Kategoria pomiarowa (CAT): Dlaczego ma to znaczenie

Codzienna praca przy urządzeniach elektrycznych jest niebezpieczna. Środki ochrony, takie jak odpowiednia odzież, rękawice, buty itp., mają kluczowe znaczenie dla ochrony elektryków przed potencjalnymi wypadkami. Mniej oczywistym środkiem ostrożności jest odpowiednia konstrukcja każdego sprzętu testowego używanego do konserwacji układów elektrycznych.

Norma Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) 61010 obejmuje wymagania bezpieczeństwa dotyczące elektrycznych przyrządów pomiarowych, automatyki i urządzeń laboratoryjnych. Zawiera wymagania dotyczące testowania i pomiaru obwodów oraz przyrządów.

Kluczowym aspektem normy jest zapewnienie ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym w warunkach normalnych i w warunkach pojedynczych usterek (zwarcia, przerwy w obwodzie, usterki uziemienia, przeciążenia itp.). Miejsce użytkowania przyrządu odgrywa ważną rolę w określaniu wymaganego poziomu ochrony. Niniejszy dokument zawiera informacje dotyczące kategorii pomiarowej (CAT) oraz jej kluczowej roli w projektowaniu przyrządów i wyborze użytkownika.

Wprowadzenie

Przepięciowe stany nieustalone na liniach energetycznych mogą spowodować uszkodzenie podłączonych urządzeń, co dalej może prowadzić do awarii, które mogą stanowić zagrożenie dla użytkowników. Podczas gdy duże stany nieustalone, takie jak te spowodowane uderzeniami pioruna, są rzadkie, umiarkowane przepięcia (1,5–2,0 razy większe od napięcia znamionowego, a niekiedy do 4,0 razy) występują regularnie z powodu przełączania obciążeń w systemie dystrybucji. Jeśli operator nie używa przyrządu o odpowiedniej kategorii, może doprowadzić to do obrażeń ciała i śmierci.

Dwa słowa kluczowe dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego to „upływ” i „odstęp” Upływ to najkrótsza odległość pomiędzy dwoma punktami o różnym potencjale elektrycznym wzdłuż powierzchni materiału izolacyjnego. Odstęp to najkrótsza odległość w powietrzu pomiędzy dwiema częściami przewodzącymi. Części przewodzące o znacznej różnicy napięć muszą znajdować się w bezpiecznej odległości względem siebie, w przeciwnym razie może wystąpić usterka powodująca łuk elektryczny. Usterki powodujące łuk elektryczny prowadzą do uszkodzeń obwodów, przegrzania, a nawet pożaru. Co najważniejsze, powodują one zagrożenie porażeniem użytkownika prądem elektrycznym, zwłaszcza w przypadku przyrządów ręcznych.

Bezpieczna odległość zależy od miejsca w systemie zasilania, gdzie przyrząd jest używany.

Kategoria pomiarowa (CAT)

Kategoria pomiarowa to sposób klasyfikacji końcówek sprzętu testowego i pomiarowego na podstawie typu obwodu zasilania, do którego będą podłączone. Kategorie pomiarowe uwzględniają szczytowe przepięcia przejściowe, poziomy prądu zwarciowego, lokalizację w instalacji budynku, gdzie ma być przeprowadzony test lub pomiar, a także niektóre formy ograniczenia energii lub ochrony przed stanami przejściowymi, które mogą być uwzględnione w instalacji budynku.

Kategoria CAT określa poziom stanów przejściowych (skoków lub udarów), na które urządzenie jest odporne. Wielkość i czas trwania stanów nieustalonych różnią się w zależności od źródła. Stan nieustalony może mieć amplitudę kilku kV, ale jego czas trwania jest bardzo krótki, typowy odstęp czasu to 50 µs (mikrosekund). Główne zagrożenie polega na tym, że podczas przechodzenia po górnej krzywej napięcia sinusoidalnego może zainicjować łuk, który będzie trwał do końca cyklu.

Kategorie pomiarowe są zdefiniowane w normie IEC 61010-2.

Kategoria pomiarowa II: Ma zastosowanie do obwodów testowych i pomiarowych podłączonych bezpośrednio do punktów wykorzystania (gniazd i podobnych punktów, ale bez zainstalowanego oświetlenia) w instalacjach niskiego napięcia.

Kategoria pomiarowa III: Ma zastosowanie do obwodów testowych i pomiarowych podłączonych pomiędzy kategorią pomiarową II a kategorią pomiarową IV w instalacjach niskiego napięcia w budynku.

Kategoria pomiarowa IV: Ma zastosowanie do obwodów testowych i pomiarowych podłączonych pomiędzy źródłem niskiego napięcia w budynku a pierwszym dostępnym wyłącznikiem izolacyjnym, który może odłączyć wszystkie przewody fazowe i przewód neutralny. Prądy zwarciowe o wysokim potencjale, zwykle powyżej 50 kA, występujące w tych obwodach, mogą powodować niebezpieczne, wysokoenergetyczne wyładowanie łukowe w wyniku przypadkowego zwarcia podczas wykonywania pomiarów.

Każda kategoria określa również napięcie znamionowe, które wskazuje maksymalne bezpieczne napięcie układu fazy-uziemienia, zwykle 50 V, 100 V, 150 V, 300 V, 600 V lub 1000 V. Kategoria CAT bez powiązanego napięcia jest bezużyteczna.

Na poniższej ilustracji przedstawiono wymagane kategorie CAT w zależności od obszaru pracy:

W środowisku CAT IV dostępny prąd zwarciowy może przekraczać 1000 A. W przyrządzie, który akurat będzie testował obwód, może to przez kilka milisekund generować setki kilowatów ciepła w niewielkiej przestrzeni. Gwałtowne rozprężenie się powietrza może spowodować rozerwanie lub wybuch przyrządu, co prowadzi do pożaru, oparzeń i niebezpiecznych wyrzucanych zanieczyszczeń.

Przyrząd o kategorii CAT IV wymaga większych odległości upływu i odstępów niż przyrząd o kategorii CAT III. Przyrządy, które nie są podłączone do obwodów pod napięciem, muszą spełniać wymagania kategorii w odniesieniu do napięcia podawanego do przyrządu. Normą jest kategoria CAT II 300 V. Ponadto muszą one spełniać wartości upływu i odstępów dla napięć testowych obwodów wtórnych (napięcie wyjściowe) pochodzących z obwodu sieciowego.

Korzystanie z kategorii CAT

Kategoria CAT składa się z dwóch parametrów: jeden wskazuje poziom systemu, a drugi określa znamionowe napięcie robocze. Określenie „CAT IV 600 V” oznacza, że urządzenie jest bezpieczne w każdym środowisku elektrycznym do kategorii CAT IV włącznie. Dotyczy to przewodów i przyrządów o napięciu znamionowym do 600 V. Znajomość środowiska testowego i najwyższa klasa napięcia testowanego przyrządu określają wymaganą kategorię CAT.

Należy strzec się produktów, które podają klasyfikację CAT, ale nie podają poziomu napięcia. Brak podanego poziomu napięcia oznacza niekompletne informacje, a ich brak może być kosztowny pod względem bezpieczeństwa pracy. Należy również dokładnie zastanowić się nad każdym przyrządem, na którego arkuszu danych widnieje jedynie określenie „CAT rated” (Kategoria CAT). Termin ten nie znaczy nic w rzeczywistym świecie testowania elektrycznego. Renomowani dostawcy przyrządów jasno zdefiniują kategorię i napięcie znamionowe.

Wnioski

Znajomość kategorii CAT sprzętu testowego jest kluczowym elementem zapewnienia bezpieczeństwa. Miejsce pracy ma wpływ na wymaganą kategorię CAT na każdym z używanych przyrządów testowych. Im wyższa kategoria CAT, tym większe są odległości upływu i odstępu w przyrządzie, co może mieć wpływ na jego konstrukcję.

Poniżej przedstawiono najważniejsze kwestie, o których należy pamiętać podczas oceny przyrządów testowych:

• Wymagana kategoria CAT powinna zakładać najgorszy przypadek środowiska testowego i przyrządu.
• Nawet przyrządy, które testują aparaturę „bez napięcia”, powinny mieć kategorię CAT (napięcie wyjściowe uzyskane na podstawie napięcia wejściowego).
• Kategoria CAT powinna zawierać dwie części — poziom pomiaru i poziom napięcia. Należy zwracać uwagę na kategorię CAT bez powiązanego poziomu napięcia.
• Należy również uważać na ogólny termin „CAT rated” (Kategoria CAT) jako jedyne odniesienie do kategorii CAT.

Najbezpieczniejszym przyrządem będzie przyrząd o odpowiedniej lub wyższej kategorii CAT dla środowiska testowego.