Mätningskategori (CAT): Varför är det viktigt?

Det är farligt att arbeta med elektricitet varje dag. Säkerhetsutrustning, som kläder, handskar, stövlar osv. är avgörande för att skydda elarbetare mot potentiella olyckor. En mindre uppenbar säkerhetsåtgärd är utformningen av den testutrustning som används för att underhålla elsystemet.

IEC-standarden (International Electrotechnical Commission) 61010 specificerar säkerhetskrav för elektrisk utrustning för mätning, styrning och laboratorieändamål. Den omfattar krav för testning och mätning av kretsar samt för instrument.

En viktig aspekt av standarden är att upprätthålla skydd mot elstötar under normala och enstaka feltillstånd (kortslutningar, öppna kretsar, jordningsfel, överbelastningar osv.). Var instrumentet används spelar en viktig roll för att bestämma vilken skyddsnivå som krävs. I det här dokumentet beskrivs mätningskategorin (CAT) och dess avgörande roll när det gäller instrumentkonstruktion och användarval.

Bakgrund

Överspänningstransienter i kraftledningar kan skada ansluten utrustning, och leda till fel som kan utgöra säkerhetsrisker för användare. Även om stora transienter, t.ex. sådana som orsakas av blixtnedslag, är sällsynta inträffar måttliga sådana (1,5–2,0 gånger den nominella spänningen och ibland upp till 4,0 gånger) regelbundet på grund av belastningsväxlingar i distributionssystemet. De kan orsaka personskada och dödsfall när de inträffar om operatören inte använder ett instrument med korrekt klassificering.

Två nyckelord inom elsäkerhet är ”krypning” och ”frigång”. Krypavstånd är det kortaste avståndet mellan två punkter vid olika elektrisk potential längs ytan på ett isolerande material. Frigångsavstånd är det kortaste avståndet i luften mellan två ledande delar. Ledande delar vid betydligt olika spänningar måste vara på säkert avstånd från varandra, annars kan ett ljusbågsfel inträffa. Ljusbågsfel orsakar skada på kretsen, överhettning och till och med brand. Det mest avgörande är att de utgör en allvarlig risk för elstötar för användaren, särskilt med handhållna instrument.

Vad som utgör ett säkert avstånd beror på var i försörjningssystemet instrumentet används.

Mätningskategori (CAT)

Mätningskategori är ett sätt att klassificera test- och mätutrustningsuttag enligt den typ av strömkrets som de ska anslutas till. Mätningskategorierna tar hänsyn till transienta överspänningstoppar, kortslutningsströmnivåer, den plats i byggnadsinstallationen där testet eller mätningen ska utföras och vissa former av energibegränsnings- eller transientskydd som kan ingå i byggnadsinstallationen.

CAT-klassningen definierar den transientnivå (topp eller rusning) som instrumentet har konstruerats för att tåla. Transienter varierar i storlek och varaktighet beroende på källan. En transient kan vara flera kV i amplitud, men dess varaktighet är kort, med ett typiskt intervall på 50 μm (mikrosekunder). Den huvudsakliga faran med transienter är att de, när de går ovanpå den sinusformade spänningen, kan skapa en båge som fortsätter tills cykelns slut.

Mätningskategorier definieras i IEC 61010-2.

Mätningskategori II: Gäller test- och mätkretsar som är anslutna direkt till användningspunkter (eluttag och liknande punkter, men exklusive installerad belysning) i lågspänningsinstallationen.

Mätningskategori III: Gäller test- och mätkretsar som är anslutna mellan mätkategori II och mätkategori IV i byggnadens lågspänningsinstallation.

Mätningskategori IV: Gäller test- och mätkretsar som är anslutna mellan källan till byggnadens lågspänningsmatning och den första tillgängliga isoleringsbrytaren som kan koppla från alla nät- och nollanslutningar. De höga kortslutningsströmmarna, vanligen högre än 50 kA, som finns i dessa kretsar kan skapa en farlig ljusbåge med hög energi genom en oavsiktlig kortslutning under mätning.

Varje kategori har även en spänningsklassning som visar den maximala säkra fas-till-jord-systemspänningen, normalt 50 V, 100 V, 150 V, 300 V, 600 V eller 1 000 V. En CAT-klassning utan tillhörande spänning är oanvändbar.

Följande bild visar vilken CAT-klassning som krävs baserat på arbetsområdet:

I en CAT IV-miljö kan den tillgängliga kortslutningsströmmen överskrida 1 000 A. Inuti ett instrument som testar kretsen kan detta generera hundratals kilowatt med värme på ett litet utrymme under några millisekunder. Den snabba expansionen av luft kan leda till att instrumentet splittras eller exploderar, vilket kan leda till brand, brännskador och farligt flygande skräp.

Ett instrument med CAT IV-klassning kräver större krypavstånd och frigångsavstånd än ett med CAT III-klassning. Instrument som inte är anslutna till strömförande kretsar måste uppfylla en kategoriklassning som är relativ mot den ingångsspänning som driver instrumentet. Standarden är CAT II 300 V. Dessutom måste de uppfylla kryp- och frigångsavstånden för testspänningen för sekundära kretsar (utgångsspänning) som kommer från elnätet.

Använda CAT-klassningen

CAT-klassningen anges med två parametrar: en som anger systemnivå och en som anger nominell driftspänning. Beteckningen ”CAT IV 600 V” betyder att enheten är säker att använda i alla elektriska miljöer upp till och inklusive CAT IV, på kablar eller apparater med en nominell spänning på upp till 600 V. Förståelse för testmiljön och den högsta spänningsklassningen för den apparat som ska testas avgör vilken CAT-klassning som krävs.

Se upp för produkter som specificerar CAT-klassningen utan att ange spänningsnivån. Frånvaro av specificering av spänningsnivå innebär att informationen är ofullständig och det kan bli dyrt när det gäller säker drift. Tänk också till en extra gång på alla instrument där databladet bara anger ”CAT-klassad”. Den här termen betyder ingenting i den verkliga världen av elektrisk testning. Välrenommerade instrumentleverantörer definierar tydligt en kategoriklassning och en spänningsklassning.

Slutsats

Förståelse för en testutrustnings CAT-klassning är en viktig del i att garantera din säkerhet. Var du arbetar påverkar vilken CAT-klassning som krävs på alla testinstrument du använder. Ju högre CAT-klassning, desto större kryp- och frigångsavstånd inom instrumentet, vilket kan påverka instrumentets konstruktion.

Här är några viktiga saker att tänka på när du utvärderar testinstrument:

• Basera den CAT-klassning som krävs på sämsta tänkbara testmiljö och apparat.
• Till och med instrument som testar spänningslösa apparater ska ha en CAT-klassning (utgångsspänning som härleds från ingångsspänningen).
• En CAT-klassning ska ha två delar, en mätningsnivå och en spänningsnivå. Se upp för en CAT-klassning utan tillhörande spänningsnivå.
• Se upp för den generella termen ”CAT-klassad” som den enda hänvisningen till CAT-klassning.

Ett instrument med rätt, eller högre, CAT-klassning för testmiljön är det säkraste instrumentet att använda.