1. CAT 等级是什么
CAT 等级定义了你的测量设备在建筑物电气系统中所处的位置——从信号级电路的 CAT I（1500V 脉冲）到电网入口的 CAT IV（6000V 脉冲），等级越高意味着你离电力故障的"爆炸中心"越近。
1.1 标准定义
IEC 61010-1 第 3.5.17 节给出了正式定义：
过电压类别（Overvoltage Category） = 一个数字，用于定义瞬态过电压条件。它由建筑物电气系统中测量设备所处的位置决定，数字越大，预期的瞬态过电压越高。
简单来说，CAT 等级回答了一个问题：你的测量设备在建筑物供电系统的哪个位置？ 这个位置决定了设备需要承受多大的瞬态过电压冲击。
1.2 瞬态过电压从哪里来
瞬态过电压（Transient Overvoltage）主要有四个来源：
| 来源 | 典型波形特征 | 能量等级 |
|---|---|---|
| 雷电感应（远距离） | 1.2/50μs 电压波 | 极高（CAT III/IV 场景） |
| 雷电感应（近距离） | 1.2/50μs + 8/20μs 电流波 | 极高（CAT IV 场景） |
| 大型开关操作 | 振荡型，0.1-10ms | 高（CAT II/III 场景） |
| 感性负载通断 | 振荡型，μs-ms 级 | 中等（CAT I/II 场景） |
2. 四个 CAT 等级详解
2.1 CAT I：受保护电子电路
定义： 设备连接到已采取瞬态过电压限制保护措施的电路。
这是瞬态风险最低的类别。设备通常位于变压器、隔离器或过电压保护装置之后——这些前级保护已经大幅削弱了电网传入的瞬态冲击。
典型场景：
- PCB 板级电路（经过电源变压器隔离）
- 示波器输入电路（经过探头衰减网络）
- 信号发生器的输出端
- PLC I/O 模块（内部信号级电路）
关键数据： CAT I ≤300V 系统的脉冲耐压仅 1500V，这是四类中最低的。
工程师提示： CAT I 设备绝对不能直接连接到市电插座。如果你在设计一个通过电源适配器供电的手持仪器，仪器本体是 CAT I，但电源适配器的输入端必须是 CAT II 及以上。
2.2 CAT II：插座连接设备
定义： 从固定安装装置的插座获取能量的设备。
这是最常见的 CAT 等级——你实验室台上大多数仪器都属于这一类。CAT II 设备通过标准插座供电，预制建筑已经为插座回路提供了一定的过电流保护和布线阻抗衰减。
典型场景：
- 台式万用表、台式电源、台式示波器
- 通过墙插供电的实验室仪器
- 便携式电动工具
- 家用电器（微波炉、洗衣机）
关键数据： CAT II ≤300V 系统的脉冲耐压为 2500V。
2.3 CAT III：固定安装设备
定义： 用于固定安装的设备，包括配电盘和工业设备。
CAT III 的瞬态环境比 CAT II 恶劣得多。在这个层级，设备直接连接到建筑物的配电网络，没有经过插座支路的阻抗衰减。开关操作和雷电感应的瞬态可以以更低的阻抗传播到设备端。
典型场景：
- 配电柜和配电盘内的断路器、母线
- 工业电机控制器、变频器
- PLC 电源模块（直接连接到三相配电）
- 建筑物永久布线系统
关键数据： CAT III ≤300V 系统的脉冲耐压为 4000V——是 CAT II 同电压等级的 1.6 倍。
2.4 CAT IV：电网入口
定义： 建筑物供电的起始端，包括架空线和电缆系统。
这是最高风险类别。设备直接暴露于雷电感应和电网级开关操作的瞬态冲击，几乎没有线路阻抗衰减。CAT IV 环境中的故障能量足以引起电弧闪络并熔化金属探头。
典型场景：
- 电表（电力公司计量设备）
- 主开关柜和服务入口设备
- 架空线终端连接
- 变压器一次侧
关键数据： CAT IV ≤300V 系统的脉冲耐压为 6000V。在 600V 系统中更高达 8000V。
3. 脉冲耐压参考来源
CAT 等级的脉冲耐压值不是 IEC 61010-1 自己定义的，而是引用了 IEC 60364-4-44 表 443.2（低压电气装置 — 电压扰动和电磁扰动防护）：
| 额定系统电压 (L-N) | CAT II | CAT III | CAT IV |
|---|---|---|---|
| ≤ 50V | 500V | 800V | 1500V |
| ≤ 100V | 800V | 1500V | 2500V |
| ≤ 150V | 1500V | 2500V | 4000V |
| ≤ 300V | 2500V | 4000V | 6000V |
| ≤ 600V | 4000V | 6000V | 8000V |
| ≤ 1000V | 6000V | 8000V | 12000V |
可以看到一个清晰的规律：每升一级 CAT 等级，脉冲耐压值约增加 1.5~2 倍。
4. CAT 等级如何映射到 IEC 61010-1 要求
CAT 等级直接决定了你在 IEC 61010-1 中查阅哪个表格来确定间距和测试电压：
| CAT 等级 | 工作电压 | 查阅的表格/附录 |
|---|---|---|
| CAT II | ≤300V | 主标准体 Tables 4/5/6/7 |
| CAT II | >300V | 附录 K.2 |
| CAT III | 任意 | 附录 K.3 |
| CAT IV | 任意 | 附录 K.4 |
关键规律： 只有 CAT II ≤300V 可以使用主标准体的标准表格。一旦 CAT 等级升高（CAT III/IV）或电压升高（>300V），必须转到附录 K——那里的间距值和测试电压都比主标准体严格得多。
5. 万用表 CAT 等级选型指南
5.1 按测试场景选择
| 你的测试场景 | 最低 CAT 要求 | 建议 |
|---|---|---|
| 测试 PCB 板、信号发生器输出 | CAT I | 任何有 CAT 标称的万用表都够用 |
| 测试墙插、排插 | CAT II 300V | CAT II 600V 更好（冗余度更高） |
| 在家用配电箱内测试 | CAT III 300V | CAT III 600V 更安全 |
| 工业配电柜内测试 | CAT III 600V | 必要时用 CAT IV 600V |
| 电表端、主开关柜 | CAT IV 600V | 严格使用 CAT IV 设备 + 安全操作流程 |
5.2 常见误区
| 误区 | 真相 |
|---|---|
| "CAT III 1000V 的万用表能测一切" | CAT IV 环境仍然需要 CAT IV 等级 |
| "买最高等级最安全" | 如果只测墙插，CAT II 600V 完全足够，多花数倍钱意义不大 |
| "600V 总比 300V 安全" | CAT III 300V 的要求可能比 CAT II 600V 更严格（详见万用表安全专题） |
| "我的万用表没标 CAT 等级" | 无 CAT 标记的万用表不得用于市电测量——这是 IEC 61010-1 第 5 条的强制要求 |
5. 与其他系列文章的关联
- 要理解 CAT III 300V vs CAT II 600V 的详细对比，请阅读：IEC 61010-1 万用表 CAT III 300V 和 CAT II 600V 哪个更安全
- 要了解不同 CAT 等级对应的具体电气间隙和爬电距离，请阅读：IEC 61010-1 爬电距离与电气间隙要求
- 要了解高海拔如何影响 CAT 等级的要求，请阅读：IEC 61010-1 高海拔修正系数
6. 参考来源
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 3.5.17 — Definition of Overvoltage Category
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Clause 6.7.2 — Mains circuits insulation requirements
- IEC 61010-1:2010+AMD1:2016 CSV, Annex K — Extended insulation requirements
- IEC 60364-4-44:2007+AMD1:2015, Table 443.2 — Rated impulse withstand voltage
- IEC 60664-1:2020 — Insulation coordination for equipment within low-voltage supply systems