Indice
Pinza amperometrica in breve
La pinza amperometrica consente di misurare la corrente in un conduttore senza interrompere il circuito. A seconda del principio di misura, può rilevare corrente alternata, corrente continua oppure entrambe.
Punti chiave
- Le pinze basate sul principio del trasformatore di corrente misurano la corrente alternata.
- Per misurare correnti continue o forme miste AC/DC sono generalmente necessari sensori Hall.
- Le applicazioni tipiche comprendono ricerca guasti, messa in servizio, verifiche comparative e misure temporanee del carico.
- A. Eberle utilizza pinze di corrente idonee in combinazione con la serie PQ-Box per le misure mobili, ma non produce pinze amperometriche proprie.
Inquadramento: che cos’è una pinza amperometrica nell’esercizio di reti e impianti?
Una pinza amperometrica, chiamata comunemente anche pinza di corrente, è uno strumento di misura che consente di rilevare la corrente nei conduttori senza contatto diretto e senza interrompere il circuito.
Fa quindi parte della dotazione di base di:
- operatori di rete
- operatori di impianti industriali
- team di assistenza e manutenzione
- progettisti elettrici e tecnici addetti alla messa in servizio
A differenza dei trasformatori di corrente fissi o degli shunt, la pinza amperometrica è uno strumento di misura mobile, utilizzato in particolare per:
- ricerca dei guasti in condizioni operative reali
- messa in servizio e verifica funzionale
- misure comparative e di plausibilità
- analisi temporanee del carico e delle sollecitazioni
Con la crescente diffusione di elettronica di potenza, sistemi di accumulo a batteria e sistemi DC, oltre alla classica misura AC, acquista sempre maggiore importanza anche la misura della corrente continua mediante pinza amperometrica.
Principio di funzionamento: come misura la corrente una pinza amperometrica?
Il principio fisico centrale consiste sempre nell’analisi del campo magnetico generato dalla corrente elettrica attorno al conduttore.
Il modo in cui questo campo magnetico viene rilevato varia in funzione del tipo di pinza e dell’attività di misura.
Pinza amperometrica per corrente alternata (AC)
Le classiche pinze amperometriche AC funzionano secondo il principio del trasformatore di corrente:
- Il conduttore da misurare viene fatto passare una volta attraverso l’apertura della pinza e costituisce l’avvolgimento primario di un trasformatore.
- Attorno al nucleo ferromagnetico della pinza amperometrica è presente un avvolgimento secondario.
- Quando nel conduttore scorre una corrente alternata, il campo magnetico attraversa anche il nucleo ferromagnetico.
- Nell’avvolgimento secondario viene indotta una tensione proporzionale alla corrente primaria.
Questo principio è molto robusto ed è consolidato da decenni. Presenta tuttavia una limitazione determinante:
Le pinze basate esclusivamente sul principio del trasformatore di corrente non possono misurare la corrente continua.
Questa tecnologia è comunque molto adatta alle applicazioni tipiche nelle reti AC, ad esempio per misurare correnti di carico nei quadri di distribuzione in bassa tensione, correnti dei motori e carichi di fase.
Pinza amperometrica per corrente continua (DC) e misure AC/DC
Per misurare anche correnti continue o correnti sovrapposte AC/DC vengono generalmente utilizzati sensori Hall:
- Il conduttore attraversato dalla corrente da misurare genera un campo magnetico nel nucleo della pinza.
- Nell’interferro del nucleo è presente un sensore Hall che misura la densità del flusso magnetico.
- La tensione di Hall è proporzionale alla densità del flusso e quindi alla corrente nel conduttore.
- In questo modo possono essere rilevate correnti continue, correnti alternate e forme miste.
Queste pinze vengono spesso definite “pinze amperometriche AC/DC” oppure “amperometri a pinza basati su sensore Hall”.
Conseguenze tecniche tipiche:
- La pinza amperometrica necessita di elettronica e alimentazione, tramite batteria o alimentazione esterna.
- È presente un offset che deve essere azzerato regolarmente.
- La precisione, soprattutto nella parte inferiore del campo di misura e in presenza di variazioni di temperatura, dipende dalla qualità dell’elettronica.
Misura della corrente nell’ambiente operativo reale
Strumenti mobili di Power Quality con pinze di corrente per analisi precise di carichi e guasti
Impiego nell’esercizio reale della rete
Perché la pinza amperometrica è importante nelle reti e negli impianti industriali
Dal punto di vista degli operatori di rete e degli impianti industriali, la pinza amperometrica è particolarmente importante perché:
- consente di effettuare misure su impianti sotto tensione
- evita arresti, poiché non è necessario scollegare i conduttori
- fornisce rapidamente informazioni sul carico attuale di conduttori e sbarre
- può essere utilizzata come strumento flessibile per la ricerca dei guasti e la diagnostica
Obiettivi tipici:
- verifica delle riserve di carico e del grado di utilizzo
- localizzazione di sovraccarichi o schemi di carico insoliti
- verifica dei valori di protezione e regolazione, ad esempio per stabilire se le correnti reali corrispondono ai valori impostati
- rilevamento di correnti di ritorno o percorsi di corrente imprevisti
Campi di applicazione rilevanti in ambiente AC
Nelle reti AC la pinza amperometrica viene utilizzata, tra l’altro, per:
- misure del carico nei quadri di distribuzione in bassa tensione, ad esempio su sbarre a 400 V
- verifica delle correnti dei motori, comprese corrente di avviamento e corrente di esercizio
- analisi di carichi di fase asimmetrici
- controllo delle correnti negli scomparti di alimentazione e partenza
- verifiche rapide in caso di sospetti problemi a cavi o morsetti
In questi casi vengono generalmente utilizzate pinze di corrente basate sul principio del trasformatore di corrente, eventualmente integrate da una misura True RMS per correnti distorte.
Campi di applicazione rilevanti in ambiente DC
Una pinza amperometrica AC/DC permette inoltre di coprire applicazioni in corrente continua, ad esempio:
- correnti nei sistemi di accumulo a batteria e nei circuiti intermedi DC dei convertitori
- circuiti di comando DC, ad esempio a 24 V, nei quadri elettrici e negli impianti industriali
- sistemi di trazione elettrica e distribuzioni DC
- verifica delle componenti continue nei conduttori AC, che possono favorire, tra l’altro, la saturazione dei trasformatori
Soprattutto nelle reti caratterizzate da una presenza crescente di elettronica di potenza, la capacità di misurare sia AC sia DC diventa sempre più importante.
Logiche applicative e scenari tipici
Messa in servizio e collaudo
Durante la messa in servizio di nuovi impianti o sezioni di rete, la pinza amperometrica viene utilizzata per:
- confrontare le correnti di carico reali con i calcoli
- verificare il carico delle fasi e le correnti nel conduttore neutro
- controllare le correnti nei circuiti ausiliari e di comando
- verificare le componenti DC e AC negli ambienti con convertitori
In questo contesto, la pinza amperometrica è uno strumento pratico per confrontare le ipotesi di progettazione con le condizioni reali.
Ricerca dei guasti e manutenzione
Domande tipiche nella pratica:
- “Perché interviene il fusibile o l’interruttore automatico?”
- “Perché questa sbarra è più calda delle altre?”
- “Da dove proviene questa corrente di ritorno inattesa?”
Con la pinza amperometrica è possibile:
- controllare progressivamente i conduttori e confrontare le correnti
- individuare singoli utilizzatori che assorbono una corrente nettamente superiore al previsto
- rendere visibili percorsi di corrente paralleli o deviazioni indesiderate
Nel settore DC si aggiungono:
- localizzazione di sovraccarichi nei circuiti di comando a 24 V
- verifica delle correnti di carica e di bilanciamento nei sistemi a batteria
- monitoraggio dei circuiti intermedi DC dei convertitori
Misure temporanee del carico e delle tendenze
Molte pinze amperometriche moderne o sensori di corrente a pinza possono essere combinati con data logger o strumenti di misura Power Quality. In questo modo, per un periodo di alcune ore o alcuni giorni, è possibile:
- registrare i profili di carico
- identificare correnti di picco e picchi di carico
- analizzare il comportamento di commutazione dei grandi utilizzatori
La pinza amperometrica funge qui da sensore applicabile al conduttore e consente di acquisire dati utili alle decisioni senza intervenire sull’impianto, ad esempio per dimensionamento, modifiche o gestione del carico.
Pinza amperometrica a confronto con le alternative
Resistori shunt
Gli shunt consentono misure DC molto precise, ma:
- sono invasivi, poiché il circuito deve essere aperto e lo shunt deve essere installato in modo permanente
- richiedono cablaggio e installazione aggiuntivi
- sono associati a una dissipazione di potenza sotto forma di calore
Gli shunt sono ideali per il monitoraggio permanente o per misure a fini di fatturazione, ma risultano meno adatti alle misure mobili e flessibili.
Per approfondire questo aspetto è utile fare riferimento ai fondamenti della resistenza elettrica e della sua dipendenza dalla temperatura.
Trasformatori di corrente e sensori fissi
Nelle reti AC vengono utilizzate soluzioni basate su trasformatori di corrente. Nel settore DC sono sempre più diffusi sensori Hall o altri sensori di corrente compatibili con la corrente continua. Queste soluzioni sono adatte per:
- monitoraggio a lungo termine
- protezioni e sistemi di controllo
- analisi Power Quality con dispositivi fissi
La pinza amperometrica completa queste soluzioni perché:
- consente misure temporanee e flessibili
- funge da riferimento per le verifiche di plausibilità
- può essere utilizzata in progetti e analisi prima dell’installazione di sensori fissi
Quale soluzione scegliere?
- Pinza amperometrica: ideale per assistenza, diagnostica, messa in servizio e misure temporanee.
- Trasformatore di corrente o sensore fisso: ideale per monitoraggio permanente e funzioni di protezione.
- Shunt: ideale per misure molto precise o rilevanti ai fini della fatturazione, soprattutto nel settore DC.
Criteri importanti per la scelta di una pinza amperometrica
Quando si sceglie una pinza amperometrica per uso professionale, è necessario verificare in particolare i seguenti aspetti:
- AC oppure AC/DC?
- Se è necessaria solo la misura AC, è sufficiente una pinza di corrente tradizionale.
- Per applicazioni DC o componenti continue nelle reti AC è necessaria una pinza amperometrica AC/DC basata su sensore Hall.
- Campi di misura
- Campi tipici sono, ad esempio, 0…20 A, 0…200 A e 0…1000 A.
- I campi sono adatti alle correnti della rete e dei circuiti di comando?
- Precisione e risoluzione
- Una precisione, ad esempio, del 2–3% è sufficiente per l’applicazione oppure è necessario un valore migliore?
- La precisione alle basse correnti è importante quando devono essere valutate, ad esempio, correnti di dispersione o residue.
- Larghezza di banda e campo di frequenza
- Questo aspetto è rilevante nei sistemi con convertitori o commutazione elettronica.
- Per applicazioni esclusivamente a 50 Hz, il requisito è generalmente meno elevato.
- Apertura della pinza e struttura meccanica
- L’apertura è sufficiente per sbarre, fasci di cavi o gruppi di sbarre?
- Occorre considerare robustezza, isolamento e facilità di utilizzo nel quadro elettrico.
- Categoria di misura e sicurezza (CAT)
- CAT II, CAT III o CAT IV in funzione dell’ambiente di utilizzo.
- È necessario considerare il livello di tensione della rete, ad esempio 230/400 V o la vicinanza alla media tensione presso un trasformatore.
- Interfacce e compatibilità
- Uscita analogica, ad esempio mV/A o mA/A, uscita in corrente oppure interfaccia digitale.
- Compatibilità con multimetri, analizzatori Power Quality o sistemi di registrazione già disponibili.
Ruolo della pinza amperometrica nel concetto di misura e monitoraggio
Nell’esercizio professionale di reti e impianti, la pinza amperometrica non dovrebbe essere considerata isolatamente, ma come parte di un concetto di misura più ampio:
- Misura mobile con pinza amperometrica:
- è adatta a diagnosi puntuali, verifiche e ricerca dei guasti
- aiuta a verificare rapidamente ipotesi relative alle condizioni della rete
- Misura fissa con sensori installati permanentemente e dispositivi PQ:
- offre trasparenza a lungo termine su andamenti di carico, armoniche ed eventi.
Le pinze amperometriche sono strumenti di misura indipendenti prodotti da diversi fabbricanti. A. Eberle utilizza pinze di corrente idonee esclusivamente in combinazione con la serie PQ-Box nell’ambito delle misure mobili. A. Eberle non produce pinze amperometriche proprie. Non è previsto il loro utilizzo in combinazione con dispositivi fissi. - costituisce la base per la pianificazione della rete, l’ottimizzazione e le strategie operative
- offre trasparenza a lungo termine su andamenti di carico, armoniche ed eventi.
In questo contesto, la competenza di sistema significa:
- sapere in quali punti della rete è utile effettuare una misura mobile con una pinza amperometrica
- riconoscere quando è opportuno passare da una misura temporanea a un monitoraggio fisso
- interpretare i risultati di misura nel contesto complessivo della rete, ad esempio in relazione a Power Quality, protezioni e gestione operativa
FAQ sulla pinza amperometrica (AC e DC)
1. Ogni pinza amperometrica può misurare la corrente continua?
No. Le pinze basate sul principio del trasformatore di corrente funzionano solo con la corrente alternata. Per la corrente continua è necessaria una pinza amperometrica AC/DC basata su sensore Hall o su un altro principio di misura compatibile con la corrente continua.
2. Quanto sono precise le misure con una pinza amperometrica rispetto ai sensori fissi?
Per molte esigenze operative, come la valutazione del livello di carico, dei sovraccarichi o le misure comparative, la precisione di una pinza amperometrica di alta qualità è pienamente sufficiente. Per le misure rilevanti ai fini della fatturazione o per le attività di calibrazione, sono tuttavia generalmente preferibili contatori fissi, shunt o sensori appositamente calibrati.
3. Quali sono le fonti di errore tipiche delle pinze amperometriche?
- posizionamento errato del conduttore nella finestra della pinza
- più conduttori con correnti in direzioni opposte all’interno della pinza, con conseguente compensazione delle correnti
- campi magnetici esterni e conduttori adiacenti
- mancato azzeramento durante le misure DC, con conseguente errore di offset
- saturazione del nucleo in presenza di correnti troppo elevate o di una selezione errata del campo di misura
- sporcizia sulle superfici di chiusura: l’interferro risultante determina un’elevata imprecisione di misura
4. Posso misurare armoniche e correnti distorte con una pinza amperometrica?
Sì, a condizione che lo strumento disponga di una misura True RMS e di una larghezza di banda adeguatamente specificata. Per analisi Power Quality dettagliate è tuttavia più adatto un analizzatore PQ specializzato; in questo caso la pinza amperometrica funge principalmente da sensore di corrente.
5. Perché la categoria di misura e sicurezza (CAT) è così importante?
La categoria CAT indica l’ambiente di sovratensione per il quale è progettata la pinza amperometrica. Una pinza con una categoria insufficiente può rappresentare un pericolo per le persone e per l’impianto in presenza di sovratensioni transitorie, ad esempio nei quadri di distribuzione o in prossimità di un trasformatore.
Conclusione
La pinza amperometrica è uno degli strumenti di misura mobili più importanti nel moderno esercizio di reti e impianti. Se scelta e utilizzata correttamente, consente di effettuare:
- misure di corrente rapide e non invasive nei sistemi AC e DC
- ricerca pratica dei guasti e messa in servizio in condizioni operative reali
- misure comparative e di plausibilità a integrazione della tecnologia di misura fissa
È fondamentale conoscere i limiti e i punti di forza dei diversi tipi di pinza:
- pinze amperometriche AC tradizionali per le applicazioni tipiche nelle reti e negli azionamenti
- pinze amperometriche AC/DC basate su sensore Hall per corrente continua e sistemi misti
Per sviluppare ulteriormente una strategia di misura della corrente sia nel settore AC sia nel settore DC, è utile valutare in modo strutturato:
- le attività di misura tipiche nella rete
- l’infrastruttura di misura e monitoraggio esistente e pianificata
- la precisione necessaria e i requisiti di sicurezza
Possiamo valutare insieme il ruolo delle pinze amperometriche all’interno di un concetto integrato di misura e analisi per la vostra specifica rete o il vostro impianto.
