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电气测量安全基本知识
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  不要忽视安全 - 这是关乎生命的大事

  如果您注重安全性,就应该像选择摩托车头盔那样来选择一种电气测试仪 - 要想保证头部绝对安全,就需要选择一种安全可靠的头盔。摩托车驾驶中的危险是显而易见的,但使用电气测试仪中的危险又如何呢?只要您选择了一种电压等级足够高的测试仪,您就会安全吗?电压就是电压,是这样吗?

  这样说不准确。对测试仪安全性进行分析的工程师们常常发现,出故常的设备上所施加的电压常常比用户认为正在测量的电压水平要高得多。偶尔会发生这样的事故,即使用测量低电压(1000 V 或更低)的测试仪来测量中等电压(如 4160 V)。发生的烧毁故障通常与误使用没有任何关系,它只不过是很高的尖峰电压或瞬变在没有警告的情况下对测试仪输入造成了冲击。

  


  尖峰电压 - 一种不可避免的危险

  随着配电系统和负载变得日益复杂,发生瞬时过电压的可能性也增加了。电机、电容器和功率转换设备(如变速驱动器)是产生尖峰电压的主要因素。雷电击中室外的输电线路也会引起极危险的高能瞬变。如果您正在对电气系统进行测量,那么这样的瞬变将是看不到的,基本上是一种无法避免的危险。它们会在低压电源电路中定期发生,峰值可能会达到数千伏。在这些情况下,您需要依靠测试仪中内置的安全功能来保证人身安全。电压额定值本身不会告诉您测试仪的设计是否可免于受到高瞬变冲击电压的影响。

  有关尖峰电压所带来的安全危险的最初线索来自对电气铁路供电母线的测量应用。标称母线电压仅为 600 V,但额定值达 1000 V 的多块仪表在列车运行过程中进行测量时仅能维持几分钟时间。密切的观察标明,列车在停止和起动时会产生 10,000 V 的尖峰电压。这些瞬变电压会对早期的万用表输入电路造成很大破坏。从这一调查所获得的经验教训导致了万用表输入保护电路上的显著改进。

  新的安全标准

  为了在发生电压瞬变时为使用者提供保护,测试仪中必须具有内置的安全措施。尤其是,如果知道可能要对高能量电路进行测量,那么应使用何种技术性能参数?国际电工委员会 (IEC) 最近针对测试设备定义了新的安全标准。该机构负责针对电气测试设备制定国际安全标准。

  多年以来,电气测试设备行业采用的是 IEC 348 设备设计标准。该标准被最近已更新为 IEC 61010 的 IEC 1010 所取代。虽然设计良好的 IEC 348 测试仪已由技术人员和电气人员使用了多年,但实际情况是,按照新的 IEC 61010 标准设计的测试仪提供了显著提高的安全等级。下面看一下这种安全性是如何取得的。

  


  瞬变保护

  实际的仪表电路保护问题不仅仅涉及最高稳态电压范围,而是稳态和瞬变过电压耐受能力的组合。瞬变保护至关重要。当高能量电路上发生瞬变时,由于电路可输送大电流,因此这种瞬变的危险程度更高。如果瞬变引起了电弧放电,那么高电流可维持电弧,从而导致等离子体击穿或爆炸,这种情况会在周围空气发生电离并导电时产生。结果是发生非常危险的电弧爆炸,它所引起的电气伤害事件的数量比人们更加熟知的电击危险还要多。

  


  图 1 随位置而不同的安全等级

  测量类别

  新标准中需要理解的最重要概念就是测量类别。新标准定义了类别 I 至 IV,常简写为 CAT I、CAT I、CAT II 等(见图 1)。将配电系统划分为各个类别基于这样的事实,即危险的高能瞬变(如雷击)将随着穿过系统的阻抗(交流电阻)而被衰减。较高的 CAT 值意味着电气环境具有较高功率和能量更高的瞬变。因此,符合 CAT III 标准的万用表与符合 CAT II 标准的万用表相比,可耐受高的多的高能瞬变。

  在一个类别之内,较高的电压等级表示更高的瞬变耐受等级。例如,一块 CAT III-1000 V 仪表与一块 CAT III-600 V 仪表相比,具有更优良的保护。如果您选择一块 CAT II-1000 V 仪表并认为它优于 CAT III-600 V 仪表,就会产生错误的理解。

  


  不仅仅是电压等级问题

  在图 1 中,一位在 CAT I 位置处使用办公设备进行工作的技术人员,实际上可能会遇到比在 CAT III 处工作的电机技术人员所测量到的线路交流电压高得多的直流电压。不过,由于不管电压高低,CAT I 电子电路中瞬变所产生的电弧能量是有限的,因此瞬变带来的危险较小。但这并不是说在 CAT I 或 CAT II 设备中不存在电气危险。主要危险是电击,而不是电压瞬变和电弧爆炸。电击与电弧爆炸一样致命,我们将在后面进行讨论。

  另外一个例子是,一条从某个建筑引到一个独立工地的架空线路的电压可能只有 120 V 或 240 V,但它在却有着 CAT IV 安全等级。原因何在?一条户外导线会经受能量很高的雷电相关瞬变。甚至是埋在地下的导线也为 CAT IV 安全等级,这是由于虽然它们不会被雷电直接击中,但发生在附近的雷击可能会因强电磁场的存在而诱导出瞬变。

  在谈到测量类别时,房地产业的某些规则在这里适用:随位置而不同。

  独立测试

  独立测试是满足安全合规要求的关键

  寻找表示已经过一个独立测试实验室(如 UL、CSA、TüV)或其它公认的测试机构进行测试的符号或认证编号。注意"设计符合技术规范 ..."这样的词语。设计人员的计划永远无法取代实际进行的独立测试。

  如何判断您所使用的是 CAT III 测试仪还是 CAT II 测试仪?不幸的是,进行这种判断不是总那么容易。厂商可以不通过任何独立认证而自行确定它所生产的测试仪属于 CAT II 或 CAT III。IEC 制定并公布了一些标准,但它并不负责强制实施这些标准。

  寻找表示已经过一个独立测试实验室(如 UL、CSA、TüV)或其它公认的认证机构进行测试的符号或认证编号。这种符号只有在产品已按照认证机构的标准成功完成测试的情况下才可使用,而所遵循的机构标准基于国家/国际标准。例如,UL 3111 基于 IEC 1010。在非理想情况下,这是您能够确保所选择的万用表已实际进行安全测试的最好方式。

  

转载:无功补偿与谐波治理网


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