如何在维护期间使用无电压测试仪保护操作人员不受高电压危害

作者:Bill Giovino

投稿人:Digi-Key 北美编辑

工业设施中常见的电气外壳上可能存在高电压,从 110 V 或 220 V 线电压到许多数百伏的高电压。涵盖这类外壳的法规包括保险商实验室 (UL) 和美国国家防火协会 (NFPA) 标准,都要求在开始任何升级、维修或维护工作之前,必须确认这类外壳内不存在高电压。

这就要求操作人员在切断通向外壳的电源和打开门之前穿上笨重的个人防护设备。然后,操作员必须手动测量内部电压。在验证无电压之前和之后,测试设备必须进行自检。只有这样,操作员才能在外壳上开始维护工作。这个流程既耗时又容易出错,必须在每个外壳上重复进行。

本文将介绍无电压测试仪 (AVT),说明如何利用这种测试仪来确保外壳内无电压的自动化测试过程。本文介绍采用工业级高电压电子外壳的 AVT 优势,并展示测试仪如何能在操作人员进行维护时保证其安全并节省时间。然后,了解能够实现测试过程自动化的三个 Panduit Corporation AVT。

保护操作人员不受电气危害

工业自动化设施需要遵守所有适用工作场所环境的 NFPA 标准。需要特别指出的是,NFPA-70E“工作场所电气安全标准”强制执行安全工作规范,以保护操作人员不受重大电气危害。其中包括保护操作人员不受由带电电源线路造成的、包括电击、触电、弧闪和电弧爆炸在内的各种伤害。

对电气外壳进行维修时,技术人员必须首先根据 NFPA-70E 的规定安全地确认外壳内没有电压。通常情况下,这种无电压测试通过手动操作完成(图 1)。在打开外壳之前,工程师或维修技术人员必须使用个人防护用品,包括带面罩的全身绝缘材料、头盔和手套。

电气外壳内的维护图片图 1:在电气外壳内进行维修之前(图中所示为门打开的情况),必须对电子设备进行安全测试,以验证没外壳内部没有电压。(图片来源:Panduit Corporation)

有些外壳可能含有高达数百伏的电压,技术人员必须采取适当保护措施,以防电压仍然存在。例如,电源开关可能发生故障,卡在了“接通”位置,或者配置不正确导致没有正确切断外部电源。

接下来,工程师或技术人员必须使用一个或多个外部开关切断外壳电子装置的所有电源。为了测试内部电压,需要使用如探针或电压表等手持式电压仪表,而且使用前必须进行测试,以验证操作正确。具体包括检查仪表显示屏是否打开,验证电池电量指示是否充足。

在技术员已采取适当保护且电压探头可立即使用的情况下,技术人员就可安全地打开外壳,如图 1 所示。工程师或技术人员使用电压仪表验证外壳内的电源测试点和连接器上没有电压,并且所有电容器都已安全放电。这要求他们仔细放置两根电压探头,一根放在待测试的电压位置,另一根放在相应的接地端子。这些操作必须在不会干扰外壳内已有电气元器件或不会使任何导线发生移位的情况下进行。探头放置不正确会导致无电压读数或在某些情况下损坏内部元器件。外壳内的所有电风扇目测都停止转动,表明没有残留的电荷。

最后,他们必须再次测试电压仪表是否工作正常,以确保没有电压读数是正确的,而不是设备故障。只有这样,他们才能在外壳内进行必要的维护。

这一过程复杂而耗时,由于包括分心、疲劳或外部干扰在内的许多因素的影响,因此很容易出现操作错误。不仅可能延误维修,而且在故障情况下会使技术人员暴露在危险电压下,甚至使从外壳旁边经过的、未采取保护措施的技术人员也暴露在危险电压下。

自动化无电压测试仪

解决这种手工测试过程的方法是采用自动系统。自动测试系统可以在外壳门打开之前测试其内部是否有电压。Panduit Corporation 推出 VeriSafe AVT 解决方案。Panduit AVT 可以自动测试外壳内是否存在电压,包括在测试电压前后 AVT 进行自检。

AVT 使用一个安装在外壳内的隔离模块,将冗余传感器引线连接至高电压区域,以及中性线和地线。隔离模块与安装在外壳门上的面板预留孔中的电池供电型指示器模块可靠连接。当按下测试按钮被时,AVT 首先对其系统进行自检。如果 AVT 自检失败,按钮上的红色 LED 灯亮,显示失败,测试停止。如果自检通过,隔离模块进行测试,检查是否存在电压和接地故障。

之后,AVT 进行最后一次自检。自测成功或失败都会通过测试按钮上的 LED 显示。只有在测试成功并确认没有电压后,技术人员才可以安全地打开外壳的门。这样会节省时间,确保工程师、技术人员和操作人员的安全,同时延长运行时间,提高生产力。

Panduit VS-AVT-C08-L10 VeriSafe AVT 专为工业外壳而设计(图 2)。隔离模块可以安装在 DIN 导轨上,也可以用螺丝直接安装在外壳上。这样,就可以在现有系统中灵活地安装该模块。该测试仪提供三对 10 英尺 (ft.) 长的传感器引线用于连接电压端子,且对高达 600 V 的交流或直流系统来说是安全的。

Panduit VS-AVT-C08-L10 自动 AVT 的图片图 2:Panduit VS-AVT-C08-L10 是一个自动 AVT,配有 10 英尺长的传感器引线和 8 英尺长的系统电缆。该测试仪可用于交流或直流电压系统。(图片来源:Panduit Corporation)

该测试仪配有一条 8 英尺长的的系统电缆,用于安全地连接隔离箱和指示器模块。亮黄色指示模块(图 3 中突出显示)在 Panduit 徽标上方有一个小型瞬动按钮。按下这个按钮就可以开始测试。如果自检和电压测试都成功通过,则指示器模块将为 L1、L2 和 L3 电压存 LED 指示灯显示为全绿。如果检测到任何危险电压,一个或多个电压存在检测器将显示红色。这是一种安全可靠的测试方法,可确保在打开外壳门之前机柜内没有危险电压。

用于 Panduit AVT 系统的指示器模块图片图 3:Panduit AVT 系统的指示器模块包含一个用于开始测试的瞬动按钮。自检和电压测试的结果由指示器模块中的不同的绿色、黄色和红色 LED 灯显示。(图片来源:Panduit Corporation)

外部指示器模块的直径为 48.6 mm,其亮黄色在外壳门上非常显眼。安装直径为顶部凹槽式 30 mm,因此外部指示器模块可以很容易地安装在工业外壳门上的标准 30 mm 凹槽式面板的预留孔中。

AVT 由安装在指示器模块中的工业 3.6 V 锂电池供电。可以通过拧开指示器模块来更换电池。这样可提高提安全性,因为在更换电池时外壳门可以保持安全关闭状态。

为了增加可靠性,三个电压触头中每个触头都有两条传感器引线,以便在一条引线意外断开时提供冗余。VS-AVT-C08-L10 的三对 10 英尺长传感器引线用于连接交流电压系统的火线、中性线和地线。在直流电压系统中,这些双引线将连接电压正极、电压负极和接地引线。此外,还有第四对传感器引线用于连接大地。当 AVT 不工作时,每个传感器的引线都打开,处于高阻抗状态,以便不干扰外壳内的电子设备。

对于每对冗余引线来说,重要的是每对引线不能以机械方式连接到同一接触点上,否则双引线的安全性和冗余性会失效。每对引线必须在一定距离内连接到同一根电缆上,提供冗余并防止单点接触故障。

Panduit 的 AVT 提高了操作人员的安全性,降低了操作员打开外壳时穿戴个人防护用品的需求。然而值得注意的是,有些情况下当 AVT 规定无法满足要求时仍需穿戴防护用品,具体原因可能包括附近的设备、该区域的其他活动和操作人员培训等因素。鉴于此,设施安全管理人员将决定使用 Panduit 的 AVT 时是否可以降低外壳维护期间对个人 防护用品的要求。

在可燃气体环境下指示没有电压

如果外壳位于可能存在易燃气体的工业环境中,可使用针对危险场所的 Panduit VS-AVT2-C02L03 AVT(图 4)。该设备的使用方法和外观与 VS-AVT-C08-L10 相同,只是专门用于 OSHA I 级 2 类危险场所——使用并包含易燃液体,且空气中仍可能存在易燃气体的场所。

Panduit VS-AVT2-CO2L03 AVT 的图片图 4:VS-AVT2-CO2L03 的外观和使用方法与 VS-AVT-CO8-L10 相似,但针对对 OSHA 1 级 2 类危险场所。(图片来源:PanduitCorp.)

VS-AVT2-C02L03 配备 3 英尺长传感器引线和 2 英尺长系统电缆,提供安全的无电压指示。这样,当外壳门打开时高电压不会暴露在易燃气体环境中。

改造现有系统

对于没有内置传感器点的现有电气外壳,或不能长时间离线安装传感器接触点的外壳,Panduit 推出改造版 VS-AVT-RKP1 AVT。该设备的组件与 Panduit VS-AVT-C08-L10 AVT 完全相同,包括 10 英尺长传感器引线、8 英尺长系统电缆,还包括一个 VeriSafe 穿刺连接器套件(图 5)。

改造版 Panduit VS-AVT-RKP1 AVT 的图片图 5:改造版 VS-AVT-RKP1 AVT 配有穿刺连接器套件,用于不能离线安装传感器触点的外壳。(图片来源:PanduitCorp.)

该设备节省空间,能在不影响现有导体完整性的情况下针对 AVT 改装外壳。该设备适用于快速分接 14 至 6 号 (AWG) 导体,而无需切割或剥皮。所以,该设备能节省时间,允许快速、安全地安装 Panduit AVT——而不必长时间停机。该设备还包括 12 个电缆扎带和 6 个电缆扎带支座,使传感器引线安全地远离现有的电子设备。

结论

让工程师、技术人员和操作人员远离危险电压是工业设施的首要任务。电气外壳可能含有数百伏电压,因此在打开外壳进行维修之前,必须确认其内部无电压。AVT 提供了一种安全、简单、有效的方法,能在外壳门打开之前自动测试外壳内是否有存在电压。这样就能确保人员安全,节省时间并提高生产效率。

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关于此作者

Bill Giovino

Bill Giovino 是一名电子工程师,拥有美国雪城大学的电气工程学士学位,是先后从设计工程师、现场应用工程师跨界到技术营销部门的少数成功人士之一。

25 年来,Bill 一直喜欢在技术和非技术用户面前为包括 STMicroelectronics、Intel 和 Maxim Integrated 在内的许多公司推广新技术。在 STMicroelectronics 工作期间,Bill 作为领头人帮助该公司在微控制器领域取得了早期成功。在 Infineon,经过 Bill 精心策划,该公司的首个微控制器设计便在美国汽车领域大获全胜。作为 CPU Technologies 公司的营销顾问,Bill 帮助了许多公司,让其表现不佳的产品大获成功。

Bill 是物联网的早期尝试者,包括将第一个完整的 TCP/IP 协议栈植入微控制器。Bill 秉持“教育式销售”信条,在通过在线促销产品时强调清晰明了的书面沟通的重要性。他是广受欢迎的 LinkedIn 半导体市场营销群的群主,精通 B2E。

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