Преобразователи тока для измерителей параметров электросети АКИП™

С.А. Корнеев, АО «ПриСТ» В обзоре рассмотрены различные по конструктивному исполнению, функциональности и техническим параметрам модели токовых и других внешних преобразователей, которые  обеспечивают применение многоцелевых  электротестеров АКИП для контроля и эксплуатационной диагностики электроустановок (ЭУ) до 1000 В, а также обеспечивают им дополнительную функциональность и возможности.

Приборы, предназначенные для измерения параметров электросетей, показателей качества электроэнергии (ПКЭ) в режиме измерения силы тока, используют различные токовые преобразователи/ трансформаторы тока, выполненные в виде клещей или разъёмной гибкой токовой петли. Не смотря общие принципы действия и назначение, токовые клещи-преобразователи к некоторым многофункциональным электротестерам и анализаторам серии АКИП™ не смотря на свою универсальность, имеют ряд отличительных черт и особенностей. Рассмотрим подробнее конструктивное исполнение, основные отличия технических характеристик базовых моделей токовых преобразователей, рекомендации по их использованию.

Целесообразно начать ознакомление со способа подключения измерительных аксессуаров к приборам. В штатных и опциональных токовых преобразователях (петлях и клещах) применён специализированный наконечник-штекер (тип hypertac). Он имеет ключ в виде фаски с пазом (рис. 1), что обеспечивает правильное прямое подсоединение к сигнальным цепям и надёжную фиксацию во входном гнезде приборов.

Рисунок 1. Внешний вид концевого штекер

Для измерения малых токов нагрузки и токов утечки предназначен опциональный токовый преобразователь HT96U (рис. 2), выполненный в виде клещей. Благодаря встроенному 3-х позиционному переключателю диапазонов в HT96U имеется возможность выбора фиксированных пределов измерения 1 А / 100 А / 1000 А с соответствующим коэффициентом преобразования. На каждом из значений пределов (при протекании предельного тока) максимальное выходное напряжение составляет 1 В. Максимальное измеряемое значение переменного тока составляет 1200 А, несмотря на компактные размеры преобразователя. Преобразователь HT96U отличается высокой чувствительностью.

Например, на нижнем пределе «1А» обеспечивается разрешающая способность 1 мА (соответствует минимальному значению Uвых =1 мВ).

Рисунок 2. Токовый преобразователь HT96U

Клещи-преобразователь HT96U имеют вышеуказанный присоединительный 3-х контактный штекер. При необходимости они могут быть подключены  к анализатору качества (АКЭ-823, АКЭ-824, АКЭ-9032, АКЭ-2020), многофункциональному тестеру (ПКК-57, МЭТ-5080), а также к другому  электротестеру АКИП™ с аналогичным ответным разъёмом и  чувствительностью не хуже 1 мВ. Токовый преобразователь HT96U имеет частотный диапазон до 10 кГц, что обеспечивает возможность его применения для исследования гармонических составляющих, регистрации импульсов тока и наводок в сети. Максимальный диаметр обхватываемого провода – 54 мм. Подключение токового преобразователя выполняется соединительным кабелем длиной  2 м с концевым.

Рассмотрение вопросов расширения дополнительных возможностей электротестеров АКИП™ начнём с модели АКИП-8402 (рис. 3). Этот портативный комбинированный прибор, помимо базового набора функций тестирования электросетей имеет в меню 3 режима доп. измерений: AUX, LEAKAGE, POWER. Они предназначены для контроля функционирования нагрузок, оценки ПКЭ, анализа текущего потребления электроэнергии, а  также измерения параметров окружающей среды.

Рисунок 3. Многофункциональный электротестер АКИП-8402 (клик на изображении - увеличение)

На рис. 4 представлены входные потенциальные гнезда и сигнальные разъёмы электротестера АКИП-8402 предназначенные для подключения к объекту тестирования (к измеряемым цепям).

Рисунок 4. Входные  гнезда АКИП-8402 1. Гнездо подключения выносного опционального щупа-пробника PR400 (дистанционный запуск тестов для измерения параметров сетей и электробезопасности) 2. Входные гнезда для измерения напряжения (E, N, P) 3. Входной разъём «In1» для измерения параметров окружающей среды и силы тока при помощи опциональных преобразователей.

Остановимся подробнее на порядке применения электротестера и сменных преобразователей в каждом измерительном режиме.

• AUX («Доп. возможности»): измерение параметров окружающей среды (температура, влажность, освещённости и уровень шума/звука).
• LEAKAGE («Ток утечки»): измерение токов утечки от 0,01 А с использованием токового преобразователя HT96U.
• POWER («Мощность»): используется для измерения и отображения на дисплее прибора параметров 1Ф сети: напряжения (до 265 В), тока (до 3000 А), активной, реактивной, полной мощности (до 9.999 кВт/ кВАР/ кВА), коэфф. мощности (cosφ), а также для анализа гармоник тока и напряжения (до 49-й включительно).

Дополнительные измерительные возможности (AUX)

В данном режиме с помощью подключения внешних преобразователей (рис. 5, 6) вреальном времени обеспечивается выполнение измерений параметров окружающей среды и измерение тока утечки (за исключением измерения шума). При этом доступен выбор видов измерений:

• AIR - скорость ветра/ воздухообмена (м/с)
• RH - относительная влажность (RH%)
• TMP °F - температура воздуха (°F)
• TMP °C - температура воздуха (°C)
• dB - уровень звукового давления или шума (дБ)
• Lux - уровень освещённости (lux) 
• VOLT - входное внешнее напряжение (мВ - без применения преобразователя)

Рисунок 5. Подключение внешних преобразователей

Рисунок 6. Подключение преобразователя шума

Измерение токов утечки (LEAK)

Данная функция позволяет при использовании внешнего преобразователя тока (HТ96U или других клещей, рекомендованных производителем) измерять силу тока, в том числе токи утечки ЭУ в реальном времени (рис. 7, 8).

Рисунок 7. Косвенное (приближенное) измерение тока утечки (в трёх фазной системе)

Рисунок 8. Прямое измерение тока утечки в нагрузке

Измерение параметров энергосистемы и электропотребителей (PWR)

В данном режиме обеспечивается выбор следующих видов измерений (рис. 9):

• PAR - измерение токов, напряжения, мощности, коэфф. мощности и др.
• HRM V - измерение и анализ гармоник напряжения
• HRM I - измерение и анализ гармоник тока

Рисунок 9. Подключение для измерений  в одно-/двухфазной или 3Ф сети

Данная функция позволяет выполнять измерение электрической мощности потребителей и параметров энергосистемы в реальном времени (напряжения сети, гармонический анализ). При подключении т/преобразователя к электротестеру АКИП-8402 доступно проводить измерения токов, гармоник тока, а также производных параметров, таких, как мощность, коэфф. мощности и др. (рис.10).

Рисунок 9. Экран электротестера АКИП-8402 (режим PWR)

Подробно освещая способы увеличения функциональности электротестеров АКИП™ по контролю и диагностике электроустановок (ЭУ) до 1000 В при использовании токовых преобразователей, следует рассмотреть ещё одну линейку многофункциональных СИ подобного класса. Она представлена электротестерами начального уровня - компактными приборами АКИП-8403/-8404/-8405 имеющими различное сочетание поддерживаемых режимов и функций (рис.6).

Это цифровые портативные приборы, разработанные в соответствии с новейшими европейскими стандартами по электробезопасности. Тестеры измеряют:  напряжение до 605 В (постоянное и переменное TRMS); постоянный и переменный TRMS ток до 1200 A (с преобразователем); частоту напряжения и тока 30… 400 Гц; сопротивление до 40 кОм + прозвонка цепи; сопротивление изоляции до 1 ГОм (U исп. 250 В/ 500 В); сопротивление низкоомных цепей током >200 мА; время отключения УЗО (АС тип); общее сопротивление цепи заземления Ra до 2 кОм (без отключения УЗО), порядок чередования фаз.

Особенности и функциональность:

• Режим «Автопоследовательность»: тест петли + тест УЗО + проверка R изоляции (только АКИП-8405). 
• Измерение PEAK (от 1 мс), MAX, MIN, AVG, удержание показаний.
• Автокалибровка сопротивления измерительных проводов (только АКИП-8403).
• Большой контрастный ЖК-дисплей, батарейное питание,  автовыключение питания.

Кратко характеризуя функциональность приборов, можно отметить, что каждая модель это комбинация встроенного мультиметра (АЦП 16 бит; частота дискретизации 3,2 кГц) и определённого набора измерительных тестов параметров электробезопасности:

• АКИП-8403 - изоляция, металлосвязь
• АКИП-8404 - УЗО, петля
• АКИП-8405 - изоляция, металлосвязь, УЗО, петля

АКИП-8403	АКИП-8404	АКИП-8405
Рисунок 11. Электротестеры АКИП (клик на изображении - увеличение)

На рис. 12 приведено изображение торцевой панели корпуса электротестера АКИП-8404 с входными гнёздами для подключения к объекту тестирования (к измеряемым цепям).

Рисунок 12. Входные гнезда АКИП-8404

В случае подключения токового преобразователя HT96U с концевым 3-х контактным штекером hypertac к электротестерам АКИП-8403, АКИП-8404, АКИП-8405 (или к любым вольтметрам/ мультиметрам), имеющим входные гнезда колонкового типа с внутренним диаметром 4 мм потребуется переходник-адаптер NOCANBA (рис. 13).

Рисунок 13. Адаптер NOCANBA

Разработанные для применения в электроэнергетике, вышеперечисленные в обзоре преобразователи способны измерять только переменный ток (режим АС). С целью повышения функциональности и увеличения измерительных приложений предлагается преобразователь для измерения как переменного, так и постоянного тока. Для таких задач можно использовать токовые клещи HT98U (рис. 14), представляющие собой 2-х режимные клещи (режимы AC/DC) имеют диапазон измерения тока  1 А … 1000 А (коэфф. трансформации 1 мВ/А). Рабочая полоса частот переменного тока составляет 0…20 кГц. Такой широкий диапазон частот позволяет применять, токовые клещи HT98U не только для непосредственного измерения силы тока, но и для гармонического анализа. Максимальный диаметр обхвата провода для этих клещей 52 мм. С учётом такой возможности обхвата провода, очевидно  применение преобразователя HT98U для подключения к цепям (шинам, фидерам) промышленных энергетических объектов и мощного электрооборудования.

Рисунок 14. Токовый преобразователь HT98U (AC/DC)

Зачастую, измерения токов и параметров качества электроэнергии проводятся не на первичном трансформаторе, а на вторичном (измерительном), имеющем меньший диапазон рабочих токов. Значения 10 А и 5 А являются типичными номиналами для измерительных трансформаторов. Поэтому для корректных измерений на вторичных трансформаторах должны применяться клещи с небольшим пределом по току и высокой разрешающей способностью. Кроме того, в  меню настройки электротестеры и анализаторы ПКЭ АКИП™ имеют возможностью установки пересчёта по току (коэффициента трансформации). Одной из моделей таких клещей является токовый преобразователь HT97U (рис. 15) с  3-мя фиксированными диапазонами: 0,1 ÷ 10A / 0,5A ÷ 100A / 1A ÷ 1000A. Максимальный диаметр охватываемого провода для этих клещей – 54 мм.

Рисунок 15. Токовый преобразователь HT97U

Технические характеристики и конструктив многофункциональных электротестеров и анализаторов обеспечивают измерение больших токов, начиная от 5 А, что определяется типом используемого токового преобразователя. В ряде слаботочных приложений это является фактором, ограничивающим применение таких преобразователей, и вызывает определённые неудобства пользователей. Поэтому разработчиками было предусмотрено несколько моделей токовых преобразователей с малым диапазоном по току. Такие клещи ориентированы для измерений в цепях потребителей, где токи нагрузки могут иметь значение менее 10 А. Например, преобразователь  HT4005N (рис. 16) будет наиболее оптимален для анализа блоков питания ПК или других слаботочных нагрузок с номинальным значением токов 2…5 А.

Рисунок 16. Токовый преобразователь HT4005N

Во всей линейке токовых преобразователей клещи HT4005N имеют самые минимальные массо-габаритные параметры (139×51×30 мм; 180 гр.), эргономичную конструкцию губок, приспособленных для работы с проводниками малого сечения и подключения в труднодоступных местах в распределительном щите. Эта модель имеет 2 переключаемых диапазона тока 5 А / 100 А. На нижнем пределе измерения преобразователя коэффициент трансформации 200 мВ/A, что обеспечивает необходимую чувствительность (5 мА) для анализа параметров. При измерении во вторичной сети имеется возможность ввода в меню прибора коэффициента пересчёта (трансформации по току) - в сотни раз в зависимости от типа измерительного трансформатора. Максимальное раскрытие механизма клещей обеспечивает охват кабеля диаметром до 20 мм. Подключение выполняется соединительным кабелем длиной  2 м с концевым 3-х контактным штекером (тип hypertac).

Технические характеристики и спецификации рассмотренных токовых преобразователей приведены в таблице 1.

Все упомянутые в обзоре приборы, анализаторы качества  электроэнергии, электротестеры параметров сетей и модели токовых преобразователей внесены в Госреестр СИ РФ.

Таблица 1
Параметры	HТ96U (перем.)	HТ97U (перем.)	HТ98U (перем. / пост.)	HТ4005N (перем.)
Переключатель режимов	-	-	+   (АС/DC)	-
Пределы   измерений	1А, 100 A, 1000 A	10 А, 100 A,  1000 A	1000 А	5A , 100A
Диапазоны  измерений	0,001…1,2 А   0,1…120 A  1…1200A	0,1…10 А  0,5…100 A 1…1000 A	1…1200 А	0,005…5A 0,1…100A
Переключатель пределов	+	+	-	+
Кнопка обнуления  показ.	-	-	+ («0-zero»)	-
Коэфф. Трансформации	1мВ/мА; 10мВ/А; 1мВ/А	100мВ/А;  10мВ/А;   1мВ/А	1мВ/А	200 мВ/А (5А); 10 мВ/А (100А)
Погрешность  (ток 100А)	± (2 % + 4 мВ)	1 %	± 1 % + 0,5 А	± 1 %
Диапазон частот	40 Гц … 10 кГц	40 Гц … 10 кГц	0… 20 кГц	48… 65 Гц
Фазовый сдвиг  (ток 100А)	< 1,5 °	1 °	не норм.	2,2 °
Питание	-	-	9 В (Крона)	-
Тип преобразователя	трансф. тока	трансф. тока	датчик Холла	трансф. тока
Раскрытие клещей (ø)	54 мм	54 мм	52 мм	20 мм
Условия эксплуатации	-10 ÷ +50 °C	-10 ÷ +50 °C	0 ÷ +50 °C	-10 ÷ +55 °C
Габариты	225 × 105 × 31 мм	225 × 105 × 31 мм	213 × 85 × 24 мм	139 × 51 × 30 мм
Вес	720 г	720 г	600 г	180 г

Автор:  Корнеев С.А.
Дата публикации:  26.08.2010