Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Elektromos mérések

2005/12. lapszám | Pástyán Ferenc |  5685 |

Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A nem megfelelő személy, a mérésre alkalmatlan műszer és a nem megfelelő környezeti feltételek jobb esetben helytelen mérést, rosszabb esetben komoly balesetet – áramütést – okozhatnak.

Az elektromos mérések végzésekor legalább három szempontot kell figyelembe vennünk. Ezek a következők:

  1. a mérést végző személy alkalmassága,
  2. az alkalmazott mérőműszer alkalmassága,
  3. és a biztonságos mérés környezeti feltételeinek megléte.

A mérést végző személy alkalmassága azt jelenti, hogy az illető szakmai és egészségügyi szempontból alkalmas legyen a mérés elvégzésére. A szakmai alkalmasság azt jelenti, hogy a mérést végző személy tisztában legyen a mérés elméleti részével és gyakorlati kivitelezésével, valamint a mért értékek kiértékelési szempontjaival. Ugyanakkor a szakmai alkalmassághoz kell sorolni azt is, hogy tisztában legyen a mérés veszélyességével.

Fontos leszögezni, hogy veszélytelen mérés nincs!

Ami a mérés elméleti részét vagy legalábbis annak alaposabb ismeretét illeti, az elsősorban a mérés kiértékelésénél fontos. Számos esetben napjaink „értelmes” mérőműszerei nem kívánnak meg részletes mérési ismereteket, inkább a „tedd oda és nyomd meg a gombot” eljárást alkalmazzák. Jó példa erre számos gyártó különböző szigetelés- és földelésiellenállás-mérő készülékei vagy többfunkciós életvédelmi műszerei. Az alkalmazott mérőműszernek két szempontot kell kielégítenie, nevezetesen, hogy technikailag és biztonsági szempontból alkalmas legyen a mérés elvégzésére.

A technikai alkalmasságnál általában az első helyen a mérési pontosság szokott szerepelni. Az alábbi táblázat hozzávetőlegesen mutatja a pontosság értékét az alkalmazástól függően. A táblázat természetesen csak durván mutatja az alkalmazási területeket, hiszen ezek között lehetnek átfedések. A táblázatban nem szerepel 3%-nál nagyobb pontatlanság, jóllehet vannak mérések (nagy szigetelési ellenállások, földelési ellenállás stb.), amelyek ilyen pontosságot szolgáltatnak.
DC feszültség és áram mérésére alkalmas digitális műszerek között a 0,5%-os pontosság egy átlagos értéknek mondható, és a legújabb digitális AC feszültség- és árammérő műszereknél az 1-1,5% szintén átlagos paraméternek tekinthető. Ami az AC feszültség, illetve áram mérését illeti, igen fontos, hogy az alkalmazott mérőműszer milyen módon mér. Ebből a szempontból háromfajta műszert különböztethetünk meg:

  1. egyenáramú középértékmérő műszer effektív értékben kalibrálva,
  2. négyzetes középértéket (RMS),
  3. valódi középértéket (TRMS) mérő műszer.

Az effektív értékben kalibrált egyenáramú középértékmérő hamis értéket szolgáltat azokon a helyeken történő méréskor, ahol tirisztoros, frekvenciaváltós berendezések, szünetmentes tápegységek, motorvezérlő készülékek vagy hasonlók működnek. Ezek a berendezések eltorzítják a hálózati feszültséget (áramot), a mérőműszer pedig csak tiszta szinuszos jelek esetén szolgáltat megbízható értéket.

Torz jelek mérésre az RMS vagy TRMS értéket mérő műszerek jöhetnek számításba. Ezek a készülékek a mért feszültség/áram valódi effektív értékét mérik, amely számunkra a kiértékelés szempontjából fontos.

A torz jelek azonban rendelkeznek még egy rossz tulajdonsággal, nevezetesen azzal, hogy nem szimmetrikusak. Emiatt a mért hálózaton egyenfeszültség/áram is jelen van, ami természetesen megjelenik a fogyasztókon, illetve magán a hálózaton is, és természetesen hővé alakul, azaz veszteséget okoz. Ebből a szempontból vizsgálva a mérést, a TRMS értéket mérő műszerek igazán azok, amelyek a mért objektumon mért feszültség/áram tényleges, valódi (effektív) értékét mérik. Ha egy módunk van rá, használjunk TRMS értéket mérő műszert, és ha az a biztonsági követelményeket is kielégíti, egy minden helyzetben megbízható mérésre alkalmas készülék birtokába jutunk. Az 1. ábra néhány ilyen készüléket mutat.

Az adott mérési feladat természetesen többféle műszerrel is megoldható. Általában a mérőműszer ára dominál a legjobban akkor, amikor az adott mérési feladatot meg kell oldani. Számos esetben bizonyítható azonban, hogy az ár másodlagos, sőt inkább harmadlagos tényező, ha egyéb szempontokat is figyelembe veszünk. Vegyünk erre két példát.

  1. példa: Az egyik cég földelésellenállás-mérő lakatfogói rendkívüli módon leegyszerűsítik a földelési ellenállás mérését azokban az esetekben, amikor a földelés hurkot alkot. A készülék kiválóan alkalmazható villámvédelmi rendszerek mérésére is. Az ára természetesen lényegesen magasabb egy hagyományos 3-szondás földelésiellenállás-mérő műszerétől. Az előnyök? Nincs szonda, nem kell leverni, nem kell bekötni, nem kell a szondáknak adott távolságot kimérni, nem kell két (szak)ember, mert akár egy megfelelően betanított személy is el tudja végezni a mérést. A mért értékek (99 mérésig) gyűjthetők, és később a műszerről számítógépre áttölthetők. A mérés és kiértékelés gyors, egyszerű, a megtakarítás munkaórában és munkaerőben összehasonlíthatatlanul jobb arányt mutat, mint a hagyományos módszerrel.
  2. példa: A később tárgyalandó biztonságos mérés feltételeinek figyelmen kívül hagyására hozhatunk fel egy példát. Fentebb említettük a hálózati feszültség/áram elektronikus kapcsolóeszközök által okozott torzulását, és ennek a mérésre gyakorolt hatását. Az elektronikus kapcsolóeszközöknek azonban van egy másik hatása is, nevezetesen, hogy működésük során a hálózaton nagyfeszültségű tüskék jelenhetnek meg. De ugyanezt produkálják az induktív terhelések és a villámlás is.

Lakatfogó árammérőt lehet vásárolni 1000-2000 Ft között. Egy részük azonban nem felel meg az IEC 1010 vonatkozó IV. osztály 600 V besorolásnak, miáltal ezek a műszerek nem alkalmasak nagyfeszültségű tüskékkel rendelkező hálózatok mérésére. Ennek ellenére használták őket. Két év alatt három leégett kéz és – szerencsére – nem halálos áramütés volt a rossz választás eredménye.

Biztonságtechnikai szempontból az alkalmazott mérőműszerrel szemben három alapvető követelmény fogalmazható meg:

  1. legyen biztonságos a mérést végző személy és
  2. a mérendő objektum szempontjából, valamint
  3. legyen biztonságos saját magára nézve.

Az 1. pontot tekintve a mérőműszer legyen biztonságos abból a szempontból, hogy feleljen meg a szabvány, pl. az IEC 61010 vonatkozó előírásainak. Ez a nemzetközi szabvány előírja a telepített elektromos berendezések és eszközök mérésére és ellenőrzésére alkalmas készülékekkel szemben támasztott biztonságtechnikai követelményeket.
A régebbi „telepítési kategóriákat” felváltották az ún. „Mérési Kategóriák”. A „Mérési Kategóriák”-ból az IEC61010-1 négyfajtát különböztet meg.

  1. CAT I: a hálózatra közvetlenül NEM csatlakozó készülékekre vonatkozik.
  2. CAT II: a kisfeszültségű hálózatra közvetlenül csatlakozó készülékekre vonatkozik, pl. háztartási eszközök és gépek, hordozható elektromos szerszámok, és hasonló eszközök, készülékek, berendezések.
  3. CAT III: a fixen beépített eszközökre vonatkozó előírás, pl. elosztók, megszakítók, áram- (gyűjtő) sínek, gépvezérlő panelek, és más fixen telepített berendezések.
  4. CAT IV: A IV. kategória elsősorban mérőműszerekre, védelmi eszközökre és kapcsolótáblákra vonatkozik.

Ez a szabvány az elektromos berendezéseket működtető felhasználók szempontjából azért fontos, mert világosan előírja, hogy az elektromos készülékeknek milyen tulajdonságokkal kell rendelkezniük ahhoz, hogy kibírják az ipari és gyártási környezetben napjainkban előforduló nagyfeszültségű tranzienseket.

Azok számára, akik a CAT IV. „Mérési kategóriá”-ba tartozó környezetben dolgoznak, teljesen nyilvánvaló a szabvány alapján, hogy saját biztonságuk érdekében csak a megfelelő biztonságot nyújtó és ezt igazoló okmánnyal ellátott készülékekkel szabad dolgozniuk.

Fentiekből következik, hogy legalább CAT III. 300 V besorolású mérőműszerek adnak megfelelő biztonságot, de ha nagyfeszültségű impulzusok is előfordulhatnak a mérendő objektumon, vagy nem ismerjük a mérendő objektum tulajdonságait, biztonsági szempontból a CAT IV. 300 V vagy 600 V besorolású műszereket érdemes biztonságunk érdekében használni.

A mérőműszerek mechanikai és elektromos kialakítása adja a készülék biztonságát. Ide tartoznak a csúszásgátló peremek, a színjelölések, a megfoghatóság/kézbentarthatóság, a súly, az esetlegesen bolondbiztos átkapcsolás, a mérőkábelek kialakítása, a mérőcsatlakozók elhelyezése stb.

Ne feledjük, hogy az elektromos paraméterek mérése – kisfeszültségen is – veszélyes, ezért mindig mérés előtt ellenőrizzük le a mérőkábelek és a műszer állapotát. Rossz vagy rosszul működő, koszos, repedt műszerrel, csatlakozó nélküli, hibás szigeteléssel rendelkező mérőkábellel ne mérjünk. Emlékeztetőül álljon itt az az ábra, amely az áram emberi testre gyakorolt hatását mutatja. Az ábra vízszintes tengelyén az áram értéke, függőleges tengelyén az áramütés időtartama szerepel. Láthatóan az 1. zónában, 0,5 mA és az alatti értékek nincsenek hatással az emberi szervezetre. A 2. jelzésű, ún. átmeneti zónában az áramütés ugyan nem okoz maradandó károsodást, de 200-300 mA környékén 10 ms-nál hoszszabb idejű áramütés esetén már a körülményektől és az illető pillanatnyi fizikai állapotától függően komolyabb következményekkel is lehet számolni. A probléma az időnél van, az emberi reakcióidő, az izmok görcsbe rándulása ezt az időt jelentősen megnyújthatja. A 3. zónában történő áramütés esetén általában szervi károsodás nem várható, de szívműködési zavarok, izomgörcs és nehéz légzés léphet fel. A 4. zónában akár halállal végződő szívelégtelenség, a lélegzés leállása, égés léphet fel. 500 mA felett biztosan szervi károsodás, esetleg halál a következménye az áramütésnek. Vigyázzunk, mert az egyenáram ugyanolyan veszélyes, mint a váltakozó áram!

Legyen a mérőműszer biztonságos a mérendő objektum szempontjából. A mérőműszer ne tegye tönkre – még meghibásodása estén sem – a mérendő objektumot. A mérőműszer ne bocsásson ki olyan feszültséget vagy áramot, káros sugárzást stb., amely a mérendő berendezést tönkretenné, vagy a mérést meghamisítaná.

És végül a mérőműszer legyen biztonságos saját magára nézve is. Ne menjen tönkre, ha pl. ellenállásmérés üzemmódban feszültséget akarunk mérni vele, védje magát túlfeszültség és túláram ellen, szükség esetén túlmelegedés vagy káros zavarok, sugárzások ellen.

A fenti szempontok természetesen csak egy részét képezik a biztonságnak. Betartásuk esetén azonban gyorsan, megbízhatóan és mindenek előtt biztonságosan végezhetjük el a mérési feladatainkat.

(Folytatása következik)