4 rzeczy, które powinieneś wiedzieć na temat pomiarów rezystancji izolacji napięciem powyżej 1 kV

Pomiary rezystancji izolacji to żadna nowość. W rzeczywistości są przeprowadzane już od ponad stu lat. Ale testy izolacji wyższym napięciem? Przez dziesięciolecia nikt takich testów nie prowadzał. Producenci oferowali sprzęt do pomiarów napięciem nie wyższym niż 5 kV. Nadszedł jednak moment, kiedy to Megger stworzył miernik 10 kV, spełniający najnowsze zalecenia komitetu IEEE. Od tego czasu pomiary izolacji napięciem 5, 10, a nawet 15 kV stały się powszechną praktyką w określonych sytuacjach.

Rodzi się więc pytanie: jakie są to sytuacje? Cóż, to pierwsza kwestia, którą powinieneś poznać, jeżeli chodzi o pomiary rezystancji izolacji napięciem powyżej 1 kV.

1. Kiedy powinienem wykorzystać miernik rezystancji izolacji 10 kV bądź 15 kV?

We wczesnych latach 2000 Rada ds. Standardów komitetu IEEE dokonała rewizji normy IEEE STD 43-1974 „Zalecane czynności przy pomiarach rezystancji izolacji maszyn wirujących” (ang. IEEE Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Rotating Machinery). Rada stworzyła nową normę STD 43-2000, kładącą nacisk na ulepszenie dotychczasowych praktyk w celu dostosowania się do zmian i rozwoju materiałów izolacyjnych, a także na znaczenie testów przy wyższych napięciach probierczych, ujawniających wady niewykrywalne innymi metodami. W nowej normie rekomendowano przeprowadzanie pomiarów uzwojeń maszyn o napięciu znamionowym powyżej 12 kV napięciem wartości 10 kV.

Jeżeli jesteś inżynierem, pracującym z urządzeniami wysokich napięć, miernik izolacji 15 kV będzie dla Ciebie idealnym rozwiązaniem – zapewniając wcześniejsze wykrycie wad i uszkodzeń. W Stanach Zjednoczonych, standardy NETA wskazują testy napięciem 15 kV jako podstawę badań napędów o maksymalnym napięciu znamionowym wartości 34,5 kV i wyższej, zaś wartości znamionowej 35 kV i wyższej w przypadku pozostałych urządzeń.

2. Jaki jest cel badań diagnostycznych izolacji?

Z biegiem czasu izolacja urządzeń elektrycznych ulega degradacji. Izolacja jest dobierana tak, aby wytrzymać codzienną eksploatację przez określoną liczbę lat (a nawet dekad). To nienormatywne obciążenia przyspieszają naturalny proces starzenia i skracają żywotność sprzętu – i to właśnie nimi powinieneś się martwić. Z tego też powodu zalecamy regularne przeprowadzanie diagnostyki izolacji. Dzięki badaniom okresowym możesz wykryć pogorszenie stanu izolacji, określić jego przyczynę i opracować plan naprawczy zanim nastąpi uszkodzenie sprzętu i konieczność wyłączenia go z eksploatacji.

Pomiary diagnostyczne izolacji polegają na prostym teście „punktowym” – tj. na przyłożeniu napięcia do izolacji i pomiaru jej rezystancji. Taki test samodzielnie może zapewnić podstawowe informacje –np. zaliczenie bądź niepowodzenie przeprowadzonego testu, czy też zgodność z normami. Informacje te są jednak bardziej przydatne, gdy porównamy je z wynikami wcześniej przeprowadzonych badań. Jeżeli badane parametry izolacji będą rejestrowane, będziesz mógł określić charakterystykę trendów zmian właściwości urządzenia i, gdy zajdzie taka potrzeba, wdrożyć ewentualny program naprawczy. Stąd więc wynika potrzeba pomiarów okresowych.

Podczas gdy większość elektryków i techników utrzymania sprzętu elektrycznego jest obeznana z procedurami pomiaru izolacji napięciem 500 V lub 1000 V, to w przypadku badań przy napięciach powyżej 1 kV czują się oni niepewnie. Pojawia się więc potrzeba dokształcenia w zakresie pomiarów izolacji napięciem powyżej 1 kV.

Właśnie pomiary wyższym napięciem mogą nakreślić Ci pełniejszy obraz na temat stanu izolacji sprzętu. Jako przykład weźmy test napięciem schodkowym. Dobra izolacja to wysoka rezystywność, przez co wzrost napięcia nie ma wpływu na rezystancję wynikową. Jednakże gdy izolacja ma jakąś wadę, wraz ze wzrostem napięcia coraz wyraźniej dostrzeżesz odchylenia wartości rezystancji. Przy pomiarach niskim napięciem, tj. poniżej 1 kV istnieje obawa, że takich wad możesz w ogóle nie dostrzec. Wzrost wartości napięcia probierczego pozwala osiągnąć punkt, w którym inicjowana jest jonizacja drobnych uszkodzeń i zagłębień izolacji, co zwiększa prąd i skutkuje spadkiem rezystancji – który możesz dostrzec!

3. Czemu izolacja ulega uszkodzeniom?

Istnieje 5 głównych przyczyn, z powodu których izolacja ulega uszkodzeniu. Są to naprężenia elektryczne, mechaniczne i termiczne, czynniki chemiczne i oddziaływania środowiskowe. Czynniki te maja tendencję do wzajemnej interakcji, co jeszcze bardziej napędza spiralę osłabienia izolacji. Naprężenia elektryczne, wynikające głównie z przepięć i zbyt niskich napięć są zjawiskami, które izolacja jest w stanie wytrzymać jedynie do poziomu granicznego. Mierząc się zaś z nietypowymi poziomami napięć, izolacja ta może ulec przebiciu bądź rozwarstwieniu. Uszkodzenia mechaniczne powstają w wyniku naruszeń fizycznych, takich jak przecięcie kabla podczas prowadzenia prac wykopowych, czy wibracje generowane podczas częstych rozruchów i zatrzymań tudzież niezrównoważenia maszyny. Zanieczyszczenia, takie jak opary chemiczne, brud czy olej również pogarszają wytrzymałość izolacji. Eksploatacja sprzętu w warunkach wysokiej bądź niskiej temperatury powoduje rozszerzanie lub kurczenie izolacji, skutkujące pęknięciami i uszkodzeniem. Nawet rozruch i zatrzymanie maszyny może wywołać naprężenia termiczne, szczególnie jeśli sprzęt nie jest dostosowany do pracy przerywanej.

Wreszcie, różnorodne warunki środowiskowe pracy, obejmujące wilgotność powietrza, czy nawet wbrew pozorom uszkodzenia obejmujące nacięcia i pęknięcia wywołane przez wiewiórki, gołębie albo myszy mogą być przyczyną poważnej degradacji izolacji sprzętu.

4. Czy pomiary wysokim napięciem są bezpieczne?

Choć nasz sprzęt jest projektowany tak, aby zapewnić Ci bezpieczeństwo obsługi, to zawsze należy przestrzegać zasad bezpieczeństwa podczas pracy w środowisku pomiarowym. Niemniej jednak zdajemy sobie sprawę, że testy izolacji przy wysokich napięciach generują szereg niebezpieczeństw, które uwzględniliśmy już na etapie projektowania i produkcji tych urządzeń. Końcówki sond pomiarowych oraz chwytaki krokodylkowe stanowią niebezpieczeństwo w postaci chwilowego mostkowania i zwarcia obwodu, wywołując przepływ prądu o wysokim natężeniu przez przewodnik, stopienie izolacji i ewentualne oparzenie użytkownika. Są to jednak niebezpieczeństwa zewnętrzne, wywodzące się z obsługi badanego elementu, nie zaś z samego miernika. Wysokonapięciowe testery izolacji są zabezpieczone przed takimi zagrożeniami wielopoziomowo. Chwytaki są w pełni izolowane, aby zapewnić użytkownikowi bezpieczeństwo pracy, jednocześnie zapewniając wygodę użytkowania i stabilność połączeń z szynoprzewodami, kablami, zaciskami itp.

Przy przeprowadzaniu pomiarów długich kabli, poważnym zmartwieniem może być ryzyko przypadkowego odłączenia przewodów. Wysokonapięciowe testery izolacji są wyposażone w blokady wtyczek w celu ograniczenia tego groźnego w skutkach błędu. Funkcja blokady jest niezwykle łatwa w użyciu i zapewnia możliwość rozładowania obwodu po zakończeniu badań.

Jeżeli podłączasz się do sieci dystrybucyjnej, wymagana jest zwiększona ochrona przeciwprzepięciowa ze względu na możliwość pojawienia się przepięć. Zaciski pomiarowe wysokonapięciowych testerów izolacji są certyfikowane do użytku w obwodach kategorii przepięciowej CAT IV 600 V bądź nawet 1000 V. Zaciski te, wykonane z polimerów izolacyjnych o wysokich właściwościach dielektrycznych zapewniają bezpieczeństwo nawet w niesprzyjających warunkach.

Częstą obawą w przypadku urządzeń generujących 5, 10 czy 15 kV jest wysoki poziom napięcia. W rzeczywistości jednak to nie napięcie stanowi tutaj zagrożenie, lecz prąd. Jednakże mierniki te generują prąd o natężeniu wielokrotnie niższym, niż wynosi prąd rażeniowy – natężenie jest ograniczone do kilku mA, co stanowi znikome zagrożenie. Niebezpieczeństwo stanowią więc nie parametry elektryczne testera, lecz otoczenie. Podłączenie do obwodu pojemnościowego może wygenerować znaczną energię przy naładowaniu przez miernik wysokim napięciem, stanowiąc zagrożenie w razie dotknięcia. Wiele instalacji wymusza przyłączenie elementów pomiarowych z poziomu drabiny. Podczas pracy na wysokości, teoretycznie nieszkodliwy impuls może wywołać reakcję obronną użytkownika, potencjalnie powodując upadek i ewentualne obrażenia. Na szczęście w pełni izolowane zaciski minimalizują to ryzyko.

Część zabezpieczeń spada na barki użytkownika (np. blokady i oznakowanie miejsca pracy). Obwód musi być odłączony, rozładowany, odizolowany i zweryfikowany pod kątem spełnienia wymogów bezpieczeństwa przed inicjacją pomiarów. Jest to wymóg każdorazowy, niepodlegający podważeniu. Musisz być pewien, że obwód nie zostanie ponownie naładowany na czas połączenia z miernikiem. Istotne jest też abyś pamiętał, że podczas pomiarów nie wolno dotykać zacisków i połączeń.

Po zakończeniu pomiarów pamiętaj, aby zawsze całkowicie rozładować obwody pojemnościowe przed rozpoczęciem rozłączania obwodu, gdyż ładunki pojemnościowe mogą być niezwykle niebezpieczne.

Wbudowane elementy i układy zabezpieczające zaawansowanych mierników, wespół z przestrzeganiem zaleceń dotyczących bezpiecznej pracy umożliwiają dokonanie wczesnego wykrycia i powiadomienia o uszkodzeniu izolacji. Dzięki temu można uniknąć kosztownej awarii i przestoju maszyny.

Zdajemy sobie sprawę, że pomiary napięciem powyżej 1 kV mogą wywoływać obawy i niejasności nawet dla doświadczonych elektryków. Z tego powodu jesteśmy w trakcie opracowywania przewodnika po pomiarach izolacji napięciem powyżej 1 kV. Zapraszamy również na szkolenia i webinaria firmy Megger, które omawiają wyczerpująco porady dotyczące przygotowania badań, przeprowadzenia różnych procedur pomiarowych, analizę wyników, a także wiele innych. Aby uzyskać więcej informacji o webinariach wejdź na stronę webinars