Jak mierzyć prąd w układach trójfazowych to wyzwanie wymagające precyzji i zrozumienia specyfiki sieci zasilających, w których natężenie prądu rozkłada się na trzy oddzielne przewody.
Podstawy pomiaru prądu w układach trójfazowych
Pomiary w systemach trójfazowych opierają się na różnicach fazowych i sposobie połączeń: układ gwiazda oraz układ trójkąt. W konfiguracji gwiazda przewody fazowe łączą się w jednym punkcie neutralnym, co pozwala mierzyć zarówno prąd fazowy, jak i prąd międzyfazowy. W układzie trójkąt cały obwód tworzy zamkniętą pętlę trzech oporników, przez co wartość prądu pomiędzy punktami pomiarowymi różni się od wartości prądu fazowego.
Układ gwiazda i trójkąt
- W układzie gwiazda prąd fazowy płynie w przewodzie faza–neutralny.
- W układzie trójkąt prąd przewodowy jest równy prądowi międzyfazowemu.
- Wartość napięcia w gwieździe to Ufaza = Ul-l / √3, w trójkącie Ul-l = Ufaza.
Zasady pomiaru
Praktyczne pomiary wymagają dobrego zrozumienia przepływu prądu oraz momentu, w którym kolejne fazy osiągają swoje szczyty. W sieciach symetrycznych trzy prądy tworzą sinusoidy przesunięte o kąt 120°, co ułatwia wykorzystanie metod graficznych i analitycznych do określenia wartości skutecznej. Suma prądów w punkcie neutralnym powinna się teoretycznie równać zeru, chociaż w praktyce pojawiają się drobne odchyłki spowodowane nierównomiernością obciążenia lub obecnością harmonicznych.
Typy amperomierzy i metody pomiarowe
Dobór odpowiedniego amperomierza ma kluczowe znaczenie dla wiarygodnych wyników. Istnieje kilka głównych kategorii przyrządów, różniących się zasadą działania oraz zakresem pomiarowym.
Amperomierz bezpośredni
Tradycyjny amperomierz oparty na pomiarze spadku napięcia na wbudowanym rezystorze wzorcowym. Stosowany w małych obciążeniach, gdzie prąd nie przekracza kilku amperów. Wysoka precyzja, ale ograniczona maksymalna wartość natężenia.
Amperomierz cęgowy
Przyrząd wykorzystujący zasadę indukcji elektromagnetycznej. Bez konieczności przerywania obwodu mierzy prąd przewodowy za pomocą ruchomych cegieł magnetycznych. Idealny do pomiarów w instalacjach, gdzie nie można przerwać pracy urządzeń lub odłączyć przewodu.
Transformator prądowy
Metoda stosowana w sieciach średniego i wysokiego napięcia. Zewnętrzny pierwotny uzwojony jest bezpośrednio przewodem fazowym, a wtórne uzwojenie dostarcza sygnał o obniżonym, bezpiecznym natężeniu. Umożliwia pomiar prądów rzędu setek amperów i więcej przy zachowaniu bezpieczeństwa operatora.
Dokładność i kalibracja
Osiągnięcie wymaganej dokładności pomiarowej to proces wieloetapowy. Wpływ na poprawność odczytów mają czynniki zewnętrzne, a także parametry samego przyrządu.
Czynniki wpływające na dokładność
- Temperatura otoczenia – powoduje zmianę rezystancji elementów pod wpływem termisty i materiałów półprzewodnikowych.
- Zaburzenia magnetyczne – obecność zewnętrznych pól może wpływać na pomiary cęgowych amperomierzy.
- Harmoniczne – wyższe składowe prądowe zaburzają czysto sinusoidalny przebieg, wpływając na wskazania przyrządu.
- Złe połączenia i luźne zaciski – zwiększają oporność styku, co może prowadzić do błędów pomiarowych.
Procedury kalibracji
Regularna kalibracja jest niezbędna, by utrzymać parametry przyrządu w granicach specyfikacji. Proces obejmuje:
- Porównanie wskazań z wzorcami laboratoriów akredytowanych.
- Dostosowanie charakterystyki pomiarowej (offset, czułość).
- Testy w warunkach skrajnych: wysokie/niskie temperatury, różne częstotliwości sieci.
- Dokumentowanie wyników i terminu następnej kalibracji.
Aspekty bezpieczeństwa
Podczas pomiaru prądu w sieciach trójfazowych kluczowe jest stosowanie zasad BHP oraz odpowiednich akcesoriów ochronnych.
Ochrona osobista
- Używanie rękawic dielektrycznych oraz odzieży izolacyjnej.
- Okulary ochronne minimalizujące ryzyko urazów przy zwarciach łukowych.
- Stosowanie obuwia izolacyjnego i mat antypoślizgowych.
Wyłączniki i zabezpieczenia
Przed przystąpieniem do pomiaru należy wyłączyć obwód, o ile to możliwe, i zainstalować bezpieczniki oraz wyłączniki różnicowoprądowe. W razie pracy pod napięciem warto stosować przyrządy z izolowanymi uchwytami i automatycznym wyzerowaniem przewodu neutralnego.
