DC/AC lakatfogók: újszerű szolgáltatások
2015/12. lapszám | Németh Gábor | 7159 |
Figylem! Ez a cikk 9 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Köszönhetően a néhai EKA (Engel Károly Alkatrészgyár) főmérnöke, Reich Ernő világhírt hozó szabadalmának (Reich-fogó), az áramkör megbontása nélküli árammérés ma már igen egyszerű feladat: lakatfogó multiméterrel vagy lakatfogó adapter és normál multiméter összekapcsolásával könnyen megoldható. A Hall-elem alkalmazásával az egyenáram is mérhetővé vált. A lakatfogó multiméterekbe pedig egyre érdekesebb segédfunkciókat építenek be a gyártók.
Áram mérése adott méretű vezetőn
Persze, segédfunkció ide vagy oda, az elsődleges szempontok nem változnak, amikor tervezett méréseinkhez eszközt akarunk vásárolni! Kezdjük a két legfontosabb dologgal, ami egy adott mérésnél – adott lakatfogótípust a kezünkben tartva – a „mérőképességünket” alapvetően meghatározza: a mérendő áram nagysága (vagy épp „kicsisége”) és a mérendő vezető (kábel, sín) méretei.
A jelenleg elérhető lakatfogó multimétereknél az árammérés felső méréshatára jellemzően 20-40 A-től 2-3 kA-ig terjed. A lakatfogók specifikációjának olvasásakor az árammérés alsó határának értékelésére külön felhívjuk a figyelmet. A mágnesanyagok fizikai tulajdonságai miatt itt általában egy legkisebb mérhető áramnak is szerepelnie kell, s a megadott áramérték alatt már csak indikálásról beszélhetünk. Ha kis áramokat is kell és viszonylag pontosan mérnünk, akkor ugyancsak figyeljünk arra, hogy a pontossági adatok a méréshatárra vagy a leolvasott értékre vannak megadva. Például egy 400 A-es lakatfogó a méréshatárra vonatkozó 1%-os pontosságával akár 4 A-t is tévedhet, ami elég sok, ha 10 A körül akarunk mérni. Várható feladataink ismeretében törekedjünk kompromisszumra, illetve minél szélesebb tartományban specifikált és minél több méréshatárban dolgozó műszerre. Törődjünk bele abba, hogy ha igazán kicsiny (mA-es, pár A-es) nagyságrendben is akarunk lakatfogóval mérni, akkor arra külön eszközt kell vásárolni. Például (AC esetén) szivárgó áram (hibaáram) mérésére kifejlesztett lakatfogós multimétert, melynek mérőképessége mikroamper nagyságrendtől indul, viszont nagyobb, például akár már 50-100 A-es áramoknál a pontossága drámaian csökken.
A gyakorlatban előforduló típusoknál az átkarolható vezető átmérője (illetve a sín nagyobbik mérete) általában max. 60-70 mm, és ez a méret általában az 1000-3000 A-t mérő modelleknél fordul elő. Ha nagy méretet kell választanunk, akkor kis keresztmetszetű vezető mérésekor különösen törekedni kell arra, ami egyébként a specifikált mérési pontosság eléréséhez is szükséges, hogy a vezető a lakatfogó karjai által körülölelt terület közepén és annak síkjára merőlegesen haladjon át a mérőnyíláson. A tapasztalat azt mutatja, hogy az egyes lakatfogógyártmányoknál jelentős különbség van abban, hogy a mérési eredmény mennyire változik a mért vezető pozíciójának változtatására. Saját lakatfogónkat mindenképp érdemes – ellenőrzött körülmények között – tesztelni, hogy kipuhatoljuk a viselkedését.
Nem szinuszos, kifejezetten torzult jelalakú áramok mérése
Napjaink gyakran előforduló alkalmazástechnikai problémája a felharmonikusokkal terhelt, azaz nem szinuszos áramok mérése. Tudni kell – s ez a hatalmas lakatfogó-választéknak máris csak egy kisebb részét minősíti „általánosan” használhatónak –, hogy manapság a villamos hálózaton rengeteg nemlineáris terhelés van (kapcsolóüzemű tápegységek, tehát az ösz-szes számítógép és informatikai eszköz, a fázishasításos elven működő teljesítményszabályozók, az egyenirányítók, a frekvenciaváltós vezérlések stb.) A nem-linearitásból következően ezek szinuszos feszültség hatására nem szinuszos áramfelvételt produkálnak, így felharmonikus áramok forrásai. A gond az, hogy a régebbi, szokásos konstrukciójú vagy újabb, de elavult technikát használó, s így persze olcsóbb lakatfogók átlagértéket mérnek, s azt egy 1,1-es konstanssal szorozzák, mert a szinuszos jelalak rms- és átlagértéke között ez a viszony. Sajnos, ez a számítás csak szinuszjelre igaz, más jelalakra nem (tehát például a szemre elég hasonló háromszögjelre sem)! Ráadásul a jelalak szinusztól való eltérésének (vagyis torzulásának) függvényében a fenti 10%-os mértéknél a hiba jóval nagyobb is lehet, akár 30-40% körüli! (A nullavezetőn pedig sokszor jelentős nagyságú, 150 Hz jellemző frekvenciájú, szintén torzult jelalakos áram folyik, amit szintén érdemes minél pontosabban mérni, hiszen melegedést, akár nullavezető-égést is okozhat!) A modern lakatfogók ezért valós négyzetes középértéket mérő, az angol elnevezés rövidítése alapján elnevezett, „TRMS” mérőáramkörrel rendelkeznek, és nem csak a 40-70 Hz körüli jeleket mérik pontosan. A bonyolultabb áramkör – bizonyos mértékig – lépést tud tartani a jelalak torzulásával. Így sokkal nagyobb eséllyel mutatja meg nekünk azt a valódi áramértéket, amely – mondjuk például – a védelem működésbe lépését okozza, miközben a régebbi, „bejáratott”, s egyébként hibátlanul működő lakatfogónk nem mutat túláramot. Mai átlagos környezetben dolgozó szakember figyelmébe tehát mindenképp „TRMS lakatfogó multiméter” beszerzését kell ajánlanunk.
Elég szorosan idetartozik még egy szempont, amit a válogatásnál érvényesíteni lehet. Bár mindenképpen jobb, használhatóbb értékeket mérünk általa, de a TRMS módszernek is vannak korlátai, mégpedig a mérőáramkör bemenő fokozatának dinamikatartománya. Ha a csúcsérték túl nagy, az áramkör „levágja”, azaz eltünteti az amplitúdó egy részét, így a mérési eredményt meghamisítja. Lehet-e ezt a jelenséget valamennyire számszerűsíteni? Lehet! Erre találták ki az ún. „csúcstényezőt”, angolul Crest Factort (jelölése: CF), mely – szemléletesen szólva – a jelben előforduló csúcsérték és a csúcsértékek között mérhető értékek (matematikus megközelítéssel: a jel rms-értékének) aránya, azaz valamennyire kifejezi a jel torzultságának mértékét (a szinuszjelhez képest, melynél – az előbbiek értelmében – az értéke: 1,41). Nos, a TRMS lakatfogókra meg szokás adni, hogy mekkora CF-értékig mérnek helyesen. Általánosan a 2,5...3,5 körüli értékek terjedtek el, de egyes modellek akár 10-es értékig is specifikálva vannak. A Crest Factor ismerete feltétlenül szükséges a kisfrekvenciás jelek mérése területén! Vegyünk például egy multimétert, melynek AC-pontossága (ezt mindig szinuszjelre specifikálják) 0,03%, valamint 1,41 (szinuszjel) és 5 közötti Crest Factor-értékekre 0,2% hozzáadódó hiba van megadva. Így egyszerű háromszögjelre (CF=1,732) a mérési bizonytalanságunk 0,03% + 0,2% = 0,23%-ra módosul (azaz majdnem egy nagyságrendet romlik!). Mivel a CF érték ennyire fontos lehet, ezért egyes lakatfogók mérik (pontosabban a megmért csúcs- és rms-értékekből kalkulálják) is!
Különféle lakatfogós mérések egy üzem hálózatán
Lakatfogós (multiméteres és/vagy adapteres) mérési lehetőségek üzemcsarnok villamos hálózatának jellegzetes szakaszain. Beleértve a földelő rendszert és annak részeként akár a (a képen nem ábrázolt) villámvédelmi levezetőket is!
Biztonság
Lényeges, hogy a lakatfogó multiméterek (és a lakatfogó adapterek is) kisfeszültségű mérőeszközök, tehát csakis a normál 230/400 V-os hálózati feszültségen lévő vezetők esetén alkalmazzuk őket árammérésre, s akkor is kellő óvatossággal, a használati szabályok betartásával! Örvendetes, hogy megjelentek CAT IV 1000 V környezetben is használható modellek a piacon! Ezek biztonsági szintje a jelenlegi legnagyobb, és így megengedi, hogy őket a helyi KöF betáp szekunder oldalától kezdve a KiF hálózat bármely pontján bevethessük. Ugyancsak a használat biztonságát és a műszer megóvását szolgálja az ipari védettségi fokozat növelése: már IP 54-es védettségű lakatfogóval is lehet találkozni (bár konkrétan a „lakatszerkezetre” csak IP 20 érvényes).
Feszültség mérése
A feszültségmérés olyannyira alapmérés, hogy csak igen röviden térünk ki rá. Természetesen lakatfogós műszerünk beszerzésekor a maximálisan mérhető feszültség nagyságát is érdemes figyelemmel kísérni. A jelalak torzulásával kapcsolatos fentebb olvasható meggondolások a feszültségmérésre is vonatkoznak. A felharmonikus áramok a hálózat impedanciáin, a vezetők és a kötések ellenállásán feszültségesést okoznak, így a feszültség is torzul, persze általában jóval kisebb mértékben. A TRMS jelzésű lakatfogók a torzult jelalakkal rendelkező feszültséget is pontosabban fogják mérni.
Feszültségkémlelő funkció
Egyes lakatfogó multiméterekkel fémes kontaktus nélkül érzékelhetjük veszélyes feszültség (> 40-50 V) jelenlétét! Egy előzetes ellenőrzés után biztonságosabban dolgozhatunk, s nem kell ehhez másik eszközt elővennünk.
Indulóáram-mérés
Van egy speciális, elsősorban (de nem csak) motorok indításakor előforduló, rövid lefolyású jelenség, mely áramcsúcsok rövidebb-hosszabb idő alatt csillapodó amplitúdójú egymásutánjaiból áll, és amelyet időnként tudnunk kell pontosan mérni. A legnagyobb amplitúdója ugyanis jóval nagyobb lehet, mint a normál üzemi állapothoz tartozó áram. Így, bár egy rövidebb időre, de igénybe veszi a hálózat elemeit a nagy áram, másrészt pedig beindulhatnak a védelmek, gyakorlatilag üzemzavar keletkezik. Egyes lakatfogó multiméterek rendkívül kifinomult technikával 15-70 Hz tartományban mérik a – legtöbbször nagyobb méretű motorok indulásánál tapasztalható– jelentős áramcsúcsot. A mérés a periódusidő 1-, 2,5-, 5- és 10-szeresére vonatkozóan történik, azaz a műszer az első (és gyakran legnagyobb amplitúdóval bíró) félperiódus rms-értékét (!) is meghatározza. Jól észrevehető tehát az esetleges rövid idejű túláram-felvétel is.
Áram jelalak jellemző paraméterei
Impulzusjellegű csúcsértékek keresése
Rövid idejű, 1 ms körüli impulzusok, „áramtüskék” időnként tapasztalhatók a hálózati jelen, pl. kapcsolóüzemű tápegységek körében. Egyik-másik korszerű lakatfogós multiméter ezeket is meg tudja nekünk „fogni”, sőt, külön a pozitív és negatív áramcsúcs amplitúdót (a méréshatár függvényében) is ki tudja jelezni. Ez is fontos hibakeresési, esetleg hálózatminőség-ellenőrzési teszt lehet a gyakorlat során. Segíthet a Crest Factor meghatározásában is.
Minimum- és maximumérték-tárolás
Készülékek és berendezések működésében nem csak a rövid idejű, hanem a hosszabb (néhány periódusidőnyitől több másodpercig vagy tovább tartó) feszültség-, ill. áramváltozások is gondot okozhatnak. Némelyik lakatfogó képes arra, hogy ha (például) 500 ms-nál hosszabban eltér a mért érték a korábbi maximumtól vagy minimumtól, akkor a minimum-, illetve maximumérték tárolóba kerül, és onnan a mérés végén kiolvasható. Nagyon praktikus funkció, ha viszonylag rövid, de egyes készülékek működésében problémákat okozó (vagy épp belső hibát jelző) szintváltozásokat keresünk.
Adatgyűjtés
Viszonylag sokszor fordul elő időszakos vagy véletlenszerűen jelentkező hiba a gyakorlatban, és nagyon meg tudja keseríteni a javítással kísérletező szakember életét, mert amikor éppen a helyszínen tartózkodik és méréseket végez, akkor általában – „Murphy szerint”– minden rendben van. Ilyenkor jól jöhet az egyes lakatfogó multiméter-típusokba épített néhány ezer férőhelyes memória, ahova meghatározott időközökben, automatikusan lehet az értékeket beíratni. Vagyis a készüléket a mérési helyen hagyhatjuk, s bizonyos idő múlva viszszatérve a mátrixkijelzőn vagy számítógépes kiolvasás után viszszanézhető, hogy mikor, pontosan mi is történt.
Felharmonikusok és torzításmérés
Néhány lakatfogó bizonyos hálózati analizátor funkciókat is be tud tölteni. Egyes modellek – tárolt jelalakból az opcionális szoftverrel, illetve a kijelzőn oszlopdiagram formájában – közvetlenül meg tudják jeleníteni a felharmonikusokat, s kiszámolják a THD-t (azaz a teljes harmonikus torzítás értékét). Mint már említettük, a felharmonikusok napjainkban sok problémát okoznak, ezért nagyon értékesek e funkciók.
Teljesítmény mérése
A hálózat, illetve az adott fogyasztó működésének megítéléséhez hozzátartozhat még a teljesítmény mérése, beleértve a látszólagos, hasznos és meddő teljesítmény értékeit. A szóba jöhető modellek például 1-fázisú teljesítményt és teljesítménytényezőt is mérnek, illetve számolnak. Más típus pedig ezt még megfejeli 3-fázisú teljesítményméréssel (természetesen csak szimmetrikus terhelésű háromfázisú hálózaton). Ez utóbbi mérésnél helyettesítő kapcsolást kell alkalmazni: a lakatfogó feszültségbemenete valamelyik két fázis közé kerül, míg az árammérést a harmadik fázison végezzük.
Fázissorrend-ellenőrzés
Egyes lakatfogó multiméterekbe beépítik ezt a gyakran szükséges funkciót, mely általában a feszültségkémlelő műszer kategóriában vagy külön erre a célra szolgáló kis teszterekben található meg. A különleges megoldásnak köszönhetően az ellenőrzés kétvezetékesen végezhető el.
Szokásos multiméter-funkciók
Ezekre a mérésekre (ellenállás, félvezető, frekvencia, kondenzátor, hőmérséklet) itt nem térünk ki, megfelelnek a multiméterek hasonló funkcióinak.
Jelalakvizsgálat
Ha valamilyen elektromos vagy elektronikus készülék, illetve berendezés időnként hibás
működést mutat, de belső hibáját nem sikerül kimutatni, akkor érdemes hálózati tápellátását
is megvizsgálni. A kisfeszültségű hálózaton lehetnek olyan zavarok, „tüskék" (azaz rövid idejű, de kV-os tartományba eső amplitúdóval rendelkező, nagy energiájú impulzusok), melyek a szűrőkön átjutva működési problémákat okozhatnak. Nagyobb fogyasztók, induktív jellegű terhelések ki- és bekapcsolása, vagy például a villamos elosztóhálózat üzemszerű működésével járó kapcsolási jelenségek is okozhatnak zavart, s villámveszélyes helyeken a gyakori légköri kisülések hatásával is számolni kell. A hálózati feszültség vagy az áram jelalakja fontos lehet például teljesítményelektronikai áramkörök vizsgálatánál is. Jelalakokat az elektrotechnikában általában oszcilloszkóppal szokás mérni. Az erősáramú méréseknél azonban az életvédelmi és egyéb speciális szempontokat is figyelembe kell venni. Így normál oszcilloszkóppal a hálózatra történő közvetlen csatlakozás (például áram vizsgálata esetén sönttel) általában nem lehetséges vagy veszélyes, vagy költséges adaptert kíván. Más esetben olyan oszcilloszkópok kellenek hozzá, amelyek alkalmasak legalább Cat III 600 V mérésekre, és egymástól is leválasztott 2 vagy 4 db bemenettel rendelkeznek. Megoldás lehet áramjelalak figyelésénél, ha olyan lakatfogó multimétertípust keresünk (nem sok van!), mely analóg kimenettel rendelkezik, s a mért jelet feszültségjelalak formájában hozzáférhetővé teszi egy csatlakozón. Vagy, egyes oszcilloszkópok opciói között szerepel viszonylag kisebb áramú, akár 100 kHz-es sávszélességű lakatfogós mérő adapter is, mely szintén kisegíthet minket. Erősáramú jelalakok vizsgálatára még egy különleges lakatfogófajtát is tudunk ajánlani. Van néhány modell, mely mátrix-kijelzővel rendelkezik és van – egyszerű, de jól használható – oszcilloszkóp üzemmódja, amellyel pillanatok alatt lehet áram- és feszültség-jelalakok ellenőrzését elvégezni (sőt a jelalakot tárolni is lehet).
Csúcstényező-táblázat gyakori jelformákra
Kényelmi szolgáltatások
A munkát egyes típusoknál automatikus AC/DC felismerés segíti. Már teljesen általánossá vált az automatikus kikapcsolás és (tekintettel az üzemcsarnokok, kapcsolószekrények gyér világítására, no meg az óhatatlanul előforduló esti/éjszakai munkákra, hibaelhárításokra) a kijelző háttérvilágítása. Nagyon praktikus, ha a kijelző nem csak egysoros, mert akkor egyetlen pillantással, gombnyomás nélkül több paraméter értéke felől is tájékozódhatunk. E tekintetben azok a készülékek viszik el a pálmát, amelyek 3 vagy 4 érték egyidejű megjelenítésével tűnnek ki. Bővült a kommunikációs lehetőségek köre is: ma már a vezeték nélküli Bluetooth technológiát is megtaláljuk az RS232 és USB adatátvitel mellett.
A fenti ismertetőből jól látható, hogy a korszerű lakatfogó adapter- és lakatfogó multiméter típusok hihetetlenül sokféle módon tudják munkánkat segíteni. Egyik-másik még az egyre inkább előtérbe kerülő hálózatminőség-ellenőrzés (felharmonikusok okozta hibák keresése) területén is tud bizonyos segítséget adni. De cikkünk végén azért meg kell jegyezni, hogy aki a hálózatminőséggel komolyabban kíván foglalkozni, az mindenképpen célműszert, azaz hálózati analizátort próbáljon beszerezni, mert pontosabb, teljeskörű háromfázisú méréseket, adatgyűjtéseket csak azokkal lehet végezni.
