Вимір опору ізоляції

Опір ізоляції - один із основних факторів, що визначають працездатність електричного обладнання. У статті докладно розуміємо, що це за параметр, навіщо його вимірюють і як.

• Що таке опір ізоляції
• Наскільки важливо проводити замір опору ізоляції
• Основні причини несправності ізоляції
• Яким приладом перевіряють опір ізоляції
• Норми та допустимі величини опору ізоляції
• Як виміряти опір ізоляції електроустаткування
• Протокол випробувань
• Періодичність вимірів

Що таке опір ізоляції

Це величина, яка характеризує протидію матеріалу струму, що проходить через нього. Вимірюється в омах. Для кожного класу кабелів, проводів та електромашин встановлені свої норми опору ізоляції.

Наскільки важливо проводити замір опору ізоляції

• своєчасне виявлення несправностей до введення електроустановок в експлуатацію;
• перевірка кабелів та проводів експлуатованих електроустановок для запобігання коротким замиканням та займанням.

Варто пам'ятати, що завжди простіше запобігти проблемі, ніж займатися ліквідацією наслідків.

Основні причини несправності ізоляції

Несправності ізоляції, її руйнування і псування відбуваються з різних причин:

• Механічні навантаження У процесі монтажу та експлуатації кабельних ліній на них можуть впливати різні механічні фактори. Сюди ж відноситься часте включення та відключення електроустаткування.
• Атмосферні дії. Несприятливі погодні умови, дощ, сніг, вітер поступово призводять до руйнування ізолюючих матеріалів. Це більшою мірою стосується проводів, прокладених на відкритому повітрі.
• Електричні навантаження.Підключення до кабельної лінії навантаження, що перевищує її номінальну потужність, призводить до оплавлення та навіть займання ізоляції.
• Старіння ізоляції. Згодом ізоляційні матеріали кабелів втрачають свої властивості та їх здатність витримувати напругу знижується.

Ці фактори можуть негативно впливати як окремо, так і всі разом, посилюючи вплив один одного.

Яким приладом перевіряють опір ізоляції

Опір ізоляції кабельних мереж вимірюють мегаомметрами. Це компактні та прості у використанні прилади, які точно фіксують вимірювані показники. Вони бувають двох видів:

• Аналогові зі стрілкою. Надійний, але застарілий пристрій. Величину опору визначають за рівнем відхилення стрілки на шкалі.
• Цифрові з електронним дисплеєм. Працюють від мережі чи акумулятора. Результати вимірювань мегаомметром такого типу відображаються у вигляді цифр на РК-моніторі.

Проводити вимірювання також дозволяють багатофункціональні прилади із вбудованим мегаомметром.

Мегаомметри виробляють із заданими межами напруги: 500, 1000, 2500, 5000, 10000 В. Як будь-які інші вимірювальні прилади, вони повинні проходити періодичну перевірку.

Норми та допустимі величини опору ізоляції

Допустимі показники опору ізоляції регламентуються декількома нормативно-технічними документами, у тому числі ПУЕ, ГОСТами та ПТЕЕП.

Мінімальні значення для кабелів різного типу:

• силові низьковольтні (до 1000 В) - 0,5 МОм;
• контрольні - 1 МОм.

Важливо розуміти, що якщо мова про нові електроустановки, прокладання нових заводських кабелів і проводів, то перераховані значення можуть бути в сотні і тисячі разів вищими.Якщо такий провідник показує опір ізоляції, близький до мінімальних показників, значить перед вами бракований або пошкоджений виріб.

Як виміряти опір ізоляції електроустаткування

Розглянемо детальніше процес випробування ізоляції електрообладнання та кабелів різних типів.

Підготовка та вимоги безпеки

Перед тим як починати вимірювання, слід вивчити електроустановку: переконатися, що на об'єкті, що випробовується, немає напруги, відключити електроприлади та апарати. Також важливо заборонити людям, що знаходяться поруч, торкатися до струмоведучих частин.

Вимір опору ізоляції потрібно проводити на відключених струмопровідних частинах, з яких знятий заряд. Для цього виконують їхнє заземлення, але тільки після підключення мегаомметра.

При виконанні вимірювань повинні дотримуватись певних кліматичних умов. Враховуються температура повітря, вологість, атмосферний тиск. Відхилення від нормативних значень можуть проводити результати вимірювань.

Порядок проведення вимірів

Вимірювання опору ізоляції електроустановок здійснюється шляхом приєднання мегаомметрів до схеми. Приєднання виконується за допомогою гнучких одножильних дротів. Кінці проводів маркуються, на них надягають оконцеватели, а з іншого боку - затискачі типу «крокодил» зі спеціальними щупами або ізольованими ручками.

Для перевірки опору ізоляції кабелів та електропроводок найбільш добре зарекомендував себе метод 60 секунд. При знятій зовнішній напрузі заміряють відношення напруги, яке прикладено до діелектрика, до струму витоку, що протікає через нього. Вимірювання виконується протягом 60 секунд, і прилад показує результат у мегаомах. Також фіксуються параметри мікроклімату, які можуть проводити значення.

На ізоляцію електроапаратів та машин багато в чому впливає температура. Наприклад, в ізоляційних матеріалів класу А опір збільшується в 1,5 рази при кожному зниженні температури на 10 ° С, а в класу В - в 2 рази. Тому при вимірах враховують встановлені температурні діапазони та коефіцієнти.

Коли перевіряють опір ізоляції силового електричного обладнання, додатково вимірюють показник щодо корпусу та зовнішніх частин металу при вимкненому двигуні. При перевірці переносних трансформаторів також проводяться виміри між корпусом та обмотками, між обмотками.

Протокол випробувань

Результати перевірки мають оформлятися у вигляді протоколу відповідної форми. У документі вказують назву об'єкта, де проводилися вимірювання, найменування електроустановки та її складових, відомості про виконавця — електролабораторію та інженерів, дату проведення вимірювань та мету.

Отримані показники відображаються у таблиці результатів вимірювань. Також вносяться дані про прилади, які використовувалися під час перевірки.

Наприкінці дається висновок, чи опір ізоляції перевіреного електрообладнання відповідає нормативним вимогам, чи ні. Протокол підписують інженери, які провели випробування, та завіряють печаткою лабораторії.

Ось зразок техзвіту про випробування електроустановки – зразок протоколу № 2

Періодичність вимірів

Нормативи наказують перевіряти опір ізоляції під час введення нового обладнання в експлуатацію, після модернізації та ремонту електролінії, а також кожні 3 роки у процесі роботи. В особливо небезпечних приміщеннях та зовнішніх електроустановках вимірювання слід проводити частіше – щороку.

Посібник із вимірювання опору ізоляції

Для безпечної роботи всі електричні установки та обладнання повинні мати опір ізоляції, що відповідає певним характеристикам. Незалежно від того, чи йдеться про сполучні кабелі, обладнання секціонування та захисту або електродвигуни та генератори, електричні провідники ізолюються за допомогою матеріалів з високим електричним опором, які дозволяють обмежити, наскільки це можливо, електричний струм за межами провідників.

Через впливи на обладнання якість цих ізоляційних матеріалів змінюється з часом. Подібні зміни знижують електричний опір ізоляційних матеріалів, що збільшує струм витоку, який, у свою чергу, призводить до серйозних наслідків як з точки зору безпеки (для людей та майна), так і з точки зору витрат на зупинку виробництва.

Регулярне тестування ізоляції, що проводиться на установках та устаткуванні на додаток до вимірювань, що виконуються на новому та відновленому устаткуванні під час введення в експлуатацію, допомагає уникати подібних інцидентів за рахунок профілактичного обслуговування. Дані випробування дають можливість виявити старіння і передчасне погіршення ізоляційних властивостей, перш ніж вони досягнуть рівня, здатного призвести до описаних вище інцидентів.

На цьому етапі корисно прояснити різницю між двома типами вимірювань, які часто плутають – випробуванням електричної міцності ізоляції та виміром опору ізоляції.

Випробування електричної міцності, також зване "випробування на пробій", дозволяє визначити здатність ізоляції витримувати викид напруги середньої тривалості без виникнення іскрового пробою. Фактично, такий викид напруги може бути викликаний блискавкою або індукцією внаслідок несправності лінії електропередачі. Основною метою цього тесту є забезпечення відповідності будівельним нормам та правилам, що стосуються шляхів витоку та зазорів. Цей тест часто виконується з використанням напруги змінного струму, але при випробуваннях застосовується і напруга постійного струму. Подібний тип вимірювань потребує використання високовольтного тестера. Результатом є значення напруги, зазвичай виражене в кіловольтах (кВ). Випробування електричної міцності у разі несправності можуть бути руйнівними залежно від рівнів тестування та енергетичних можливостей інструменту. Тому цей метод використовується для типового тестування на новому чи відновленому устаткуванні.

За нормальних умов випробувань вимірювання опору ізоляції є неруйнівним тестуванням. Цей вимір виконується з використанням напруги постійного струму меншої величини, ніж при випробуванні електричної міцності, і дає результат, виражений у ком, МОм, ГОм або ТОм. Значення опору вказує на якість ізоляції між двома провідниками. Оскільки це випробування є неруйнівним, його особливо зручно використовувати для контролю старіння ізоляції працюючого електричного обладнання або установок. Для цього виміру використовується тестер ізоляції, також званий мегомметром.

Оскільки вимірювання ізоляції за допомогою мегомметра є частиною ширшої політики профілактичного обслуговування, важливо розуміти, з яких причин можливе погіршення характеристик ізоляції. Тільки це дозволить зробити правильні кроки для їх усунення.

Можна поділити причини несправності ізоляції на п'ять груп. Однак необхідно мати на увазі, що у разі відсутності будь-яких коригуючих заходів різні причини будуть накладатися один на одного, призводячи до пробою ізоляції та пошкодження обладнання.

Електричні навантаження

В основному електричні навантаження пов'язані з відхиленням робочої напруги від номінального значення, причому вплив на ізоляцію чинять перенапруги, і зниження напруги.

Механічні навантаження

Часті послідовні запуски та вимикання обладнання здатні викликати механічні навантаження. Крім того, сюди входять проблеми з балансуванням машин, що обертаються, і будь-які прямі навантаження на кабелі та установки в цілому.

Хімічні дії

Присутність хімічних речовин, масел, агресивних випарів та пилу загалом негативно впливає на характеристики ізоляційних матеріалів.

Напруги, пов'язані з коливаннями температури

У поєднанні з механічними напругами, викликаними послідовними запусками та зупинками обладнання, також на властивості ізоляційних матеріалів впливають напруги, що виникають при розширенні та стисканні. Робота за екстремальних температур також призводить до старіння матеріалів.

Забруднення навколишнього середовища

Цвіль та сторонні частинки в теплому вологому середовищі також сприяють погіршенню ізоляційних властивостей установок та обладнання.

У наведеній нижче таблиці показано відносну частоту різних причин відмови електродвигуна.

На додаток до раптових пошкоджень ізоляції через такі надзвичайні події, як, наприклад, повені, фактори, що знижують ефективність ізоляції працюючої установки, об'єднуються, іноді посилюючи один одного. Зрештою, у довгостроковій перспективі без постійного моніторингу це призведе до виникнення ситуацій, які стануть критичними з точки зору безпеки людей та нормальної експлуатації. Таким чином, регулярне тестування ізоляції установок або електричних машин є корисним способом контролю стану ізоляції, що дозволяє робити необхідні дії ще до того, як виникло пошкодження.

Принцип тестування ізоляції та фактори, що впливають на нього

Вимір опору ізоляції базується на законі Ома. Подавши відому напругу постійного струму з рівнем нижче, ніж напруга випробування електричної міцності, а потім вимірявши значення струму, дуже просто визначити значення опору. У принципі, значення опору ізоляції дуже велике, але не нескінченно, тому вимірюючи малий струм, що протікає, мегомметр вказує значення опору ізоляції в ком, МОм, ГОм і навіть в ТОм (на деяких моделях). Цей опір характеризує якість ізоляції між двома провідниками та здатне вказати на ризик виникнення струму витоку.

На значення опору ізоляції і, отже, на значення струму, що протікає, коли до ланцюга, що тестується, прикладена напруга постійного струму, впливає ряд факторів. До таких факторів відносяться, наприклад, температура або вологість, які здатні суттєво вплинути на результати вимірів.Для початку давайте проаналізуємо характер струмів, що протікають під час вимірювання ізоляції, використовуючи гіпотезу про те, що ці фактори не впливають на вимірювання.

Загальний струм, що протікає в ізоляційному матеріалі, є сумою трьох компонентів.

Ємність: Для зарядки ємності ізоляції, що тестується, необхідний струм зарядки ємності. Це перехідний струм, який починається з відносно високого значення і падає експоненційно до значення, близького до нуля, коли ланцюг, що тестується, електрично заряджається. Через кілька секунд або десятих часток секунди цей струм стає незначним порівняно з вимірюваним струмом.

Поглинання: Струм поглинання, відповідний додаткової енергії, яка необхідна для переорієнтації молекул ізоляційного матеріалу під впливом електричного поля, що прикладається. Цей струм падає набагато повільніше, ніж струм заряджання ємності; іноді необхідно кілька хвилин, щоб досягти значення, близького до нуля.

Струм витоку: Струм витоку або струм провідності. Цей струм характеризує якість ізоляції та не змінюється з часом.

На наведеному нижче графіку ці три струми показані в залежності від часу. Шкала часу є умовною і може відрізнятися залежно від ізоляції, що тестується.

Для забезпечення належних результатів тестування великих електродвигунів або дуже довгих кабелів зведення до мінімуму ємнісних струмів і струмів поглинання може займати від 30 до 40 хвилин.

Коли в ланцюг подається постійна напруга, сумарний струм, що протікає в ізоляторі, що тестується, змінюється в залежності від часу. Це передбачає значну зміну опору ізоляції.

Перед детальним розглядом різних методів вимірювання було б корисно знову поглянути на фактори, що впливають на вимірювання опору ізоляції.

Вплив температури

Температура викликає квазіекспоненційну зміну значення опору ізоляції. У контексті програми профілактичного технічного обслуговування вимірювання повинні виконуватися в однакових температурних умовах або, якщо це неможливо, коригуватися щодо еталонної температури. Наприклад, підвищення температури на 10°C зменшує опір ізоляції орієнтовно наполовину, тоді як зменшення температури на 10°C подвоює значення опору ізоляції.

Рівень вологості впливає на ізоляцію відповідно до ступеня забруднення її поверхні. Ніколи не слід вимірювати опір ізоляції, якщо температура нижча за точку роси.

Корекція опору ізоляції в залежності від температури (джерело IEEE-43-2000)

Методи тестування та інтерпретація результатів

Короткочасний або точковий вимір

Це найпростіший метод. Він має на увазі подачу випробувальної напруги на короткий час (30 або 60 секунд) та фіксацію значення опору ізоляції на цей момент. Як уже вказувалося вище, на такий прямий вимір опору ізоляції значний вплив має температура і вологість, тому вимірювання слід стандартизувати при контрольній температурі і для порівняння з попередніми вимірюваннями слід фіксувати рівень вологості. За допомогою цього методу можна проаналізувати якість ізоляції, порівнюючи поточне виміряне значення із результатами кількох попередніх тестів.Згодом це дозволить отримати більш достовірну інформацію про характеристики ізоляції установки або обладнання, що тестується, порівняно з одиночним випробуванням.

Якщо умови виміру залишаються ідентичними (те ж саме випробувальна напруга, той же час виміру і т.д.), то при періодичних вимірах шляхом моніторингу та інтерпретації будь-яких змін можна отримати чітку оцінку стану ізоляції. Після запису абсолютного значення необхідно проаналізувати зміну в часі. Таким чином, вимірювання, що показує відносно низьке значення ізоляції, яке, проте, стабільно в часі, теоретично має завдавати менше занепокоєння, ніж значне зниження опору ізоляції з часом, навіть якщо опір ізоляція вище, ніж рекомендоване мінімальне значення. Загалом будь-яке раптове падіння опору ізоляції свідчить про проблему, що вимагає вивчення.

На наведеному нижче графіку показаний приклад показань опору ізоляції електродвигуна.

У точці A опір ізоляції зменшується через старіння та накопичення пилу.
Різке падіння у точці B вказує на пошкодження ізоляції.
У точці C несправність була усунена (обмотка електродвигуна перемотана),
тому повернулося більш високе значення опору ізоляції, що залишається стабільним у часі, що вказує на її добрий стан.
Джерело: AEMC® Instruments

Методи тестування, засновані на впливі часу застосування випробувальної напруги (PI та DAR)

Ці методи включають послідовне вимірювання значень опору ізоляції у вказаний час.Їх перевагою є несхильність до особливого впливу температури, тому їх можна застосовувати без корекції результатів, якщо тільки випробувальне обладнання не піддається під час тесту значним коливанням температури.

Дані методи ідеально підходять для профілактичного обслуговування машин, що обертаються, і для моніторингу ізоляції.

Якщо ізоляційний матеріал знаходиться в хорошому стані, струм витоку або струм провідності буде низьким, а на початковий вимір сильно впливають струми зарядки та діелектричного поглинання. При додатку випробувального напруження з часом виміряне значення опору ізоляції підвищується, оскільки ці струми зменшуються перешкод. Необхідний для вимірювання ізоляції у хорошому стані час стабілізації залежить від типу ізоляційного матеріалу.

Якщо ізоляційний матеріал знаходиться в поганому стані (пошкоджений, брудний і вологий), струм витоку буде постійним і дуже високим, що часто перевищує струм зарядки ємності та діелектричного поглинання. У разі вимірювання опору ізоляції дуже швидко стає постійним і стабілізується високому значенні напруги.

Вивчення зміни значення опору ізоляції залежно від часу застосування випробувального напруги дає можливість оцінити якість ізоляції. Цей метод дозволяє зробити висновки навіть якщо не ведеться журнал вимірювання ізоляції. Проте, рекомендується записувати результати періодичних вимірів, які у контексті програми профілактичного обслуговування.

Показник поляризації (PI)

При використанні цього методу два показання знімаються через 1 хвилину та 10 хвилин відповідно.Відношення (без розмірності) 10-хвилинного значення опору ізоляції до 1-хвилинного значення називається показником поляризації (PI) Цей показник можна використовувати для оцінки якості ізоляції.

Метод вимірювання з використанням показника поляризації ідеально підходить для тестування ланцюгів із твердою ізоляцією.

Рекомендація IEEE 43-2000 «Рекомендовані методи тестування опору ізоляції машин, що обертаються» визначає мінімальне значення показника поляризації (PI) для обертових машин змінного і постійного струму в температурних класах B, F і H рівним 2.0 У загальному випадку значення PI, що перевищує 4, ознакою чудової ізоляції, а значення нижче 2 вказує на потенційну проблему

PI = R (10-хвилинний вимір ізоляції) / R (1-хвилинний вимір ізоляції)

Результати інтерпретуються так:

Значення PI

Стан ізоляції

Коефіцієнт діелектричної абсорбції (DAR)

Для установок або обладнання, що містять ізоляційні матеріали, в яких струм поглинання швидко зменшується, для оцінки стану ізоляції, можливо, буде достатньо провести вимірювання через 30 секунд і 60 секунд Коефіцієнт DAR визначається наступним чином:

DAR = R (60-секундний вимір ізоляції) / R (30-секундний вимір ізоляції)

Результати інтерпретуються так:

Значення DAR

Стан ізоляції

Метод, заснований на вплив зміни випробувальної напруги (тестування за допомогою ступінчастої напруги)

Наявність забруднень (пил, бруд і т.п.) або вологи на поверхні ізоляції зазвичай чітко виявляється за допомогою вимірювання опору, що залежить від часу (PI, DAR і т.д.). Однак цей тип тестування, що проводиться з використанням низької напруги щодо діелектричного напруги ізолюючого матеріалу, що випробовується, може іноді пропускати ознаки старіння ізоляції або механічні пошкодження. Значне збільшення прикладеного випробувального напруги може, зі свого боку, викликати пошкодження в цих слабких точках, що призведе до істотного зменшення виміряного значення опору ізоляції.

Для забезпечення ефективності співвідношення між кроками зміни напруги має бути 1 до 5, і кожен крок повинен бути однаковим за часом (зазвичай від 1 до 10 хвилин), залишаючись при цьому нижче за класичну напругу випробування електричної міцності (2Un + 1000 В). Отримані за допомогою даного методу результати повністю незалежні від типу ізоляції і температури, тому що він заснований не на внутрішньому значенні ізолятора, що вимірювається, а на ефективному скороченні значення, одержуваного після закінчення одного і того ж часу для двох різних випробувальних напруг.

Зниження значення опору ізоляції на 25% або більше між першим та другим кроками виміру є свідченням погіршення ізоляції, яке зазвичай пов'язане із наявністю забруднень.

Метод випробування розсіюванням у діелектриці (DD)

Тест розсіювання в діелектриці (DD), також відомий як вимірювання струму повторного поглинання, виконується шляхом вимірювання струму розсіювання діелектрики на випробуваному обладнанні.

Оскільки всі три складові струму (струм зарядки ємності, струм поляризації та струм витоку) присутні під час стандартного випробування ізоляції, визначення струму поляризації або поглинання може впливати наявність струму витоку. Замість спроби виміряти під час тестування ізоляції струм поляризації при тестуванні розсіювання в діелектриці (DD) вимірюється струм деполяризації та струм розряду ємності після тестування ізоляції.

Принцип виміру полягає в наступному. Спочатку тестоване обладнання заряджається протягом часу, достатнього для досягнення стабільного стану (зарядка ємності та поляризація завершена, і єдиним струмом, що протікає, є струм витоку). Потім обладнання розряджається через резистор усередині мегомметра і при цьому вимірюється струм, що протікає. Цей струм складається з зарядного струму ємності та повторного поглинання струму, які в сукупності дають загальний струм розсіювання в діелектриці. Цей струм вимірюється після закінчення стандартного часу за одну хвилину. Електричний струм залежить від загальної ємності та кінцевої випробувальної напруги. Значення DD розраховується за такою формулою:

DD = Струм через 1 хвилину / (Випробова напруга x Ємність)

Тест DD дозволяє ідентифікувати надлишкові струми розряду, коли пошкоджено або забруднено один із шарів багатошарової ізоляції. При точкових випробуваннях або тестах PI та DAR подібний дефект можна упустити. При заданій напрузі та ємності струм розряду буде вищим, якщо пошкоджено один із шарів ізоляції. Постійна часу цього окремого шару більше не співпадатиме з іншими шарами, що призведе до більш високого значення струму в порівнянні з неушкодженою ізоляцією. Однорідна ізоляція матиме значення DD, близьке до нуля, а допустима багатошарова ізоляція матиме значення DD до 2. У наведеній нижче таблиці вказано стан залежно від отриманого значення DD.

Стан