Czy chcąc wykonać profesjonalne pomiary różnego rodzaju instalacji elektrycznych należy skorzystać z pierwszego lepszego multimetru? Absolutnie nie! Można tu się posłużyć przykładem z życia dotyczącego kasków. Wszystkie kaski służą do ochrony głowy użytkownika, lecz ich struktura, wygląd oraz główne punkty ochrony są diametralnie inne. Kask służący do wspinaczki ma za zadanie ochronę głowy przed małymi kamykami lub innymi spadającymi przedmiotami. Kask rowerowy chroni głowę przed uderzeniem w beton lub maskę samochodu. Podobnie sprawa wygląda w przypadku multimetrów, które są przystosowywane do różnych poziomów ochrony przed zagrożeniami związanymi z napięciem elektrycznym. W celu zagwarantowania bezpieczeństwa własnego oraz osób znajdujących się w pobliżu, konieczne jest wybranie do pomiarów multimetru, którego stopień ochrony jest odpowiedni do zagrożeń w miejscu wykonywania pomiarów.

Niebezpieczeństwa związane z elektrycznością 

Elektryczność jest obecnie elementem niemal każdej czynności wykonywanej w życiu większości ludzi zarówno w domu jak i w pracy. Budzik, piekarnik, ogrzewacz wody - każdego dnia mamy do czynienia z wieloma urządzeniami zasilanymi energią elektryczną. Paradoksalnie elektryczność otacza nas na każdym kroku i jesteśmy do niej przyzwyczajeni ale wciąż wiele osób zapomina, że może ona nieść za sobą także poważne niebezpieczeństwo. Inżynierowie, elektrycy, elektronicy, którzy na co dzień pracują w bardzo bliskim otoczeniu obiektów będących pod napięciem elektrycznym, są narażeni na wyższe ryzyko porażenia, niż przykładowo pracownicy biurowi - używający bezpiecznych urządzeń wyposażonych w podwójną izolację. Z tego też powodu urządzenia pomiarowe muszą posiadać stopień ochrony odpowiednio dobrany do badanego obiektu.

Sieć zasilająca

Elektryczność jest niewidoczna. Nie możemy jej dostrzec i z tego powodu często jesteśmy nieświadomi jej obecności w naszym otoczeniu. Dlatego też jesteśmy narażeni na dotknięcie elementu będącego pod napięciem, co z kolei wskutek przepływu przez nasze ciało prądu elektrycznego może skutkować uszczerbkiem na zdrowiu lub nawet utratą życia. Aby uniknąć niebezpieczeństwa przy wykonywaniu pomiarów należy wziąć pod uwagę 3 podstawowe czynniki i na ich podstawie dobrać odpowiedni multimetr.. Pierwszym z nich jest znamionowe napięcie zasilania obwodu. Z racji tego, że urządzenia mogą być zasilane z sieci o różnych poziomach napięć, należy wybrać multimetr o zakresie wyższym niż najwyższe napięcie znamionowe obwodów, które mamy zamiar mierzyć. Należy brać także pod uwagę stany nieustalone, które mogą wystąpić w danym obwodzie. Od czasu do czasu można usłyszeć o wypadku spowodowanym pojawieniem się przepięcia w badanej instalacji elektrycznej.

Skąd więc biorą się przepięcia w instalacji elektrycznej?

Przepięcia mogą pojawić się z dwóch powodów. Pierwsza grupa to przepięcia naturalne takie jak uderzenie pioruna na zewnątrz budynku. Drugą grupę stanowią przepięcia spowodowane operacjami przełączania obciążeń w sieci zasilającej. Przełączanie takie obejmuje operacje na transformatorach, silnikach, dużych induktancjach czy rezystancjach. Dodatkowo przepięcia mogą być powodowane poprzez zadziałanie zabezpieczeń a więc awaryjne odłączenie dużych obciążeń.

Amplitudy przepięć mogą sięgać od kilku set woltów do nawet kilku kilowoltów. Te pojawiające się raz na jakiś czas przepięcia mogą trwać od 50 do 200 mikrosekund. Jeśli multimetr nie posiada odpowiedniej ochrony przed tego typu przepięciami, może dojść do sekwencji zdarzeń, których efekt może być bardzo niebezpieczny dla użytkownika (może spowodować uszczerbek na zdrowiu lub w szczególnych przypadkach nawet śmierć). Oprócz odporności na przepięcia - kolejnym ważnym czynnikiem charakteryzującym bezpieczeństwo obsługi multimetru, który należy wziąć pod uwagę jest moc znamionowa badanego obwodu. W obwodach z większą mocą znamionową, w przypadku zwarcia popłynie większy prąd zwarciowy niż w przypadku obwodu o niższej mocy. Dlatego też wykonywanie pomiarów na obwodach dużych mocy jest bardziej niebezpieczne. Wartość prądu zwarciowego, który może popłynąć w danym miejscu obwodu zależy od trzech rzeczy: napięcia znamionowego, impedancji linii zasilającej oraz charakterystyk bezpiecznika lub wyłącznika nadprądowego zainstalowanego w tym obwodzie. Im bliżej źródła zasilania tym niższa jest impedancja linii zasilającej czyli prąd zwarciowy może być wyższy co wymusza zastosowanie dodatkowych środków ochrony. Kategorie pomiarowe Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) rozróżniła trzy kategorie pomiarowe dla obwodów zasilających. Im wyższy numer kategorii tym większe niebezpieczeństwo związane z możliwością wystąpienia przepięć w obwodzie. Są to kategorie: Kategoria II, Kategoria III oraz Kategoria IV (odpowiednio - Category II, Category III, oraz Category IV.

Aktualnie obowiązujący zestaw norm przewiduje również kategorię I ale nie ma ona zastosowania do obwodów zasilających. W kolejnych wersjach normy IEC 61010, takie oprzyrządowanie będzie raczej oznaczane jako nieskategoryzowane niż jako Kategoria I.

Kategorie pomiarowe - co oznaczają dla użytkownika?

W obecnej edycji normy IEC 61010, kategorie pomiarowe określają maksymalną amplitudę przepięć, które mogą pojawiać się w napięciu zasilającym. Wartości tych przepięć są pokazane w tabeli poniżej.

Wszyscy producenci multimetrów cyfrowych są zobowiązani do umieszczania na swoich wyrobach informacji o kategorii pomiarowej, którą spełnia danych produkt (CAT II, CAT III, or CAT IV). Takie oznaczenie jest podstawą dla użytkownika do określenia wartości maksymalnego przepięcia, które miernik jest w stanie bezpiecznie wytrzymać. Większość multimetrów posiada odpowiednie oznaczenia tuż nad złączami pomiarowymi. Niektórzy producenci (wraz z firmą Keysight) oznaczają dwie różne kategorie pomiarowe. Jak można zobaczyć w powyższej tabeli, oznaczenie CAT III dla 1000 V reprezentuje taką samą wytrzymałość przepięciową jak oznaczenie CAT IV dla 600 V. Dlatego też w praktyce oznacza się multimetr kombinacją dwóch kategorii.

Informacja o odporności na występowanie przepięć sama w sobie nie jest wystarczająca do zapewnienia bezpieczeństwa - należy z niej bezwzględnie skorzystać przy doborze odpowiedniego multimetru. W kolejnych wersjach norm dotyczących bezpieczeństwa multimetrów będą one musiały wytrzymywać także stabilne wzrosty napięcia.

Niebezpieczeństwo związane z łukiem elektrycznym

Wyobraźmy sobie sytuację, gdy wraz z naszym asystentem wykonujemy pomiary w rozdzielnicy głównej budynku. Zakończyliśmy pomiar prądu i chcemy zmierzyć napięcie w wybranym obwodzie. Asystent trzyma multimetr oraz przełącza funkcję pomiarową z prądu na napięcie, lecz zapomina przełożyć w odpowiednie gniazda końcówek przewodów pomiarowych.

Po dotknięciu przewodami do źródła napięcia następuje zwarcie obwodu poprzez rezystor o niskiej rezystancji wewnątrz multimetru. Przez przewody pomiarowe oraz multimetr zaczyna płynąć prąd zwarciowy o bardzo dużej wartości. Jeśli prace te są wykonywane przy niskiej impedancji obwodu, prąd zwarciowy może osiągnąć wartość nawet kilku tysięcy amperów. Przewody pomiarowe oraz przyrząd nie są przystosowane do wytrzymywania prądu o tak dużym natężeniu. Prawdopodobnie przepalenie przewodu lub ścieżki w multimetrze spowoduje przerwę w obwodzie. Kiedy to się stanie w okolicy uszkodzonego fragmentu obwodu dojdzie do zapłonu łuku elektrycznego. Jeśli nie zostanie on odpowiednio szybko ugaszony dojdzie do gwałtownego wzrostu temperatury, co może spowodować poparzenie użytkownika, co w skrajnych przypadkach może skutkować nawet jego śmiercią!

Należy pamiętać, że warunki w których wykonuje się pomiary według kategorii CAT III oraz CAT IV mogą być na tyle niebezpieczne, że lokalne władze mogą wymagać noszenia podczas ich wykonywania odzieży ochronnej (kamizelek ognioodpornych, rękawic izolacyjnych, osłon twarzy, izolowanych narzędzi). Firma Keysight zaleca sprawdzenie przepisów obowiązujących w tym aspekcie w swoim obszarze pracy.

Bezpieczniki o zdolności przerywania dużych prądów zwarciowych

Producenci wysokiej jakości multimetrów wyposażają produkowane przez siebie przyrządy w specjalny bezpiecznik, który w razie występowania prądu zwarciowego zapewni bezpieczeństwo użytkownikowi. Ma on za zadanie przerwanie obwodu, w którym płynie bardzo duży prąd zwarciowy, na tyle szybko, aby zminimalizować skutki związane z wystąpieniem zwarcia.

Wiele multimetrów niższej klasy jest wyposażonych w zwykłe, małe bezpieczniki szklane, które nie zawsze są w stanie szybko, skutecznie i przede wszystkim bezpiecznie przerwać obwód, w którym wystąpiło zwarcie. W przypadku najtańszych mierników na rynku - często nie mają one żadnego zabezpieczenia przeciwzwarciowego. W takim przypadku pomyłka osoby wykonującej pomiary może nieść za sobą bardzo poważne skutki.

Dzisiejsze normy dotyczące wymagań bezpieczeństwa multimetrów nie obligują producentów do montażu specjalnych bezpieczników lecz statystyki dotyczące wypadków sugerują, że powinny być stosowane w każdym multimetrze. Dla własnego bezpieczeństwa zalecany jest wybór multimetrów z takim zabezpieczeniem badanego obwodu.

Charakterystyka bezpieczników o zdolności przerywania dużych prądów zwarciowych

Certyfikaty bezpieczeństwa

Kwestia certyfikatów bezpieczeństwa, które posiada dany model miernika jest kluczowa dla oceny jego jakości. Oznaczenia certyfikatów znajdujące się na danym multimetrze pozwalają upewnić się użytkownikowi, że używa on sprzętu, który został przebadany pod kątem bezpieczeństwa przez niezależne ośrodki badawcze.
Odpowiedzialni producenci multimetrów przenośnych tacy jak firma Keysight - chcąc zapewnić swoich użytkowników o wysokiej jakości i bezpieczeństwie swoich wyrobów certyfikuje swoje przyrządy w niezależnych instytucjach eksperckich takich jak CSA (Canadian Standard Association). Nie mniej jednak te instytucje nie decydują o dopuszczeniu lub niedopuszczeniu produktów do obrotu. Proces certyfikacji ma na celu dopasowanie produktu do najostrzejszych wymagań odpowiednich norm bezpieczeństwa. Przed zakupem nowego multimetru wskazane jest zapoznanie się z oznaczeniami certyfikatów bezpieczeństwa. Multimetry mogą być oznaczane odpowiednimi symbolami wyłącznie kiedy spełniają wszystkie wymagania dotyczące bezpieczeństwa zgodnie z normami stosowanymi w danych instytucjach certyfikujących. Oznaczenie takie najczęściej znajduje się na tylnej obudowie multimetru oraz ewentualnie akcesoriach pomiarowych.

Oznaczenie CE

Oznaczenie CE oznacza zgodność produktu z wymaganiami Unii Europejskiej (z franc. “Conformité Européene”). Oznaczenie CE nie określa pochodzenia ani jakości oznaczonych nim produktów.

Znak CE na obudowie produktu symbolizuje zgodność produktu z wszystkimi wymaganiami Unii Europejskiej dot. bezpieczeństwa, zdrowa oraz ochrony środowiska i jego obecność jest wymagana na wszystkich urządzeniach dopuszczonych do obrotu na terenie Unii Europejskiej.

Producenci mają możliwość certyfikowania produktów we własnym zakresie - muszą spełnić wymagania norm, wystawić własną deklarację zgodności oraz oznaczyć produkt znacznikiem “CE.” Oznacza to, że znak CE nie jest gwarantem jakości produktu oraz nie świadczy o przebadaniu tego produktu przez niezależnych ekspertów.

W deklaracji zgodności, producent przedstawia listę norm w oparciu o które został wykonany dany przyrząd. Dla multimetrów podstawową normą odniesienia dotyczącą bezpieczeństwa jest norma PN-EN 61010-1.

Dla własnego bezpieczeństwa zaleca się kupno multimetrów, które oprócz znaku CE posiadają również certyfikat bezpieczeństwa wystawiony przez niezależny instytut badawczy.

Podsumowanie

Podczas wykonywania pomiarów obiektów elektrycznych bezpieczeństwo powinno być zawsze najważniejsze. Wykonując pomiary nie można iść na żaden kompromis, którego rezultatem może być obniżenie bezpieczeństwa. Aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo należy wybierać multimetr z zakresem napięciowym wyższym od maksymalnego spodziewanego napięcia w danym obiekcie. Należy pamiętać o dobraniu odpowiedniego rodzaju kategorii pomiarowej. Aby uchronić się przez ryzykiem porażenia należy wybrać multimetr z bezpiecznikiem posiadającym możliwość przerywania dużych prądów zwarciowych. Należy również pamiętać czy multimetr posiada certyfikat świadczący o przebadaniu go pod kątem bezpieczeństwa przez niezależny instytut badawczy (należy zwrócić również uwagę na bezpieczeństwo akcesoriów będących wyposażeniem standardowym lub opcjonalnym multimetru).