绝缘良好是对设备使用者的第一道防线(不漏电、不电到人),当第一道防线出现问题时,良好的接地便是保护使用者的第二道防线(漏电后,将电导引到地),当设备出现漏电时,人摸到产品的外壳,对地而言,人体如果相对是一个高电阻时,从等效电路得知,两个电阻并联,大电阻的分流较小,这便是第二道防线的意义。所以用电设备的地线必须正确安装,漏电时可以很快地把电流导到地。
接地电阻(GB)的测试,它是透过25到40安培的大电流,在接地在线产生的压降为4~12伏特,透过奥姆定律的换算得知,此接地电阻为mΩ等级,GB的测试时间有些标准要求要测两分钟,至少也需要测5到10秒。
安规测试有具备交流耐压(ACW)的单一功能机种或交流耐压(ACW)/直流耐压(DCW)的二合一机种,交流耐压(ACW)/直流耐压(DCW)/绝缘电阻(IR)的三合一机种以及交流耐压(ACW)/直流耐压(DCW)/绝缘电阻(IR)/接地电阻(GB)的四合一机种,如果要有接地电阻GB测试功能就要选择四合一的机种,所以价格会比较贵,但是有一些耐压分析仪,例如固纬的GPT-12000/15000系列电气安规分析仪,它的导通性测试(GC)为标配,导通性测试(GC)是用一个小电流去测电阻,与三用电表的导通性测试原理相同,也就是量测接地的路径是不是导通,测试时间快(1秒左右),但是量测准确度(为Ω等级)就没有GB那么好,当您的设备没有GB功能时,有GC的测试功能至少能对接地的导通性进行评估。
用于绝缘电阻量测或耐压测试的仪器是透过输出高电压,量测小电流,再透过欧姆定律换算电阻,过去的标准未思考到许多客户端的安全隐患,这些隐患包含:
1、原本基本绝缘的要求不足以保证使用者的安全
2、意外输出:操作仪器高电压输出的按钮可能被误触
3、 电力系统断电、电力恢复后仪器可能处于自动输出的危险状态
4、设备未能有效地将测试的残余电压放电至安全电位
5、后面板输出时在后面板并未提供警告
IEC/EN 61010-1:2010 测量,控制和实验室用电器设备的安全要求 - 第1部分:通用要求。仪器本身要符合IEC/EN61010的标准,因为以上的安全隐患,对于绝缘电阻和耐压测试设备于2017年新增了IEC 61010-2-034:2017 测量,控制和实验室用电器设备的安全要求 - 第2-034部分:绝缘电阻测量设备和耐压测试设备的特殊需求,但凡输出电压超过50伏特(交流)或120伏特(直流)的绝缘电阻测量设备和耐压测试设备的仪器须适用此新标准,标准公布后于2021年生效,UL于2019年7月12日参照IEC标准发布UL61010-2-034标准,中国于2020年12月24日国家标准化管理委员会下达2020年第四批推荐性国家标准计划(文件号 国标委发[2020]53号)序号115将IEC61010-2-034编列计划号20204746-T-604,由此可见此安全议题已受到主要国家的重视。
固纬电子于2020年4月16日发表全球第一台符合IEC-61010-2-034标准的GPT-12000系列电气安规分析仪,针对上述的安全隐患提出了完整的对策。
高压继电器、高压变压器改采符合双重绝缘的零件,高压板的走线距离亦符合双重绝缘的要求,量测回路变更设计,加入保护阻抗,隔离高压侧危险电压,以符合双重绝缘要求。
IEC新规范对于意外输出的规定,可采取以下对策的其中之一来因应。
2-1 高压输出开关要长按1秒后才可以有输出 (考虑安全与产测的便利与效率,固纬GPT-12000/15000系列采取此对策)
2-2 输出开关需要钥匙才能启动
2-3 输出开关需在弹簧盖之下,启动时需打开弹簧盖才能按输出开关
2-4 需要使用两只手同时按压两个开关才能输出
设备输入端电源供应失效再回复后,即便输出开关是按下的,设备还是要处在安全的情况(无危害),固纬的GPT-12000/15000系列在侦测输入电源消失10个周期后便会停止输出。
在放电回路加上56k欧姆的放电电阻,确保直流模式下针对大电容测试完成后的放电机制必须要在10秒内放电至低于30%的安全电压。
IEC的标准要求使用闪烁(50-300次/分钟,亮起的时间至少40%)或恒亮的红色警示灯号。或可采用高对比度色的可见/可变指示器,或采用高音量的声音警示(70 dBA以上/小于5kHz)。固纬电子采用前、后面板皆设置输出警示灯方式处理。
高压仪器使用上的自保之道
即使采用了符合IEC61010-2-034最新安全标准的仪器,如果在使用现场未能依据安全的安装及操作方法,仪器操作人员还是会有安全顾虑。
仪器一定要正确接地,本文的问题十已讨论过接地的重要性,但是建筑物的接地状况如何确定? 看到插座有三孔就是有接地吗?
图十:为Amprobe公司的电源插座检查器(本图参考自Amprobe公司网站)
可用三用电表来检查或是用图十简易的电源检查器,这种检查器可确认接地是否正确接地,火线、水线是否反接等电源配电议题。固纬的GPT-12000/15000系列后面板具备额外的接地连接端子,当电源的三插无正确接地时,可透过此端子另做接地,再者仪器本身具备接地失效侦测功能,当侦测到仪器接地失效时会停止输出以达到保护要求(此功能亦可关闭)。