Rizika jízdy na motocyklu jsou zřejmá, jak je tomu ale u multimetrů? Copak pro zajištění bezpečnosti nestačí zvolit multimetr dimenzovaný pro dostatečně vysoké napětí? Ne tak docela.
Občas dojde k nehodě, při které se měřicí přístroj pro nízké napětí (do 1 000 V) použije k měření středně vysokého napětí, například 4 160 V. Jindy se zase stává, že ráz, který přístroj zničí, nijak nesouvisel s jeho nesprávným použitím, protože vstup multimetru bez výstrahy zasáhla vysokonapěťová špička nebo přechodový jev.
Zachování zásad bezpečnosti, jako například nošení odpovídajícího ochranného oděvu, je při měření elektrických obvodů podstatné
Výkyvy napětí – riziko, jemuž nelze zabránit
S tím, jak jsou rozvodné systémy a zátěže čím dál složitější, se zvyšuje i pravděpodobnost přechodných jevů. Napěťové špičky mohou být způsobovány především motory, kondenzátory a měniči napětí, jako jsou pohony s regulovatelnými otáčkami. Velmi nebezpečné vysokoenergetické přechodové jevy způsobuje i úder blesku do venkovního vedení.
Při provádění měření na elektrických systémech představují tyto přechodové jevy „neviditelné“ riziko, jemuž víceméně nelze zabránit. Často k nim dochází v nízkonapěťových elektrických obvodech a jejich špičkové hodnoty mohou dosahovat hodnot mnoha tisíc voltů. V těchto případech jsme závislí na ochranném rozpětí, které je již „vestavěno“ do měřicího přístroje. Samotná štítková hodnota napětí nevypovídá nic o tom, jak dobře byl měřicí přístroj navržen, aby vydržel vysoké impulzy přechodových jevů.
První poznatky o bezpečnostních rizicích, která souvisejí s napěťovými špičkami, vzešly z aplikací souvisejících s měřením na napájecích sběrnicích elektrických vlaků příměstské dopravy. Jmenovité napětí na sběrnici bylo pouze 600 V, ovšem multimetry dimenzované na 1 000 V vydržely pouze několik minut při měření, když byl vlak v provozu. Po důkladnějším prozkoumání se zjistilo, že rozjíždění a zastavování vlaku vytváří napěťové špičky až 10 000 V. Tyto přechodové jevy neměly „žádné slitování“ se vstupními obvody dřívějších multimetrů. Vědomosti získané při tomto zkoumání proto vedly k významným zlepšením v ochraně vstupních obvodů multimetru.
Nové bezpečnostní standardy
Pro ochranu uživatele před přechodovými jevy je třeba testovací zařízení vybavit bezpečnostními prvky. Jaké výkonové specifikace by měl uživatel hledat, zejména pokud ví, že by mohl pracovat na vysokoenergetických obvodech?
Definici bezpečnostních standardů pro testovací zařízení stanovila organizace IEC (International Electrotechnical Commission - Mezinárodní Elektrotechnická Rada). Měřicí přístroje navržené podle normy EN61010 nabízejí výrazně vyšší úroveň bezpečnosti. Podívejme se, jak se toho dosahuje.
Ochrana před přechodovými jevy
Skutečným problémem při ochraně obvodů multimetru není jen maximální rozsah ustáleného napětí, ale kombinace schopnosti odolávat ustálenému napětí a přechodnému přepětí. Ochrana proti přechodovému jevu je velmi důležitá. Pokud k přechodovým jevům dochází ve vysokoenergetických obvodech, jsou tyto jevy nebezpečnější, protože takové obvody jsou schopny dodávat vyšší proudy. Pokud přechodový jev způsobí oblouk, vysoký proud jej může udržet a může dojít ke vzniku plazmového průrazu nebo i výbuchu.
Přepěťové kategorie instalací
Nejdůležitější samostatný pojem při výběru měřicího přístroje je jeho přepěťová kategorie – standard definuje kategorie CAT I až CAT IV. Rozdělení energetického rozvodného systému do kategorií je založeno na skutečnosti, že vysokoenergetický přechodový jev, například úder blesku, se oslabuje nebo tlumí při průchodu přes impedanci systému. Vyšší číslo kategorie CAT odpovídá elektrickému prostředí s vyšší dostupnou energií a vyšší energií přechodových jevů. Multimetr navržený pro kategorii CAT III je tak odolnější vůči přechodovým jevům s podstatně vyšší energií než ten, který je navržen podle standardů kategorie CAT II.
Přepěťová kategorie je velmi důležitým parametrem měřících zařízení a musí odpovídat pro danou oblast použití
V rámci kategorie vyšší hodnota napětí označuje vyšší odolnost vůči přechodovému jevu, např. přístroj s označením CAT III-1000 V má vyšší úroveň ochrany než CAT III-600 V. K omylu dochází, když si uživatel vybere přístroj CAT II-1000 V a myslí si, že je lepší než měřicí přístroj CAT III 600, což není pravda.
Přechodové jevy - skryté nebezpečí
Uveďme si příklad nejhorší (!) možné situace, kdy technik provádí měření na řídicím obvodu trojfázového motoru a používá měřicí přístroj bez nutných bezpečnostních opatření. Může se přitom stát i následující:
- Úder blesku způsobí přechodový jev na napájecím vedení, který pak způsobí oblouk mezi vstupními kontakty uvnitř měřicího přístroje. Obvody a součástky pro zabránění tomuto poškození právě selhaly nebo chyběly. Pravděpodobně se nejednalo o měřicí přístroj kategorie CAT III. Výsledkem je přímý zkrat mezi jeho dvěma měřenými svorkami, přes měřicí přístroj a testovací kabely.
- Právě vytvořeným zkratem protéká vysoký zkratový proud, možná v řádu tisíců ampérů. Dojde k tomu během tisícin sekundy. Jakmile se uvnitř měřicího přístroje vytvoří oblouk, může velmi vysoký tlakový ráz způsobit výbuch, který zní podobně jako výstřel z pušky nebo výbuch ve výfuku auta. Ve stejném okamžiku technik spatří jasně modré světlo oblouku na hrotech testovacích kabelů a zkratový proud přehřeje hroty sond, které začnou odhořívat a přetahovat oblouk od bodu styku k sondě.
- Přirozená reakce spočívá v tom, že se technik odtáhne, aby přerušil styk s horkým obvodem. Jak ale odtahuje ruce, přenáší se oblouk od svorek motoru k jednotlivým sondám. Pokud se tyto dva oblouky spojí a vytvoří se z nich jediný oblouk, nastává další přímý zkrat mezi fázemi, tentokrát přímo mezi svorkami motoru.
- Teplota tohoto oblouku může dosáhnout až 6 000 °C, tedy více, než je teplota acetylenového svařovacího plamene. S nárůstem oblouku, který napájí dostupný zkratový proud, se přehřívá okolní vzduch. Dochází k výbuchu a může vzniknout plazmový kulový blesk. Pokud má technik štěstí, smete jej výbuch stranou, mimo dosah oblouku. Přestože utrpí úraz, přežije. V nejhorším případě je oběť vystavena smrtelnému popálení horkem oblouku nebo výbuchu plazmy.
Kromě použití multimetru určeného pro odpovídající přepěťovou kategorii instalace by se všechny osoby pracující s napájecími obvody pod proudem měly chránit nehořlavým oděvem, používat bezpečnostní brýle nebo ještě lépe obličejový štít a vhodné rukavice.
Za bezpečnost sice zodpovídají všichni, ale ve výsledku je v našich „rukách“. Žádný nástroj nemůže sám o sobě zaručit bezpečnost. Nejvyšší úroveň ochrany zajišťuje teprve kombinace správného přístroje, ochranných pomůcek a bezpečného pracovního postupu.
Připraveno s využitím materiálů společnosti Fluke
