El ABC de las pinzas amperimétricas

06-19-2013 | Sonda tipo pinzas

An introduction to clamp meters

Introducción a las pinzas amperimétricas

¿Qué es una pinza amperimétrica y para qué sirve? ¿Qué medidas se pueden realizar con una pinza amperimétrica? ¿Cómo se puede aprovechar al máximo una pinza amperimétrica? ¿Qué pinza amperimétrica es la más adecuada para cada entorno? Puede encontrar las respuestas a estas preguntas en esta nota de aplicación.

Los avances tecnológicos en los equipos eléctricos y los circuitos implican más desafíos para electricistas y técnicos. Estos avances no solo requieren una mayor capacidad del equipo de prueba sino más habilidades de parte de la gente que las usa. Un electricista que conoce bien los fundamentos del uso de los equipos de prueba estará mejor preparado para los desafíos que presentan la soluciones de problemas y las pruebas actuales. La pinza amperimétrica es una herramienta importante y común que se encuentra en las cajas de herramientas de electricistas y técnicos.

Una pinza amperimétrica es un comprobador eléctrico que combina un voltímetro con un medidor de corriente tipo pinza. Al igual que el multímetro, la pinza amperimétrica ha pasado de la época analógica a la era digital actual. Creados principalmente como instrumentos de medida de único propósito para electricistas, los modelos actuales han incorporado más funciones de medida, más precisión y, en algunos casos, varias funciones de medida muy especiales. Las pinzas amperimétricas actuales cuentan con muchas de las funciones básicas de un multímetro digital (DMM), pero con la prestación añadida de un transformador de corriente integrado en el producto.

La capacidad de las pinzas amperimétricas de medir grandes CA se basa en la simple acción del transformador. Cuando coloca la "tenazas" del instrumento alrededor de un conductor de CA, dicha corriente se acopla a través de ellas, de forma semejante al núcleo de hierro de un transformador de potencia, y en un devanado secundario que está conectado a través de la derivación de la entrada del comprobador. Una corriente mucho menor ingresa por la entrada del comprobador debido a la relación de la cantidad de devanados secundarios en comparación con la cantidad de devanados primarios que envuelven el núcleo. Normalmente, el primario está representado por el conductor en torno al cual se sujetan las tenazas. Si el secundario tiene 1000 devanados, la corriente secundaria es un 1/1000 de la corriente que fluye en la primaria, o en este caso, el conductor que se mide. Por lo tanto, 1 amperio de corriente en el conductor que se mide produciría 0.001 amperios, o 1 miliamperio, de corriente en la entrada del multímetro. Con esta técnica, se pueden medir corrientes de manera mucho más fácil con el aumento de la cantidad de vueltas en el secundario.

Elección de una pinza amperimétrica personal

La elección de una pinza amperimétrica requiere que preste atención a las especificaciones, pero también que observe las características, las funciones y el valor general que representa el diseño de un multímetro y el cuidado que se tiene en su producción.

En la actualidad, la confiabilidad es más importante que nunca, especialmente en circunstancias difíciles. Los ingenieros de diseño de Fluke intentan construir estas herramientas de prueba no solo robustas con relación a lo eléctrico, sino también en cuanto a la mecánica. Cuando las pinzas amperimétricas de Fluke llegan a las cajas de herramientas, ya han sido sometidas a un riguroso programa de pruebas y evaluaciones.

La seguridad del usuario debe ser una consideración primordial en la elección de una pinza amperimétrica o cualquier otro equipo de pruebas eléctricas. Fluke no solo diseña las pinzas amperimétricas de acuerdo a los últimos estándares sino que cada una se prueba de forma independiente y luego se inscriben mediante laboratorios de pruebas certificados como UL, CSA, VDE, etc. Solamente con estas certificaciones se puede garantizar que una pinza amperimétrica cumple con estos nuevos estándares de seguridad.

Algunos conceptos básicos

Resolución, dígitos y cuentas

La resolución se refiere al nivel de precisión con el que un multímetro puede tomar una medida. Cuando conoce la resolución de un comprobador, puede determinar si es posible ver un pequeño cambio en la señal medida. Por ejemplo, si la pinza amperimétrica tiene una resolución de 0.1 amperio en un rango de 600 amperios, es posible ver un cambio de 0.1 amperios durante la lectura de 100 amperios.

No compraría una regla marcada en segmentos de una pulgada si tuviera que medir menos de ¼ de pulgada. Asimismo, se debe elegir un multímetro que pueda mostrar la resolución que necesita ver en sus mediciones.

Precisión

La precisión es el error admisible más grande que ocurrirá en circunstancias específicas de funcionamiento. En otras palabras, es un indicio de qué tan cerca se encuentra la medición visualizada del comprobador del valor real de la señal que se está midiendo.

La precisión para una pinza amperimétrica generalmente se expresa como un porcentaje de la lectura. Una precisión del 1 % de la lectura significa que para una lectura visualizada de 100 amperios, el valor real de la tensión puede encontrarse entre los 99.0 amperios y los 101.0 amperios.

Las especificaciones también pueden incluir un rango de dígitos agregados a la especificación básica de precisión. Esto señala cuántas cuentas puede variar el dígito que se encuentra en el extremo derecho de la visualización. De manera que el ejemplo de precisión anterior se puede expresar como ± (2 % + 2). Por lo tanto, para una lectura de 100 amperios, la corriente real podría calcularse entre 97.8 y 102.2 amperios.

Factor de cresta

Con el crecimiento de fuentes de alimentación electrónica, las corrientes que se consumen del sistema de distribución eléctrica actual ya no son de ondas sinusoidales de 60 o 50 ciclos puros. Estas corrientes se han vuelto bastante distorsionadas, debido al contenido armónico que generan estas fuentes de alimentación. Sin embargo, los componentes de los sistemas de alimentación eléctrica, tales como fusibles, barras de bus, conductores y elementos térmicos de disyuntores, están clasificados en corriente de valor eficaz porque su principal limitación tiene que ver con la disipación de calor. Si queremos verificar un circuito eléctrico para detectar su sobrecarga, necesitamos medir la corriente de valor eficaz y comparar el valor medido con el valor nominal para el componente en cuestión. Por lo tanto, el equipo de prueba actual debe medir con precisión el valor eficaz verdadero de una señal, independientemente de la distorsión que puede tener dicha señal.

El factor de cresta es una simple relación entre un valor de pico de una señal con su verdadero valor eficaz. Para una onda sinusoidal de CA pura, el factor cresta debe ser 1:1.414. Sin embargo, una señal con un pulso muy agudo podría hacer que la relación o el factor cresta sean altos. Según sea el ancho del pulso y su frecuencia, se pueden ver factores de cresta de 10:1 o superiores. En sistemas verdaderos de distribución de energía, rara vez se ven factores de cresta superiores a 3:1. Como puede verse, el factor de cresta es una indicación de la distorsión de la señal.

La especificación de un factor de cresta solo se encontrará en las especificaciones para los multímetros que pueden realizar mediciones de valor eficaz verdadero. Indica cuánta distorsión puede tener una señal y aún medirse dentro de la especificación de precisión del medidor. La mayoría de las pinzas amperimétricas de lectura de valor eficaz verdadero tienen especificaciones del factor de cresta de 2:1 o 3:1. Se encargará de la mayoría de las aplicaciones eléctricas.

Medición de corriente alterna

Una de las mediciones más básicas de una pinza amperimétrica es la corriente alterna. Las mediciones típicas de corriente alterna se toman en diversos circuitos derivados de un sistema de distribución eléctrica. La determinación de cuánta corriente fluye en distintos circuitos derivados es una tarea bastante común para el electricista.

Cómo hacer mediciones de la corriente alterna

  1. Seleccione amperios de CA
  2. Abra las mordazas de la pinza amperimétrica y ciérrelas alrededor de un solo conductor.
  3. Consulte la lectura en la pantalla

Al tomar las mediciones de la corriente junto con el funcionamiento de un circuito derivado se puede decir con facilidad cuánta carga consume cada derivación del sistema de distribución.

Cuando un disyuntor o transformador parece estar sobrecalentado, es mejor tomar una medición de la corriente en el circuito derivado para determinar la carga de corriente. Sin embargo, asegúrese de usar un multímetro de respuesta de verdadero valor eficaz, de manera que pueda obtener una medición precisa de la señal que provoca el calentamiento de estos componentes. El multímetro de respuesta promedio no ofrecerá una verdadera lectura si la corriente y la tensión no son senoidales debido a cargas no lineales.

Medición de la tensión

Otra función común para una pinza amperimétrica es medir la tensión. Las pinzas amperimétricas actuales son capaces de medir tanto tensión de CA como de CC. La tensión de CA suele estar creada por un generador y, a continuación, se distribuye a través de un sistema de distribución eléctrica. El trabajo del electricista es tomar mediciones en todo el sistema para aislar y solucionar los problemas eléctricos. Otra medición de tensión común sería probar la tensión de la batería. En este caso, sería la medición de CC o tensión de CC.

El hecho de probar que el suministro de tensión sea el adecuado es generalmente la primera medición que se hace para resolver los problemas de un circuito. Si no existe presencia de tensión, o si esta es demasiado alta o demasiado baja, el problema de tensión se debe corregir antes de realizar más análisis.

La capacidad de una pinza amperimétrica para medir la tensión de CA se puede ver afectada por la frecuencia de la señal. La mayoría de las pinzas amperimétricas pueden medir con precisión tensiones de CA con frecuencias de 50 Hz a 500 Hz, pero un ancho de banda de medición de CA de un multímetro digital puede ser de 100 kHz o superior. Esta es la razón por la que la lectura de la misma tensión realizada con una pinza amperimétrica y un multímetro digital puede tener resultados muy diferentes. El multímetro digital deja pasar más de la tensión de alta frecuencia al circuito de medición, mientras que la pinza amperimétrica filtra parte de la tensión contenida en la señal por encima del ancho de banda del multímetro.

Cuando se busca solucionar los problemas de los variadores de velocidad (VSD), el ancho de banda de entrada de un medidor puede ser muy importante para conseguir una lectura significativa. Debido al alto contenido de armónicos en la señal que sale de un VSD hacia el motor, un multímetro digital mediría la mayoría del contenido de la tensión según sea su ancho de banda de entrada. El resultado de la medición de tensión de un VSD no es una medición común. Si lo hiciera, la lectura sería mayor. Un motor conectado a un VSD solo responde al valor promedio de la señal y, para medir esa alimentación, el ancho de banda de entrada del medidor debe ser menor que su contraparte del medidor digital. La pinza amperimétrica Fluke 337 se ha diseñado específicamente para probar y resolver problemas de VSD.

Cómo hacer mediciones de la tensión

  1. Seleccione voltios de CA (V~) o voltios de CC (V), como desee.
  2. Conecte la sonda de prueba negra en la entrada de clavija COM. Conecte la sonda de prueba roja en la entrada de clavija V.
  3. Ponga en contacto las puntas de la sonda con el circuito a través de una carga o la fuente de alimentación (en paralelo al circuito).
  4. Observe la lectura y asegúrese de tener en cuenta la unidad de medida.
  5. (Opcional) Presione el botón HOLD para congelar la lectura en la pantalla. Ahora puede quitar el multímetro del circuito energizado y luego leer la pantalla cuando se ha alejado de los riesgos eléctricos.

Cuando hace una medición de tensión en el disyuntor y luego en la entrada de la carga en ese disyuntor, puede determinar la caída de tensión que se produce en todos los cables que los conectan. Un descenso significativo de la tensión en la carga puede afectar la eficacia del funcionamiento de la carga.

Resistencia

La resistencia se mide en ohmios (O). Los valores de la resistencia pueden variar mucho, desde algunos miliohmios (mO) para la resistencia de contacto hasta miles de millones de ohmios para los aislantes. ¿La mayoría de las pinzas amperimétricas miden por debajo de 0.10? Cuando la resistencia medida es mayor que el límite superior del medidor, o el circuito está abierto, "OL" aparece en la pantalla del medidor.

Las medidas de resistencia se deben efectuar con el circuito apagado. De lo contrario, se podrían dañar el multímetro o el circuito. Algunas pinzas amperimétricas brindan protección en el modo de resistencia en caso de contacto accidental con las tensiones. El nivel de protección puede variar mucho entre los diferentes modelos de pinzas amperimétricas.

La lectura de la resistencia de una bobina de la resistencia es una medición de resistencia eléctrica muy común.

Toma de una medición de resistencia.

  1. Desconecte el suministro eléctrico al circuito.
  2. Seleccione la resistencia
  3. Conecte la sonda de prueba negra en la entrada de clavija COM. Conecte la sonda de prueba roja en la entrada de clavija V
  4. Conecte las puntas de la sonda a lo largo del componente o la parte del circuito del que desea determinar la resistencia.
  5. Consulte la lectura del medidor en la pantalla

Continuidad

La continuidad es una rápida prueba de pasa/no pasa de la resistencia que distingue entre un circuito abierto y uno cerrado.

Una pinza amperimétrica con una señal acústica de continuidad le permite realizar varias pruebas de continuidad de forma fácil y rápida. El multímetro suena cuando detecta un circuito cerrado, por lo que no tendrá que observar el multímetro mientras realiza la prueba. El nivel de resistencia requerido para hacer funcionar el localizador varía según el modelo de multímetro. La configuración de resistencia típica para activar el localizador es una lectura de menos de entre 20 y 40 ohmios.

Funciones especiales

Una función de medición bastante común es la lectura de la frecuencia de una forma de onda de CA. Con las tenazas de cocodrilo de la pinza amperimétrica rodee un conductor con CA, encienda la función de frecuencia y la pantalla del multímetro indicará la frecuencia de la señal que circula en el conductor. Esta es una medición muy útil para localizar problemas de armónicos en un sistema de distribución eléctrica.

Otra de las características que se pueden encontrar en algunos modelos de pinzas amperimétricas es el almacenamiento de MÍN. y MÁX. Cuando esta función está activada, cada lectura que hace la pinza amperimétrica se compara con las lecturas almacenadas previamente. Si la lectura nueva es mayor que la lectura de la memoria de lectura alta, se usa esta última lectura como la lectura más alta. La misma comparación se hace con la memoria de lectura baja y la nueva lectura; si fuera inferior, reemplaza a la lectura almacenada. Mientras la función de MÍN. y MÁX. está activa, todas las lecturas se procesan de esta manera. Así, después de un tiempo, puede ver cada uno de estos valores de la memoria en la pantalla y determinar la lectura más alta y la más baja durante un periodo específico.

Para los electricistas que trabajan con motores, la habilidad de capturar la cantidad de corriente que se consume de un motor durante su arranque puede decir mucho sobre el estado y la carga de un motor. Las pinzas amperimétricas Fluke 335, 336 y 337 incorporan la medición de corriente "de arranque" como parte del conjunto de funciones. Después de sujetar las tenazas a uno de los cables de entrada de los motores, active el modo "de arranque" (in-rush). A continuación, encienda el motor. La pantalla de la pinza amperimétrica indicará la corriente máxima consumida por el motor durante los primeros 100 milisegundos de su ciclo de arranque.

Seguridad de la pinza amperimétrica

La toma de mediciones con seguridad empieza por la selección del multímetro correcto para el entorno en el que se usará. Una vez seleccionado el multímetro adecuado, deben seguirse los procedimientos de medida correctos.

La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) ha establecido nuevas normativas de seguridad para trabajar en sistemas eléctricos. Asegúrese de usar un multímetro que cumpla la categoría y clasificación de tensión CEI aprobada para el entorno en el que se efectuará la medida. Por ejemplo, si es necesario efectuar una medida de tensión en un panel eléctrico con 480 V, debe usarse un medidor de la categoría III o 600 V. Significa que el circuito de entrada del medidor se diseñó para soportar tensiones transitorias que comúnmente se encuentran en este entorno sin dañar al usuario. La selección de un medidor de esta categoría y que también cuente con certificación UL, CSA, VDE o TUV quiere decir que no solo ha sido diseñado conforme a las normativas IEC, sino que también se lo ha probado de manera independiente y cumple con dichos estándares¹. (Consulte las pruebas independientes).

Lista de control de seguridad

  • Utilice un medidor que cumpla con las normas de seguridad aceptadas para el entorno en el que se usará
  • Examine los cables de prueba para detectar daños físicos antes de tomar una medición
  • Utilice el medidor para controlar la continuidad de los cables de prueba
  • Solo utilice cables de prueba que tengan conectores recubiertos y mallas protectoras de dedos
  • Solo utilice medidores con entradas de clavija empotradas
  • Asegúrese de que el medidor se encuentre en buenas condiciones de funcionamiento
  • Siempre desconecte el cable de prueba "vivo" (rojo) primero
  • No trabaje solo
  • Utilice un multímetro que tenga protección contra sobrecargas en la función de resistencia

Características especiales

Las siguientes características y funciones especiales pueden facilitar el uso de su pinza amperimétrica.

  • Los anunciadores (íconos en la pantalla) muestran rápidamente lo que se está midiendo (voltios, ohmios, etc.)
  • La retención de datos le permite congelar la lectura en la pantalla
  • El funcionamiento con un solo interruptor facilita la selección de las funciones de medición
  • La protección contra sobrecargas evita los daños en el medidor y el circuito, a la vez que protege al usuario
  • La regulación automática selecciona automáticamente el rango de medición adecuado. La regulación manual le permite fijar un rango específico para medidas repetitivas.
  • Indicador de batería con poca carga.

La comprobación independiente es la clave para el cumplimiento de la seguridad

¿Cómo puede saber si adquiere un medidor auténtico de categoría CAT III o CAT II? Lamentablemente, no siempre resulta fácil. Puede ocurrir que un fabricante venda sus multímetros como si tuvieran certificación CAT II o CAT III sin verificación independiente. Tenga cuidado con frases como "Diseñado conforme a las especificaciones…". Los planes del diseñador nunca pueden sustituir una prueba independiente real. La Comisión electrotécnica internacional (IEC) desarrolla y propone diversas normas, pero no es responsable de hacerlas cumplir.

Busque el símbolo y número de lista de un laboratorio de pruebas independiente como UL, CSA, TÜV u otra agencia de aprobación reconocida. Dicho símbolo solo puede usarse si el producto ha superado correctamente las pruebas conforme a los estándares de la agencia, basadas en las normativas nacionales e internacionales. UL 3111, por ejemplo, se basa en la normativa IEC 1010. Actualmente, esta es la prueba más certera de que el multímetro ha sido realmente probado en cuanto a la seguridad.

Advertencia: Las clasificaciones y capacidades de los medidores varían según el fabricante. Antes de trabajar con un nuevo multímetro, asegúrese de familiarizarse con todos los procedimientos de uso y seguridad para dicho multímetro según aparezcan en el manual de uso.

Glosario

Precisión. La cercanía de la medición visualizada del valor real de la señal que se está midiendo. Se expresa como un porcentaje de la lectura o como un porcentaje de la escala completa.
Medidor analógico. Un instrumento que usa un movimiento de agujas para mostrar el valor de una señal medida. El usuario juzga la lectura en función de la posición de la aguja en una escala.
Anunciador. Un símbolo o un ícono que identifica un rango o una función que se seleccionó
Medidor de respuesta promedio. Un multímetro que mide con precisión las formas de onda senoidales, a la vez que mide las formas de onda que no son senoidales con menos precisión.
Forma de onda no sinusoidal. Una forma de onda distorsionada, como trenes de impulso, ondas cuadradas, ondas triangulares, ondas dentadas y picos.
Resolución. El grado hasta el que se pueden mostrar los pequeños cambios en una medida.
RMS. El valor de CC equivalente de una forma de onda de CA.
Forma de onda sinusoidal. Una onda senoidal sin distorsiones.
Medidor de verdadero valor eficaz. Un multímetro que puede medir con precisión las formas de onda senoidales y las no senoidales.

1Consulte el ABC de la seguridad del multímetro para conocer más sobre IEC-1010 y cómo se aplica al uso del multímetro.