如何用LOTO示波器安全的測量高電壓？

ID:412156 · 發表于 2020-6-11 16:40

本文里我們把幾十伏以上，超出對人體安全電壓或者超出示波器量程的電壓定為高電壓，以220V市電舉例討論。

示波器上是有方便自測和探頭補償用的標準方波的，一般是1K Hz。我們的USB示波器上也有這個標準方波，幅值1.5v左右，默認是標準方波，需要時，還可以設置成PWM波，頻率占空比可調。

跑題了，我是在技術支持的過程中遇到關于市電損壞的問題有一大半是由于新人好奇，順手接到市電上造成的。所以我不得不強調一下，示波器是自帶方波可以嘗鮮的，新手不要上來就去測市電玩。老司機們很謹慎，是不會這樣做的。

中招的新人們最常問的問題是：

為什么我用示波器測量市電總是跳閘呢？

為什么我測市電會把示波器燒了呢？

首先我們得了解市電的供電線路及原理，有助于安全用電，安全測量。

火線，零線和地線

我國的市電（居民用電）規格為交流220V@50Hz，供電線路由火線、零線和地線組成，它們的關系如圖1.1所示。

火線（L）：也稱相線，由發電站或變電站提供，電壓有效值220V，人體接觸會有危險；

零線（N）：為火線提供回路，在發電站或變電站端接地；由于是遠端接地，因此在居民樓用戶端電位不一定為零，可能帶弱電，但相對安全；

地線（E）：零電勢參考點，在居民樓用戶端接大地，零電壓，絕對安全

圖1 火線、零線和地線的關系

首先要確認示波器量程：

比如LOTO大部分型號的示波器，標配的探頭在×1檔位下的量程為+-5V，在X10檔位下是+-50V.個別型號在×1檔位下的量程為+-20V，在X10檔位下是+-200V.

但是這個量程還是不夠的，因為市電220V其實是指它的等效值。峰峰值電壓在600V左右。

那么是不是用100:1的高壓無源探頭就可以了，理論上是可以的，但是實際中我們還是可能因為使用了錯誤的測量方法而出問題。

錯誤的測量方法：

在臺式電腦上或者帶電源適配器的筆記本電腦上使用LOTO的USB示波器時，外殼金屬端與探頭的負端（地）均與USB的地線相連，USB的地線又與電腦的地相連，然后與插線板的大地相連。

這種情況下，當用示波器直接對零線和火線測量時，就會間接地把零線或火線對地線短路（等效于圖中紅色虛線），非常危險，這也是最常見的錯誤測量方法。

圖2 錯誤的測量方法

不推薦浮地測量方法：

如圖3所示，使用隔離變壓器的方法對臺式機電腦的USB示波器供電，可以達到斷開測量回環的目的，實現“浮地”測量。使用筆記本電腦接LOTO示波器的時候，不使用電源適配器的情況下，示波器的地也是浮地的。

圖3 浮地測量法

浮地測量時，示波器外殼金屬端和探頭接地端帶有同等電平，并且與被測的高電壓的一端短接。所以當測量市電時，如果疏忽了把示波器的接地夾接在了火線上，會讓示波器和電腦外殼帶有220V的電壓，人體一旦接觸到示波器外殼，電流會經過人體流入大地，非常危險！

圖4 浮地測量安全隱患

不建議的電阻分壓測量法：

有些對強電比較熟悉的工程師會想到將220V市電通過電阻分壓到一個比較低的電壓然后測量。這樣就避免了接觸高電壓的風險。

如上圖所示，使用兩只電阻將火線和地之間做100倍的衰減，然后用示波器進行測量：

這種做法和使用100:1的高壓無源探頭的原理是一樣的：

從上面的圖中可以看到，這種做法是可以成功測量的。之所以不建議，是因為這對操作者有較高的要求，要很熟悉被測高壓電路而且要細心不出錯。因為一旦疏忽了把線接反了，或者沒接好，那么就可能有災難性的后果。

對普通示波器基于安全角度考慮，使用“A-B”法和高壓差分探頭對市電測量是非常安全的，下面分別對其進行介紹。

“A-B”偽差分測量

采用普通無源探頭應用“A-B”法對市電進行測量時，在使用合適的探頭衰減比例將電壓限定在示波器量程范圍內時，可以應將兩通道探頭的負端（地）均接至電源地線，一個通道的探頭探針（正端）接零線，另一個通道的探頭探針（正端）接火線（如圖5左所示），則兩通道的測量差值即為市電波形。

這種做法也是可以的，不過要注意兩個探頭都不接地，雖然可以避免熱地的問題以及防止反接的問題，但是還是要注意不要超過示波器的量程的。我們更推薦另一種方法，那就是下面介紹的用隔離差分模塊測量。

隔離差分模塊測量

使用隔離差分模塊測量市電，火線和零線測試點正反接都沒關系，探頭內部通過磁電隔離的方式將測量端的地和示波器的地隔離開來，不會造成短路問題。

LOTO示波器配套的隔離差分模塊并不像傳統的高壓隔離探頭那樣兩三千元的昂貴，只有一百多大概，但是可以以隔離差分的方式測量+-800V的高壓。

IDM01隔離差分模塊是最佳的推薦方式，安全方便。

我們拍了一段兩種探頭實測市電220V的演示講解視頻如下：

示波器作為一種很重要的測量儀器，我們應該正確、安全地使用。尤其在測量一些高壓信號時，必須弄清各種信號線之間的關系，才能正確地連接被測信號，保證安全測量。

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