安全不容忽视—它与你的生命息息相关

当安全成為考虑因素的时候,选择数位电表就像选择摩托车的钢盔,如果你的头颅值100元,那就选择100元的钢盔就好了;但如果你认為它更有价值,那就选择一个更安全的钢盔吧!驾驶摩托车的危险是显而易见的,那麼使用数位电表又如何呢?是不是有了足够的耐压,就绝对安全?并不全然。

研究此类问题的工程师常发现,那些被损坏的数位电表常常遭受到比预计测量电压高很多的过压衝击。数位电表内保险丝的熔断也并非由於使用不当,而是由那些瞬间的高压或尖峰所造成的。

电压尖峰—一个难以避免的危险

随著电力分配系统和负载越来越复杂,瞬间过压的可能性大大增加了。马达,电容,功率变压器,变频调速器等设备是最主要的尖峰源。室外输电线路遭受雷击也会引起非常危险的高能量瞬间高压。如果你进行电力系统的测量,这种瞬间高压常常是看不见的,但它确实存在,难以避免,其潜在的危险更大。这些情况即便在低压测量中也会经常碰到,其所產生的瞬间电压可达几千伏或更高。这时,你唯一的指望就只有数位电表自身的保护措施了。然而,数位电表的耐压指示并不说明全部的问题,它不能全面反应数位电表在瞬间高压打击下的存活能力。尖峰电压危及安全的最早证据是有轨电车,通常情况下,电车驱动电压约600V,但当用耐压1000V的数位电表对行驶的电车进行测量时,不到几分鐘,数位电表就被损坏。进一步的研究表明,当电车啟动和停止时,它產生的瞬间电压可达10,000V,这样高的电压对数位电表的输入电路来说无疑是致命的打击。正是由这教训,现代数位电表输入电路已被大大改进了。

新的安全标準

要避免瞬间电压所带来的危害,安全必须深入数位电表的内部。换句话说,就是数位电表内部必须有足够的安全设计。特别是当你知道要测量高能电路的时候,到底什麼规格才是你最应关心的呢?IEC(国际电子-电工委员会)专為测试仪器定义了一套新的国际标準。以前,在很长一段时间裡传统的工业标準是IEC348,现在这标準已被IEC1010取代。依据IEC1010标準设计的数位电表,其安全规格要比依据IEC348的高很多。

过压保护
 

衡量数位电表保护电路的关键, 并非是最大测量电压这一规格,同时还必须包括抵抗瞬间高压衝击能力,且后者更為重要。还有,当瞬间高压发生在高能量电路裡时,由於电路提供更大的电流,其所產生的危害

将更為严重。例如某一瞬间高压引发了电弧,如果电流大到可以维持电弧,当空气燃烧并成為导体时,电弧周围会產生大量的离子体或发生爆炸,其引发的后果常常是灾难的。每年,由此而导致的电气伤害事故比為人知的电击事故更多。
 
过压分类 
 
理解IEC1010新标準最重要的一点就是过压分类。新的标準基於危险的高能量瞬间电压(如电击引发的高压),在随电力线路传输过程中会逐渐衰减,这一事实把电力分配系统的安全分為四类。类别越高,所產生的瞬间高压能量越大。因此,一个满足三类过压标準的数位电表和只能满足二类标準数位电表相比,前者能够承受更高能量瞬间高压的衝击。
 
表一:以下是过压分类的简单介绍: 
 

过压分类	简介	举例
四类	三相公用供电设备任何室外供电线路或设备	˙涉及到”初始连接”的设备,如电站的电力分配系统 ˙电力仪表,前端过流保护设备 ˙任何室外输电线路
三类	三相分配电路包括单相商业照明电路	˙位置固定的设备,如多相马达,多相闸盒 ˙大型建筑物内部的照明设备,线路 ˙工业现场的机床,电源配电盘等
二类	单相插座及其所连接的用电设备	˙家用电器,便携工具(电锯) ˙家用插座,距离三类线路十米以上的插座或距离四类线路20米以上的插座
一类	电子仪器设备	˙有保护措施的电子设备 ˙任何高压,低能回路,如办公室内部的影印机等

绝非只是电压在起作用
 
在办公室维修办公设备的技术人员,实际工作中遇到的瞬间高压,可能还高於工作现场交流供电线路中的瞬间高压。但是,在办公室,由於是一类的环境,无论电压多高,过压產生的威胁也明显要小的多;即使是產生电弧,其能量也十分有限。这并不是说在一类或二类环境下不会有威胁存在,只不过此时最主要的威胁来源於触电,而不是瞬间高压或电弧。
 
 
这裡有另外一个例子,在室外,头顶上一根输电线以一个房间接至另一个房间,虽然电压可能只有120V或240V,但按IEC1010标準仍然属於四类,為什麼呢?因為室外输电线路更容易受到与雷击有关的高能过压的威胁。即使是室外的地下输电线路同样為四类过压,虽然它没有直接遭到雷击,但由於电磁感应同样会在线路中產生极大的瞬间高压。总之,在进行过压分类时,根本的原则是:地点,地点,还是地点………….
 
独立测试
 
独立测试对於安全的重要性
 
当你看到UL,CSA,TUV等符号或读到”设计满足於….”这类话时,往往就会想到独立测试的机构。当然实际的独立测试绝非是仪器设计工程师一厢情愿。
你如何证明所设计的数位电表满足三类或二类安全标準呢?可能并没有经过独立测试机构的测试,而是製造厂家自己验证其產品满足二类或三类规格。IEC委员会仅仅是制定并建议它的标準,但并不强制执行。只有当一个產品经测试完全满足某个独立验证机构的标準时,才能把诸如UL,CSA,TUV等验证机构的标誌标於仪器上。是否有这些标誌,在鱼魷混染的仪器市场上,不是最好,但却可能是最直接的辨别方法。
 
CE代表是什麼?
 
带有CE标誌的產品说明它符合了由欧洲委员会建立的,考虑到健康,环境,安全,和消费保护等因素的一些基本要求,或可称為”指示”。有许多这样的”指示”影响著產品的流向。例如,欧洲共同体以外的產品如不满足某些”指示”,就不能进口到该地区销售。同时,满足这些”指示”还是保证满足相关技术标準(如针对低压產品的IEC1010)的前提。然而,由於生產厂商被允许进行自我测试,声明满足CE标準并把’CE’标誌标示出来,因此’CE’标誌绝不是经过独立测试的保证。

瞬间高压-----隐藏的危险
 
让我们看一下最糟的例子,一个技术人员在没有用任何安全措施的数位电表测量三相马达控制电路, 以下是测量中可能发生的现象。
 
1.一个闪电在动力线上导致了一个瞬间过高压,在数位电表内部输入端引发了电弧,如果恰好此时,电路的保护措施失效或使用的不是一个 CATⅢ三类等级电表。那麼,结果是通过电表和探棒两输入端直接短路。
 
2.一个非常危险的电流一短路电流很可能在几千分之一秒就达几千安培。当电弧在表内部形成后,极高压力的衝击波会发出”碰”一声巨响,很像枪声或汽车回火。与此同时,操作者在探棒尖端,看见蓝色的电弧,它可以从探头尖端一直到探测点。

3.人们自然的反应是撤回探棒,以切断电路,但是随著技术人员的手往回抽,每个探针与电机末端的电弧会被拉长,这两个电弧可以合併成一个电弧,这是另外一种相至相短路,这一次,短路会直接发生在电机两个测试点。
 
4.电弧的温度高达6000℃,甚至比氧炔切割火燄温度还要高。由於短路电流的作用,电弧会逐渐生长,周围的空气会被电离,随之產生爆炸和空气燃烧的火球。如果这名操作者幸运的话,火球会把他掀翻到一边,儘管受伤了,但却保住了性命。最坏的是可能他会成為火球和爆炸的牺牲品。除使用满足较高安全标準的数位电表外,任何带电电路上工作的人员应穿防护衣,保护眼镜,面罩和绝缘手套。
 

使用恰当的高能保险丝
 
瞬间过压并不是唯一的危险源,使用不当而引发一系列相似后果的情况也非常普遍。我们看一个使用者正对一个信号迴路进行电流测量,操作过程选择安培档,将探棒插入A或mA输入端进行测量。数位电表的输入阻抗必须很低才不致影响测量结果,10A电流档的阻抗為0.1欧姆,相比之下,电阻档的电阻為10兆欧姆。如果,不小心将探棒连接到了一个电压源上,如此低的输入阻抗会造成短路。对於某些电表,如Fluke 189,当档位旋转到电压档时,电表探棒连接到电流输入端,会有蜂鸣声的提示用户探棒插入错误。但对於一般数位电表,保险丝就是灾难和安全之间的唯一屏障了。使用製造商推荐的高能量保险丝,绝对不要用一般的保险丝替换它。这些保险丝可在很短的时间快速熔断,以而确保仪器或你的安全。

过载保护
 
 
保险丝保护过流。电压/电阻输入端的高输入阻抗确保过流的情况不大可能发生,所以保险丝是不必要的。而过压保护是必须的。它通过保护电路把电压水平钳制在一个可接受的范围内。热保护电路检测过压并保护数位电表,直到过压消失再恢复到正常状态。这种保护对於电阻档来说尤為有用。总之,在所有测量功能上,只要电表探棒在电压输入插口上,都具有自动恢复的过压保护。
 
电击
 
儘管大多数人知道电击的厉害,但几乎没有人知道电击的电压或电流是如此之小。30mA的电流就可致命。让我们看一下电流通过一个68公斤重的男人身体时会发生什麼?
 
˙当电流為10mA时,人的肌肉就会麻木,难以主动摆脱电源。
 
˙电流30mA时,由於呼吸麻痺,将导致死亡。
˙75mA～250mA时,时间超过5秒,即產生纤维性心肌失调,心臟失去功能,更高的电流则5秒中產生相同的结果而导致死亡。

现在让我们计算一下有害电压的界限。在乾燥的情况下,人两手间的电阻為1000欧姆,30V的电压通过可就產生30mA的电流。在潮湿环境下,情况更坏,电阻会下降,有害电压会下降至15V。
 
所以,数位电表的製造商和使用者的目标是预防接触带电电路时发生的意外。
 
他们试图採用以下方式来保护安全:
 
1.数位电表与测试线双重绝缘。
 
2.数位电表输入端為钳入式,探头可自动缩进的隔离套。
 
3.探头与手指间有防滑隔离。
 
4.数位电表及探棒由高品质,耐久的绝缘材料製造。
 

工作安全
 
安全是每个人的责任，但最终,他掌握在自己手中。任何工具都不可能确保绝对安全。安全是由正确的工具和安全的工作实践组成的,它们才能给您最大的保护,以下几点会在工作上对你有所帮助:
 
1.儘可能不要带电操作,使用恰当的工作程序,在程序无法确认的情况下,则假设其有带电。
 
2.在带电操作时,使用保护装置:

˙使用绝缘工具
 
˙戴安全眼镜或眼罩
 
˙带绝缘手套,摘掉手表与手饰
 
˙站在绝缘垫上
 
˙穿防火服而不是普通的服装
 
3.当在有电线路中进行测量时,先接地线再接火线,先撤回火线,后撤地线。儘可能不要连续操作。
 
˙尽量避免手持测量,防止瞬间过压对人身体造成的伤害。
 
使用三点测量方法,尤其是检测回路是否带电的情况下。首先测试已知带电的迴路,然后测试目标迴路,第三再测试带电路一次。他会确保您的数位电表工作正常。使用有经验的老电工的方法,将一手放在口

袋裡, 降低电流流过心臟的可能。
 
在工作中使用安全标準
 
理解安全标準的捷径
 
这裡有几种快速方法使您在日常生活中有使用安全标準的概念:
 
1.通用的原则是指您离电源越近,安全标準越高,过压危险越大.
 
2.在某一特定点可能的短路愈大,则其过压类别(CAT)数值愈高。
 
3.源电阻越高,过压分类越低。源电阻是全电阻概念,它包括测试点到电压源间电线的电阻。
 
4.最后,如果您有任何使用TVSS(过压波峰抑制)设备的经验,您会理解一个安装在控制板上的TVSS设备应比存在於计算机内部TVSS具有更高的功率能力。在过压分类理论中,控制面板的TVSS是过压三类,而电

脑作為与插座相连接的负载则列在过压二类中。正像您所看见的,安全标準的概念并不是新的或奇怪的,它只是同样的安全概念的延伸。
 
多重安全标準
 
当安全标準在实际工作中应用时,有时往往会让人迷惑,一个简单的设备往往有多个安全分类。
如办公室设备,120/240V电源到电源插座是过压二类。另一方面,连接到插头上的办公设备却是过压一类。在建筑物控制系统中,如照明,工业控制,可编程控制器等,过压一类和过压三类在距离很近的情况下同时存在是相当普遍的。
 
这种情况怎麼办?在实际工作中,我们通常感觉到过压分类愈高则越安全。实际上,让使用者在所有环境工作中确认其安全分类是不实际的。所以,正如我们说所说的,使用符合安全范畴的数位电表,换句话说,尽量让自己处在安全的位置。
 
 
理解什麼是额定安全电压

IEC1010的测试过程包含三个主要的可能因素:稳定电压,峰值过压,源电阻。这三个因素综合考虑得出数位电表真正的额定安全电压值。

过压分类	工作电压(对地直流或交流有效值)	峰值瞬间高压(重复20次)	测试电阻(Ω=V/A)
一类 (CAT Ⅰ)	600V	2500V	30Ω
一类 (CAT Ⅰ)	1000V	4000V	30Ω
二类 (CAT Ⅱ)	600V	4000V	12Ω
二类 (CAT Ⅱ)	1000V	6000V	12Ω
三类 (CAT Ⅲ)	600V	6000V	2Ω
三类 (CAT Ⅲ)	1000V	8000V	2Ω

 
何时600V比1000V更安全

IEC1010关於耐压规格有三準则,稳定电压,峰值瞬间高压和源电阻。这三準则合在一起规定一台数位电表真正的耐压能力。
 
1.在同一过压分类下,和我们想像的一样,工作电压(稳定电压)越高,所能承受的峰值电压越高。例如第三类600V,峰值高压為6000V;三类1000V峰值瞬间高压為8000V。到此,似乎还没有问题。

2.不太明确的是,同样是6000V瞬间高压。三类600V和二类1000V有何区别呢?他们是有明显的区别的-因為源电阻不同!

二类源电阻為12Ω,三类是2Ω,三类所產生的电流是二类的六倍,由於功率与电流的平方成正比,由此推算,在同样的电压下,三类所產生的能量可以是二类的36倍!

因此满足三类600V比二类1000V有更优越的过压保护能力,这就是最终的结论。
 
由福禄克公司生產的Fluke 860B图形数位电表和Fluke 180系列的数位电表就满足三类1000V过压规格。

漏电与间隙
 
除了进行实际瞬间过压测量,IEC1010还规定了数位电表内部元件间的间隙。过压分类越高,则这一个空间或间隙的值越大。漏电和间隙的规定也是IEC1010和IEC348间的主要差异。
 
 
原则
 
如果你正在考虑更新你的数位电表,那麼,在选购之前不妨花几分鐘的时间分析一下使用环境的最坏情况。看看哪个过压标準才能满足需求。在选择过程中,首先选择过压标準,然后在同一个过压标準下选择

耐压规格。不要忘记测试探棒,IEC1010同时适用於测试探棒,测试探棒的过压规格不能低於数位电表,如果仅仅由於探棒而使整个过压保护设计功亏一簣,那将是得不偿失的。

来源:Fluke  由: 亚辰仪器仪表网(www.shili001.com)转载