Technical Note 如何用示波器安全测量市电
示波器测量小知识
TN01010101 V0.00 Date:2014/11/30 工程技术笔记 类别 关键词 摘 要
内容
火线、地线、零线、220V市电 介绍如何用示波器正确测量220V市电
广州致远电子股份有限公司
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版本 V0.00 日期 2014/11/30 原因 创建文档 工程技术笔记 ©2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.
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广州致远电子股份有限公司 如何用示波器安全测量市电 示波器测量小知识 目 录
1. 认知市电 ................................................................................................................... 1
1.1
1.2
火线、零线和地线 ................................................................................................... 1 为什么会跳闸？ ....................................................................................................... 1 1.2.1 跳闸原理 ........................................................................................................... 1 1.2.2 漏电情况 ........................................................................................................... 1
2. 使用示波器测量市电 ............................................................................................... 2
2.1 2.2 2.3
测量量程确认 ........................................................................................................... 2 错误的测量方法 ....................................................................................................... 2 不推荐的测量方法 ................................................................................................... 2 2.3.1 浮地测量 ........................................................................................................... 2 2.3.2 浮地测量的危害 ............................................................................................... 3 2.4 推荐的测量方法 ....................................................................................................... 4
2.4.1 “A-B”伪差分测量 ............................................................................................ 4 2.4.2 高压差分探头测量 ........................................................................................... 4
3. 小结 ........................................................................................................................... 5 4. 免责声明 ................................................................................................................... 6
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广州致远电子股份有限公司 如何用示波器安全测量市电 示波器测量小知识 1. 认知市电
了解市电的供电线路及原理，有助于安全用电，安全测量。本文画了四个图，看懂了就会测量市电。
1.1 火线、零线和地线
我国的市电（居民用电）规格为交流220V@50Hz，供电线路由火线、零线和地线组成，它们的关系如图1.1所示。
火线（L）：也称相线，由发电站或变电站提供，电压220V，人体接触会有危险； 零线（N）：为火线提供回路，在发电站或变电站端接地；由于是远端接地，因此
在居民楼用户端电位不一定为零，可能带弱电，但相对安全， 地线（E）：零电势参考点，在居民楼用户端接大地，零电压，绝对安全。
图1.1 火线、零线和地线的关系
1.2 为什么会跳闸？
居民楼用电一般都会安装漏电保护开关，当发生漏电情况时就会切断供电线路，以保证人身安全。 1.2.1 跳闸原理
正常时火线和零线的电流大小一样，两条线产生的磁场大小相等，方向相反，正好抵消，漏电开关感应器不动作；当发生漏电事故时，则两条线的磁场不能抵消，漏电开关感应器动作，切断供电线路。 1.2.2 漏电情况
一般来说，漏电是因为有电流分流到大地，导致零线电流变小或为零，通常有以下情况：
人体接触火线；
仪器不当操作，导致零线与地线短路。 仪器不当操作，导致火线与地线短路。
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广州致远电子股份有限公司 如何用示波器安全测量市电 示波器测量小知识 2. 使用示波器测量市电
2.1 测量量程确认
由于220V已属于高压范围，用示波器测量市电时，除了考虑安全问题外，还必须确认示波器的电压量程是否满足测量需求。
如广州致远电子的ZDS2022示波器，标配的探头在×10档位下具备CAT II 300Vrms安全等级；示波器的垂直档位最大为10V/格，垂直方向有8格，也就是最大电压测量范围为80V峰峰值，配合×10探头，最大具备800V峰峰值的测量满量程，因此是可以测量220V市电。
测量前准备工作：
将示波器测量探头打到×10档位； 将示波器的垂直档位打到10V/div。
2.2 错误的测量方法
估计有不少同学用示波器测试市电时，碰到跳闸或烧坏仪器的情况，以至于存在心里阴影，对测量市电存在恐惧。
到底是发生了什么事呢？我们来分析一下，普通的示波器是没有隔离的，出于安全考虑，示波器的外壳和地线是连接在一起的，示波器测量探头的负端（地）也是和地线连接在一起的，如图2.1所示，当使用示波器直接对零线和火线测量时，就会通过示波器的测试回环，间接地把零线或火线对地线短路（等效于图中红色虚线），可能会发生以下事故：
交变大电流信号通过测试回环形成的线圈聚集能量发热并烧坏探头或仪器； 烧坏的探头或带电的外壳可能引发安全事故； 电源跳闸，影响其它设备正常工作。 因此，示波器是不能直接测量市电的。
图2.1 错误的测量方法
2.3 不推荐的测量方法
吸取前面例子的教训，基本原因就是“地”惹的祸，因此只需要断开地线进行测量（浮地测量）就能避开回环短路事故进行测量，这里介绍的方法具有一定的危险性，如若操作不当可能引发触电事故，不推荐使用。 2.3.1 浮地测量
如图2.2所示，通过将示波器的电源地线人为断开（可以用两芯电源插排供电）或使用工程技术笔记 ©2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.
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广州致远电子股份有限公司 如何用示波器安全测量市电 示波器测量小知识 隔离变压器的方法对示波器供电，达到断开测量回环的目的，实现“浮地”测量。
进行“浮地测量”时应注意以下事项： 测量时只能使用一个通道，因为多个通道间的地是共用，测量多组电压会造成短路； 确保示波器金属外壳不要和大地有直接的接触，避免间接接地；
探头的正端要接火线，负端接零线；若接反不会影响测量，但外壳会带电，这是相
当危险的；
测量结束时不能直接触摸示波器金属端，要先进行放电，外壳接地，把浮地的电荷
排除；
始终确保人体和示波器的外壳（金属端）没有接触，安全第一。 关于火线和零线的识别，请参考后述的“A-B测量法”。
图2.2 浮地测量法（不推荐、禁止使用）
2.3.2 浮地测量的危害
当示波器的供电电源是由经过隔离变压器的市电信号提供时，该电源信号的地已与大地隔离，即示波器的外壳就会断开与大地的相连；或是直接将示波器的电源地线人为断开（可以用两芯电源插排供电），此时示波器的外壳同样会与大地的连接断开。其实这些都是常用的有风险的示波器浮地测量方式。
在浮地测量时，示波器外壳就会因“浮地”而带有一定的电荷，由于人是与大地相连的，一旦不小心接触到示波器外壳，电流会经过人体流入大地，发生触电事故，非常危险。另外，由于探头的地是与示波器内部的地相连，也就是和外壳相连，当示波器外壳带的电荷较多时，会导致烧坏探头，最终引发一系列事故，总之，“浮地”测量风险很大，非常危险！
图2.3 浮地测量的危害
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广州致远电子股份有限公司 如何用示波器安全测量市电 示波器测量小知识 2.4 推荐的测量方法
基于安全角度考虑，测量市电（或其它高压）一般推荐以下几种方式。 使用专用的隔离示波器；
使用高压差分探头（图2.4右）；
使用伪差分测量，即“A-B”测量（图2.4左）。
下面针对高压差分探头测量法和“A-B” 伪差分测量法做简单介绍。
图2.4 推荐的测量方法
2.4.1 “A-B”伪差分测量
事实上，市电是可以使用普通的无源探头进行安全可靠地测量的，不过此方法必须使用两通道，将两通道探头的负端（地）均接至电源地线，一个通道的探头探针（正端）接零线，另一个通道的探头探针（正端）接火线（如图2.4左所示），则两通道的测量差值即为市电波形，打开Math数学运算对CH1和CH2做减法运算即可。测量时需要注意以下事项：
确保探头和示波器量程足够大；
两通道的探头必须使用同种规格的，使共模抑制比达到最大，减少测量误差； 确保示波器和被测电源地线良好接大地，否则即为浮地测试（表现为两通道的电压
相同相位相反），具有一定的危险性；
测量结果，电压高的通道为火线，电压低的通道为零线，若零线的电压几乎为零，则可以单独使用火线测量通道的结果进行分析。
“A-B”伪差分测量法的优点是成本低，缺点是测量过程复杂。 2.4.2 高压差分探头测量
高压差分探头，是专门用来测量高压信号的，探头测量端是差分的，火线和零线测试点正反接都没关系，探头内部通过高阻的方式将测量端的地和示波器的地隔离开来，可等效为浮地测量，测量方式如图2.4右所示。
高压差分探头是最佳的推荐方式，其优点是安全方便，缺点是价格昂贵。
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广州致远电子股份有限公司 如何用示波器安全测量市电 示波器测量小知识 3. 小结
示波器作为一种很重要的测量仪器，在使用过程中，我们要注意正确、安全地使用。尤其在测量一些高压信号时，必须弄清各种信号线之间的关系，才能正确地连接被测信号，保证安全测量，最终才能得出正确的测量结果。
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广州致远电子股份有限公司 如何用示波器安全测量市电 示波器测量小知识 4. 免责声明
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