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電氣測(cè)量安全基本知識(shí)
不要忽視安全 - 這是關(guān)乎生命的大事
如果您注重安全性，就應(yīng)該像選擇摩托車(chē)頭盔那樣來(lái)選擇一種電氣測(cè)試儀 - 要想保證頭部絕對(duì)安全，就需要選擇一種安全可靠的頭盔。摩托車(chē)駕駛中的危險(xiǎn)是顯而易見(jiàn)的，但使用電氣測(cè)試儀中的危險(xiǎn)又如何呢?只要您選擇了一種電壓等級(jí)足夠高的測(cè)試儀，您就會(huì)安全嗎?電壓就是電壓，是這樣嗎?
這樣說(shuō)不準(zhǔn)確。對(duì)測(cè)試儀安全性進(jìn)行分析的工程師們常常發(fā)現(xiàn)，出故常的設(shè)備上所施加的電壓常常比用戶認(rèn)為正在測(cè)量的電壓水平要高得多。偶爾會(huì)發(fā)生這樣的事故，即使用測(cè)量低電壓(1000 V 或更低)的測(cè)試儀來(lái)測(cè)量中等電壓(如 4160 V)。發(fā)生的燒毀故障通常與誤使用沒(méi)有任何關(guān)系，它只不過(guò)是很高的尖峰電壓或瞬變?cè)跊](méi)有警告的情況下對(duì)測(cè)試儀輸入造成了沖擊。
尖峰電壓 - 一種不可避免的危險(xiǎn)
隨著配電系統(tǒng)和負(fù)載變得日益復(fù)雜，發(fā)生瞬時(shí)過(guò)電壓的可能性也增加了。電機(jī)、電容器和功率轉(zhuǎn)換設(shè)備(如變速驅(qū)動(dòng)器)是產(chǎn)生尖峰電壓的主要因素。雷電擊中室外的輸電線路也會(huì)引起極危險(xiǎn)的高能瞬變。如果您正在對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，那么這樣的瞬變將是看不到的，基本上是一種無(wú)法避免的危險(xiǎn)。它們會(huì)在低壓電源電路中定期發(fā)生，峰值可能會(huì)達(dá)到數(shù)千伏。在這些情況下，您需要依靠測(cè)試儀中內(nèi)置的安全功能來(lái)保證人身安全。電壓額定值本身不會(huì)告訴您測(cè)試儀的設(shè)計(jì)是否可免于受到高瞬變沖擊電壓的影響。
有關(guān)尖峰電壓所帶來(lái)的安全危險(xiǎn)的***初線索來(lái)自對(duì)電氣鐵路供電母線的測(cè)量應(yīng)用。標(biāo)稱母線電壓僅為 600 V，但額定值達(dá) 1000 V 的多塊儀表在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量時(shí)僅能維持幾分鐘時(shí)間。密切的觀察標(biāo)明，列車(chē)在停止和起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生 10,000 V 的尖峰電壓。這些瞬變電壓會(huì)對(duì)早期的萬(wàn)用表輸入電路造成很大破壞。從這一調(diào)查所獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)導(dǎo)致了萬(wàn)用表輸入保護(hù)電路上的顯著改進(jìn)。
新的安全標(biāo)準(zhǔn)
為了在發(fā)生電壓瞬變時(shí)為使用者提供保護(hù)，測(cè)試儀中必須具有內(nèi)置的安全措施。尤其是，如果知道可能要對(duì)高能量電路進(jìn)行測(cè)量，那么應(yīng)使用何種技術(shù)性能參數(shù)?國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) ***近針對(duì)測(cè)試設(shè)備定義了新的安全標(biāo)準(zhǔn)。該機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)針對(duì)電氣測(cè)試設(shè)備制定國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)。
多年以來(lái)，電氣測(cè)試設(shè)備行業(yè)采用的是 IEC 348 設(shè)備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)被***近已更新為 IEC 61010 的 IEC 1010 所取代。雖然設(shè)計(jì)良好的 IEC 348 測(cè)試儀已由技術(shù)人員和電氣人員使用了多年，但實(shí)際情況是，按照新的 IEC 61010 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的測(cè)試儀提供了顯著提高的安全等級(jí)。下面看一下這種安全性是如何取得的。
瞬變保護(hù)
實(shí)際的儀表電路保護(hù)問(wèn)題不僅僅涉及***高穩(wěn)態(tài)電壓范圍，而是穩(wěn)態(tài)和瞬變過(guò)電壓耐受能力的組合。瞬變保護(hù)至關(guān)重要。當(dāng)高能量電路上發(fā)生瞬變時(shí)，由于電路可輸送大電流，因此這種瞬變的危險(xiǎn)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(dǎo)致等離子體擊穿或爆炸，這種情況會(huì)在周?chē)諝獍l(fā)生電離并導(dǎo)電時(shí)產(chǎn)生。結(jié)果是發(fā)生非常危險(xiǎn)的電弧爆炸，它所引起的電氣傷害事件的數(shù)量比人們更加熟知的電擊危險(xiǎn)還要多。
圖 1 隨位置而不同的安全等級(jí)
測(cè)量類別
新標(biāo)準(zhǔn)中需要理解的***重要概念就是測(cè)量類別。新標(biāo)準(zhǔn)定義了類別 I 至 IV，常簡(jiǎn)寫(xiě)為 CAT I、CAT I、CAT II 等(見(jiàn)圖 1)。將配電系統(tǒng)劃分為各個(gè)類別基于這樣的事實(shí)，即危險(xiǎn)的高能瞬變(如雷擊)將隨著穿過(guò)系統(tǒng)的阻抗(交流電阻)而被衰減。較高的 CAT 值意味著電氣環(huán)境具有較高功率和能量更高的瞬變。因此，符合 CAT III 標(biāo)準(zhǔn)的萬(wàn)用表與符合 CAT II 標(biāo)準(zhǔn)的萬(wàn)用表相比，可耐受高的多的高能瞬變。
在一個(gè)類別之內(nèi)，較高的電壓等級(jí)表示更高的瞬變耐受等級(jí)。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(yōu)良的保護(hù)。如果您選擇一塊 CAT II-1000 V 儀表并認(rèn)為它優(yōu)于 CAT III-600 V 儀表，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解。
不僅僅是電壓等級(jí)問(wèn)題
在圖 1 中，一位在 CAT I 位置處使用辦公設(shè)備進(jìn)行工作的技術(shù)人員，實(shí)際上可能會(huì)遇到比在 CAT III 處工作的電機(jī)技術(shù)人員所測(cè)量到的線路交流電壓高得多的直流電壓。不過(guò)，由于不管電壓高低，CAT I 電子電路中瞬變所產(chǎn)生的電弧能量是有限的，因此瞬變帶來(lái)的危險(xiǎn)較小。但這并不是說(shuō)在 CAT I 或 CAT II 設(shè)備中不存在電氣危險(xiǎn)。主要危險(xiǎn)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(jìn)行討論。
另外一個(gè)例子是，一條從某個(gè)建筑引到一個(gè)獨(dú)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(jí)。原因何在?一條戶外導(dǎo)線會(huì)經(jīng)受能量很高的雷電相關(guān)瞬變。甚至是埋在地下的導(dǎo)線也為 CAT IV 安全等級(jí)，這是由于雖然它們不會(huì)被雷電直接擊中，但發(fā)生在附近的雷擊可能會(huì)因強(qiáng)電磁場(chǎng)的存在而誘導(dǎo)出瞬變。
在談到測(cè)量類別時(shí)，房地產(chǎn)業(yè)的某些規(guī)則在這里適用：隨位置而不同。
獨(dú)立測(cè)試
獨(dú)立測(cè)試是滿足安全合規(guī)要求的關(guān)鍵
尋找表示已經(jīng)過(guò)一個(gè)獨(dú)立測(cè)試實(shí)驗(yàn)室(如 UL、CSA、TüV)或其它公認(rèn)的測(cè)試機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試的符號(hào)或認(rèn)證編號(hào)。注意"設(shè)計(jì)符合技術(shù)規(guī)范 ..."這樣的詞語(yǔ)。設(shè)計(jì)人員的計(jì)劃永遠(yuǎn)無(wú)法取代實(shí)際進(jìn)行的獨(dú)立測(cè)試。
如何判斷您所使用的是 CAT III 測(cè)試儀還是 CAT II 測(cè)試儀?不幸的是，進(jìn)行這種判斷不是總那么容易。廠商可以不通過(guò)任何獨(dú)立認(rèn)證而自行確定它所生產(chǎn)的測(cè)試儀屬于 CAT II 或 CAT III。IEC 制定并公布了一些標(biāo)準(zhǔn)，但它并不負(fù)責(zé)強(qiáng)制實(shí)施這些標(biāo)準(zhǔn)。
尋找表示已經(jīng)過(guò)一個(gè)獨(dú)立測(cè)試實(shí)驗(yàn)室(如 UL、CSA、TüV)或其它公認(rèn)的認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試的符號(hào)或認(rèn)證編號(hào)。這種符號(hào)只有在產(chǎn)品已按照認(rèn)證機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)成功完成測(cè)試的情況下才可使用，而所遵循的機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)基于國(guó)家/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。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(wàn)用表已實(shí)際進(jìn)行安全測(cè)試的***好方式。
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