Przeprowadzanie pomiarów elektrycznych wymaga użycia odpowiednich przyrządów pomiarowych, jednak niezbędna jest również wiedza dotycząca ich prawidłowego zastosowania. Przede wszystkim prace związane z pomiarami elektrycznymi muszą być wykonywane ze świadomością zagrożeń, jakie im towarzyszą.
Niektóre z najczęściej używanych przyrządów pomiarowych i testowych to: bezstykowe testery napięcia, multimetry, mierniki izolacji oraz mierniki rezystancji uziemienia. Problem z użyciem testera bezstykowego lub zbliżeniowego polega na tym, że wykonanie testu obwodu elektrycznego w celu upewnienia się, że nie znajduje się on pod napięciem, wymaga wykonania pomiarów napięć międzyfazowych i fazowych, które nie mogą być zrealizowane za pomocą tego typu testerów.
Podstawowymi zagadnieniami rozważanymi przy omawianiu kwestii bezpieczeństwa prac elektrycznych są: porażenie prądem oraz występowanie łuku elektrycznego i jego skutki – wysoka temperatura i fala uderzeniowa. W dyskusjach takich często zadawane jest pytanie: „Jak zidentyfikować obecność lub prawdopodobne wystąpienie tych zagrożeń, używając elektrycznych przyrządów testowych do badania instalacji i urządzeń elektrycznych?”. Jednym ze sposobów jest omówienie możliwych zagrożeń wraz z wymaganiami w zakresie oceny miejsca prac w celu zidentyfikowania zagrożeń elektrycznych i ustalenia środków ochrony indywidualnej, potrzebnych do przeprowadzenia prac z użyciem mierników i testerów.
Zagrożenia związane z prądem elektrycznym
Prąd elektryczny jest bardzo dużym zagrożeniem w miejscu pracy. Pracownicy są narażeni na porażenie prądem, które może się skończyć poważnymi obrażeniami lub nawet śmiercią.
Poza obrażeniami spowodowanymi przez łuk elektryczny, wysoka energia takiego wyładowania może uszkodzić sprzęt i spowodować rozrzucanie z dużą prędkością drobinek metalu we wszystkich kierunkach. W atmosferach zawierających gazy lub opary wybuchowe czy pyły łatwopalne nawet łuk o małej energii może spowodować gwałtowną eksplozję.
Warto podkreślić, że nieprawidłowe użycie elektrycznych przyrządów pomiarowych i testowych może skutkować zarówno śmiertelnym porażeniem prądem, jak i pojawieniem się groźnego łuku elektrycznego. W artykule omówione zostaną te zagadnienia wraz z wymaganiami dotyczącymi doboru i używania przyrządów pomiarowych i testowych do sprawdzania obecności napięcia.
Kategorie pomiarowe CAT i ich definicje
Kategoria I: Sprzęt elektroniczny; pomiary poziomu sygnału w telekomunikacji, sprzęcie elektronicznym i sprzęcie zużywającym niewielką ilość energii, posiadającym zabezpieczenia przed przepięciami. Zakres wytrzymywanych przez miernik wartości szczytowych impulsów przepięciowych wynosi od 600 do 4000 V dla źródła napięcia testowego o rezystancji wewnętrznej 30 Ω.
Kategoria ta obejmuje:
▪️ sprzęt elektroniczny z zabezpieczeniami;
▪️ sprzęt podłączony do obwodów (źródłowych), w których zastosowano środki ograniczające przepięcia do odpowiednio niskiego poziomu;
▪️ każde źródło wysokiego napięcia o niskiej energii, zbudowane z użyciem transformatora o wysokiej rezystancji uzwojeń, takie jak wysokonapięciowy obwód kserokopiarki.
Kategoria II: Odbiorniki jednofazowe podłączone do gniazd sieciowych; lokalne sieci rozdzielcze zasilające urządzenia, podłączone na stałe lub przewodem z wtyczką, wszystkie – od oświetlenia do sprzętu biurowego; ponadto wszystkie gniazda sieciowe znajdujące się w odległości ponad 10 metrów (30 ft) od źródeł Kategorii III oraz wszystkie gniazda sieciowe znajdujące się w odległości ponad 20 metrów (60 ft) od źródeł Kategorii IV. Wartość szczytowa wytrzymywanych przez miernik impulsów przepięciowych wynosi od 600 do 6000 V dla źródła napięcia testowego o rezystancji wewnętrznej 12 Ω.
Kategoria ta obejmuje:
▪️ urządzenia domowe, elektronarzędzia przenośne oraz inne podobne odbiorniki;
▪️ obwody gniazd sieciowych i odgałęzione;
▪️ gniazda sieciowe znajdujące się w odległości ponad 10 metrów (30 ft) od źródeł Kategorii III;
▪️ gniazda sieciowe znajdujące się w odległości ponad 20 metrów (60 ft) od źródeł Kategorii IV.
Kategoria III: Instalacje trójfazowe, w tym jednofazowe obwody oświetleniowe w obiektach handlowych i biurach; główne linie zasilające lub obwody odgałęzione w instalacjach elektrycznych. Obwody te są zwykle oddzielone od źródeł Kategorii IV (zarówno źródeł zasilania z zakładu energetycznego, jak i innych źródeł wysokiego napięcia) za pomocą minimum jednego poziomu izolacji transformatorowej. Są to np. linie zasilające i krótkie odgałęzienia, panele rozdzielcze i gniazda o dużej obciążalności prądowej z „krótkim” podłączeniem do zasilania z zakładu energetycznego. Wartość szczytowa wytrzymywanych przez miernik impulsów przepięciowych wynosi od 600 do 8000 V dla źródła napięcia testowego o rezystancji wewnętrznej 2 Ω.
Kategoria ta obejmuje:
▪️ sprzęt podłączony na stałe do instalacji, taki jak rozdzielnice i silniki trójfazowe;
▪️ szyny i linie zasilające w zakładach przemysłowych;
▪️ linie zasilające i krótkie obwody odgałęźne, panele rozdzielcze;
▪️ instalacje oświetleniowe w większych budynkach;
▪️ gniazda sieciowe z krótkimi przyłączami do źródła zasilania z zakładu energetycznego.
Kategoria IV: Urządzenia trójfazowe w miejscu podłączenia instalacji do zasilania z zakładu energetycznego; wszelkie przewody zewnętrzne lub zasilania podstawowego. Obejmuje najwyższy i najbardziej niebezpieczny poziom przepięć, które mogą wystąpić w sieci zasilającej obiekt, zarówno po stronie dostawcy energii, jak i po stronie odbiorcy oraz w przyłączach napowietrznych od słupa do budynku, liniach napowietrznych zasilających budynki wolno stojące i ułożonych w ziemi kablach zasilających pompy głębinowe. Wartość szczytowa wytrzymywanych przez miernik impulsów przepięciowych wynosi od 600 do 12 000 V dla źródła napięcia testowego o rezystancji wewnętrznej mniejszej od 1 Ω.
Kategoria ta obejmuje:
▪️ „początki instalacji” („origin of installations”), takie jak miejsca przyłączenia instalacji niskiego napięcia budynku do sieci zakładu energetycznego;
▪️ liczniki energii elektrycznej, podstawowe zabezpieczenia nadprądowe;
▪️ przyłącza energetyczne kablowe, przyłącza napowietrzne od słupa do budynku, przewody biegnące pomiędzy licznikiem a panelem rozdzielczym;
▪️ linie napowietrzne zasilające budynki wolno stojące, ułożone w ziemi kable zasilające pompy głębinowe.
Wybór przyrządów pomiarowych
Niezależnie od tego, czy wykonywane są prace instalacyjne, czy konserwacyjne sprzętu, czy sprawdzany jest brak napięcia po odłączeniu zasilania lub dokonywane są naprawy, pomiary napięcia czy inne podobne prace diagnostyczne, bardzo istotne i konieczne jest zebranie dokładnych i spójnych informacji na podstawie tych testów. Sprawą podstawową jest przy tym wybór i użycie odpowiednich przyrządów pomiarowych, dopasowanych do prowadzonych prac diagnostycznych.
Podczas sprawdzania obecności napięcia przed rozpoczęciem prac pod napięciem i po odłączeniu napięcia należy zastosować przyrządy pomiarowe i sprzęt, które jako minimum powinny:
→ mieć zakres pomiarowy napięcia odpowiedni do warunków wykonywanych prac;
→ uwzględniać warunki otoczenia;
→ mieć prawidłową kategorię pomiarową CAT: I, II, II lub IV;
→ obejmować testery ciągłości obwodu;
→ obejmować mierniki/testery rezystancji izolacji.
Wszystkie przyrządy pomiarowe/testowe mają instrukcje obsługi podane przez ich producentów. Ponadto przyrządy te muszą posiadać certyfikaty bezpieczeństwa i znak niezależnego laboratorium certyfikującego, takiego jak UL, CSA, ETL czy TÜV.
Czasami w trakcie prowadzenia czynności diagnostycznych jedynym zabezpieczeniem elektryka przed nieoczekiwanym impulsem przepięciowym jest tylko jego miernik i przewody pomiarowe. Jeśli pracownik ten użyje nieprawidłowo dobranego miernika do pomiarów napięcia, naraża siebie i innych. Tak więc przed wykonaniem jakiegokolwiek testu należy się upewnić, że dokonano prawidłowego wyboru przyrządu pomiarowego.
Ponadto, aby zminimalizować zagrożenie, każdy pracujący przy instalacjach i urządzeniach elektrycznych powinien być wyposażony w odpowiednie środki ochrony indywidualnej. Niezbędne jest zastosowanie rękawic elektroizolacyjnych o odpowiednich parametrach izolacyjnych, a także okularów ochronnych.
Organizacje certyfikujące na świecie
UL – Underwriters Laboratories, organizacja z siedzibą główną w USA, wykonująca testy laboratoryjne. Wśród jej wielu standardów bezpieczeństwa elektrycznego znajduje się UL 50, która dotyczy obudów sprzętu elektrycznego.
CSA – Canadian Standard Association (Kanadyjskie Stowarzyszenie ds. Standardów). Wykonuje testy i świadczy usługi certyfikacyjne produktów elektrycznych, mechanicznych, hydraulicznych, gazowych i in.
CE – skrót francuskiej nazwy Conformité Européenne – znak bezpieczeństwa umieszczany na produktach, które spełniają wymagania zgodności z normami w Europejskiej Strefie Ekonomicznej.
ETL – północnoamerykańskie laboratorium testowe, które bada zgodność produktów z normami UL. Traktowane jest przez OSHA (Occupational Safety and Health Administration – amerykańską agencję bezpieczeństwa i zdrowia w pracy), jako tzw. uznane krajowe laboratorium testowe (Nationally Recognized Testing Laboratory).
TÜV – TÜV Rheinland z siedzibą główną w Niemczech. Wykonuje testy podzespołów i systemów elektrycznych, elektronicznych oraz programowalnych elektronicznych, które są wykorzystywane w aplikacjach związanych z bezpieczeństwem.
Zastosowanie elektrycznych przyrządów pomiarowych i testowych
Z powodu potencjalnych zagrożeń elektrycznych związanych z użyciem elektrycznych przyrządów pomiarowych i testowych takie czynności, jak testowanie, naprawy sprzętu i pomiary napięcia podczas prac w strefie ograniczonego dostępu, w której znajdują się nieizolowane elementy przewodzące pod napięciem lub elementy instalacji pracujące pod napięciem 50 V lub wyższym, albo gdzie mogą istnieć jakiekolwiek inne zagrożenia ze strony prądu elektrycznego, mogą być wykonywane tylko przez wykwalifikowane osoby.
Należy pamiętać o poniższych wymaganiach, które dotyczą przyrządów i sprzętu pomiarowego/testowego oraz ich dodatkowego wyposażenia: przewodów i kabli pomiarowych, kabli zasilających, sond pomiarowych i elementów połączeniowych:
→ ich parametry znamionowe muszą być odpowiednie dla instalacji i sprzętu, w których wykonuje się pomiary;
→ muszą być zaprojektowane do pracy w warunkach, w których będą używane, i do celu, w jakim będą używane;
→ przed każdym użyciem muszą być naocznie sprawdzone pod kątem defektów i uszkodzeń zewnętrznych. Jeśli zostanie stwierdzony jakiś defekt lub ślad uszkodzenia, który mógłby narazić pracownika na zranienie, wadliwy lub uszkodzony element powinien być wycofany z użycia.
Gdy przyrządy testowe są używane do sprawdzania nieobecności napięcia na przewodach lub elementach obwodów o napięciu roboczym 50 V lub wyższym, to:
→ działanie przyrządu pomiarowego czy testowego musi być sprawdzone przed wykonaniem testu nieobecności napięcia, przy użyciu źródła znanego napięcia;
→ test nieobecności napięcia należy wykonać na odłączonym od zasilania elemencie przewodzącym lub obwodzie elektrycznym. Odczyt wartości zerowej może oznaczać, że podczas testu nie ma napięcia lub przyrząd pomiarowy/testowy jest uszkodzony;
→ po wykonaniu testu nieobecności napięcia jego wynik musi być potwierdzony przy użyciu źródła znanego napięcia.
Ta weryfikacja zasadniczo odnosi się do elementów przewodzących lub elementów obwodów elektrycznych pracujących pod napięciem 50 V lub wyższym. Jednak w pewnych warunkach (takich jak elementy mokre lub zanurzone w wodzie) nawet obwody pracujące pod napięciem poniżej 50 V mogą stwarzać zagrożenie porażeniem prądem.
Bezpieczeństwo w pracy elektryka
Podczas wykonywania prac elektrycznych należy przestrzegać kilku podstawowych zasad:
▪️ używać miernika, który spełnia wymagania norm i który jest dobrany do warunków otoczenia, w jakim będzie używany;
▪️ używać miernika posiadającego bezpieczniki w obwodach prądowych i upewnić się, że bezpieczniki te zostały sprawdzone przed wykonaniem pomiarów prądów;
▪️ sprawdzić przewody pomiarowe pod kątem uszkodzeń fizycznych przed wykonaniem pomiarów;
▪️ sprawdzić ciągłość przewodów pomiarowych za pomocą używanego miernika;
▪️ używać tylko takich przewodów pomiarowych, które mają wtyki w osłonie i sondy z pierścieniami zapobiegającymi ześlizgnięciu się palców;
▪️ używać tylko mierników z gniazdami przyłączeniowymi znajdującymi się poniżej powierzchni przyrządu;
▪️ wybrać prawidłową wielkość i zakres pomiarowy miernika, stosownie do wykonywanych pomiarów;
▪️ upewnić się, że miernik jest w dobrym stanie technicznym;
▪️ przestrzegać wszystkich procedur bezpieczeństwa sprzętu;
▪️ zawsze odłączać jako pierwszy „gorący” (czerwony) przewód pomiarowy;
▪️ nie pracować w pojedynkę;
▪️ używać miernika, który ma zabezpieczenie nadprądowe obwodu do pomiarów rezystancji;
▪️ podczas pomiarów prądów bez użycia miernika cęgowego należy wyłączyć zasilanie przed podłączeniem miernika do obwodu;
▪️ być świadomym zagrożeń stwarzanych przed duże prądy i wysokie napięcia oraz używać odpowiedniego sprzętu, takiego jak sondy wysokonapięciowe i cęgi do pomiarów dużych prądów.
Podsumowanie
Z powodu istnienia zagrożeń elektrycznych związanych z wykonywaniem prac pod napięciem takie zadania, jak testowanie, naprawy sprzętu oraz pomiary napięcia mogą być wykonywane tylko przez wykwalifikowany personel. Podczas prowadzenia tych prac muszą być używane wszystkie wymagane środki ochrony indywidualnej. Przyrządy pomiarowe i testowe muszą mieć parametry znamionowe właściwe dla warunków wykonywania prac. Podczas wyboru testerów napięcia musi być wzięta pod uwagę ich kategoria pomiarowa CAT, dobrana do najwyższych poziomów zagrożeń przepięciami.
Gdy przyrządy testowe są używane do sprawdzenia nieobecności napięcia przed wykonaniem prac przy odłączonym zasilaniu na elementach przewodzących lub obwodach pracujących pod napięciem 50 V lub wyższym, prawidłowe działanie przyrządu pomiarowego i testowego musi być potwierdzone za pomocą źródła znanego napięcia przed wykonaniem testu nieobecności napięcia i po nim.
Inż. Dennis K. Neitzel jest szkoleniowcem w Instytucie Szkoleniowym AVO.
