Измерение напряжения в промышленных цепях управления

Показание напряжения полезно только тогда, когда инженер знает, между какими двумя точками выполняется сравнение, каково ожидаемое состояние цепи и каковы пределы измерительного прибора. Цифровой мультиметр может показывать правдоподобное значение, даже если в цепи по-прежнему есть разрыв проводника, слабое соединение, наведённое напряжение или опасная запасённая энергия.

Этот метод предназначен для проведения измерений напряжения как контролируемого диагностического процесса. Он применяется к промышленным шкафам управления, цепям ввода-вывода 24 В постоянного тока, цепям контакторов, источникам питания и вспомогательным цепям приводов двигателей. Работы необходимо выполнять в соответствии с программой электробезопасности предприятия и инструкциями к оборудованию.

Начните с определения состояния цепи

Прежде чем прикасаться щупом, определите, должна ли цепь находиться под напряжением. Установите источник, номинальное напряжение, схему заземления, защитное устройство, нагрузку и ожидаемый путь тока. Схема помогает, но необходимо также проверить монтаж на месте и недавние изменения.

Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками. Утверждение вроде «на этой клемме 24 вольта» неполно, если неизвестна точка отсчёта. Одна и та же клемма может давать разные показания относительно общего провода постоянного тока, защитного заземления или другого проводника.

Используйте коллекцию силовых и электрических компонентов, чтобы ознакомиться с соответствующими источниками питания, автоматическими выключателями, реле и аппаратурой для шкафов. Карточки товаров не заменяют схему машины или руководство по выбранному устройству.

Выберите измерительный прибор для данной установки

Убедитесь, что мультиметр, измерительные провода, щупы и принадлежности рассчитаны на данную цепь и условия эксплуатации. Проверьте изоляцию, открытые металлические части, надёжность подключения разъёмов, состояние предохранителя и заряд батареи. Повреждённый измерительный провод может сделать непригодным даже подходящий прибор.

Осознанно выбирайте режим переменного или постоянного тока. Автоматический выбор диапазона помогает подобрать шкалу, но не может определить, ожидает ли инженер стабильную шину постоянного тока, синусоидальное питание, широтно-импульсный сигнал или переходный процесс. Для некоторых форм сигнала требуется прибор с измерением истинного среднеквадратичного значения или осциллограф с подходящей изоляцией и щупами.

Не используйте режимы измерения сопротивления, прозвонки или тока на находящемся под напряжением источнике. В режиме измерения тока мультиметр создаёт низкоомный путь. Такая ошибка может привести к срабатыванию предохранителя, повреждению прибора или возникновению дуги.

Проверьте измерительный прибор до и после измерения

Перед измерением проверьте мультиметр на заведомо находящемся под напряжением источнике. Затем проверьте целевую цепь и снова проверьте мультиметр. Последовательность «под напряжением — обесточено — под напряжением» помогает обнаружить неисправный измерительный провод, неверно выбранную функцию, разряженную батарею или неисправность прибора.

Само по себе нулевое показание не доказывает отсутствие напряжения. Щупы могут находиться не в тех точках, точка отсчёта может быть плавающей, либо проводник может быть отключён выше по цепи. Проверку отсутствия напряжения должны выполнять квалифицированные специалисты с применением требуемой процедуры и средств индивидуальной защиты.

Измеряйте вдоль ожидаемого пути тока

Для нагрузки 24 В постоянного тока сначала измерьте напряжение питания непосредственно между положительным выводом и общим проводом. Затем измерьте напряжение на нагрузке, пока на неё подаётся команда включения. Наконец, проверьте каждую сторону нагрузки относительно одной и той же точки отсчёта. Эти измерения позволяют различить потерю напряжения источника, потери на коммутации, обрыв проводки и неисправности нагрузки.

На исправном замкнутом контакте под нагрузкой должно быть небольшое падение напряжения. Большое падение на замкнутом контакте указывает на сопротивление в контакте, клемме, держателе предохранителя или проводнике. На разомкнутом контакте может присутствовать почти полное напряжение питания.

Измерение падения напряжения наиболее информативно при протекании тока. Ненагруженная цепь может показывать номинальное напряжение через коррозию или высокоомное соединение. Напряжение падает только тогда, когда нагрузка начинает потреблять ток.

Распознавайте фантомное и наводимое напряжение

Высокоомные мультиметры потребляют очень небольшой ток. Это полезно для большинства электронных цепей, но такой прибор может отображать ёмкостно наведённое напряжение на отключённом проводнике. Длинные параллельные кабели, выходная проводка ЧП-частотного преобразователя и расположенные рядом проводники переменного тока усиливают этот эффект.

Функция измерения с низким входным сопротивлением может помочь отличить наведённое напряжение от источника, способного отдавать ток, если это допускается прибором и процедурой. Никогда не подключайте импровизированную тестовую нагрузку. Цепь может действительно находиться под напряжением, а неподходящая нагрузка может создать опасность.

Сопоставляйте показание с топологией проводки. Стабильное напряжение, исчезающее при разрешённой проверке низким сопротивлением, указывает на наводку. Если напряжение сохраняется и источник отдаёт ток, необходимо исследовать его как реальный источник или обратную подпитку.

Учитывайте нагрузку, создаваемую мультиметром

Вольтметр не является электрически невидимым. Его входное сопротивление образует параллельный путь в цепи. В силовых цепях и цепях управления с низким сопротивлением влияние обычно невелико. В высокоомных сенсорных сетях, цепях обнаружения утечек и электронных входах мультиметр может изменить измеряемое напряжение.

При диагностике чувствительных узлов фиксируйте входное сопротивление мультиметра. Сравнивайте измерения с характеристиками устройства и рассмотрите возможность применения подходящего осциллографа или электрометра для цепей, выходящих за пределы обычного мультиметра.

Запасённая энергия требует отдельной проверки

Конденсаторы в приводах, источниках питания и фильтрах могут оставаться заряженными после отключения входного питания. Соблюдайте указанное производителем время разряда и используемые точки проверки. Не считайте шину постоянного тока безопасной только потому, что дисплей погас.

Измеряйте напряжение на предназначенных для этого клеммах прибором, рассчитанным на возможное напряжение. Выдержите указанное время разряда и выполните повторную проверку. Никогда не замыкайте конденсатор инструментом и не устанавливайте самодельный резистор на неизвестный накопитель энергии.

С соответствующей аппаратурой приводов можно ознакомиться в коллекции приводов и систем управления движением. Руководство по конкретному приводу остаётся главным источником требований к разряду, точкам проверки и ограничениям при обслуживании.

Создайте повторяемую последовательность диагностики

Начинайте с заведомо исправного источника и двигайтесь к нагрузке. По возможности сохраняйте одну и ту же точку отсчёта. Записывайте состояние машины, состояние команды, измеренное значение, диапазон и точки проверки. Изменение точек отсчёта без документирования создаёт вводящие в заблуждение сравнения.

При периодически возникающих неисправностях выполняйте измерение во время события. Используйте аналоговое значение ПЛК для построения тренда только после подтверждения, что полевой сигнал и входной канал отражают одно и то же состояние. Ручной мультиметр может пропустить кратковременное падение напряжения, поскольку его дисплей обновляется медленно.

Используйте регистрацию минимальных и максимальных значений или правильно настроенный регистратор, если длительность события соответствует возможностям прибора. Для более быстрых переходных процессов применяйте осциллограф. Выбирайте дифференциальный или изолированный метод измерения, если ошибки относительно заземления могут вызвать короткое замыкание.

Интерпретируйте показание, а не только число

Правильная диагностика сопоставляет измеренное напряжение с предполагаемым поведением цепи. Номинальное напряжение на ненагруженной клемме не доказывает наличие полезного питания. Нулевое напряжение не доказывает безопасность. Напряжение, равное половине ожидаемого, может быть результатом делителя, утечки, плавающей точки отсчёта или нагрузки со стороны мультиметра.

Наиболее убедительный вывод основан на нескольких согласующихся измерениях: напряжении источника, напряжении на нагрузке, падении напряжения на проводниках и контактах, а также поведении под нагрузкой. Справочник по электротехнике Министерства энергетики США содержит базовые сведения о теории переменного тока, индуктивности, двигателях и измерительных приборах.

Таким образом, качественное измерение напряжения — это процесс рассуждения. Определите точку отсчёта, контролируйте состояние цепи, проверьте измерительный прибор, выполняйте измерение при правильной нагрузке и связывайте каждое показание с физическим путём тока.