. У «переменных» клещей всё наоборот – они одинаково хорошо подходят для постоянного и переменного тока.

Например, тококлещи, относящиеся к разряду профессиональных, позволяют работать не только с высоким напряжением до 1 кВ, но и оснащены функциями мегаомметра, позволяющего замерить сопротивление изоляции проводов. Омметр обладает внушительным диапазоном измерений – от 20 МОм. Мультиметр помещён в прорезиненный корпус с противоударными вставками, предохраняющими его от повреждения при случайном падении с высоты до 10 м, что позволяет быстро вернуться к работе с того места, на котором произошёл этот инцидент. Такова, к примеру, модель DT-360.

Высокомощные токовые клещи рассчитаны на значительные токи – до сотен и даже тысяч ампер. Они, например, способны выдержать мощный импульс пускового тока в момент запуска трёхфазного двигателя лифта в подъезде, а функция автоматического удержания (режим «Hold») в момент резких скачков тока и напряжения покажет «пик» такого импульса в амперах (и напряжение, в этот момент «просевшее» по вольтажу). Некоторые модели комплектуются также функцией ватт/варметра, частично заменяющего счётчик потребляемого электричества при бесконтактном мониторинге подходящей к зданию ЛЭП.

Если токовые клещи обладают мультиметром, в котором есть возможность записывать показания при колебаниях тока и напряжения, замеряемой реактивной мощности в системный журнал, то такой прибор – вклад в процесс автодиагностики возможных неисправностей линии или электросети. Такой прибор, кроме процессора, АЦП, оперативной памяти и микросхемы ПЗУ с микропрограммой, содержит чип для долговременного хранения данных – флеш-память.

Для удобства передачи данных на ПК и мобильные устройства, их обработки с помощью специальных приложений, в приборе предусмотрен интерфейс microUSB или беспроводная связь по Wi-Fi или Bluetooth. Но такой дополнительный комфорт может обойтись в 10 и более тысяч рублей за прибор. Для надёжности микросхемы на управляющей плате имеют защитную экранировку от наводок. Они все надёжно удалены, «отвязаны» от высоковольтной части схемы, через шунты которой проходит высокое напряжение в сотни вольт.

Все виды и разновидности токоизмерительных клещей, как выпускаемых в России, так и ввозимых из-за рубежа, на территории РФ попадают под ограничения ГОСТа №8.366-79 «ГСИ. Омметры цифровые. Методы и средства поверки», МИ-1202-86-ГСИ. Этот норматив и формирует основные требования, налагаемые на производство, испытания и поверку всей продукции, так или иначе сочетающей в себе цифровые омметры и токоизмерительные клещи. Для конкретных фирм, например, Fluke (США), действуют и другие ГОСТы, например, 22261-94 и 14014-91. Они распространяются на поверку и испытания мультиметров, также сочетающих в себе функции вольт- и амперметров.

Чтобы никто из работающих впоследствии не стал жертвой поражения током и виновником аварии на электроустановке, придерживайтесь следующих рекомендаций.

• За покупкой тококлещей обратитесь в специализированный магазин электротехники и электроники, где опытные консультанты вам подскажут, какие именно клещи подойдут для решения конкретных задач. Их опыт может предотвратить ошибки, последствия которых могут оказаться плачевными.
• В первую очередь определитесь, с каким именно током вы будете работать. Маркеры AC/DC указывают на то, что инструмент – универсальный, DC – только для постоянного тока на линии, AC – только для переменного.
• Определитесь, в каком диапазоне мощности вам предстоит работать. Возможно, ваш выбор – в цепях и на линиях с максимальной мощностью, скажем, до 25 кВт, тогда вам вряд ли понадобятся токовые клещи на мощность в 500 кВт, если в продаже есть изделие на 50-100 кВт.
• Определитесь, каков диаметр проводов, на которых замеряется мощность. Возможно, вы будете работать на проводах с сечением до 15 мм2, тогда вам ни к чему увеличенные клещи, где размер сечения достигает 50-100 мм2, если на имеющихся в продаже указан размер в 15-25 мм2.
• Если речь идёт о цифровых клещах или о модели устройства для постоянного тока, определитесь, как вам удобнее считать измеряемый ток: по показанию в миллиамперах, милливольтах или вольтах.
• Убедитесь, что материалы изолирующих ручек, покрытия клещей не проводят ток. Это должен быть высококачественный пластик, резина или композит.
• Проверьте гарантийный срок службы клещей, убедитесь, что в инструкции производитель указал параметры, диапазоны значений которых включают те, что вам нужны для безопасной и безаварийной работы.
• Воздержитесь от приобретения клещей по слишком высокой цене – не все их функции вам могут пригодиться.
• Если работа в основном производится в гаражно-бытовых условиях, а не на производстве, то отдайте предпочтение недорогим клещам, от которых требуется лишь успешное решение ваших конкретных задач. Клещи невысокого ценового диапазона оснащены функцией прозвонки линий и участков цепей.
• Избегайте дешёвых китайских подделок, в которых пластик сильно «запашит». В некоторых участках таких же клещей могут быть лишние щели и трещины в диэлектрическом покрытии.
• Если продавец имеет возможность протестировать прибор с токовыми клещами – убедитесь, что тот не превышает заявленную погрешность замеряемого тока, напряжения и сопротивления в тестовой линии.
• Если вам предстоит производить замеры и испытания в электроустановках, вокруг которых присутствует излишняя влажность, повышенная или излишне заниженная температура, выберите изделие, которое соответствует конкретным запросам.
• Ориентируйтесь на отзывы от реальных покупателей. Если вы подозреваете, что положительные отзывы могли быть написаны по заказу самого производителя с целью накрутить рейтинг изделия, ищите отзывы от других пользователей на похожих сайтах. Даже маркетплейс, на котором вы закажете такие клещи, не даст 100%-ю гарантию защиты от нереальных отзывов.
• Для тонких проводов применяются облегчённые клещи. Если ваша работа не предполагает контакт прибора с напряжением более чем 220 вольт, а потребляемые токи едва ли превышают 20 А, то воспользуйтесь облегчёнными клещами, по сечению провода припаянного к клешням, равным шунту амперметра в обычном мультиметре.
• Убедитесь, что в цифровом приборе батарейки (для питания мультитестера) заменяются легко и быстро.

Убедитесь, что прибор с клещами обеспечивает:

• замер бросков тока и напряжения при запуске мощных двигателей;
• автопереключение диапазонов измерений, что экономит время при замерах;
• если дисплей достаточно велик и подсвечен – это позволяет работать на линии даже ночью.

Если вы имеете дело с переменным напряжением более 380 вольт, то для организации безопасной работы используйте диэлектрические перчатки и исправный инструмент с изолированными ручками. Токовыми клещами воспользоваться не сложнее, чем обычным мультиметром при напряжении в линии до 1 кВ. Для замера сделайте следующее.

• Отметьте или выделите один из проводов в кабеле, на котором проводятся замеры.
• Включите на мультитестере нужный режим замера (например, измерение тока) и диапазон замеров. Выберите значение больше того, что вы ожидаете увидеть, иначе тестер «зашкалит» показания. Для постоянного тока используйте маркер «DC», для переменного – обозначение «AC». Если перепутать их, при попытке замерить переменный ток в режиме постоянного на дисплее будут каждую секунду сменяться положительные и отрицательные значения тока (или напряжения) произвольной величины. Если наоборот – прибор добавит в показания несколько процентов от номинала (диодный мост повышает напряжение).
• Откройте клещи и наденьте их на нужный провод в кабеле. Чтобы показания были точнее, пропустите провод по центру контура под углом в 90 градусов.

Прибор отобразит замеряемое значение. Если сила тока или напряжение неизвестны, используйте максимальный диапазон значений. Калибровка цифрового прибора, работающего с токовыми клещами, не требуется.

О том, как правильно пользоваться токоизмерительными клещами, смотрите в следующем видео.