Jak správně změřit izolační odpor meggerem?

To je konec prázdnin. Dnes budeme zvažovat téma vztahu mezi napájecím elektrickým kabelem a megaohmmetrem. Budou zde dvě otázky: testování spojitosti a kontrola izolačního odporu. V závislosti na typu megaohmmetru (ukazatel nebo digitální) se postup bude lišit.

Proč kontrolujete izolační odpor kabelu?

Proč se vůbec tato měření provádějí? Náš proud protéká vodičem, což je měděný nebo hliníkový vodič (nebo mnoho vodičů). A mezi vodivým vodičem a okolím je izolace – plast, guma, PVC, papír, olej.

Izolace chrání jádro před kontaktem s jiným jádrem, s okolím, s člověkem. Charakteristickým znakem kvality izolace je mimo jiné izolační odpor. Tato charakteristika se měří v ohmech a jejich derivátech (kilo, mega, giga).

Odpor je převrácená hodnota vodivosti, to znamená, že ukazuje schopnost neprocházet elektrický proud. Čím je izolace slabší, tím je pravděpodobnější, že si proud najde cestu a rozšíří se z kabelu vodivými povrchy a materiály. To znamená, že na nějakém povrchu dojde k porušení izolace kabelu.

Izolace se může zhoršit z následujících důvodů:

• stárnutí izolace v průběhu času
• zvýšená vlhkost
• mechanickému poškození
• vystavení agresivnímu prostředí

Přijatelné hodnoty izolačního odporu

Hodnoty izolačního odporu (Rx) různých typů kabelů musí být vyšší než přípustné hodnoty. Přípustné hodnoty jsou stanoveny v GOST, technických podmínkách, normách a rozsahu zkoušek elektrických zařízení. Pokud vezmeme normy pro testování izolačního odporu vedení napájecích kabelů, pak je vše jednoduché:

• testováno megohmetrem při 2500V po dobu 1 minuty
• hodnota Rx musí být větší než 0,5 MOhm pro kabely do 1 kV včetně
• u kabelů s napětím nad 1 kV není hodnota izolačního odporu standardizována a faktory určující vhodnost jsou velikost svodového proudu při vysokonapěťových zkouškách a absence průrazů

Postup kontroly izolačního odporu kabelu pomocí megaohmetru

Přijdete na stránky a uvidíte například následující obrázek.

Před přímou kontrolou izolačního odporu se musíte ujistit, že:

1. žíly kabelů jsou zakroužkované a označené
2. na žilách kabelu, kam budeme přivádět napětí, nejsou žádné nečistoty, vodní kámen ani barva (na jádru kabelu nic takového není, ale může to být na uzemnění, které je natřené, nebo může být pokryto vrstvou rez, pak ji musíte seškrábnout šroubovákem nebo nožem)
3. na druhém konci kabelu nikdo nepracuje a kabel je odpojený od zátěže a zdroje (nevyplatí se přivádět napětí na instalatéra, který může kabel přeříznout z druhé strany nebo měřit Rx kabel se zátěží, také se vyplatí dbát na to, abychom na sekundární obvody a prvky nepřiváděli vysoké napětí, které se při 2500V mohou stát nepoužitelnými, takže se někdy jednoduše přepnou na 500V)
4. kabel je bez napětí a jsou zavedena opatření, která zabraňují náhodnému přívodu napětí do testovaného kabelu (odstraněny zámky, plakáty, články)
5. pokud je test vigilante (měření izolačního odporu) kombinován s vysokonapěťovými testy, musíte se ujistit, že na druhém konci kabelu (druhý konec je na opačné straně než testovací místo) nebo v místnosti je osoba je uzamčen a oplocený vyvěšenými plakáty
6. Megaohmmetr je v dobrém stavu a vhodný k použití (ověřovací značka na těle a koncích zařízení jsou testovány)
7. máte právo a kvalifikaci pracovat s megaohmmetrem a vykonávat tento typ práce (skupina 3 o elektrické bezpečnosti a neprošlý test speciálních znalostí plus lékařská prohlídka)
8. dráty megohmetru musí mít vysokou izolaci (zde můžete také provést následující: připojte dva dráty megohmetru a přiveďte napětí – hodnota by měla být nula, protože mezi dráty není žádná izolace, a pokud je oddělíte, pak nekonečno – protože odpor vzduchu je vysoký)

Jakmile budou výše uvedené body jasně implementovány, můžete se pustit do práce. Pojďme si spolu hrát!

Měření izolačního odporu kabelu pomocí megaohmmetru

Postup je následující (Kabel je bez napětí):

1. Jeden konec megohmetru je po dobu testu připojen k zemi (může to být uzemněná přípojnice, zemnící šroub nebo přenosné uzemnění)
2. Pokud existuje plášť, obrazovka, pancíř, měly by být také uzemněny během měření izolačního odporu a vysokonapěťové zkoušky
3. K testovanému jádru kabelu připojíme zemnící spoj (tím se odstraní případný zbytkový náboj na kabelu)
4. Druhý konec megohmetru zavěsíme na testované jádro, přes které bude přiváděno napětí 2500V.
5. Z testovaného jádra odstraníme zemnící vodič
6. Přiložte zařízení na testované jádro napětím 2500V po dobu 60 sekund. Hodnotu izolačního odporu zaznamenáme v 15. a 60. sekundě testu (v případě elektronického zařízení s pamětí nemusí být hodnoty zaznamenány)
7. K vyzkoušenému jádru kabelu připojíme zemnící spoj pro vybití kabelu. Čím delší je kabel, tím déle musíte zemnící vodič udržet na jádře.
8. Z testovaného jádra odstraníme druhý konec megaohmmetru, poté se přesuneme k jinému jádru kabelu a přejdeme od bodu 2). Poté udělejte totéž pro třetí jádro. Nakonec odpojte zařízení od elektrické instalace.

Pokud máme třížilový kabel, musíme získat hodnoty izolačního odporu fáze-nula a fáze-fáze. Celkem 6 měření. Ve skutečnosti neprovádějí tři měření, ale jedno – spojí tři vodiče a přivedou na ně napětí z megohmetru. Pokud je hodnota izolačního odporu vyhovující, pak je vše v pořádku. Pokud je Rx nevyhovující, pak se každé jádro měří samostatně.

Zaznamenejte hodnoty po 15 a 60 sekundách, abyste určili koeficient absorpce (Ka). Tento koeficient se číselně rovná poměru hodnot odporu R60/R15. Ukazuje stupeň vlhkosti. Existuje také pojem polarizační koeficient nebo polarizační index (PI) – rovná se poměru R600/R60 a charakterizuje stupeň stárnutí izolace. Normy definují následující hodnoty:

Mezní hodnota znamená, že kabel není vhodný pro použití. Polarizační index se měří na kabelech s impregnovanou papírovou izolací spolu s Ka. U kabelů s plastovou, PVC nebo síťovanou polyetylenovou izolací není potřeba určovat polarizační index.

Nyní existují různé digitální a elektronické megaohmmetry. V digitálních můžete ihned po změření vidět hodnoty koeficientu absorpce, R60, R15 vám samostatné přístroje umožňují měřit PI. Navíc u modelů sonel můžete stisknout tlačítko start, pak pomocí jiného tlačítka jej zamknout a nedržet na tlačítku ani minutu prst. Zařízení fungují na baterie. Usnadňuje to život.

U ukazatelových přístrojů je zdroj konstantního napětí (a testy s megaohmmetrem jsou testy s konstantním napětím) založen buď na generátoru nebo tlačítku (modely ESO).

Zde budete muset buď otáčet rukojetí zařízení rychlostí 2 ot./s, nebo hledat zásuvku. A kromě toho musíte ještě odpočítávat stopky a zaznamenávat výsledky. Potíže působí i stupnice jednotlivých nástrojů. Ale megaohmmetry od různých výrobců jsou tématem na samostatný velký článek.

Obecně platí, že po testování nezapomeňte kabel vybít a nahromaděný náboj odstranit uzemněním. A teprve poté vyjměte konec zařízení z testovaného jádra. A čím delší je kabel, tím déle jej udržíte uzemněný.

Pro bezpečný provoz musí mít všechny elektrické instalace a zařízení izolační odpor, který splňuje určité specifikace. Ať už jde o propojovací kabely, izolační a ochranná zařízení nebo elektromotory a generátory, elektrické vodiče jsou izolovány pomocí materiálů s vysokým elektrickým odporem, které co nejvíce omezují elektrický proud mimo vodiče.

V důsledku dopadů na zařízení se kvalita těchto izolačních materiálů v průběhu času mění. Takové změny snižují elektrický odpor izolačních materiálů, což zvyšuje svodový proud, což má následně vážné důsledky jak z hlediska bezpečnosti (pro osoby a majetek), tak z hlediska nákladů na odstávky výroby.

Pravidelné testování izolace prováděné na závodech a zařízeních, navíc k měřením prováděným na nových a renovovaných zařízeních během uvádění do provozu, pomáhá předejít takovým incidentům prostřednictvím preventivní údržby. Tyto testy umožňují odhalit stárnutí a předčasné zhoršení izolačních vlastností dříve, než dosáhnou úrovně, která by mohla vést k výše popsaným incidentům.

Na tomto místě je užitečné objasnit rozdíl mezi dvěma často zaměňovanými typy měření – testováním dielektrické pevnosti a testováním izolačního odporu.

Zkouška dielektrické pevnosti, nazývaná také jiskrová zkouška, určuje schopnost izolace odolat střednědobému napěťovému rázu bez jiskření. Ve skutečnosti může být takový napěťový ráz způsobený bleskem nebo indukcí v důsledku vadného elektrického vedení. Hlavním účelem této zkoušky je zajistit shodu se stavebními předpisy, pokud jde o povrchové vzdálenosti a vzdálenosti. Tento test se často provádí pomocí střídavého napětí, ale test také používá stejnosměrné napětí. Tento typ měření vyžaduje použití vysokonapěťového testeru. Výsledkem je hodnota napětí, obvykle vyjádřená v kilovoltech (kV). Testování elektrické pevnosti může být zničující, pokud selže, v závislosti na testovacích úrovních a energetických možnostech přístroje. Proto se tato metoda používá pro rutinní testování na nových nebo renovovaných zařízeních.

Za normálních zkušebních podmínek je měření izolačního odporu nedestruktivní zkouškou. Toto měření se provádí s použitím nižšího stejnosměrného napětí než zkouška dielektrické pevnosti a poskytuje výsledek vyjádřený v kOhm, MOhm, GOhm nebo TOhm. Hodnota odporu udává kvalitu izolace mezi dvěma vodiči. Jelikož je tento test nedestruktivní, je vhodný zejména pro sledování stárnutí izolace provozovaných elektrických zařízení nebo instalací. K tomuto měření se používá tester izolace, nazývaný také megger.

Vzhledem k tomu, že měření izolace pomocí meggeru je součástí širší politiky preventivní údržby, je důležité pochopit důvody, proč se může izolační výkon zhoršit. Pouze to vám umožní podniknout správné kroky k jejich odstranění.

Příčiny selhání izolace lze rozdělit do pěti skupin. Je však třeba mít na paměti, že při absenci jakýchkoli nápravných opatření se budou různé příčiny vzájemně překrývat, což povede k porušení izolace a poškození zařízení.

Elektrické zátěže

Elektrické zátěže jsou v zásadě spojeny s odchylkou provozního napětí od jmenovité hodnoty a přepětí i podpětí mají vliv na izolaci.

Mechanická zatížení

Časté sekvenční spouštění a zastavování zařízení může způsobit mechanické namáhání. Patří sem také problémy s vyvažováním točivých strojů a jakékoli přímé namáhání kabelů a instalací obecně.

Chemické vlivy

Přítomnost chemikálií, olejů, agresivních výparů a prachu obecně negativně ovlivňuje výkon izolačních materiálů.

Stresy spojené s kolísáním teplot

V kombinaci s mechanickým namáháním způsobeným po sobě jdoucími starty a zastaveními zařízení jsou vlastnosti izolačních materiálů ovlivněny také napětím generovaným roztahováním a smršťováním. Práce při extrémních teplotách také způsobuje stárnutí materiálů.

Znečištění životního prostředí

Plísně a cizí částice v teplém vlhkém prostředí také přispívají ke zhoršování izolačních vlastností instalací a zařízení.

Níže uvedená tabulka ukazuje relativní četnost různých příčin selhání motoru.

Kromě náhlých poruch izolace v důsledku extrémních událostí, jako jsou povodně, se kombinují faktory, které snižují účinnost izolace provozovaného zařízení, a někdy se navzájem posilují. V konečném důsledku to z dlouhodobého hlediska bez neustálého sledování povede k situacím, které se stanou kritickými z hlediska bezpečnosti lidí a běžného provozu. Pravidelné testování izolace instalací nebo elektrických strojů je proto užitečným způsobem monitorování stavu izolace, což umožňuje provést nezbytná opatření dříve, než dojde k poškození.

Princip zkoušení izolace a faktory, které jej ovlivňují

Měření izolačního odporu je založeno na Ohmově zákonu. Přiložením známého stejnosměrného napětí na úrovni nižší, než je dielektrické testovací napětí a následným měřením hodnoty proudu, je velmi snadné určit hodnotu odporu. V zásadě je hodnota izolačního odporu velmi velká, ale ne nekonečná, proto při měření malého protékajícího proudu megohmetr ukazuje hodnotu izolačního odporu v kOhm, MOhm, GOhm a dokonce i v TOhm (u některých modelů) . Tento odpor charakterizuje kvalitu izolace mezi dvěma vodiči a může indikovat riziko úniku proudu.

Hodnota izolačního odporu, a tedy i množství proudu, který protéká při přivedení stejnosměrného napětí na testovaný obvod, je ovlivněna řadou faktorů. Mezi takové faktory patří například teplota nebo vlhkost, které mohou výrazně ovlivnit výsledky měření. Nejprve analyzujme povahu proudů tekoucích během měření izolace za použití hypotézy, že tyto faktory neovlivňují prováděné měření.

Celkový proud tekoucí v izolačním materiálu je součtem tří složek

Kapacita: Pro nabití kapacity testované izolace je zapotřebí kapacitní nabíjecí proud. Jedná se o přechodový proud, který začíná na relativně vysoké hodnotě a exponenciálně klesá na hodnotu blízkou nule, jak se testovaný obvod elektricky nabíjí. Po několika sekundách nebo desetinách sekundy se tento proud stane nevýznamným ve srovnání s naměřeným proudem.

Absorpce: Absorpční proud odpovídající dodatečné energii potřebné k přeorientování molekul izolačního materiálu pod vlivem aplikovaného elektrického pole. Tento proud klesá mnohem pomaleji než kapacitní nabíjecí proud; někdy trvá několik minut, než se dosáhne hodnoty blízké nule.

Svodový proud: Svodový proud nebo vodivý proud. Tento proud charakterizuje kvalitu izolace a v průběhu času se nemění.

Níže uvedený graf ukazuje tyto tři proudy jako funkci času. Časový rozsah je libovolný a může se lišit v závislosti na testované izolaci.

Pro zajištění správných výsledků testů u velmi velkých motorů nebo velmi dlouhých kabelů může minimalizace kapacitních a absorpčních proudů trvat 30 až 40 minut.

Když je na obvod aplikováno konstantní napětí, celkový proud protékající testovaným izolátorem se mění jako funkce času. To znamená významnou změnu izolačního odporu.

Než se podrobně podíváme na různé metody měření, bylo by užitečné znovu se podívat na faktory, které ovlivňují měření izolačního odporu.

Teplotní efekt

Teplota způsobí kvazi-exponenciální změnu hodnoty izolačního odporu. V rámci programu preventivní údržby by měla být měření prováděna za stejných teplotních podmínek, nebo pokud to není možné, měla by být korigována vzhledem k referenční teplotě. Například zvýšení teploty o 10 °C sníží izolační odpor přibližně o polovinu, zatímco snížení teploty o 10 °C zdvojnásobí hodnotu izolačního odporu.

Úroveň vlhkosti ovlivňuje izolaci podle stupně znečištění jejího povrchu. Nikdy neměřte izolační odpor, když je teplota pod rosným bodem.

Korekce izolačního odporu v závislosti na teplotě (zdroj IEEE-43-2000)

Testovací metody a interpretace výsledků

Krátkodobé nebo bodové měření

Toto je nejjednodušší metoda. Zahrnuje přiložení zkušebního napětí na krátkou dobu (30 nebo 60 sekund) a zaznamenání hodnoty izolačního odporu v tomto okamžiku. Jak je uvedeno výše, toto přímé měření izolačního odporu je výrazně ovlivněno teplotou a vlhkostí, proto by mělo být měření standardizováno na referenční teplotu a úroveň vlhkosti by měla být zaznamenána pro srovnání s předchozími měřeními. Pomocí této metody můžete analyzovat kvalitu izolace porovnáním aktuální naměřené hodnoty s výsledky několika předchozích testů. Postupem času to poskytne spolehlivější informace o izolačním výkonu testované instalace nebo zařízení ve srovnání s jediným testem.

Pokud podmínky měření zůstanou stejné (stejné zkušební napětí, stejná doba měření atd.), pak při periodických měřeních lze získat jasné posouzení izolačního stavu sledováním a interpretací jakýchkoli změn. Po zaznamenání absolutní hodnoty je nutné analyzovat změnu v čase. Měření vykazující relativně nízkou izolační hodnotu, která je nicméně v čase stabilní, by teoreticky mělo být méně znepokojivé než významné snížení izolačního odporu v čase, i když je izolační odpor vyšší než doporučená minimální hodnota. Obecně platí, že jakýkoli náhlý pokles izolačního odporu indikuje problém, který je třeba prošetřit.

Níže uvedený graf ukazuje příklad měření izolačního odporu pro elektromotor.

V bodě A klesá izolační odpor vlivem stárnutí a hromadění prachu.
Prudký pokles v bodě B indikuje selhání izolace.
V bodě C byla závada odstraněna (vinutí motoru bylo převinuté),
proto se vrátila vyšší hodnota izolačního odporu a zůstala stabilní v průběhu času, což ukazuje na dobrý izolační stav.
Zdroj: AEMC® Instruments

Zkušební metody založené na vlivu doby aplikace zkušebního napětí (PI a DAR)

Tyto metody zahrnují sekvenční měření hodnot izolačního odporu ve stanovených časech. Mají výhodu, že nejsou nijak zvlášť ovlivněny teplotou, takže je lze použít bez korekce výsledků, pokud není zkušební zařízení během zkoušky vystaveno výrazným teplotním výkyvům.

Tyto metody jsou ideální pro preventivní údržbu točivých strojů a pro monitorování izolace.

Pokud je izolační materiál v dobrém stavu, svodový nebo vodivý proud bude nízký a počáteční měření bude značně ovlivněno kapacitními nabíjecími a dielektrickými absorpčními proudy. Když je aplikováno zkušební napětí, naměřená hodnota izolačního odporu se časem zvyšuje, protože tyto rušivé proudy klesají. Doba stabilizace potřebná k měření izolace v dobrém stavu závisí na typu izolačního materiálu.

Pokud je izolační materiál ve špatném stavu (poškozený, špinavý a mokrý), svodový proud bude konstantní a velmi vysoký, často přesahující kapacitní nabíjecí a dielektrické absorpční proudy. V takových případech se měření izolačního odporu velmi rychle ustálí a ustálí se na hodnotě vysokého napětí.

Studium změny hodnoty izolačního odporu v závislosti na době aplikace zkušebního napětí umožňuje posoudit kvalitu izolace. Tato metoda umožňuje vyvozovat závěry, i když není veden protokol měření izolace. Doporučuje se však zaznamenávat výsledky periodických měření prováděných v rámci programu preventivní údržby.

Polarizační index (PI)

Při použití této metody se odečítají dva údaje po 1 minutě a 10 minutách. Poměr (bez rozměrů) 10minutové hodnoty izolačního odporu k 1minutové hodnotě se nazývá polarizační index (PI). Tento ukazatel lze použít k posouzení kvality izolace.

Metoda měření polarizačního indexu je ideální pro testování obvodů s pevnou izolací. Tato metoda se nedoporučuje používat na zařízení, jako jsou transformátory ponořené do oleje, protože poskytuje špatné výsledky, i když je izolace v dobrém stavu.

Doporučení IEEE 43-2000, Doporučené zkušební metody pro izolační odpor rotujících strojů, specifikuje minimální hodnotu polarizačního indexu (PI) 2.0 pro AC a DC rotující stroje v teplotních třídách B, F a H. Obecně platí, že hodnota PI vyšší než 4 je známkou vynikající izolace, zatímco hodnota nižší než 2 znamená potenciální problém.

PI = R (10 minutové měření izolace) / R (1 minutové měření izolace)

Výsledky jsou interpretovány následovně:

Hodnota PI

Stav izolace

Míra dielektrické absorpce (DAR)

U instalací nebo zařízení obsahujících izolační materiály, ve kterých rychle klesá absorpční proud, může být pro posouzení stavu izolace dostatečné měření po 30 sekundách a 60 sekundách. Koeficient DAR se určuje takto:

DAR = R (60 sekund měření izolace) / R (30 sekund měření izolace)

Výsledky jsou interpretovány následovně:

Hodnota DAR

Stav izolace

Metoda založená na vlivu měnícího se zkušebního napětí (testování skokového napětí)

Přítomnost znečištění (prach, nečistoty atd.) nebo vlhkosti na povrchu izolace je obvykle jasně detekována časově závislým měřením odporu (PI, DAR atd.). Tento typ testování, prováděný s použitím nízkého napětí vzhledem k dielektrickému napětí testovaného izolačního materiálu, však může někdy vynechat známky stárnutí izolace nebo mechanického poškození. Výrazné zvýšení aplikovaného zkušebního napětí může naopak způsobit poškození v těchto slabých místech, což povede k výraznému poklesu naměřené hodnoty izolačního odporu.

Aby byl účinný, musí být poměr mezi napěťovými kroky 1 až 5 a každý krok musí být stejný v čase (typicky 1 až 10 minut), přičemž musí zůstat pod klasickým testovacím napětím dielektrika (2Un + 1000 V). Výsledky získané touto metodou jsou zcela nezávislé na typu izolace a teplotě, protože nejsou založeny na vnitřní hodnotě měřeného izolantu, ale na efektivním snížení hodnoty získané po stejné době pro dvě různá zkušební napětí. .

Pokles hodnoty izolačního odporu o 25 % nebo více mezi prvním a druhým krokem měření je důkazem zhoršení izolace, které je obvykle spojeno s přítomností kontaminace.

Zkušební metoda dielektrického rozptylu (DD).

Test dielektrického úniku (DD), známý také jako měření reabsorpčního proudu, se provádí měřením svodového proudu dielektrika na testovaném zařízení.

Vzhledem k tomu, že během standardní zkoušky izolace jsou přítomny všechny tři složky proudu (kapacitní nabíjecí proud, polarizační proud a svodový proud), může být stanovení polarizačního nebo absorpčního proudu ovlivněno přítomností svodového proudu. Namísto pokusu o měření polarizačního proudu během testování izolace, testování dielektrického rozptylu (DD) měří depolarizační proud a kapacitní vybíjecí proud po testování izolace.

Princip měření je následující. Nejprve se testované zařízení nabíjí po dobu dostatečnou k dosažení ustáleného stavu (kapacitní nabíjení a polarizace jsou dokončeny a jediným proudem, který teče, je svodový proud). Zařízení se pak vybije přes odpor uvnitř meggeru a měří se protékající proud. Tento proud se skládá z kapacitního nabíjecího proudu a reabsorpčního proudu, které dohromady dávají celkový disipační proud v dielektriku. Tento proud se měří po standardní době jedné minuty. Elektrický proud závisí na celkové kapacitě a konečném zkušebním napětí. Hodnota DD se vypočítá pomocí vzorce:

DD = proud po 1 minutě / (zkušební napětí x kapacita)

Test DD identifikuje nadměrné vybíjecí proudy, když je jedna z vrstev vícevrstvé izolace poškozena nebo kontaminována. V bodových testech nebo testech PI a DAR může taková závada chybět. Pro dané napětí a kapacitu bude vybíjecí proud vyšší, pokud dojde k poškození jedné z izolačních vrstev. Časová konstanta této jednotlivé vrstvy již nebude stejná jako u ostatních vrstev, což má za následek vyšší hodnotu proudu ve srovnání s nepoškozenou izolací. Homogenní izolace bude mít hodnotu DD blízkou nule a přijatelná vícevrstvá izolace bude mít hodnotu DD až 2. Níže uvedená tabulka uvádí stav v závislosti na získané hodnotě DD.