Błędy popełniane podczas pracy z multimetrami

W tej kategorii mówimy głównie o dwóch zdarzeniach, które powstają w wyniku błędów ludzkich. Pierwsze to możliwość porażenia prądem elektrycznym, drugie – ryzyko wystąpienia łuku elektrycznego.

Porażenie prądem elektrycznym jest zagrożeniem powszechnie znanym i niebezpiecznym, gdyż może prowadzić do śmierci lub trwałego kalectwa. Niestety w parze z tą wiedzą nie zawsze idzie rozwaga przy podejmowaniu działań, które mogą potencjalnie prowadzić do porażenia prądem elektrycznym.

Powstanie łuku elektrycznego jest niestety bardzo często bagatelizowane. Praktycznie każdy człowiek widział powstanie łuku czy raczej iskrzenia: przy przełączaniu oświetlenia, przy podłączaniu zasilacza laptopa, podczas pracy urządzeń z komutatorowym silnikiem uniwersalnym… i nikomu nic się nie stało. Do tej grupy niegroźnych zdarzeń, podczas których obserwowaliśmy łuk elektryczny, przyporządkujemy w zasadzie każdą możliwość jego powstania. Jest to rozumowanie bardzo błędne. W wymienionych powyżej przypadkach – i w wielu podobnych – łuk pozostaje niejako w ograniczeniu. Jego siła jest także zależna od miejsca jego powstania. Zwykłe gniazdo w instalacji elektrycznej danego pomieszczenia w budynku zasilanym linią niskiego napięcia ma niewielki potencjał wytworzenia silnego łuku elektrycznego. Nawet w tej sytuacji nie powinien on jednak być ignorowany.

W przypadku np. elementów rozdzielni niskiego napięcia w stacji transformatorowej SN/nN moc łuku elektrycznego może być ogromna. Wydzielające się ciepło potrafi w ułamku sekundy rozpuścić metale, które biorą udział w powstaniu łuku elektrycznego. Metale te wraz z powstającą plazmą są w stanie wytworzyć falę uderzeniową o temperaturze cztery razy przekraczającą temperaturę słońca. U osoby narażonej na taką falę spodziewać się można bardzo poważnych poparzeń zewnętrznych i wewnętrznych, uszkodzeń mechanicznych tkanek wewnętrznych, uszkodzenia wzroku i słuchu.

W przypadku miejsc, gdzie moc zwarciowa jest duża, inaczej mówiąc: sieć jest sztywna, czyli właśnie w pobliżu stacji transformatorowych, narażenie na poważne skutki wystąpienia łuku jest największe, ale nie tylko tam. Istnieje wiele innych podobnych miejsc, jak np. akumulatorownie, rozdzielnice agregatów prądotwórczych, rozdzielnice, do których podłączone są źródła energii elektrycznej.

Podczas powstania łuku elektrycznego części metalowe mogą być nie tylko odparowane, ale także fizycznie oderwane i w konsekwencji z bardzo dużą prędkością przebić ciało osoby znajdującej się w pobliżu. Nawet jeśli jesteśmy w momencie powstania łuku w odległości, w której ani fala uderzeniowa, ani odłamki nie są w stanie nas dosięgnąć, nie możemy czuć się bezpiecznie. Podczas powstania plazmy z ogromną prędkością podróżują odparowane cząstki metalu, które mogą w sposób niezauważalny przebijać skórę i pozostawać w ciele bez wyraźnego uczucia bólu. Cząstki te jednak w późniejszym okresie mogą wywołać bardzo niepożądane skutki zdrowotne.

Jakie pomyłki powodujące poważne zagrożenie porażeniem są spotykane w praktyce? Podstawowym błędem pomiarowców bywa praca w obecności napięcia bez świadomości, że jest ono obecne. Zdarza się niestety dość często, że próbujemy podłączyć sondy pomiarowe w stanie beznapięciowym, a okazuje się, iż badane urządzenie jest jednak pod napięciem. To skutek nienależytego podejścia do przygotowania i prowadzenia pomiarów. Właściwe polega na: odłączeniu napięcia z badanych obwodów, zabezpieczeniu obwodu przed przypadkowym wyłączeniem czy zmierzeniu napięcia przed przystąpieniem do montażu np. cęgów pomiaru prądu, aby upewnić się, że prace wykonywane są w sposób beznapięciowy. W tej kategorii częstym błędem jest także praca po odłączeniu głównego napięcia zasilającego, ale przed rozładowaniem się np. kondensatorów.

Przed wykonaniem pomiaru należy napięcie odłączyć, upewnić się, że nie zostanie ponownie podłączone np. przy użyciu blokady (przykład zaprezentowany na rysunku 1) czy tabliczki (rysunek 2). Dobrą praktyką jest zrobienie bezpiecznej, widocznej przerwy w obwodzie lub stosowanie łączników wskazujących odłączenie (zgodnych z normami bezpieczeństwa w zakresie możliwości wykorzystania ich właśnie jako taki wskaźnik).

Rys. 1. Blokada ponownego włączenia wyłącznika nadprądowego ABB (źródło: www.conrad.pl)

Rys. 2. Znak ostrzegawczy: NIE WŁĄCZAĆ

Kolejnym bardzo poważnym błędem jest wykorzystywanie uszkodzonego sprzętu pomiarowego, a w szczególności uszkodzonych sond pomiarowych. Naruszenie izolacji jest podstawowym problemem dotyczącym bezpieczeństwa pomiarowego, naraża ono życie i zdrowie wykonującego pomiary w sposób bezpośredni. Wykorzystywanie sond pomiarowych takie jak te z rysunku 3 czy nawet naprawianie sond metodami chałupniczymi (patrz rysunek 4) może spowodować, że nienależycie osłonięte będą części poddane napięciu. Warto więc przed przystąpieniem do badań wykonać oględziny sprzętu pomiarowego i jego sond. Kilkadziesiąt sekund oglądania sprzętu może ocalić w wielu wypadkach nasze życie.

Rys. 3.Sonda pomiarowa z uszkodzoną izolacją i żyłą roboczą

Rys. 4. Uszkodzona sonda pomiarowa naprawiona samoprzylepną taśmą izolacyjną

W trakcie prowadzenia oględzin sprzętu pomiarowego należy także zwrócić uwagę na zawilgocenia. Oznaki możliwości występowania na urządzeniach lub w ich wnętrzu płynów powinno być sygnałem alarmowym ostrzegającym przed użyciem takiego urządzenia. Jedynym wyjątkiem są urządzenia o wysokim stopniu ochrony obudowy IPxx. Takie urządzenie może pozwalać na pracę np. w deszczu. Ale nawet w przypadku takich urządzeń warto zwrócić szczególną uwagę na sondy pomiarowe, ich zamoknięcie może być bardzo niebezpieczne. Wilgoć bardzo drastycznie zmniejsza rezystancję naskórka, który w dużej mierze redukuje niebezpieczeństwo i skutki porażenia.

Gdy jesteśmy już przy temacie obniżenia się rezystancji naskórka, nie sposób nie wspomnieć o wykonywaniu pomiarów pod wpływem alkoholu. Ma to znaczenie nie tylko z powodu trudności w koncentracji czy podejmowania nietrafnych decyzji. Alkohol obniża również bardzo mocno rezystancję naskórka i powoduje jego zawilgocenie. Prowadzenie pomiarów elektrycznych pod wpływem alkoholu jest jak siedzenie na beczce prochu z zapalonym cygarem.

Istnieje oczywiście wiele więcej błędów, które są popełniane w trakcie prac pomiarowych, a które kończą się porażeniem. Wymienić tu należy np. zastosowanie urządzenia pomiarowego złej klasy napięciowej i przepięciowej, praca pod napięciem bez środków ochrony osobistej.

Zaistnienie łuku elektrycznego obserwowane jest na ogół w dwóch głównych rodzajach sytuacji. Jedna to doprowadzenie do czynności łączeniowej wykonywanej urządzeniami do tego niedostosowanymi. Standardowy przykład to użycie odłącznika do przerwania przepływu prądu. Odłączniki są stosowane do wytworzenia przerwy w obwodzie, ale mogą być wykorzystywane jedynie w stanie beznapięciowym. W przypadku przerywania prądu odłącznikiem wytworzymy niebezpieczny łuk elektryczny.

Istotniejszym problemem w przypadku łączników jest np. przerywanie zwarcia łącznikiem o zbyt niskim prądzie rozłączalnym. Taka sytuacja jest bardzo niebezpieczna i może w przypadku dużego przekroczenia wartości dopuszczalnej prądu spowodować powstanie łuku silnego na tyle, żeby w postaci wybuchu porozrzucać cząstki łącznika, w którym ten łuk powstał, i spowodować poważne uszkodzenie ciała osób znajdujących się w pobliżu. Przygotowując się do wykonywania pomiarów i rozłączając obwody, należy zwrócić uwagę, czy czynność łączeniową wykonujemy odpowiednim aparatem.

Kolejnym przykładem uszkodzeń prowadzących do powstania łuku elektrycznego jest niewłaściwe wykorzystywanie sprzętu pomiarowego. Mowa np. o:

używaniu sprzętu o niższej kategorii napięciowej niż napięcie mogące występować w mierzonym obwodzie (patrz rysunek 5),

używaniu sprzętu o zbyt niskiej klasie przepięciowej w porównaniu z warunkami (patrz rysunek 5),

używaniu sond pomiarowych niedostosowanych do poziomu napięcia i kategorii przepięciowej (patrz rysunek 6) czy wreszcie

używaniu sprzętu uszkodzonego czy sond pomiarowych (patrz rysunek 3).

Rys. 5. Oznaczenie parametrów miernika z wyłączeniem, widoczne dozwolone zakresy pomiaru napięcia w danej klasie przepięciowej (CAT IV oraz CAT III)

Rys. 6. Oznaczenie klasy napięciowej i kategorii przepięciowej na sondzie pomiarowej

Wspomniane wyżej niedopatrzenia czy błędy mogą spowodować nagłe uszkodzenie urządzenia podczas badań i wytworzenie łuku zagrażającego życiu i zdrowiu osoby wykonującej pomiary.

Uszkodzenia urządzeń są także możliwe poprzez błędne podłączenie miernika do obwodu pomiarowego. Bardzo często powtarzanym błędem jest użycie multimetru w celu zmierzenia napięcia, gdy przyrząd skonfigurowany jest do pomiaru prądu. (Podłączenie, które zaprezentowano na rysunku 7, stanowi konfigurację do pomiaru prądu). Błąd wynika z tego, że multimetr zwykle jest używany w konfiguracji do pomiaru napięcia, więc większość pomiarów bywa prowadzonych przez ten zacisk. Gdy zdarzy się sytuacja, że wykonujemy pomiar prądu, często pozostawiamy sondy w tym położeniu, zapominając o tym. Jeśli podłączymy tak skonfigurowany multimetr np. do sieci 230 V AC, to w najlepszym wypadku jedynie spalimy bezpiecznik w mierniku, w gorszym zaś uszkodzimy miernik, a w najgorszym wytworzymy potężny łuk elektryczny owocujący poważnymi konsekwencjami zdrowotnymi dla osoby obsługującej miernik.

Nagminnym problemem jest także stosowanie urządzeń z uszkodzonymi sondami pomiarowymi. Chęć zaoszczędzenia kilku złotych na wymianie sond pomiarowych powoduje bardzo często zagrożenie porażeniowe, zagrożenie wytworzenia łuku elektrycznego czy zagrożenie uszkodzenia sprzętu pomiarowego.

Rys. 7. Przyłączenie sond prądowych multimetru do pomiaru prądu

Gdy mówimy o wymianie sond pomiarowych, należy zwrócić szczególną uwagę, żeby zastępować sondy takimi samymi albo polecanymi przez producenta do danego urządzenia pomiarowego. Jeśli zastosujemy inne sondy, może okazać się, że negatywnie wpłyną one na jakość pomiaru.

Inny przykładem często spotykanego błędu jest stosowanie nieodpowiednich multimetrów do warunków pomiarowych. Chodzi np. o zastosowanie multimetru bez funkcji true RMS (patrz rysunek 8) do pomiaru przebiegów odkształconych. Podobnym błędem jest np. użycie multimetru mierzącego w zasadzie wartość szczytową napięcia DC w obwodach prądu stałego z silnymi tętnieniami, zamiast zastosowania urządzenia mierzącego wartość skuteczną przebiegu DC. Sytuację taką ilustrują przykładowe przebiegi z rysunku 9.

Kolejnym częstym błędem w prowadzeniu pomiarów jest opisywane w poprzednim wydaniu „Pomiarów…” prowadzenie sond pomiarowych daleko od siebie w sytuacji mierzenia sygnałów napięciowych. Przykład właściwie ułożonych przewodów pomiarowych zaprezentowano na rysunkach 10 oraz 11. Jeśli nie są one tak prowadzone, okazać się może, że przenikające przez nie pole elektromagnetyczne znacznie zmieni wartość napięcia.

Rys. 8. Oznaczenie TRUE RMS na multimetrze mierzącym prawdziwą wartość skuteczną nawet dla przebiegów odkształconych

Rys. 9. Tętnienia w napięciu stałym oraz ich wartość maksymalna i wartość skuteczna

Rys. 10. Łączenie przewodów probierczych taśmą izolacyjną w celu równoległego ich prowadzenia

Rys. 11. Prowadzenie przewodów probierczych w sposób skręcony