Как защитить мультиметр от перегрузок: МУЛЬТИМЕТРЫ

— Grainger KnowHow

По мере того, как системы распределения и нагрузки становятся более сложными, увеличивается вероятность переходных перенапряжений. Двигатели, конденсаторы и оборудование для преобразования энергии, такое как приводы с регулируемой скоростью, могут быть первичными генераторами всплесков. Удары молнии на наружных линиях электропередачи также вызывают чрезвычайно опасные высокоэнергетические переходные процессы. Если вы проводите измерения в электрических системах, эти переходные процессы являются «невидимыми» и в значительной степени неизбежными опасностями. Они регулярно возникают в низковольтных силовых цепях и могут достигать пиковых значений во многие тысячи вольт. В этих случаях ваша защита зависит от запаса прочности, уже встроенного в ваш измеритель. Одно только номинальное напряжение не скажет вам, насколько хорошо этот прибор рассчитан на то, чтобы выдерживать высокие переходные импульсы.

Первые сведения об угрозе безопасности, создаваемой шипами, были получены из приложений, связанных с измерениями на шине питания пригородных электрических железных дорог. Номинальное напряжение на шине составляло всего 600 В, но мультиметров, рассчитанных на 1000 В, хватило всего на несколько минут при проведении измерений во время движения поезда. При внимательном рассмотрении выяснилось, что остановка и запуск поезда генерировала 10 000 всплесков напряжения. Эти переходные процессы не пощадили входные схемы первых мультиметров. Уроки, извлеченные в ходе этого исследования, привели к значительным улучшениям схем защиты входа мультиметра.

Стандарты безопасности испытательного оборудования

Чтобы защитить вас от переходных процессов, в испытательное оборудование должны быть встроены меры безопасности. Какую спецификацию производительности вам следует искать, особенно если вы знаете, что можете работать с высокоэнергетическими цепями? Задачей определения стандартов безопасности для испытательного оборудования занимается Международная электротехническая комиссия (МЭК). Эта организация разрабатывает международные стандарты безопасности для электрического испытательного оборудования.

Счетчики уже много лет используются техниками и электриками, однако факт заключается в том, что счетчики, разработанные в соответствии со стандартом IEC 1010, обеспечивают значительно более высокий уровень безопасности. Давайте посмотрим, как это достигается.

Защита от переходных процессов Настоящей проблемой для защиты цепей мультиметра является не только максимальный диапазон установившегося напряжения, но и сочетание стойкости к установившемуся режиму и способности выдерживать переходные перенапряжения . Временная защита жизненно важна. Когда переходные процессы проходят по высокоэнергетическим цепям, они, как правило, более опасны, поскольку эти цепи могут подавать большие токи. Если переходный процесс вызывает перекрытие дуги, высокий ток может поддерживать дугу, вызывая пробой плазмы или взрыв, который происходит, когда окружающий воздух становится ионизированным и проводящим. Результатом является дуговой взрыв, катастрофическое событие, которое ежегодно приводит к большему количеству травм, связанных с электричеством, чем более известная опасность поражения электрическим током.

Категории измерений Наиболее важной концепцией для понимания стандарта является категория установки перенапряжения. Стандарт определяет категории с I по IV, часто обозначаемые аббревиатурой CAT I, CAT II, ​​CAT III и CAT IV. Разделение системы распределения электроэнергии на категории основано на том факте, что опасный высокоэнергетический переходный процесс, такой как удар молнии, будет ослабляться или демпфироваться, когда он проходит через импеданс (сопротивление переменному току) системы. Более высокий номер CAT относится к электрической среде с более высокой доступной мощностью и более высокими переходными процессами энергии. Таким образом, мультиметр, разработанный в соответствии со стандартом CAT III, устойчив к гораздо более высоким энергетическим переходным процессам, чем мультиметр, разработанный в соответствии со стандартами CAT II.

В рамках категории более высокое номинальное напряжение означает более высокую стойкость к переходным процессам. Например, счетчик CAT III-1000 В имеет лучшую защиту по сравнению со счетчиком с рейтингом CAT III-600 В. Настоящее недоразумение возникает, если кто-то выбирает счетчик с номиналом CAT II -1000 В , думая, что он лучше счетчика CAT III- 600 В .

Дело не только в уровне напряжения Технический специалист, работающий с офисным оборудованием в помещении с классом CAT I, может столкнуться с постоянным напряжением, намного превышающим напряжение переменного тока в линии электропередач, измеренное моторным электриком в помещении с классом CAT III. Тем не менее, переходные процессы в электронных схемах CAT I, независимо от напряжения, явно представляют меньшую угрозу, поскольку энергия, доступная для дуги, весьма ограничена. Это делает , а не означают, что в оборудовании CAT I или CAT II отсутствует опасность поражения электрическим током. Основной опасностью является поражение электрическим током, а не переходные процессы и дуговой разряд. Токи могут быть такими же смертельными, как и взрыв дуги.

Чтобы привести еще один пример, воздушная линия, идущая от дома к отдельно стоящему рабочему навесу, может иметь только 120 В или 240 В, но технически это все еще CAT IV. Почему? Любой наружный проводник подвергается воздействию очень мощных переходных процессов, связанных с молнией. Даже проводники, закопанные под землей, относятся к CAT IV, потому что, хотя молния не поразит их напрямую, удар молнии поблизости может вызывают переходный процесс из-за наличия сильных электромагнитных полей. Когда речь заходит о категориях установки перенапряжения, применяются правила недвижимости: это местоположение, местоположение, местоположение. …

Переходные процессы — скрытая опасность

Давайте рассмотрим наихудший сценарий, в котором работает технический специалист. измерения на трехфазной цепи управления двигателем под напряжением с помощью счетчика без необходимых мер предосторожности.

Вот что может произойти:
1. Удар молнии вызывает переходный процесс в линии электропередачи, который, в свою очередь, вызывает дуговой разряд между входными клеммами внутри счетчика . Цепи и компоненты для предотвращения этого события только что вышли из строя или отсутствовали. Возможно, это не был счетчик с рейтингом CAT III. Результатом является прямое короткое замыкание между двумя измерительными клеммами через измеритель и измерительные провода.
2. В только что созданном коротком замыкании протекает ток короткого замыкания, возможно, несколько тысяч ампер. Это происходит за тысячные доли секунды. Когда внутри счетчика образуется дуга, ударная волна очень высокого давления может вызвать громкий бах – очень похоже на выстрел или выстрел из машины. В этот же момент техник видит ярко-синие вспышки дуги на наконечниках щупов — токи замыкания перегревают наконечники щупов, которые начинают выгорать, рисуя дугу от точки контакта к щупу.
3. Естественная реакция – отступить, чтобы разорвать контакт с горячим контуром. Но когда руки техника отводятся назад, от клеммы двигателя к каждому зонду тянется дуга. Если эти две дуги соединятся в одну дугу, то теперь будет еще одно прямое межфазное короткое замыкание, на этот раз непосредственно между клеммами двигателя .
4. Температура этой дуги может приближаться к 6000 °C (10000 °F), что выше температуры ацетилено-кислородного резака! По мере роста дуги, питаемой доступным током короткого замыкания, она перегревает окружающий воздух. Создается как ударный взрыв, так и плазменный огненный шар. Если технику повезет, ударная волна снесет его и унесет подальше от дуги; несмотря на ранение, его жизнь спасена. В худшем случае пострадавший получает смертельные ожоги от сильного жара дуги или плазменного взрыва. В дополнение к использованию мультиметра, рассчитанного на соответствующую категорию измерения, любой, кто работает с цепями питания под напряжением, должен быть защищен огнестойкой одеждой, должен носить защитные очки или, что еще лучше, защитный щиток для лица, а также должен использовать изолированные перчатки. Переходные процессы — не единственный источник возможных коротких замыканий и опасности дугового разряда. Один из самых распространенных неправильное использование портативных мультиметров может вызвать аналогичную цепочку событий.

Допустим, пользователь измеряет ток в сигнальных цепях. Процедура состоит в том, чтобы выбрать функцию ампер, вставить провода во входные клеммы мА или ампер, разомкнуть цепь и выполнить последовательное измерение. В последовательной цепи ток всегда одинаков. Входное сопротивление цепи усилителя должно быть достаточно низким, чтобы оно не влияло на ток последовательной цепи. Например, входное сопротивление на клемме 10 А измерителя Fluke составляет 0,01 Ом. Сравните это с входным сопротивлением на клеммах напряжения 10 МОм (10 000 000 Ом).

Если измерительные провода оставлены на клеммах усилителя, а затем случайно подключены к источнику напряжения , низкий входной импеданс приведет к короткому замыканию! Не имеет значения, повернут ли селектор на вольты; провода по-прежнему физически подключены к цепи с низким импедансом.* Вот почему клеммы усилителя должны быть защищены предохранителями . Эти предохранители — единственное, что стоит между неудобством — перегоревшими предохранителями — и потенциальной катастрофой.

Используйте только те мультиметры, входы которых защищены мощными предохранителями. Никогда не заменяйте перегоревший предохранитель неподходящим предохранителем. Используйте только предохранители большой мощности, указанные производителем. Эти предохранители рассчитаны на напряжение и способны отключать короткое замыкание, что обеспечивает вашу безопасность.

Защита от перегрузки

Предохранители защищают от перегрузки по току . Высокое входное сопротивление клемм вольт/ом гарантирует маловероятность перегрузки по току, поэтому предохранители не нужны. С другой стороны, требуется защита от перенапряжения . Он обеспечивается защитной схемой, ограничивающей высокое напряжение до приемлемого уровня. Кроме того, схема тепловой защиты обнаруживает состояние перенапряжения, защищает счетчик до тех пор, пока это состояние не будет устранено, а затем автоматически возвращается к нормальной работе. Наиболее распространенным преимуществом является защита мультиметра от перегрузок, когда он находится в режиме измерения сопротивления. Таким образом, защита от перегрузки с автоматическим восстановлением обеспечивается для всех измерительных функций до тех пор, пока провода находятся на входных клеммах напряжения. V189 RERMS M T METER

Краткий путь к пониманию категорий
Вот несколько быстрых способов применить концепцию категорий к вашей повседневной работе:

• Общее эмпирическое правило заключается в том, что чем ближе вы к власти источника, тем выше номер категории и тем больше потенциальная опасность от переходных процессов.
• Отсюда также следует, что чем больше ток короткого замыкания доступный в конкретной точке, тем выше номер CAT.
• Другой способ сказать то же самое: чем больше импеданс источника, тем ниже номер CAT. Импеданс источника — это просто общий импеданс, включая импеданс проводки, между точкой измерения и источником питания. Именно этот импеданс гасит переходные процессы.
• Наконец, если у вас есть опыт применения устройств подавления переходных перенапряжений (TVSS), вы понимаете, что устройство TVSS, установленное на панели, должно иметь более высокую энергоемкость, чем устройство, установленное непосредственно на компьютере. В терминологии CAT щитовой TVSS является приложением CAT III, а компьютер представляет собой подключенную к розетке нагрузку и, следовательно, установку CAT II.

Как видите, концепция категорий не нова и не экзотична. Это просто расширение тех же понятий здравого смысла, которые люди, профессионально работающие с электричеством, применяют каждый день.

Несколько категорий
Есть один сценарий, который иногда сбивает с толку людей, пытающихся применить категории к реальным приложениям. В одной единице оборудования часто имеется более одной категории. Например, в офисном оборудовании от стороны 120 В/240 В источника питания обратно к розетке соответствует CAT II. Электронная схема, с другой стороны, относится к категории I. В системах управления зданием, таких как панели управления освещением, или в промышленном управляющем оборудовании, таком как программируемые контроллеры, обычно используются электронные схемы (категория I) и силовые цепи (категория III). ) существующих в непосредственной близости.

Что вы делаете в таких ситуациях? Как и во всех реальных ситуациях, руководствуйтесь здравым смыслом. В данном случае это означает использование счетчика с рейтингом более высокой категории. На самом деле, нереально ожидать, что люди будут постоянно проходить через процесс определения категории. Реалистичным и настоятельно рекомендуемым является выбор мультиметра с наивысшей категорией, в которой он может быть использован . Другими словами, ошибайтесь в сторону безопасности.

Номинальные значения выдерживаемого напряжения
Процедуры испытаний IEC 61010 учитывают три основных критерия: установившееся напряжение, пиковое импульсное переходное напряжение и импеданс источника. Вместе эти три критерия скажут вам истинное значение выдерживаемого напряжения мультиметра.

Когда 600 В больше 1000 В?
Таблица категорий измерений может помочь вам понять номинальное допустимое напряжение прибора:
1. В категории более высокое «рабочее напряжение» (установившееся напряжение) связано с более высоким переходным процессом, как и следовало ожидать. Например, счетчик CAT III-600 В тестируется с переходными процессами 6000 В, а счетчик CAT III-1000 В тестируется с переходными процессами 8000 В. Все идет нормально.
2. Что не так очевидно, так это разница между переходным процессом 6000 В для CAT III-600 В и переходным процессом 6000 В для CAT II-1000 В. Это не одно и то же. Здесь вступает в игру импеданс источника. Закон Ома (ампер = вольт/ом) говорит нам, что тестовый источник 2 Ом для CAT III имеет в шесть раз больший ток, чем тестовый источник 12 Ом для CAT II.

Счетчик CAT III-600 В явно обеспечивает лучшую защиту от переходных процессов по сравнению со счетчиком CAT II-1000 В, даже несмотря на то, что его так называемое «номинальное напряжение» может восприниматься как более низкое. Это комбинация установившегося напряжения (называемого рабочим напряжением) и категории, которая определяет общее номинальное выдерживаемое напряжение испытательного прибора, включая важнейшее номинальное выдерживаемое переходное напряжение.
Примечание по CAT IV: Тестовые значения и стандарты проектирования для испытаний напряжением CAT IV рассматриваются во втором издании IEC 61010.

Пути утечки и воздушные зазоры
В дополнение к испытаниям на фактическое значение переходного перенапряжения согласно IEC 61010 мультиметры должны иметь минимальные пути утечки и воздушные зазоры между внутренними компонентами и узлами цепи. Ползучесть измеряет расстояние по поверхности. Клиренс измеряет расстояние по воздуху. Чем выше категория и уровень рабочего напряжения, тем больше требования к внутреннему зазору. Одним из основных отличий между старым IEC 348 и IEC 61010 являются повышенные требования к размещению в последнем.

Практический результат
Если перед вами стоит задача замены мультиметра, перед покупкой выполните одну простую задачу: проанализируйте наихудший сценарий вашей работы и определите, к какой категории относится ваше использование или приложение. . Сначала выберите мультиметр, соответствующий самой высокой категории, в которой вы можете работать. Затем найдите мультиметр с номинальным напряжением для этой категории, соответствующей вашим потребностям. При этом не забывайте про тестовые провода. IEC 61010 также применяется к измерительным проводам: они должны быть сертифицированы по категории и напряжению, как выше или выше, чем у измерителя. Когда дело доходит до вашей личной защиты, не позволяйте тест-лидам быть слабым звеном.

*Некоторые мультиметры имеют входное предупреждение, которое подает предупреждающий звуковой сигнал, если мультиметр находится в этой конфигурации.

Статья предоставлена ​​корпорацией Fluke

Что нельзя делать с цифровым мультиметром

К сожалению, цифровые мультиметры (DMM) могут взорваться и вызвать не только повреждение оборудования, но и серьезные травмы. И когда электрические силы становятся опасными, знания человека становятся его самым важным инструментом для выживания. Несмотря на то, что эти удобные гаджеты оснащены множеством функций безопасности, все же следует знать ограничения этих функций и то, что вещей, которых следует избегать при использовании его измерительного прибора.

Мы здесь, чтобы помочь вам в этом — в этой статье мы рассмотрим наиболее типичные случаи неправильного использования цифровых мультиметров и некоторые важные соображения безопасности. Читай дальше!

Неправильное использование мультиметров

Одним из наиболее потенциально опасных неправильных применений может быть измерение напряжения, когда тестовые щупы модели находятся в токовых клеммах , что большинство людей делает случайно. Несмотря на то, что предохранитель цифрового мультиметра обеспечивает защиту, не следует забывать, что эта защита не является абсолютной.

Важно учитывать конструкцию текущих терминалов. Они выполняют измерения в цепях LE (низкоэнергетических), размыкая цепь и последовательно вживляя счетчик.

Функция амперметра цифрового мультиметра требует низкого входного импеданса (обычное значение составляет от 0,1 до 10 Ом). В противном случае гаджет может снизить ток в измеряемой цепи. Низкий импеданс схемы делает ее очень уязвимой. На самом деле цифровой мультиметр действует как ответвленная цепь, которая находится на ладони пользователя, именно поэтому он требует защиты предохранителями HE (высокоэнергетическими).

В случае перегорания этих предохранителей крайне важно заменять их только на те, которые указаны производителем цифрового мультиметра. Кроме того, использование устройства с неправильной категорией мощности может легко привести к броску мощности через сгоревший предохранитель.

Другое очень распространенное неправильное использование обычно происходит, когда люди измеряют сопротивление. Здесь происходит то, что индивидуум вступает в контакт с цепью, которая, по его мнению, не работает, но на самом деле работает.

К счастью, большинство современных цифровых мультиметров имеют превосходную защиту от перегрузок и могут автоматически восстанавливаться. Производители этих мультиметров обычно обеспечивают такую ​​защиту, вживляя термистор в цепь «омов». Целью этого компонента является быстрое увеличение сопротивления по теплу от тока перегрузки.

Этот вид защиты от перегрузок очень эффективен, именно поэтому многие люди считают его само собой разумеющимся. Однако, как и автомобильные подушки безопасности, она не дает вам права действовать безрассудно.

Переходные процессы перенапряжения

Одна вещь, которая не имеет ничего общего с неправильным использованием, — это часто неправильно истолковываемая потенциальная опасность, исходящая от переходных процессов перенапряжения.

Как вы уже знаете, входы напряжения имеют высокое входное сопротивление, и пользователь параллельно измеряет напряжение. Чем выше параллельное сопротивление, тем меньше ток. Можно подумать, что с таким высоким входным сопротивлением не о чем беспокоиться, и он ошибается. Кратковременные перенапряжения, возникающие в силовых цепях, являются основной причиной для беспокойства.

Они неизбежны, и большинство из них не причиняют никакого вреда, но хорошо известно, что сочетание сильного тока и высоковольтных пиков может быть опасным . Откуда берутся эти шипы? Они вызваны такими событиями, как переключение двигателя или удары молнии, и они могут быть достаточно серьезными, чтобы легко пересечь входную схему внутри вашего гаджета, создав короткое замыкание.

В худшем случае мультиметр выполнит дугу внутри, и пользователь услышит что-то похожее на выстрел. Через испытательные щупы будет протекать множество ампер опасного тока, создавая дуговой взрыв и огненный шар чрезвычайно высокой температуры.

Если цифровой мультиметр разомкнет цепь достаточно быстро, этого не произойдет, но нет 100% гарантии, что вы избежите травм от переходного перенапряжения. Именно поэтому так много компаний прилагают много усилий для защиты своих измерительных приборов от переходных процессов.

IEC 61010 и категории установки по перенапряжению

Как узнать, имеет ли его мультиметр надлежащую защиту от этих переходных процессов? Понимание последствий IEC 61010 — довольно хорошая отправная точка. Это универсальный стандарт для низковольтных испытательных устройств, который описывает четыре категории установки по перенапряжению .

Чем выше номер категории, тем большую опасность представляют переходные процессы. Категории зависят не столько от уровня напряжения, сколько от тока короткого замыкания, доступного в системе распределения. В каждой категории есть номинальное напряжение, и все они относятся как к постоянному, так и к переменному напряжению.

Оценка цифрового мультиметра как по напряжению, так и по категории может быть довольно запутанной, поэтому давайте попробуем упростить задачу. Если вы часто работаете с силовыми цепями, вам придется сосредоточиться на категории CAT-III . Выбирайте только модели этой категории и соответствующего ей номинального напряжения (например, CAT III-1000V). Маркировка категории и напряжения должна быть где-то на фасаде мультиметра, рядом с входными клеммами.

Какой рейтинг CAT мне нужен?

Как мы уже говорили, CAT-III — отличная отправная точка и абсолютная необходимость, если вы работаете на высоковольтные цепи освещения, приводы с регулируемой скоростью, трехфазные двигатели, устройства управления двигателем и т. д. Эти цепи обладают достаточной энергией, чтобы вызывать огненные шары, о которых мы упоминали ранее. Использование устройства с рейтингом CAT-II в среде CAT-III — это не то, что вам нужно делать, если вы хотите быть в безопасности.