Nadmořská výška: Proč je to důležité

Práce s elektřinou je nebezpečná, proto je důležité bezpečnostní vybavení, včetně oděvů, rukavic, bot atd., které chrání elektrikáře před potenciálními nehodami. Méně zřejmým bezpečnostním faktorem je konstrukce každého testovacího zařízení, které je používáno při údržbě elektrického systému.

Norma IEC 61010 (International Electrotechnical Commission) pokrývá bezpečnostní požadavky na elektrická zařízení pro měření, řízení a laboratorní použití. Zahrnuje také požadavky na testování a měření obvodů a na přístroje.

Kategorie měření (CAT) přístroje vám říká pro jakou část systému byl přístroj navržen, aby jeho používání bylo bezpečné. Čím vyšší kategorie je, tím větší je povrchová a vzdušná vzdálenost. Často přehlíženým faktorem je nadmořská výška, ve které má být testování prováděno. Testování na úrovni mořské hladiny není stejné jako testování na horách. Tento dokument obsahuje podrobné informace ohledně bezpečnostním dopadům vyšších nadmořských výšek.

Vzdušná vzdálenost

Vzdušná vzdálenost znamená nejkratší vzdálenost vzduchem mezi dvěma vodivými díly, která poskytuje dostatečnou izolaci. Liší se od povrchové vzdálenosti, což je nejkratší vzdálenost po povrchu izolačního materiálu. Vzdušná vzdálenost může být stejná jako povrchová vzdálenost, ale nikdy nemůže být delší.

Udržování správné vzdušné vzdálenosti je kriticky důležitou součástí návrhu desky plošných spojů (PCB). Rozvržení desky plošných spojů a součástí musí zahrnovat dostatečné bezpečnostní vzdálenosti k prevenci vysokonapěťových oblouků nebo elektrických průrazů mezi vodiči a elektrickými součástmi, a na ochranu zařízení a uživatele.

Hustota a izolační síla vzduchu je velmi dobrá na úrovni hladiny moře, což znamená, že požadovaná vzdušná vzdálenost pro konkrétní kategorii měření CAT je minimalizovaná. Izolační síla vzduchu se bohužel se změnou nadmořské výšky mění.

Paschen’s Law

Paschenův zákon, pojmenovaný po německém fyzikovi Friedrichu Paschenovi, je rovnice, která udává napětí nezbytné ke spuštění elektrického oblouku mezi dvěma elektrodami v plynu jako funkci tlaku plynu a vzdálenosti mezi elektrodami. Pro daný plyn je napětí funkcí pouze tlaku a délky mezery. Při poklesu tlaku klesá i elektrické průrazové napětí pro pevnou mezeru. Za těchto podmínek musí být mezera k udržení pevného elektrického průrazového napětí širší. Tento zákon je důležitý při navrhování přístrojů, protože vzduch je plyn.

Vliv nadmořské výšky

Vzduch se při navrhování elektrických zařízení používá jako elektrické izolační médium. Atmosférický tlak může být definován jako celková hmotnost vzduchu nad plochou jednotky v dané nadmořské výšce. Hustota a průrazová pevnost vzduchu jsou velmi dobré na úrovni hladiny moře. Při vyšší nadmořské výšce se vzduch stává řidší a jeho izolační pevnost proto klesá. Při zvyšování nadmořské výšky také klesá množství vzduchu nad jednotkou plochy. Atmosférický tlak se snižuje se zvyšující se nadmořskou výškou, což snižuje pevnost (izolačního) dielektrika vzduchu.

Při nižším tlaku vzduchu je tak méně izolace mezi elektrickými vodiči, což vede k vyšší šanci na vznik elektrického oblouku. Snížený tlak způsobuje snadnější elektrický průraz vzduchu, vedoucí k ionizaci, která způsobuje, že snadněji vede elektřinu.

Následující graf od The Engineering ToolBox (www.EngineeringToolBox.com) ukazuje změnu atmosférického tlaku se zvyšující se nadmořskou výškou:

Požadovaná vzdušná vzdálenost k zajištění bezpečnosti se zvětšuje se zvyšující se nadmořskou výškou, protože se snižují izolační vlastnosti vzduchu. Následující tabulka (převzatá z normy IEC 62368-1, tabulka 22) ukazuje multiplikační faktor pro vzdušnou vzdálenost na základě nadmořské výšky.

Předpokládaná pracovní nadmořská výška je tak jedním z předpokladů při navrhování (a také při nákupu) elektrického testovacího zařízení. Norma IEC 61010-1:2001 specifikuje provoz v nadmořské výšce pod 2000 metrů. Přístroj s konkrétní kategorií měření CAT ve výšce 2000 metrů nebo níže nemusí splňovat požadavky této kategorie měření CAT ve výšce 3000 metrů nebo výše.

Závěr

Pochopení prostředí, ve kterém má být testovací zařízení používáno, je kriticky důležité při výběru přístroje, který má zajistit vaši bezpečnost. Pojmy pracovní nadmořská výška nebo výška se neliší. Většina povrchu světa se nachází ve výšce pod 2000 metrů, ale stále existuje významný počet lidí, kteří pracují s elektřinou nad touto výškou; oblast La Paz v Bolívii má průměrnou výšku 3689 metrů, důl na měď Escondida v Chile (největší světový důl na měď) leží ve výšce 3010 metrů a důl na měď Antamina v Peru dokonce ve výšce 4200 metrů. Níže je několik příkladů. Většina lyžařských středisek už ze své povahy leží ve výšce nad 2000 metrů.

Je proto pro vás jako uživatele elektrických testovacích zařízení důležité, abyste zkontrolovali nadmořskou výšku spojenou s kategorií měření CAT. Pamatujte, že standardní výška je 2000 metrů. Pokud má být testovací přístroj používán ve vyšší nadmořské výšce, musíte zvážit její vliv na požadované vzdušné vzdálenosti.