ایمنی در دستگاه‌های اندازه‌گیری الکتریکی

انتخاب یک دستگاه اندازه‌گیری مناسب، شبیه به انتخاب یک کلاه ایمنی برای موتورسواری است. برای این کار باید به نکات ایمنی، محیط استفاده و مفهوم علائم درج شده روی دستگاه‌ها توجه کرد. شما به‌عنوان یک متخصص برق باید پاسخ این سوال‌ها را بدانید:


در ادامه تمام تعاریف و علائم ایمنی و مهم درج شده روی لوازم اندازه‌گیری به‌صورت کامل بررسی خواهد شد. در تصویر نیز برخی از این علائم را مشاهده می کنید.

                                                 

  ولتاژ گذرا چیست؟

ولتاژ گذرا (High-Voltage Spike or Transient)، تغییر شدید ولتاژ در یک زمان بسیار کوتاه است. میزان ولتاژ ممکن است در این تغییرات تا چند هزار ولت برسد اما زمان آن بسیار کوتاه و در حد میکروثانیه است. از آن‌جایی که شبکه‌های توزیع الکتریکی و بارها پیچیده شده‌اند؛ احتمال رخ دادن اضافه ولتاژهای گذرا نیز افزایش یافته است.
موتورها؛ خازن‌ها؛ مبدل‌های توان مانند درایوها و … می‌توانند منبع تولید اضافه ولتاژهای گذرا باشند. برخورد صاعقه با خطوط هوایی نیز می‌تواند باعث ایجاد ولتاژهای گذرای بسیار شدیدی شود.
                                                                         


مقدار اضافه ولتاژهای گذرا در انواع مدارهای فشار ضعیف ممکن است تا چند هزار ولت برسد. در هر لحظه از اندازه‌گیری الکتریکی ممکن است این اضافه ولتاژها رخ دهند. اضافه ولتاژ یک خطای غیر قابل دیدن و فوق‌العاده خطرناک است. برای ایمنی حین اندازه‌گیری، شما به یک حاشیه‌ی امن ولتاژ در دستگاه اندازه‌گیری خود نیاز دارید. این حاشیه با انتخاب رنج ولتاژ بیشتر روی دستگاه ایجاد نمی‌شود. در واقع این‌که حداکثر مقدار ولتاژی که یک دستگاه می‌تواند اندازه بگیرد، بیان‌کننده‌ی استقامت آن در برابر اضافه ولتاژهای گذرا نیست.

در حفاظت مدار داخلی دستگاه اندازه‌گیری، تنها مسئله، مقدار ماکزیمم ولتاژ در حالت پایدار نیست. نکته‌ی مهم ‌ترکیب مقدار ولتاژ در حالت دائم و مقدار آن در حالت‌های گذرا می‌باشد. حفاظت در برابر ولتاژ گذرا امری حیاتی ست. وقتی ولتاژهای گذرا به مدارهای قدرت می‌رسند، می‌توانند بسیار خطرناک‌تر باشند چون این مدارها دارای جریان‌های بالایی هستند. اگر ولتاژ گذرا در مدارهای قدرت باعث ایجاد آرک شود؛ جریان بالا می‌تواند باعث تداوم آن شود. آرک نوعی انفجار است که باعث ایجاد پلاسما و هادی شدن هوای اطراف محل خطا می‌شود. صدمات ناشی از وقوع آرک بسیار خطرناک است.

حالا که شما می‌دانید در مدارهای قدرت چه اتفاقاتی رخ می‌دهد، باید به دنبال چه نوع دستگاهی باشید؟ برای حفاظت در برابر ولتاژهای گذرا حین اندازه‌گیری؛ دستگاه شما باید دارای شرایط خاصی باشد. توسط استاندارد IEC مقدار و محدوده‌های خاصی برای انواع دستگاه‌های اندازه‌گیری و تست تعریف شده است که در ادامه بررسی می‌شوند.


ممکن است در مورد گروه‌بندی‌ها سوال هایی مطرح شود. به‌عنوان‌مثال این‌که اغلب تاسیسات الکتریکی دسته‌بندی شده دارای یک سطح ولتاژ هستند، پس چرا گروه‌های آن‌ها متفاوت است؟ شبکه هوایی مقابل منزل همان ولتاژی را دارد که در تابلوی توزیع وجود دارد؛ پس چرا شبکه‌های بیرونی دارای گروه IV هستند و شبکه‌های داخلی III؟

پاسخ این است که شبکه‌ها و هادی‌های هوایی بیرون از ساختمان در معرض ولتاژهای گذرای بیشتر و شدیدتری هستند. به‌عنوان‌مثال برخورد صاعقه برای تاسیسات بیرون از منزل خیلی بیشتر رخ می‌دهد. در مورد شبکه‌های زمینی یا کابل‌ها نیز به همین صورت است. شاید آن‌ها به‌صورت مستقیم مورد اصابت صاعقه قرار نگیرند اما برخورد صاعقه در نزدیکی آن‌ها باعث ایجاد ولتاژهای گذرا می‌شود. صاعقه یک میدان قوی الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند که روی کابل‌ها بسیار موثر است.

سوال دیگر این است که آیا در گروه‌های I و II هیچ خطری وجود ندارد؟ در گروه‌های I و II احتمال بروز آرک و ولتاژهای گذرا کم است اما خطر ایجاد شوک الکتریکی وجود دارد. پس گروه‌های پائین به معنی ایمن بودن مدار به‌صورت کامل نیستند. در واقع گروه‌های ایمنی بر اساس سطح ولتاژ نیستند. آن‌ها بر موقعیت استفاده از دستگاه و میزان خطرهای موجود تدوین شده‌اند.

در این قسمت یکی از خطرناک‌ترین اتفاق‌هایی که ممکن است حین اندازه‌گیری رخ دهد را بررسی می‌کنیم. فرض بر این است که یک متخصص برق با یک مولتی متر در حال اندازه‌گیری کمیت‌های الکتریکی روی یک موتور سه فاز و در حال کار می‌باشد. در این مثال او از یک مولتی متر با گروه مناسب استفاده نمی‌کند. موقعیت کاری او نیاز به دستگاه اندازه‌گیری گروه III یا IV دارد تا این حادثه رخ ندهد.

                                                                          

تمام این مراحل در کسری از ثانیه اتفاق میفتند:

فیوز داخلی در لوازم اندازه‌گیری:

ولتاژ گذرا تنها عامل ایجاد قوس الکتریکی نیست. یک مولتی متر قابل حمل نیز می‌تواند در صورت بهره‌برداری اشتباه، اتصال کوتاه و قوس الکتریکی ایجاد کند. فرض کنیم که یک متخصص برق می‌خواهد از مولتی متر جهت اندازه‌گیری ولتاژ استفاده کند. یک مولتی متر معمولی دارای ترمنیال‌های مشترک، ولتاژ، میلی‌آمپر و آمپر است. مقاومت بین ترمینال مشترک با ورودی ولتاژ چیزی حدود ۱۰ مگا اهم می‌باشد. (ممکن است با توجه به سازنده و رنج ولتاژی این مقدار متفاوت باشد اما به صورت کلی مقاومت داخلی یک ولت‌متر بی‌نهایت و شبیه مدار باز فرض می‌شود.) این مقدار مقاومت بین ترمنیال مشترک و آمپر بسیار ناچیز و در حدود ۰٫۰۱ اهم می‌باشد. (مقاومت داخلی آمپرمتر بسیار ناچیز و در حد صفر می‌باشد.) حال اگر طبق تصویر زیر، به‌صورت اشتباه پراپ‌ها در ترمینال‌های جریان بوده و آن‌ها را به یک منبع ولتاژ متصل کنیم چه اتفاقی رخ می‌دهد؟

                                                                            

توجه کنید که میزان مقاومت بین ورودی مشترک و آمپر در حد صفر می‌باشد. این به معنی وجود یک اتصال کوتاه بین دو ترمینال است. این اتصال به موقعیت سلکتور مولتی متر ارتباطی ندارد. با اتصال پراپ‌ها به منبع ولتاژ یک اتصال کوتاه مستقیم رخ داده و یک آرک ایجاد می‌شود. ایجاد این آرک می‌تواند باعث بروز حوادث بیشتر شود.  به همین علت در مولتی‌مترها بین ترمینال‌های مشترک و آمپر یک فیوز با قدرت قطع بالا قرار داده می‌شود. نکته‌ی قابل توجه این است که اگر به هر علتی این فیوز بسوزد، باید آن را با نمونه‌ی استاندارد جایگزین کنید.