Безопасност при електрически измервания

Провеждането на измервания на ток и напрежение, особено в днешната високоенергийна среда, може да създаде условия за възникването на риск от сериозна опасност за оборудването и потребителите, ако не се прилагат подходящи предпазни мерки.

Отчитайки възможността за протичането на преходни процеси, пренапрежение или за широко разпространената човешка грешка, следването на работни практики за безопасност и използването на съответно пригодени тестови уреди за измерване на напрежение или ток винаги е от решаващо значение.

Опасности в случай на незадоволителна работа на прекъсвачите
Измервания на вериги с високо ниво на енергия, например на входа на електрическа инсталация, изискват прилагането на изключително строги мерки за безопасност. Използваните тестови уреди и аксесоари трябва да предоставят ефективни мерки срещу големи токове на късо съединение.

При високоенергийни системи с ниско напрежение се препоръчва да се използват прекъсвачи с голям капацитет, за да се избегнат непредвидими последствия в случай на късо съединение. Тези прекъсвачи са в състояние да спрат дори изключително големи токове на късо съединение, например такива от порядъка на няколко хиляди ампера.

Прекъсвачите за големи токове могат да бъдат интегрирани в тестовите сонди или съединителните скоби, монтирани в измервателната верига чрез адаптори за предпазители или включени в пробника. 

Освен лекотата на манипулиране, снабдените с предпазители пробници имат предимството да позволят използването на стандартни съединителни скоби, сонди и адаптери за защитени измервания.

Категории на измерване
За да се улесни изборът на подходящото тестово оборудване за съответното приложение, стандарт IEC/EN 61010-031 задава категории, които определят къде в електропреносната мрежа могат да бъдат използвани уредите, и дефинира съответните изисквания за всяка отделна категория.

Преди да бъдат обхванати от стандарт IEC/EN 61010-031, категориите на измерване са били дефинирани като категории на свръхнапрежение, поради факта, че класификацията тогава е била базирана на пренапреженията, които е вероятно да възникнат в захранващата мрежа.

Всъщност категориите на измерване се разграничават не толкова по нивото на очакваните преходни стойности, колкото по отношение на наличната енергия във всяка тестова категория в случай на късо съединение. В по-висока категория на измерване може да се освободи повече енергия, отколкото в по-ниска, в резултат на което може да се стигне дори до експлозия и много сериозни последици за потребителя.

Съгласно стандарт EN 61010-031 са обособени четири категории на измерване. Като общо правило, колкото по-висока е категорията, толкова по-големи са изискванията за безопасност, които се прилагат за продукта. 

Категория на измерване I се отнася за изпитване на обекти, които не са свързани към мрежата. Тук или не възникват пренапрежения, или се проявяват само специфични такива, които обаче не са специфицирани върху изолацията. За да се установят изискванията за тази категория, е необходимо да се знае какви пренапрежения могат да се появят.

Категория на измерване II се прилага за измервания на оборудване, което е свързано към електрическата мрежа или е захранвано от електрическата мрежа, без да е част от мрежовата инсталация, категория III се прилага за измервания в домакинската или сградната инсталация, а категория IV се прилага за измервания при източника на захранване на инсталацията (на входната страна).

Специални изисквания към изолацията
С последната версия на стандарт IEC/EN 61010-031 се въвеждат по-строги изисквания спрямо изолацията на компонентите, които могат да се използват в по-високите категории на измерване. 

Например независимо каква е вероятността за допир, IEC/EN 61010-031 изисква преносими уреди или такива, с които се борави с ръце, да имат изолация, която ефективно предпазва при докосване (IP2X) и осигурява базова, двойна или подсилена изолация.

Щекери с прибиращ се шлаух не могат да се използват за опасни напрежения, когато става дума за преносими приложения. Поради това номиналното напрежение на тези изделия е намалено до 30 V AC ~ 60 V DC. Само проводници, използвани като адапторни кабели за свързване към апарати, които все още не са оборудвани с предпазни гнезда, могат да бъдат снабдени с прибиращи се шлаухи в края, свързващ ги с апарата.

В другия край, където са закачени преносимите сонди или тестови клеми, тези проводници трябва да бъдат снабдени с щекер, обезопасен с неподвижен изолационен шлаух.

Номиналното напрежение на щекера в края, където се свързва с апарата, също се определя от възможния просвет и утечка.
Дължината на откритите проводящи части на върховете на сондите в бъдеще ще бъде ограничена до максимално 19 мм в рамките на категории I и II (изключение ще е максимум 80 мм в рамките на категория I при много ниски нива на енергия) и максимално 4 мм в рамките на категории III и IV.

Специални аспекти на измерването
Корпусите на осцилоскопите, захранвани от електрическата мрежа, могат да се заредят с опасни напрежения, например ако защитният проводник бъде прекъснат. При тези обстоятелства лицата, които извършват измерванията, могат да бъдат ударени от ток при докосване на оголени метални части.

В такива случаи адекватна защита от злополуки се осигурява само чрез използване на тестово оборудване и прилежащите му аксесоари, защитени от допир. Защитените от допир и в същото време екранирани тестови принадлежности също придобиват все по-голямо значение, тъй като директивата за електромагнитна съвместимост ЕМС предписва екранирани кабели за много приложения.

Понастоящем се предлагат много видове пасивни сонди с честотна лента до 500 MHz. Когато тези сонди се използват при честоти над 20 MHz обаче трябва да се има предвид влиянието от входния импеданс върху изпитвания обект. 

Например при честота от 100 MHz пасивната сонда има импеданс от само 100 - 150 ома. Това вече причинява изкривяване на сигнала от 50-омен източник. За да се намали това изкривяване, капацитетът на коаксиалното захранване и обхватът трябва да бъдат намалени. Това на практика е почти невъзможно. Има обаче друго решение - преобразувателят на импеданса трябва да бъде свързан директно след разделителя, за да се отдели от следващите компоненти.

Активната тестова сонда има ключовото предимство на изключително ниския входен капацитет. По този начин импедансът на входа е почти изцяло омичен и натоварването в точката на измерване е малко, дори при високи честоти. Основната й област на приложение е там, където има нужда от ясно изобразяване на сигнални импулси със стръмна траектория.

Характеристики, функции и аксесоари за по-безопасни измервания
Понастоящем съвременните тестови уреди предлагат разнообразие от опции, функции и аксесоари, които могат да направят електрическите измервания по-лесни и безопасни от всякога. 

Малките усъвършенствания, като по-големи дисплеи и ярка подсветка, повишават четливостта на екрана на измервателните уреди при лоши условия на осветление. Тестовите проводници, сонди и клеми са подобрени, като те също подлежат на категоризиране. Освен това, на пазара се предлагат сонди с редуциран метален връх, което значително намалява риска от образуване на дъга.

Удължителите за сонди позволяват на потребителите да държат ръцете си извън таблото, което от своя страна означава по-безопасно измерване. Използването на пружинни захващащи клеми позволява да се правят по-продължителни измервания без да се налага ръцете на извършващия измерването да са в таблото.

Приспособленията за магнитно окачване са приложими за много измервателни уреди, осигурявайки възможност на потребителя да прикачи уреда към стоманена повърхност. Това позволява поставянето на измервателния уред на нивото на очите за по-лесно наблюдение и освобождава едната ръка, така че техникът да може по-добре да се съсредоточи върху измерването. 

Също така чрез използването на пружинни захващащи клеми в точките за измерване, потребителят се предпазва от злополуки и може да изпълнява други задачи, докато уредът извършва измерването.

Продуктовите подобрения по тестовите уреди, като например тяхното категоризиране, правят тези инструменти много по-безопасни за работа от произведените в миналото продукти, особено предвид съвременната високоенергийна среда.

Много тестови уреди имат аналогична функционалност – всички те могат да измерват ток, напрежение и непрекъснатост, но също така предлагат разширени възможности, като запис на минимални и максимални стойности, регистриране и съхранение на данни, измерване на честота и капацитет, както и “моментна снимка” на съдържанието на дисплея. 

Записването на минимални и максимални стойности, както и регистрирането и съхранението на данни, позволяват извършването на измервания за определени периоди от време.

Най-добри практики
Преди да се започне работа тестовият уред, пробниците и сондите трябва да се проверят за признаци на прекомерно износване или счупвания. Пробниците също така трябва да бъдат проверени за непрекъснатост. Повредените или износени части трябва да бъдат подменени преди работата да продължи.

Добра практика е да се измерва напрежението в точката с най-ниска енергия. Например ако се измерва напрежението на табло с прекъсвачи, трябва да се определи прекъсвачът с най-нисък номинал и измерванията да се правят при него. 

По този начин се намалява потенциалната опасност за лицето, извършващо измерването.
Поставката на уреда (ако има такава) трябва да се използва и тя следва да се разположи върху пейка в близост или върху самия под. Още по-добре е електротехниците да използват магнитната закачалка на инструмента, за да закачат устройството на ръба на таблото на нивото на очите.

При извършване на еднофазни измервания, първо трябва да се свърже заземяващият проводник, а фазата – след това. Съответно, след отчитане на показанията, първо трябва да се изключи фазата, а след това и заземяването.

При тестване за напрежение се препоръчва използването на триточковия метод за изпитване: 1) измерване на подобна работеща верига; 2) измерване на веригата, която трябва да се тества; 3) повторно измерване на първата работеща схема. Този процес гарантира, че тестовият уред работи правилно, което е важен фактор за осигуряване на личната безопасност на електротехника.

Когато се правят измервания по или около високоенергийни трифазни разпределителни табла, трябва да се използват тестови сонди с минимална дължина открит метал по върховете им, например сонди с 4 мм метални върхове. Това намалява риска от образуване на дъга между върховете на сондите в резултат на случайно късо съединение между фазите.

Когато е възможно, трябва да се използва добре пригодена пружинна захващаща клема, за да се прикрепи черната сонда към тестваната верига. Това дава на електротехниците свободна ръка за измерване с червената сонда.