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電氣測量安全基本知識
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  不要忽視安全 - 這是關乎生命的大事

  如果您注重安全性,就應該像選擇摩托車頭盔那樣來選擇一種電氣測試儀 - 要想保證頭部絕對安全,就需要選擇一種安全可靠的頭盔。摩托車駕駛中的危險是顯而易見的,但使用電氣測試儀中的危險又如何呢?只要您選擇了一種電壓等級足夠高的測試儀,您就會安全嗎?電壓就是電壓,是這樣嗎?

  這樣說不準確。對測試儀安全性進行分析的工程師們常常發現,出故常的設備上所施加的電壓常常比用戶認為正在測量的電壓水平要高得多。偶爾會發生這樣的事故,即使用測量低電壓(1000 V 或更低)的測試儀來測量中等電壓(如 4160 V)。發生的燒毀故障通常與誤使用沒有任何關系,它只不過是很高的尖峰電壓或瞬變在沒有警告的情況下對測試儀輸入造成了沖擊。

  


  尖峰電壓 - 一種不可避免的危險

  隨著配電系統和負載變得日益復雜,發生瞬時過電壓的可能性也增加了。電機、電容器和功率轉換設備(如變速驅動器)是產生尖峰電壓的主要因素。雷電擊中室外的輸電線路也會引起極危險的高能瞬變。如果您正在對電氣系統進行測量,那么這樣的瞬變將是看不到的,基本上是一種無法避免的危險。它們會在低壓電源電路中定期發生,峰值可能會達到數千伏。在這些情況下,您需要依靠測試儀中內置的安全功能來保證人身安全。電壓額定值本身不會告訴您測試儀的設計是否可免于受到高瞬變沖擊電壓的影響。

  有關尖峰電壓所帶來的安全危險的最初線索來自對電氣鐵路供電母線的測量應用。標稱母線電壓僅為 600 V,但額定值達 1000 V 的多塊儀表在列車運行過程中進行測量時僅能維持幾分鐘時間。密切的觀察標明,列車在停止和起動時會產生 10,000 V 的尖峰電壓。這些瞬變電壓會對早期的萬用表輸入電路造成很大破壞。從這一調查所獲得的經驗教訓導致了萬用表輸入保護電路上的顯著改進。

  新的安全標準

  為了在發生電壓瞬變時為使用者提供保護,測試儀中必須具有內置的安全措施。尤其是,如果知道可能要對高能量電路進行測量,那么應使用何種技術性能參數?國際電工委員會 (IEC) 最近針對測試設備定義了新的安全標準。該機構負責針對電氣測試設備制定國際安全標準。

  多年以來,電氣測試設備行業采用的是 IEC 348 設備設計標準。該標準被最近已更新為 IEC 61010 的 IEC 1010 所取代。雖然設計良好的 IEC 348 測試儀已由技術人員和電氣人員使用了多年,但實際情況是,按照新的 IEC 61010 標準設計的測試儀提供了顯著提高的安全等級。下面看一下這種安全性是如何取得的。

  


  瞬變保護

  實際的儀表電路保護問題不僅僅涉及最高穩態電壓范圍,而是穩態和瞬變過電壓耐受能力的組合。瞬變保護至關重要。當高能量電路上發生瞬變時,由于電路可輸送大電流,因此這種瞬變的危險程度更高。如果瞬變引起了電弧放電,那么高電流可維持電弧,從而導致等離子體擊穿或爆炸,這種情況會在周圍空氣發生電離并導電時產生。結果是發生非常危險的電弧爆炸,它所引起的電氣傷害事件的數量比人們更加熟知的電擊危險還要多。

  


  圖 1 隨位置而不同的安全等級

  測量類別

  新標準中需要理解的最重要概念就是測量類別。新標準定義了類別 I 至 IV,常簡寫為 CAT I、CAT I、CAT II 等(見圖 1)。將配電系統劃分為各個類別基于這樣的事實,即危險的高能瞬變(如雷擊)將隨著穿過系統的阻抗(交流電阻)而被衰減。較高的 CAT 值意味著電氣環境具有較高功率和能量更高的瞬變。因此,符合 CAT III 標準的萬用表與符合 CAT II 標準的萬用表相比,可耐受高的多的高能瞬變。

  在一個類別之內,較高的電壓等級表示更高的瞬變耐受等級。例如,一塊 CAT III-1000 V 儀表與一塊 CAT III-600 V 儀表相比,具有更優良的保護。如果您選擇一塊 CAT II-1000 V 儀表并認為它優于 CAT III-600 V 儀表,就會產生錯誤的理解。

  


  不僅僅是電壓等級問題

  在圖 1 中,一位在 CAT I 位置處使用辦公設備進行工作的技術人員,實際上可能會遇到比在 CAT III 處工作的電機技術人員所測量到的線路交流電壓高得多的直流電壓。不過,由于不管電壓高低,CAT I 電子電路中瞬變所產生的電弧能量是有限的,因此瞬變帶來的危險較小。但這并不是說在 CAT I 或 CAT II 設備中不存在電氣危險。主要危險是電擊,而不是電壓瞬變和電弧爆炸。電擊與電弧爆炸一樣致命,我們將在后面進行討論。

  另外一個例子是,一條從某個建筑引到一個獨立工地的架空線路的電壓可能只有 120 V 或 240 V,但它在卻有著 CAT IV 安全等級。原因何在?一條戶外導線會經受能量很高的雷電相關瞬變。甚至是埋在地下的導線也為 CAT IV 安全等級,這是由于雖然它們不會被雷電直接擊中,但發生在附近的雷擊可能會因強電磁場的存在而誘導出瞬變。

  在談到測量類別時,房地產業的某些規則在這里適用:隨位置而不同。

  獨立測試

  獨立測試是滿足安全合規要求的關鍵

  尋找表示已經過一個獨立測試實驗室(如 UL、CSA、TüV)或其它公認的測試機構進行測試的符號或認證編號。注意"設計符合技術規范 ..."這樣的詞語。設計人員的計劃永遠無法取代實際進行的獨立測試。

  如何判斷您所使用的是 CAT III 測試儀還是 CAT II 測試儀?不幸的是,進行這種判斷不是總那么容易。廠商可以不通過任何獨立認證而自行確定它所生產的測試儀屬于 CAT II 或 CAT III。IEC 制定并公布了一些標準,但它并不負責強制實施這些標準。

  尋找表示已經過一個獨立測試實驗室(如 UL、CSA、TüV)或其它公認的認證機構進行測試的符號或認證編號。這種符號只有在產品已按照認證機構的標準成功完成測試的情況下才可使用,而所遵循的機構標準基于國家/國際標準。例如,UL 3111 基于 IEC 1010。在非理想情況下,這是您能夠確保所選擇的萬用表已實際進行安全測試的最好方式。

  

轉載:無功補償與諧波治理網


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