选择手持式数字万用表的安全性考虑

引言当您需要测量市电电源，或其它高压和高能电源时?您应怎样做呢?只需抓住最近的手持式万用表就可以进行测试了吗?绝对不可!都是保护使用者的头盔，但不同的活动需要有不同的结构、设计和保护能力。攀岩用的头盔需要防止小石块或其它坠落物。而自行车头盔需要提供对来自道路或汽车车身冲击力的保护。同样，不同的手持式数字万用表对通常的电击危险提供不同程度的保护。为了您自身和身旁他人的安全，您选择的手持式数字万用表必须按您可能遇到的电击危险进行设计和测试。选择手持式数字万用表的安全性考虑应用指南电是现代生活必不可少的要素，无论是在家里还是在工作中。不管是闹钟还是烤箱，我们都要用电。也许正因为我们在日常生活中对电已如此熟悉，因此许多人都很少考虑触电的危险。工程师，电气技术员，一般电工和电网工人都可能直接接触电源。他们有遭受电击的更高风险。销售人员和在办公室工作的员工使用的电气设备都经过屏蔽设计，因此他们触电的危险较小。正因为如此，您所使用的这些工具或设备必须经过相适应的保护程度设计，从而能够承受您所处工作环境的电击危险。电是不可见的。我们看不到它，不能感知电的存在。由于您不能看到电流，因此可能会因接触带电的导体而触电，触电可以是致命的。为保证安全，在选择测量建筑物内的电路时，有三项需要考虑的关键特性。第一项关键特性是电路的额定电压。您应知道电路工作的最高电压。对于家用电器、商用电气设备和照明，有许多不同的市电额定电压。所有欧洲国家和大多数南美、非洲和亚洲国家使用的市电为230V±10%，而日本、北美和一些南美国家使用的市电电压为100V至127V。您选择的手持式数字万用表额定电压至少要能测量电路上的预期电压。但电路的额定电压并不能说明一切问题。选择测量用手持式数字万用表时还必须考虑瞬态电压。偶尔会听到某位电工被瞬态电压尖峰击倒在地。这些瞬态电压来自哪里?图1.230V正弦波的有效值电压和峰值电压2触电危险建筑物的市电电源图2.230V正弦波中有2500V的瞬态峰值瞬态电压有两个主要来源:可能源于自然现象，例如建筑物外的雷电，也可能来自配电系统的切换。配电系统中的切换事件包括切换变压器接头，电机，电感，负荷突然变化，或断路器的断开。瞬态电压的变化幅度从几百伏的电压峰值到大约6000V的峰值。这些随机发生的高电压尖峰往往能持续50µs至200µs。如果数字万用表的安全保护容限不能抵御这样的瞬态峰值，随之引发的一系列事件可能导致严重的人身伤害或死亡。除电路瞬态电压大小外，你还应考虑电路的电能容量。为保护自己，在进行测量前，您应该知道电路的电能容量。与低能电路相比，具有较高电能容量的电路在故障时会提供更多的电流和能量。因此测量较高电能的电路要比测量低能电路危险得多。电路的电能容量由三项特性定义:工作电压，电路阻抗和电路的熔断器或断路器特性。离您很近的市电电源有较低的电路阻抗。因此产生的故障电流较高，需要采取额外的预防措施。3建筑物的市电电源(续)国际电工委员会(IEC)为市电电路定义了三个“测量类别”。类数越高，市电上的瞬态电压就越危险。这三个测量类别是类II，类III和类IV。当前的测试和测量设备产品系列安全标准也定义了“测量类别I”，但这一类别不适用市电电路，而是除市电电路外的一切。在IEC61010标准的未来版本中，这些设备将被视为“无类别”，而不是“测量类别I”。表1.IEC定义的测量类别类别描述类II这一类适用于从墙上电源插座接到设备电源变换的第一级。测量墙上电源插座本身也许并不限于CATⅡ级。手持式数字万用表应能执行CATIII测量。类III这一类适用于完全在建筑物内的建筑电路安装,包括配线板和分支电路。它也适用于许多在建筑物内直接接到建筑物配线,而不是通过电源线和插头连接的建筑物固定设备。类IV这一类适用于建筑物电气配电安装电源:总配线板,火表,或可能是建筑物配电变压器的副侧,如果变压器在大楼内的话。图3.测量类别说明4测量类别所有手持式数字万用表制造商都必须标注产品的额定测量类别(CATII,CATIII,CATIV)。这种标记能让用户方便地确定该数字万用表能安全承受的最大瞬态电压。大多数手持式数字万用表都把这一标注放在万用表的电压/电流输入端子旁。有些制造商(包括Agilent)标注两种不同的测量类别。如您在上表所见，1000V市电的CATIII与600V市电的CATIV有同样的瞬态承受能力。因此手持式数字万用表的通常标注方法是在数字万用表上给出组合的额定值。单有瞬态承受电压能力是不够的。这仅是在选择手持式数字万用表前必须考虑的特性之一。在这种情况下，测量类别的定义正在发生变化。在产品安全标准的下一版本中，除瞬态电压外，所有手持式数字万用表还必须能安全地承受规定水平的能量浪涌。当前IEC61010标准还未引入这些要求，但包括Agilent在内的一些制造商已着手设计满足这些新要求的手持式数字万用表。在当前IEC61010标准中，测量类别定义了市电电压中可能存在的最高瞬态电压幅度。所定义的这些瞬态电压如表2所示。测量类别—对您意味着什么?表2.不同测量类别的瞬态电压幅度额定市电电压(对地)Vrms测量类别IIVpeak测量类别IIIVpeak测量类别IVVpeak1008001,5002,5001501,5002,5004,0003002,5004,0006,0006004,0006,0008,0001,0006,0008,00012,0005您和助手在建筑物内为安装电气设备对配线板进行一系列的测试。你们已经测量了一些小型配套设备的电流，现在准备通过测量电路电压计算功耗。您的助手拿着数字万用表，把测量功能从电流转到电压，但他忘了把测试线从电流端挪到电压端。当您把测试线接到火线时，将造成由市电电压通过手持式数字万用表内低值电阻器的直接短路。一个非常高的电流将流过测试线和数字万用表。如果您工作地区的电路阻抗很低，故障电流将达到数千，甚至数万安培。数字万用表的测试线与电路不能处理如此高的电流。测试线或数字万用表将开路。在发生这种情况时，电路的开路部分将产生电弧。如果不能立即控制，电弧将导致附近空气变得过热和成为等离子体(具有导电型)，并允许更多的电流流过空气。这就是所谓电弧击穿。极端情况下会释放几支炸药的能量。电弧击穿的受害者会因极高的热量导致致命的烧伤。真会发生吗?绝对可能!在使用手持式数字万用表时，电弧击穿是常犯错误的结果。电弧击穿图4.可能的电弧击穿6高能熔断器由于在测量类别III和IV环境中进行测量的危险性，许多监管部门要求工作人员穿戴防护服(耐火背心、绝缘手套、面罩、绝缘手工工具)。安捷伦建议您查询当地电力安全机构对此的推荐意见。针对这一现象，高质量手持式数字万用表制造商在表内配备了特制的高能熔丝。这一熔丝用于及早控制和扑灭熔丝内的电弧，以免扩展到电表的其它部分。不是任何熔丝都能做到这一点。许多配有小玻璃管熔丝的数字万用表并不总能控制电弧击穿，某些情况下甚至可能自爆。有些电表的电流输入电路甚至没有任何熔丝，其后果是不可预测的。今天的产品安全标准不要求高能熔丝，但伤害记录表明手持式数字万用表中应当使用高能熔丝。为保证您的安全，您应坚持选择电流输入电路中带有高能熔丝的手持式数字万用表。图5.Agilent手持式数字万用表中使用的熔丝表3.熔丝特性特性描述额定电压1,000Vdc或750Vacrms工作电流典型值11A,但可能随设计而变工作时间动作非常快短路能力典型值为10,000A或更高7安全认证是很重要的。大多数产品都带有安全认证标志，表明产品符合相关标准，并通过第三方机构的检测。像安捷伦这样负责任的手持式数字万用表制造商通过了第三方独立测试机构，如加拿大标准协会(CSA)的安全认证。这些认证机构并不“批准”产品，而是评估产品或系统遵从特定要求。在您购买新的手持式数字万用表前，切记检查是否有认可检测机构的符号。只有成功通过按这些机构标准检测的产品才被允许使用这些符号，检测标准均基于国家标准和国际标准。您通常可在仪表背面找到这些独特的标志。同样，数字万用表的探头也应有第三方安全机构的标志。认证8该标志表明产品达到所有适用的欧盟安全、健康和环境要求。这是所有在欧盟销售产品的强制性合格标志。制造商允许自行认证。他们必须达到标准要求，发布自己的符合性声明，在产品上加“CE”标志。因此CE标志并不是独立测试的保证。在符合性声明中，制造商要列出评估数字万用表所采用的标准。在符合性声明中至少要列出EN61010-1:2001产品安全性标准。为安全起见，您不应该接受仅有一个CE标志的手持式数字万用表，除非您知道制造商值得信赖，并审查了制造商的符合性声明。什么是CE标志?''“CE”(来自法语短语“ConformiteEuropeene”)是欧洲合格性的缩写。CE标志既不是原产地标志，也不是质量标志。结论当您测量市电或其它高压时，必须极端重视安全性。任何人都不得以任何理由损害人身安全。为安全起见，您应选择额定电压高于被测电路的数字万用表。此外，市电测量要使用CATIII数字万用表，市电配电测量要使用CATIV数字万用表。为提供电弧保护，您要选择在电流输入电路中带有高能熔丝的手持式数字万用表。应记住检查数字万用表和探头上的第三方安全机构标志，如CSA，ETL，TUV和VDE。不要忽视探头的安全性!对于安全性，您要确保证高压是进入您的测量仪器，而不是进入您的身体!：9