Hoe afwezigheidstests gebruiken tijdens onderhoud om bedieners te beschermen tegen hoge spanningen

Elektrische behuizingen die vaak in industriële installaties worden aangetroffen, kunnen hoge voltages bevatten, variërend van 110 of 220 netspanning tot vele honderden volts. De voorschriften voor deze behuizingen, met inbegrip van de Underwriter's Laboratories (UL) en de National Fire Protection Association (NFPA), vereisen dat de afwezigheid van hoogspanning in deze behuizingen wordt geverifieerd voordat met bijwerkings-, reparatie- of onderhoudswerkzaamheden kan worden begonnen.

Hierdoor moeten operators omvangrijke persoonlijke beschermingsmiddelen aantrekken alvorens de stroomtoevoer naar de behuizing uit te schakelen en de deur te openen. De operator moet dan een manueel proces doorlopen om de interne spanningen te testen. De testapparatuur moet een zelftest ondergaan voor en na het verifiëren van de afwezigheid van spanningen. Pas dan kan de operator beginnen met het onderhoud van de behuizing. Dit is een tijdrovende en foutgevoelige procedure die voor elke behuizing moet worden herhaald.

Dit artikel introduceert afwezigheidstesters (AVT's) en legt uit hoe zij kunnen worden gebruikt om het proces te automatiseren waarbij wordt gecontroleerd of er geen spanning in de behuizing aanwezig is. De voordelen van AVT's met hoogspanningsbehuizingen voor industriële elektronica worden onder de loep genomen en er wordt aangetoond hoe ze operators veilig houden en tegelijk tijd besparen bij het uitvoeren van onderhoud. Vervolgens wordt ingegaan op drie AVT's van Panduit Corporation die het testproces automatiseren.

Bescherming van menselijke bedieners tegen elektrische gevaren

Industriële automatiseringsinstallaties moeten voldoen aan alle NFPA-normen die van toepassing zijn op de werkomgeving. Met name de NFPA-70E "Standard for Electrical Safety in the Workplace" schrijft veilige werkmethoden voor om menselijke bedieners te beschermen tegen grote elektrische risico's. Het omvat werkplekprocedures ter bescherming tegen verwondingen veroorzaakt door onder spanning staande elektriciteitsleidingen, waaronder elektrische schokken, elektrocutie, vlamboogontlading en vlamboogontploffing.

Bij het uitvoeren van onderhoud aan elektrische schakelkasten moet een technicus eerst veilig controleren of er geen spanning in de kast aanwezig is in overeenstemming met NFPA-70E. Het testen op afwezigheid van spanning gebeurt meestal met de hand (figuur 1). Alvorens de behuizing te openen, moet de technicus of onderhoudsmonteur persoonlijke beschermingsmiddelen aantrekken, waaronder isolatie over het gehele lichaam met gezichtsbedekking, helm en handschoenen.

Afbeelding 1: Alvorens onderhoud te plegen in een elektrische behuizing - hier afgebeeld met de deur open - moet de elektronica veilig worden getest om na te gaan of er geen spanning op staat. (Bron afbeelding: Panduit Corporation)

Sommige behuizingen kunnen honderden volts bevatten en de technicus moet goed beschermd zijn voor het geval de spanningen nog aanwezig zijn. Er kan bijvoorbeeld een stroomschakelaar defect zijn en in de "ON"-stand zijn blijven steken, of door een verkeerde configuratie is externe stroom binnengekomen die niet correct is uitgeschakeld.

Vervolgens moet de technicus of ingenieur alle stroom naar de elektronica van de behuizing uitschakelen met één of meer externe schakelaars. Om de interne spanningen te testen wordt een handspanningsinstrument gebruikt, zoals een sonde of voltmeter, die vóór gebruik moet worden getest om de juiste werking te verifiëren. Dit houdt in dat u controleert of het display van het instrument aan is en of er geen indicators zijn voor een bijna lege batterij.

Nu de technicus goed beschermd is en de spanningssonde gebruiksklaar is, kan hij de behuizing veilig openen, zoals afgebeeld in Afbeelding 1. Ingenieurs of technici controleren - met behulp van het spanningsinstrument - of er geen spanningen aanwezig zijn op de stroomtestpunten en connectors in de behuizing, en of alle condensators veilig ontladen zijn. Dit vereist dat zij de twee spanningssondes zorgvuldig plaatsen, één op de te testen spanningsplaats en de andere op de bijbehorende aardklem. Dit moet gebeuren zonder de bestaande elektrische componenten in de behuizing te verstoren of draden te verleggen. Een onjuiste plaatsing van de probes kan resulteren in een valse spanningsloze aflezing, of in sommige gevallen interne componenten beschadigen. Er wordt visueel gecontroleerd of de elektrische ventilators binnen de behuizing stilstaan, wat erop wijst dat er geen restladingen meer aanwezig zijn.

Tenslotte moeten zij nogmaals testen of het spanningsinstrument correct werkt om er zeker van te zijn dat de afwezigheid van spanningsmetingen correct was en niet een defect van de apparatuur. Alleen dan kunnen zij het vereiste onderhoud binnen de behuizing uitvoeren.

Dit is een ingewikkeld en tijdrovend proces dat door vele factoren, zoals afleiding, vermoeidheid of inmenging van buitenaf, foutief kan worden uitgevoerd. Het kan het onderhoud vertragen, en in geval van een storing de monteur blootstellen aan gevaarlijke spanningen, of zelfs een onbeschermde monteur die langs de behuizing loopt blootstellen aan gevaarlijke spanningen.

Geautomatiseerde afwezigheid van spanningstesters

De oplossing voor dit manuele proces is een geautomatiseerd systeem dat kan testen of er geen spanning in de behuizing aanwezig is voordat de deur wordt geopend. Panduit Corporation heeft een oplossing met zijn VeriSafe AVT's. De Panduit AVT's automatiseren het volledige proces van testen op afwezigheid van spanning in een behuizing, inclusief een zelftest van de AVT voor en na het testen op spanning.

De AVT maakt gebruik van een isolatiemodule die in de behuizing is gemonteerd en die redundante sensorkabels verbindt met hoogspanningszones, alsmede met nul- en aardleidingen. De isolatiemodule is stevig verbonden met een batterijgevoede indicatormodule die in een paneeluitsparing in de deur van de behuizing is gemonteerd. Wanneer de testknop wordt ingedrukt, voert de AVT eerst een zelftest van zijn systeem uit. Als de AVT-zelftest mislukt, wordt dit aangegeven door rode LED's op de toets en stopt het testen. Als de zelftest slaagt, voert de isolatiemodule vervolgens tests uit op eventueel aanwezige spanningen en op aardfouten.

Daarna voert de AVT een laatste zelftest uit. Succes of fouten worden aangegeven door LED's op de testknop. Pas nadat de test met succes is afgerond en de afwezigheid van spanning is geverifieerd, kan de monteur de deur van de behuizing veilig openen. Dit bespaart tijd en houdt ingenieurs, technici en operators veilig, terwijl de uptime wordt verhoogd en de productiviteit wordt verbeterd.

Een AVT ontworpen voor industriële behuizingen is de Panduit VS-AVT-C08-L10 VeriSafe AVT (Afbeelding 2). De isolatiemodule kan worden gemonteerd op een DIN-rail of rechtstreeks op de behuizing met schroeven. Dit biedt flexibiliteit voor installatie in bestaande systemen. Hij heeft drie paar sensorkabels van 10 voet (ft.) voor aansluiting op spanningsklemmen en is veilig voor systemen tot 600 volt, AC of DC.

Afbeelding 2: De Panduit VS-AVT-C08-L10 is een geautomatiseerde AVT met 10 ft. sensorkabels en een 8 ft. systeemkabel. Hij kan worden gebruikt op wissel- of gelijkspanningssystemen. (Bron afbeelding: Panduit Corporation)

Het heeft een 8 ft. systeemkabel die de isolatiebox veilig verbindt met de indicator module. De heldergele indicatormodule (aangegeven in Afbeelding 3) heeft een kleine drukknop boven het Panduit-logo. Dit wordt ingedrukt om de test te beginnen. Als zowel de zelftests als de spanningstests met succes zijn voltooid, zal de indicatormodule alle L1, L2 en L3 spanningsaanwezigheids-LED's groen tonen. Indien gevaarlijke spanningen worden gedetecteerd, zullen één of meer van de spanningsdetectoren rood oplichten. Dit is een veilige en betrouwbare testmethode die garandeert dat er geen gevaarlijke spanningen in de kast aanwezig zijn voordat de deur van de behuizing wordt geopend.

Afbeelding 3: De indicatormodule voor de Panduit AVT-systemen heeft een kortstondige drukknop waarmee de test wordt gestart. De resultaten van de zelftest en de spanningstests worden aangegeven door verschillende groene, gele en rode LED's in de indicatormodule. (Bron afbeelding: Panduit Corporation)

De externe indicatormodule heeft een diameter van 48,6 millimeter (mm), en de heldergele kleur valt duidelijk op bij een kastdeur. De montagediameter is 30 mm boveninkeping, zodat hij gemakkelijk kan worden gemonteerd in een standaard paneeluitsparing van 30 mm op deuren van industriële behuizingen.

De AVT wordt gevoed door een industriële 3,6-volt lithiumbatterij die in de indicatormodule is gemonteerd. De batterij kan worden vervangen door de indicatormodule los te schroeven. Dit biedt extra veiligheid omdat de deur van de behuizing veilig gesloten kan blijven terwijl de batterij wordt vervangen.

Voor extra betrouwbaarheid zijn er twee sensorkabels voor elk van de drie spanningscontacten, zodat er redundantie is voor het geval per ongeluk een kabel wordt losgekoppeld. De drie paar 10 ft sensorkabels van de VS-AVT-C08-L10 kunnen worden aangesloten op de hete, neutrale en aardedraden in een wisselspanningssysteem. In een gelijkspanningssysteem worden deze dubbele draden verbonden met de plus-, min- en aardingsdraden. Bovendien is er een vierde paar sensorkabels voor aansluiting op de fysieke aarding. Wanneer de AVT niet operationeel is, zijn alle sensorkabels open in een hoogohmige toestand om de werking van de elektronica van de behuizing niet te verstoren.

Voor elk paar redundante afleidingen is het belangrijk dat elk paar niet mechanisch wordt verbonden met hetzelfde contactpunt, anders worden de veiligheid en redundantie van dubbele afleidingen tenietgedaan. Elk dradenpaar moet op enige afstand van elkaar op dezelfde kabel worden aangesloten, zodat er redundantie is en storingen op één contactpunt worden voorkomen.

Panduit's AVT verhoogt de veiligheid van de operator en kan de noodzaak verminderen voor een operator om persoonlijke beschermingsmiddelen te dragen bij het openen van de behuizing. Het is echter belangrijk op te merken dat het dragen van dergelijke beschermende uitrusting nog steeds nodig kan zijn om redenen die buiten het bereik liggen van de gespecificeerde capaciteiten van het AVT, en factoren kan omvatten zoals naburig materieel, andere activiteiten in de buurt, en opleiding van de operator. Daarom is het aan de veiligheidsverantwoordelijken van een instelling om te beslissen of het gebruik van Panduit's AVT de nood aan persoonlijke beschermingsmiddelen tijdens het onderhoud van behuizingen vermindert.

Signaleert afwezigheid van spanning in aanwezigheid van ontvlambare gassen

Als de behuizing zich in een industriële omgeving bevindt waar ontvlambare gassen aanwezig kunnen zijn, biedt Panduit de VS-AVT2-C02L03 AVT voor gevaarlijke locaties (Afbeelding 4). Hij heeft dezelfde werking en hetzelfde uiterlijk als de VS-AVT-C08-L10, behalve dat hij is bestemd voor gebruik in gevaarlijke locaties van OSHA-klasse I, afdeling 2, waar ontvlambare vloeistoffen worden gebruikt en beheerst, maar waar nog ontvlambare gassen aanwezig kunnen zijn in de atmosfeer.

Afbeelding 4: De VS-AVT2-CO2L03 is optisch en operationeel gelijk aan de VS-AVT-CO8-L10, maar is ontworpen voor gebruik in gevaarlijke locaties van OSHA-klasse 1, divisie 2. (Bron afbeelding: Panduit Corp.)

De VS-AVT2-C02L03 heeft sensorleidingen van 3 ft. en een systeemkabel van 2 ft. en biedt een veilige indicatie van afwezigheid van spanning, zodat hoge spanningen niet worden blootgesteld aan brandbare gassen wanneer de deur van de behuizing wordt geopend.

Aanpassing van bestaande systemen

Voor bestaande elektrische behuizingen die geen ingebouwde sensorpunten hebben, of voor behuizingen die niet voor langere tijd offline kunnen worden gehaald om sensorcontactpunten te installeren, biedt Panduit de VS-AVT-RKP1 retrofit AVT aan. Hij heeft dezelfde componenten als de Panduit VS-AVT-C08-L10 AVT, met inbegrip van 10 ft. sensorkabels en een 8 ft. systeemkabel, maar bevat ook een VeriSafe doorsteekconnectorkit (figuur 5).

Afbeelding 5: De VS-AVT-RKP1 retrofit AVT wordt geleverd met een doorsteekconnectorkit voor behuizingen die niet off-line kunnen worden genomen voor sensorcontactinstallaties. (Bron afbeelding: Panduit Corp.)

Het is een ruimtebesparende manier om achteraf een behuizing voor een AVT aan te brengen zonder de integriteit van de bestaande geleiders aan te tasten. Hij is geschikt voor het snel aftappen van geleiders van 14 tot 6 gauge (AWG) zonder snijden of strippen. Dit bespaart tijd en maakt een snelle en veilige installatie van de Panduit AVT mogelijk, zonder uitgebreide downtime. Het bevat ook twaalf kabelbinders en zes kabelbinderbevestigingen om de sensorkabels veilig uit de weg te houden van bestaande elektronica.

Conclusie

De veiligheid van ingenieurs, technici en operators tegen gevaarlijke spanningen is een topprioriteit in industriële installaties. Elektrische behuizingen kunnen honderden volts bevatten en dus moet worden gecontroleerd of er geen spanningen binnenin aanwezig zijn alvorens de behuizing te openen voor onderhoud. AVT's zijn een veilig, eenvoudig en doeltreffend middel om geautomatiseerd te testen op afwezigheid van spanning in de behuizing voordat de deur wordt geopend. Dit zorgt voor veiligheid en bespaart tijd en verhoogt de productiviteit.