Höjd över havet: Varför är det viktigt?

Att arbeta med elektricitet är farligt, så säkerhetsutrustning som kläder, handskar, stövlar, osv. är avgörande för att skydda elarbetare från potentiella olyckor. En mindre uppenbar säkerhetsrisk är dock utformningen av den testutrustning som används för att underhålla elsystemet.

IEC-standarden (International Electrotechnical Commission) 61010 omfattar säkerhetskrav för elektrisk utrustning för mätning, styrning och laboratorieändamål. Den omfattar krav för testning och mätning av kretsar samt för instrument.

Instrumentets mätkategori (CAT) visar var i systemet instrumentet har utformats för att användas på ett säkert sätt. Ju högre klassning, desto större krypavstånd och frigångsavstånd. En faktor som ofta förbises är den höjd över havet där testning utförs. Testning vid havsnivå är inte samma sak som testning i berg. I det här dokumentet får du information om säkerhetskonsekvenser vid testning på hög höjd.

Frigångsavstånd

Frigångsavståndet avser den kortaste vägen i luften mellan två ledande delar som ger tillräcklig isolering. Det skiljer sig från krypavstånd, vilket mäter det kortaste avståndet längs isoleringsmaterialets yta. Frigångsavståndet kan vara lika stort men får aldrig vara större än krypavståndet.

Att bibehålla rätt frigångsavstånd är en viktig del för säker konstruktion av kretskort. Kretskorts- och komponentlayouter måste innehålla tillräckligt säkerhetsavstånd för att förhindra högspänningsbågar eller avbrott mellan ledare och elektroniska komponenter och för att skydda enheten och användaren.

Luftens densitet och isoleringsstyrka är ganska bra på havsnivå, vilket innebär att det frigångsavstånd som krävs för specifika CAT-klassningar minimeras. Tyvärr ändras isoleringsstyrkan i luften med ändrad höjd.

Paschens lag

Paschens lag, som fått sitt namn efter den tyska fysikern Friedrich Paschen, är en ekvation som ger den spänning som behövs för att starta en ljusbåge mellan två elektroder i en gas som en funktion av gastryck och avstånd mellan elektroderna. För en given gas är spänningen endast en funktion av tryck och avstånd. När trycket sjunker faller även genombrottsspänningen för ett fast avstånd. Under dessa förhållanden måste avståndet breddas för att upprätthålla en fast genombrottsspänning. Denna lag blir relevant för instrumentets konstruktion eftersom luft är en gas.

Höjdens inverkan

Luft används som ett elektriskt isolerande medium i konstruktionen av elektrisk utrustning. Atmosfäriskt tryck kan definieras som den totala vikten för luft över en enhetsyta vid en given höjd. Luftens densitet och styrka är väldigt bra på havsnivå. Luften blir tunnare på högre höjder och blir därför mindre av en isolator. När höjden ökar minskar mängden luft över den enhetsytan. Atmosfäriskt tryck sjunker när höjden ökar, vilket minskar luftens dielektriska (isolerande) styrka.

Vid lägre lufttryck finns det mindre isolering mellan elektriska ledare, vilket leder till större risk för ljusbågsbildning. Det minskade trycket gör att luften lättare bryts ned, vilket leder till jonisering som gör att den leder elektricitet lättare.

Följande tabell från The Engineering Toolbox (www.EngineeringToolBox.com) visar förändringen i atmosfäriskt tryck när höjden ökar:

Det erforderliga frigångsavståndet för att garantera säkerheten ökar när höjden ökar eftersom de isolerande egenskaperna hos luften minskar. Följande tabell (tagen från IEC 62368-1, tabell 22) visar multiplikationsfaktorn för frigångsavstånd baserat på höjden.

Förväntad arbetshöjd blir en faktor att ta hänsyn till när man utformar (och köper) elektrisk testutrustning. IEC 61010-1:2001 specificerar drift vid eller under 2 000 meter. Ett instrument med en specifik CAT-klassning på 2 000 meter eller mindre kanske inte uppfyller den CAT-klassningen vid 3 000 meter eller högre.

Slutsats

Det är viktigt att du förstår den miljö där testutrustningen ska användas för att kunna välja säkra instrument. Det gäller även höjden över havet för arbetet. Det mesta i världen ligger under 2 000 meter, men det finns fortfarande ett stort antal personer som arbetar med elektricitet över den här höjden. La Paz i Bolivia har en genomsnittlig höjd över havet på 3 689 meter, koppargruvan Escondida i Chile (världens största koppargruva) ligger 3 010 meter över havet och koppargruvan Antamina i Peru ligger på 4 200 meter. Det här är bara några exempel. De flesta skidanläggningar ligger till sin natur mer än 2 000 meter över havet.

Det är viktigt att du som användare av elektrisk testutrustning kontrollerar den höjd över havet som är kopplad till CAT-klassningen. Kom ihåg att standarden är 2 000 meter. Om testinstrumentet ska användas på hög höjd måste du vara medveten om hur det påverkar de frigångsavstånd som krävs.