ГОСТ IEC 60990-2023. Межгосударственный стандарт. Методы измерения тока прикосновения и тока защитного проводника

Приложение G

(справочное)

 

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ ПРИБОРОВ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ

 

G.1 Рассмотрение вопросов выбора компонентов

G.1.1 Общие положения

Выбор компонентов для схем измерения ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ, приведенных на рисунках F.3, 4 и 5, в значительной степени зависит от области их применения, от уровней тока и частот, которые необходимо измерить, а также от допусков и возможностей управления электропитанием, которые следует учитывать.

Измерительные схемы и приборы, а также их технические характеристики, приводимые в настоящем стандарте, подходят как для синусоидальных сигналов ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ простого ОБОРУДОВАНИЯ, так и для несинусоидальных сигналов ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ сложных изделий, которые могут генерировать высокие частоты. Для определенных видов оборудования может не потребоваться, чтобы измерительная схема обеспечивала измерения в полном диапазоне постоянного тока до 1 МГц или выдерживала уровни потребляемой мощности, которые маловероятны при конкретном применении. Более простые схемы измерения тока и приборы допускается использовать вместо схем и приборов, указанных в настоящем стандарте, при условии, что характеристики схемы обеспечивают идентичность показаний.

Указанная информация предназначена для указания факторов, которые следует учитывать при подборе каждого компонента измерительной схемы, чтобы можно было принимать соответствующие решения для конкретных применений.

G.1.2 Номинальная мощность и индуктивность для R_S и R_B

Мощность R_S и R_B определяется двумя факторами. Одним из них является возможность перегрузки при постоянном токе или низких частотах. Если, например, требуется максимальная мощность с перегрузкой при 240 В и частоте 50/60 Гц, то резистор R_S должен выдерживать мощность рассеивания 21,6 Вт, а резистор R_B - 7,2 Вт в течение, как минимум, короткого промежутка времени без изменения значения. Если перегрузки во внимание не принимают, то металлопленочные резисторы с мощностью рассеивания 0,5 или 1 Вт могут обеспечивать достаточную точность, низкий температурный коэффициент и долговременную стабильность.

Исходя из вышеуказанного, измерительная схема должна быть соответствующим образом маркирована, если только она не способна выдерживать непрерывные перегрузки.

В некоторых применениях резистор R_B также может рассеивать мощность высокочастотных токов. Например, если необходимо измерить ток, имеющий значение приблизительно 500 мА, опасный с точки зрения причинения ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОЖОГА, то на резисторе R_B может рассеиваться мощность 125 Вт. Несмотря на незначительную вероятность возникновения ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОЖОГА, можно выбрать именно такой резистор.

Для управления питанием могут применяться доступные силовые проволочные резисторы, если контролируют до приемлемых для конкретного применения уровней такие факторы, как точность и индуктивные погрешности. Силовые резисторы с точностью +/- 1% и +/- 5% легкодоступны. При измерениях с применением резисторов с проволочной обмоткой и мощностью рассеивания 12 и 20 Вт значение индуктивности составляет около 30 мкН при значении сопротивления 1000 Ом. Импеданс двух таких соединенных параллельно резисторов составляет 500 Ом, а индуктивность вызывает повышение импеданса на 2% до 510 Ом на частоте 1 МГц. Высокочастотные характеристики схемы R_S/R_B определяют значения импеданса резистора R_S и емкости конденсатора C_S. Индуктивность, равная 1 мН, которая маловероятна, при последовательном соединении с R_S (1500 Ом) вызывает погрешность менее 0,2% на частоте 1 МГц.

G.1.3 Конденсатор C_S

Рекомендуется использовать пленочные конденсаторы удлиненной фольгированной конструкции. Может потребоваться такое номинальное напряжение конденсатора C_S, при котором он способен выдерживать кратковременную перегрузку, например 250 В переменного тока и 400 В или 600 В постоянного тока. Пленочные конденсаторы, рассчитанные на напряжение постоянного тока, обычно без сбоев будут выдерживать пиковые напряжения переменного тока, равные номинальному значению постоянного тока, в течение коротких промежутков времени. Если индуктивность конденсатора C_S и его соединения должны обеспечивать рабочие характеристики на частоте 1 МГц, могут потребоваться два или три параллельно соединенных конденсатора для обеспечения точности и необходимых частотных характеристик.

Пленочные конденсаторы 0,1 мкФ, рассчитанные на 250 В переменного тока, были измерены на резонанс при частоте около 3 МГц. Из-за индуктивности таких компонентов можно ожидать наличие погрешности приблизительно 3% на частоте 1 МГц. Уменьшение индуктивной погрешности можно получить путем параллельного соединения конденсаторов емкостью менее 0,1 мкФ.

G.1.4 Резисторы R1, R2 и R3

Металлопленочные резисторы обеспечивают надлежащие рабочие характеристики в условиях перегрузки и при частотах до 1 МГц. Если необходима способность выдерживать перегрузки (см. G.1.2), то резисторы R1 и R2 должны быть рассчитаны на мощность рассеивания 1 Вт.

G.1.5 Конденсаторы C1, C2 и C3

Рекомендуется использовать пленочные конденсаторы удлиненной фольгированной конструкции. Индуктивность конденсаторов такого типа при частотах до 1 МГц не вызывает значительные погрешности. Допустимое значение погрешности конденсаторов может быть скорректировано путем параллельного соединения двух или более конденсаторов меньшей емкости.

G.2 Вольтметр

Для обеспечения всех рабочих характеристик схем в диапазоне частот до 1 МГц для измерения U₁, U₂ и U₃ должен быть использован прибор для измерения напряжения, который

- реагирует:

      - на постоянный ток - для измерений напряжения постоянного тока,

      - на   фактический   действующий   переменный  ток  -  для  измерения

действующего напряжения переменного тока, и

      - на пиковый ток - для измерения пиковых значений напряжения;

- имеет входное сопротивление не менее 1 МОм;

- имеет входную емкость не более 200 пФ для измерения переменного тока;

- имеет диапазон частот для измерений переменного тока от 15 Гц до 1 МГц и более, если используют более высокие частоты;

- имеет незаземленный или дифференциальный вход с подавлением синфазного сигнала не менее 40 дБ в диапазоне до 1 МГц.

В G.1 приведена информация, касающаяся использования более простых инструментов для конкретных применений.

G.3 Точность

Общая точность схемы измерения ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ, включая используемый в ней вольтметр, зависит от точности резисторов и конденсаторов, а также частотной характеристики, импеданса и точности самого вольтметра. На точность измерений также влияют межкомпонентная емкость и индуктивность выводов.

Примечание - Анализ влияния допусков на измеряемый ТОК ПРИКОСНОВЕНИЯ для указанных компонентов R и C в схемах измерения ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ показывает, что допуски резисторов R_S и R_B, в первую очередь влияют на результаты измерений. Влияние допусков других компонентов на порядок меньше.

 

Вольтметр имеет как входное сопротивление, так и входную емкость. При постоянном токе или низких частотах вольтметр с входным сопротивлением 1 МОм, используемый в измерительных схемах, приведенных на рисунках 4 или 5, будет показывать значения на 1% меньше из-за деления напряжения установленным в измерительной схеме резистором на 10000 Ом. На высоких частотах входная емкость вольтметра, которая обычно составляет 30 пФ, непосредственно параллельна выходному конденсатору измерительной схемы, и значения, показываемые вольтметром, могут быть занижены на 0,15% в схеме, приведенной на рисунке 4, и на 0,33% в схеме, приведенной на рисунке 5.

G.4 Калибровка и применение измерительных приборов

Примечание - Определение калибровки заключается в сопоставлении показаний прибора с показаниями эталона для проверки прибора.

 

Рабочие характеристики собранной схемы для измерения ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ или прибора для измерения ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ могут быть определены путем сравнения считываемых данных с расчетными идеальными значениями в пределах всего диапазона интересующих частот (см. K.1, приложение K). Для определения погрешности измерений должно быть использовано достаточно большое количество образцов измерительных приборов и измеренная погрешность на каждой частоте проведения измерений должна быть зарегистрирована. Следует осуществлять сбор и обработку данных о погрешностях для установления полей допусков, в пределах которых предполагается проводить будущие измерения. Может быть указана статистическая достоверность установленной ширины полей допусков. Если используют только один образец измерительного прибора, имеющий специфическую конструкцию, поле допуска может соответствовать фактическим данным о погрешностях.

Установление полей допусков обеспечивает воспроизводимость измерений, которые указывают, что измеренные значения для ИО находятся в пределах или вне пределов допустимого значения ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ с учетом действий, приведенных ниже.

При проведении измерений на предприятии - изготовителе ОБОРУДОВАНИЯ поле допуска следует алгебраически прибавить к считываемым показаниям и сравнить полученную сумму с предельным значением. Такое действие гарантирует, что ОБОРУДОВАНИЕ, указанное изготовителем как соответствующее предельному значению ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ, не будет забраковано испытательной лабораторией как несоответствующее установленным требованиям. При проведении измерений в испытательной лаборатории поле допуска следует алгебраически вычесть из считываемых показаний и сравнить разность с установленными предельными значениями. Такое действие гарантирует, что испытательная лаборатория не забракует ОБОРУДОВАНИЕ, которое фактически соответствует требованиям к предельным значениям. Допуски для приборов, используемых испытательными лабораториями, должны быть достаточно низкими, для того чтобы они не влияли на разность между предельным значением и предельным значением для нежелательного физиологического воздействия (см. IEC TS 60479-1).

Если необходимо, поле допусков измерительной схемы можно сделать более узким, например посредством:

- выбора компонентов схемы;

- подстройки технических характеристик компонентов схемы путем подключения одного или нескольких элементов параллельно;

- снижения до минимума длины выводов и количества резких изгибов выводов (для снижения индуктивности);

- снижения до минимума площадей с близким расположением деталей (для снижения межкомпонентных емкостей.

Изготовителям ОБОРУДОВАНИЯ рекомендуется снижать до минимума уровни ТОКА ПРИКОСНОВЕНИЯ. Проектирование ОБОРУДОВАНИЯ, имеющего уровни ТОКА от ПРИКОСНОВЕНИЯ близкие к предельным значениям, считается плохой практикой из-за влияния, которое могут оказать на ТОК ПРИКОСНОВЕНИЯ допуски на компоненты, старение, эксплуатация, а также окружающая среда. Если ТОК ПРИКОСНОВЕНИЯ, создаваемый ОБОРУДОВАНИЕМ, приближается к предельному значению, необходимо уделять особое внимание точности измерений и калибровке ИО. Если ТОК ПРИКОСНОВЕНИЯ не приближается к своему предельному значению, то для приборов, используемых изготовителем, будет приемлемо более широкое поле допусков.

G.5 Отчеты

Для каждого измерительного прибора следует вести записи, содержащие результаты периодических измерений измерительной системы. Такие записи будут содержать данные, необходимые для последующего подтверждения соответствия (см. G.6), а также данные о любых ограничениях в использовании.

G.6 Системы подтверждения

Примечание - Определение системы подтверждения метрологической пригодности измерительного оборудования (в настоящем стандарте сокращенно - "подтверждение") приведено во многих стандартах по качеству.

 

Измерительные приборы, используемые для сертификации ОБОРУДОВАНИЯ, должны подвергаться регулярной процедуре подтверждения их точности (см. K.2, приложение K).