การวัดแรงดันไฟฟ้าในวงจรควบคุมอุตสาหกรรม

การอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าจะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อวิศวกรทราบจุดสองจุดที่นำมาเปรียบเทียบ สถานะวงจรที่คาดไว้ และขีดจำกัดของเครื่องมือ มิเตอร์ดิจิทัลอาจแสดงตัวเลขที่ดูสมเหตุสมผล ขณะที่วงจรยังมีตัวนำขาด การเชื่อมต่ออ่อน แรงดันเหนี่ยวนำ หรือพลังงานสะสมที่เป็นอันตรายอยู่

วิธีการภาคสนามนี้ถือว่าการทดสอบแรงดันไฟฟ้าเป็นกระบวนการวินิจฉัยที่มีการควบคุม ใช้ได้กับตู้ควบคุมอุตสาหกรรม อินพุต/เอาต์พุต 24 VDC วงจรคอนแทกเตอร์ แหล่งจ่ายไฟ และวงจรเสริมของชุดขับมอเตอร์ การปฏิบัติงานต้องเป็นไปตามโปรแกรมความปลอดภัยทางไฟฟ้าของสถานที่และคำแนะนำของอุปกรณ์

เริ่มจากสถานะของวงจร

ก่อนสัมผัสโพรบ ให้กำหนดก่อนว่าวงจรควรอยู่ในสภาวะมีไฟหรือไม่ ระบุแหล่งจ่าย แรงดันพิกัด รูปแบบการต่อลงดิน อุปกรณ์ป้องกัน โหลด และเส้นทางกระแสที่คาดไว้ แบบแปลนช่วยได้ แต่ต้องตรวจสอบการเดินสายจริงและการดัดแปลงล่าสุดในหน้างานด้วย

แรงดันไฟฟ้าคือความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างสองจุด ข้อความอย่าง “ขั้วนี้มี 24 โวลต์” ยังไม่สมบูรณ์ เว้นแต่จะทราบจุดอ้างอิง ขั้วเดียวกันอาจให้ค่าต่างกันเมื่อวัดเทียบกับคอมมอน DC ดินป้องกัน หรือ ตัวนำอีกเส้นหนึ่ง

ใช้คอลเลกชัน อุปกรณ์ไฟฟ้าและส่วนประกอบกำลัง เพื่อดูแหล่งจ่าย เบรกเกอร์ รีเลย์ และฮาร์ดแวร์ตู้ที่เกี่ยวข้อง รายการสินค้าไม่สามารถใช้แทนแบบแปลนเครื่องจักรหรือคู่มืออุปกรณ์ที่เลือกใช้ได้

เลือกมิเตอร์ให้เหมาะกับการติดตั้ง

ตรวจสอบว่ามิเตอร์ สายวัด โพรบ และอุปกรณ์เสริมมีพิกัดเหมาะสมกับวงจรและสภาพแวดล้อม ตรวจดูฉนวน โลหะที่โผล่ การเสียบขั้วต่อ ฟิวส์ และสถานะแบตเตอรี่ สายวัดที่เสียหายอาจทำให้เครื่องมือที่เหมาะสมไม่ปลอดภัยได้

เลือกโหมด AC หรือ DC อย่างตั้งใจ การเลือกย่านวัดอัตโนมัติช่วยเลือกสเกล แต่ไม่สามารถตัดสินได้ว่าวิศวกรคาดว่าจะพบรีเทิร์น DC ที่คงที่ แหล่งจ่ายรูปคลื่นไซน์ รูปคลื่นมอดูเลตความกว้างพัลส์ หรือสัญญาณชั่วขณะ บางรูปคลื่นจำเป็นต้องใช้เครื่องมือวัดแบบ True RMS หรือออสซิลโลสโคปที่มีการแยกวงจรและโพรบที่เหมาะสม

ห้ามใช้โหมดวัดความต้านทาน ความต่อเนื่อง หรือกระแสกับแหล่งจ่ายแรงดันที่มีไฟอยู่ โหมดวัดกระแสจะสร้างทางเดินอิมพีแดนซ์ต่ำผ่านมิเตอร์ ความผิดพลาดนี้อาจทำให้ฟิวส์ขาด ทำให้เครื่องมือเสียหาย หรือทำให้เกิดอาร์กได้

ตรวจสอบเครื่องทดสอบก่อนและหลังการวัด

ตรวจสอบมิเตอร์กับแหล่งจ่ายที่มีไฟและทราบแน่ชัดก่อนทำการวัด ทดสอบวงจรเป้าหมาย แล้วตรวจสอบมิเตอร์อีกครั้ง ลำดับมีไฟ-ไม่มีไฟ-มีไฟนี้ช่วยตรวจพบสายวัดขาด เลือกฟังก์ชันผิด แบตเตอรี่หมด หรือเครื่องมือขัดข้อง

การอ่านค่าเป็นศูนย์ไม่ได้พิสูจน์ด้วยตัวเองว่าวงจรไม่มีไฟ โพรบอาจแตะผิดจุด จุดอ้างอิงอาจลอย หรือตัวนำอาจขาดการเชื่อมต่อจากด้านต้นทาง การตรวจยืนยันว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้าควรดำเนินการโดยผู้มีคุณสมบัติเหมาะสม ตามขั้นตอนและใช้อุปกรณ์ป้องกันที่กำหนด

วัดคร่อมเส้นทางกระแสที่คาดไว้

สำหรับโหลด 24 VDC ให้เริ่มวัดแหล่งจ่ายโดยตรงจากขั้วบวกถึงคอมมอน จากนั้นวัดคร่อมโหลดขณะที่มีคำสั่งให้เปิด สุดท้ายตรวจวัดแต่ละด้านของโหลดเทียบกับจุดอ้างอิงเดียวกัน ค่าเหล่านี้ช่วยแยกปัญหาแหล่งจ่ายตก การสูญเสียที่อุปกรณ์สวิตช์ สายไฟขาด และปัญหาที่โหลด

หน้าสัมผัสปิดที่สมบูรณ์ควรมีแรงดันตกคร่อมเพียงเล็กน้อยขณะมีโหลด แรงดันตกคร่อมสูงบนหน้าสัมผัสปิดชี้ไปที่ความต้านทานบริเวณหน้าสัมผัส ขั้วต่อ ฐานฟิวส์ หรือตัวนำ หน้าสัมผัสเปิดอาจมีแรงดันเกือบเท่ากับแรงดันจ่ายตกคร่อมอยู่

การทดสอบแรงดันตกคร่อมให้ข้อมูลมากที่สุดขณะที่มีกระแสไหล วงจรที่ไม่มีโหลดอาจแสดงแรงดันพิกัดผ่านการกัดกร่อนหรือจุดเชื่อมต่อที่มีความต้านทานสูง แต่แรงดันจะยุบลงเมื่อโหลดต้องการกระแส

สังเกตแรงดันหลอนและแรงดันคัปปลิง

มิเตอร์อิมพีแดนซ์สูงใช้กระแสน้อยมาก ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ แต่สามารถแสดงแรงดันที่คัปปลิงด้วยความจุบนตัวนำที่ถูกตัดการเชื่อมต่อได้ สายเคเบิลที่เดินขนานกันเป็นระยะยาว สายเอาต์พุต VFD และตัวนำ AC ที่อยู่ติดกันจะเพิ่มผลกระทบนี้

ฟังก์ชันวัดแบบอิมพีแดนซ์ต่ำช่วยแยกแรงดันคัปปลิงออกจากแหล่งจ่ายที่สามารถจ่ายกระแสได้ เมื่อเครื่องมือและขั้นตอนอนุญาต ห้ามดัดแปลงโหลดทดสอบขึ้นเอง วงจรอาจมีไฟอยู่จริง และโหลดที่ไม่เหมาะสมอาจก่อให้เกิดอันตราย

เปรียบเทียบค่าที่อ่านได้กับโทโพโลยีการเดินสาย แรงดันคงที่ที่หายไปเมื่อทดสอบด้วยอิมพีแดนซ์ต่ำที่ได้รับอนุมัติ บ่งชี้ว่าเป็นการคัปปลิง แรงดันที่ยังคงอยู่และจ่ายกระแสได้ต้องตรวจสอบว่าเป็นแหล่งจ่ายจริงหรือการป้อนไฟย้อนกลับ

คำนึงถึงผลจากการโหลดของมิเตอร์

โวลต์มิเตอร์ไม่ได้เป็นสิ่งที่ไม่มีผลทางไฟฟ้า อิมพีแดนซ์อินพุตของมิเตอร์จะสร้างเส้นทางขนานกับวงจร ในวงจรกำลังและวงจรควบคุมที่มีความต้านทานต่ำ ผลกระทบมักมีน้อย แต่ในเครือข่ายเซนเซอร์ความต้านทานสูง วงจรตรวจจับการรั่วไหล และอินพุตอิเล็กทรอนิกส์ มิเตอร์อาจเปลี่ยนแรงดันที่วัดได้

บันทึกอิมพีแดนซ์อินพุตของมิเตอร์เมื่อวินิจฉัยจุดที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลง เปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับข้อมูลจำเพาะของอุปกรณ์ และพิจารณาใช้ออสซิลโลสโคปหรืออิเล็กโทรมิเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับวงจรซึ่งอยู่นอกช่วงการใช้งานของมัลติมิเตอร์ทั่วไป

พลังงานสะสมต้องตรวจสอบแยกต่างหาก

ตัวเก็บประจุในชุดขับ แหล่งจ่ายไฟ และฟิลเตอร์อาจยังคงมีประจุหลังจากตัดไฟขาเข้าแล้ว ปฏิบัติตามเวลาคายประจุและจุดตรวจสอบที่ผู้ผลิตกำหนด อย่าสันนิษฐานว่าจอแสดงผลที่ดับหมายความว่าบัส DC ปลอดภัย

วัดที่ขั้วที่กำหนดโดยใช้เครื่องมือซึ่งมีพิกัดรองรับแรงดันที่อาจเกิดขึ้น รอให้ครบระยะเวลาคายประจุที่ระบุแล้วตรวจสอบอีกครั้ง ห้ามลัดวงจรตัวเก็บประจุด้วยเครื่องมือ หรือติดตั้งตัวต้านทานที่ดัดแปลงขึ้นเองคร่อมแหล่งเก็บพลังงานที่ไม่ทราบค่า

สามารถดูฮาร์ดแวร์ชุดขับที่เกี่ยวข้องได้ในคอลเลกชัน ชุดขับและการควบคุมการเคลื่อนไหว คู่มือฉบับปัจจุบันของชุดขับยังคงเป็นแหล่งอ้างอิงหลักสำหรับการคายประจุ จุดทดสอบ และข้อจำกัดในการซ่อมบำรุง

สร้างลำดับการวินิจฉัยที่ทำซ้ำได้

เริ่มจากแหล่งจ่ายที่ทราบแน่ชัดแล้วไล่ไปทางโหลด รักษาจุดอ้างอิงเดียวไว้เมื่อทำได้ บันทึกสถานะเครื่องจักร สถานะคำสั่ง ค่าที่วัดได้ ย่านวัด และจุดทดสอบ การเปลี่ยนจุดอ้างอิงโดยไม่บันทึกจะทำให้การเปรียบเทียบคลาดเคลื่อน

สำหรับข้อขัดข้องที่เกิดเป็นระยะ ให้วัดในระหว่างที่เหตุการณ์เกิดขึ้น อย่าติดตามค่าแอนะล็อกของ PLC จนกว่าจะยืนยันแล้วว่าสัญญาณภาคสนามและช่องอินพุตแสดงสภาวะเดียวกัน มิเตอร์แบบมือถืออาจพลาดการตกของสัญญาณช่วงสั้น ๆ เพราะจอแสดงผลอัปเดตช้า

ใช้การบันทึกค่าต่ำสุด/สูงสุดหรือเครื่องบันทึกที่ตั้งค่าอย่างเหมาะสมเมื่อระยะเวลาของเหตุการณ์อยู่ในขอบเขตที่เครื่องมือรองรับ ใช้ออสซิลโลสโคปสำหรับสัญญาณชั่วขณะที่เร็วกว่า เลือกวิธีวัดแบบดิฟเฟอเรนเชียลหรือแบบแยกวงจรเมื่อความผิดพลาดของจุดอ้างอิงกราวด์อาจทำให้เกิดการลัดวงจร

ตีความค่าที่วัดได้ ไม่ใช่ดูแค่ตัวเลข

การวินิจฉัยที่ดีต้องเปรียบเทียบแรงดันที่วัดได้กับพฤติกรรมที่วงจรควรเป็น แรงดันพิกัดที่ขั้วซึ่งไม่มีโหลดไม่ได้พิสูจน์ว่ามีกำลังไฟที่ใช้งานได้ แรงดันศูนย์ไม่ได้พิสูจน์ว่าปลอดภัย แรงดันครึ่งหนึ่งของค่าที่คาดไว้อาจเกิดจากวงจรแบ่งแรงดัน การรั่วไหล จุดอ้างอิงลอย หรือการโหลดของมิเตอร์

ข้อสรุปที่น่าเชื่อถือที่สุดมาจากการวัดหลายรายการที่สอดคล้องกัน ได้แก่ แรงดันแหล่งจ่าย แรงดันคร่อมโหลด แรงดันตกคร่อมตัวนำและหน้าสัมผัส และพฤติกรรมขณะมีโหลด คู่มือ Electrical Science ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ให้ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับทฤษฎี AC อินดักแตนซ์ มอเตอร์ และเครื่องมือทดสอบ

ดังนั้น การทดสอบแรงดันไฟฟ้าที่ดีจึงเป็นกระบวนการใช้เหตุผล กำหนดจุดอ้างอิง ควบคุมสถานะวงจร ตรวจสอบเครื่องทดสอบ วัดภายใต้โหลดที่ถูกต้อง และเชื่อมโยงค่าที่อ่านได้ทุกค่ากับเส้นทางกระแสทางกายภาพ