Изоляция электрооборудования + проверка качества

Изоляция электрооборудования + проверка качества

Любой элемент или компонент электрической схемы — электродвигатель, генератор, кабель, переключатель, трансформатор и т. д., имеет электрическую изоляцию. Проводники — медные или алюминиевые хорошо проводят электрический ток, питающий оборудование. Напротив – электрическая изоляция видится элементом прямо противоположным проводнику, способным сопротивляться току, удерживать токовый потенциал непосредственно внутри электрической цепи.

Что такое электрическая изоляция в принципе?

Для полного понимания испытания изоляции электроустановок вовсе необязательно влезать в «дебри» электричества. Достаточно простого уравнения закона Ома, которое видится полезным для понимания многих аспектов в этой области.

Изоляция электрических проводов по назначению многим напоминает назначение водяного трубопровода. Соответственно, электрический закон Ома легче понимается, когда сравнивается с потоком воды. Давление воды, создаваемое насосом, вызывает поток по трубе. Если же труба утрачивает герметичность, отмечается утечка воды с потерей давления.

Для области электрики напряжение подобно давлению водяного насоса, благодаря чему электричество течёт по медному (алюминиевому) проводу. Как и в случае с водопроводной трубой, существует некоторое сопротивление потоку, но это сопротивление значительно меньшее, чем сопротивление через изоляцию.

Логичный момент электрики — увеличение напряжения приводит к увеличению тока. Ещё одна логика — чем ниже сопротивление проводника, тем больший создаётся ток при одинаковом напряжении. Обе констатации подтверждаются законом Ома, прописанным уравнением:

E = I * R

где: E – напряжение, В; I – ток, А; R – сопротивление, Ом;

Между тем, не существует идеальной изоляции (бесконечное сопротивление). Поэтому некоторое количество электричества неизбежно утекает через изоляцию на землю.

Ток утечки может составлять всего одну миллионную долю ампера (один микроампер), но именно этот ток является основой для проверки — насколько качественна изоляция электрических машин.

ЦИФРОВОЙ

Изоляция электрооборудования - тестирование силового кабеля
Испытание силового кабеля – схема подключения мегомметра: 1 – нагрузочная оболочка; 2 – экранированный трёхжильный кабель; 3 – защитная оплётка; 4 – изоляционные экраны проводников; 5 – тестируемый проводник

Чрезмерно высокое напряжение имеет тенденцию вызывать увеличение утечки тока через изоляцию. Этот небольшой ток утечки, конечно, обычно не вредит электрооборудованию, но может стать проблемой электрика в условиях ухудшения качества изоляции.

Так что же следует понимать под термином «хорошая электрическая изоляция»? По сути, определение «хорошее» означает относительно высокое качество сопротивления току, хорошие способности сохранять высокое сопротивление.

data-full-width-responsive="false">

Причины ухудшения качества изоляции электрических проводников

Как правило, новая электрическая система или оборудование демонстрируют качество электрической изоляции на высоком уровне. Производители аксессуаров:

  • электрических проводов,
  • силовых кабелей,
  • электрических двигателей и других,

постоянно стремятся улучшать качество изоляции, особенно систем промышленного применения. Тем не менее, даже современный высококачественный продукт подвержен разным воздействиям, способным привести к выходу оборудования из строя. Список таких воздействий обширный:

  • механические повреждения,
  • вибрации,
  • чрезмерный нагрев или охлаждение,
  • попадание грязи,
  • масляные отложения,
  • коррозионные пары,
  • влажность.

Сочетание таких воздействий с присутствующим электрическим напряжением приводит к снижению качества. По мере накопления пробоев или трещин влага и другие посторонние предметы проникают сквозь изоляцию, создавая путь с низким сопротивлением для тока утечки.

НА ИЗОЛЯЦИЮ

Изоляция электрооборудования - испытание силового автомата
Таким подключением проверяется на ток утечки электрическая изоляция элемента силовой цепи – высоковольтного автоматического выключателя

Бывает так, когда сопротивления изоляции нарушается внезапно. Например, в случае залива электрооборудования водой. Но это редкие моменты, тогда как в большинстве случаев сопротивление электрической изоляции снижается постепенно. Соответственно, становится актуальной периодическая проверка электрооборудования.

Технические проверки позволяют проводить плановое восстановление электрической изоляции до отказа машин. Если же периодические проверки исключены, к примеру, электродвигатель, имеющий плохую изоляцию, становится опасным в обслуживании и в конечном итоге сгорает.

Как измерить сопротивление изоляции электрооборудования?

Качественная электрическая изоляция имеет высокое сопротивление. Соответственно, в обратном случае имеет место относительно низкое сопротивление. Фактические значения сопротивления могут быть выше или ниже, в зависимости от разных факторов, включая температуру или влажность.

Однако, обладая периодически составляемым набором записей по результатам тестирования, электрик всегда имеет соответствующее представление по состоянию электрической изоляции. При этом для составления записей достаточно только относительных значений тестирования.

Традиционно для мониторинга используется мегомметр — небольшой портативный прибор, обеспечивающий прямое считывание сопротивления изоляции в Омах или мегомах. Для хорошей изоляции сопротивление обычно измеряется в диапазоне мегаом.

PEAKMETER

Изоляция электрооборудования - шкала аналогового мегомметра
Так выглядит графически традиционно используемая рабочая шкала мегомметра, которым тестируется изоляция. Шкалой определяются диапазоны измерений в Омах и мегаомах

Измеритель сопротивления изоляции мегомметр, по сути, представляет измеритель сопротивления высокого диапазона (омметр). Как правило, конструкцией используется встроенный генератор постоянного тока.

Такого типа измеритель имеет особую конструкцию с катушками тока и напряжения, что позволяет напрямую считывать истинные значения сопротивления, независимо от фактического приложенного напряжения. Метод тестирования неразрушающий — то есть не вызывает ухудшения качества электрической изоляции.

Встроенный генератор активируется вручную или приводится в действие от внешнего источника энергии. Генератором вырабатывается высокое постоянное напряжение, которое вызывает небольшой ток через материал проверяемой электрической изоляции.

Этот ток (обычно при напряжении 500 вольт и более) измеряется омметром, имеющим индикаторную стрелочную шкалу. На картинке выше показана типичная шкала прибора, показывающая возрастающие значения сопротивления справа налево до бесконечности.

Как интерпретируются показания сопротивления мегомметра?

Значения сопротивления изоляции принято считать относительными. Эти значения обычно разнятся, в зависимости от конкретного электрооборудования, проверяемого три дня подряд. Однако разница не говорит о плохой изоляции оборудования. Значение в тестах имеет тенденция в показаниях за период времени, показывающая уменьшение сопротивления, что свидетельствует о приближающихся проблемах.

Таким образом, периодическое тестирование электроустановок — это лучший подход к профилактическому обслуживанию электрооборудования с использованием карт записи результатов проверок.

МЕГОММЕТРЫ

Изоляция электрооборудования - испытание промышленного генератора
Схема подключения измерительного прибора — мегомметра, для проверки электрической изоляции промышленного генератора

Независимо от того, проводится ли тестирование ежемесячно, дважды в год или один раз в год, всё зависит от типа, местоположения и важности электрооборудования. Например, если электродвигатель насоса или силовой кабель имеют значение в технологическом процессе, периодические тесты выполняются каждый раз однообразно.

То есть с одинаковыми тестовыми соединениями и с одним и тем же тестовым напряжением, подаваемым в течение одного и того же периода времени. Также следует проводить тесты примерно при одинаковой температуре для всех периодов проверок. Запись относительной влажности в зоне электрооборудования в моменты теста также полезна для оценки показаний и тенденции.

Таким образом, интерпретировать периодические испытания сопротивления изоляции электрических машин можно примерно следующим форматом записей:

Состояние качества Действия персонала
Приемлемое или высокое. Нет причин для беспокойства.
Удовлетворительное Найти и устранить причину, отметив тенденцию к снижению.
Низкое, но удовлетворяющее. Определить причину низкого значения.
Низкое и небезопасное. Очистить, просушить — увеличить значения сопротивления.

Факторы влияния на показатели сопротивления изоляции

Очевидно — измеренное сопротивление определяется приложенным напряжением и результирующим током (R = E / I). На ток влияет ряд факторов, включая температуру и влажность. Рассмотрим природу тока утечки, и влияние в зависимости от времени подачи напряжения.

Ток, текущий через изоляционный материал и вдоль материала связан с постоянным током, возникающим в поверхностных путях утечки. Электричество также течёт через объёмную составляющую. Фактически полный ток состоит из трех составляющих:

  1. Ёмкость зарядного тока высокого уровня с падением после полного насыщения.
  2. Ток поглощения, также изначально высокий с последующим спадом.
  3. Ток проводимости — небольшой по существу постоянный ток утечки.

Полный ток представляет собой сумму трёх составляющих. Именно этот ток допустимо измерить непосредственно с помощью микроамперметра или при определённом напряжении с помощью мегомметра.

Поскольку полный ток зависит от времени подачи напряжения, становится очевидным, почему закон Ома (R = E / I) выполняется теоретически только в бесконечное время (то есть придётся ждать бесконечно, прежде чем удастся снять показания). На практике читается значение, которое представляет собой кажущееся сопротивление — полезное значение для диагностики неисправностей.

СТРЕЛОЧНЫЙ

Изоляция электрооборудования - проверка изоляции трансформатора
Подключение измерительного мегомметра для проверки качества электрической изоляции промышленного трансформатора

Также следует учитывать снижения тока по мере того, как тестируемое оборудование заряжается. Для более крупных электроустановок с большей ёмкостью потребуется больше времени для зарядки. Этот ток также является накопленной энергией, первоначально разряженной после испытания путём короткого замыкания и заземления.

Ток поглощения уменьшается относительно медленно, в зависимости от точного характера электрической изоляции. Эта накопленная энергия также должна быть высвобождена в конце испытания и требует большего времени, чем ток заряда ёмкости — примерно в четыре раза дольше, чем было приложено напряжение.

При условии качественной электрической изоляции электрооборудования, ток проводимости (утечки) нарастает до постоянного значения, которое является постоянным для приложенного напряжения. Любое увеличение тока утечки со временем является предупреждением о грозящей неисправности.

Типичные испытания на сопротивление электрической изоляции

Существуют три распространённых методики тестирования:

  1. Кратковременные испытания (точечное чтение).
  2. Проверка сопротивления по времени.
  3. Ступенчатые испытания (испытания на несколько напряжений).

Кратковременные испытания электрической изоляции

Первый вариант предполагает подключение мегомметра к проверяемой электрической цепи,  с последующим включением в течение короткого определённого периода времени (обычно 60 секунд). Здесь температура и влажность, а также состояние изолирующей структуры оказывают влияние на результат.

Если тестируемая электроустановка имеет очень маленькую ёмкость, например, короткую электропроводку в доме, точечного считывания вполне достаточно. Тем не менее, большая часть электрооборудования является ёмкостной. Поэтому такого рода методика без предварительных испытаний может лишь приблизительно оценить качество изоляции электроустановок.

Специалистами электриками давно используется так называемое правило одного мегаома, определяющее допустимый нижний предел сопротивления изоляционного покрытия электрооборудования. Правило гласит:

Сопротивление изоляции должно составлять приблизительно один МОм на каждые 1000 вольт рабочего напряжения при минимальном значении 1 МОм.

К примеру, электродвигатель, рассчитанный на 2400 вольт, имеет минимальное сопротивление изоляции 2,4 МОм. На практике значения мегомов обычно значительно выше этого минимального значения на новом оборудовании или при хорошем состоянии изолирующего материала.

Периодически снимая и фиксируя показания, электрик лучше оценит фактическое состояние электрической изоляции. Любой устойчивый нисходящий тренд обычно является верным предупреждением о предстоящих проблемах, даже если показания могут быть выше предлагаемых минимальных безопасных значений.

Проверка сопротивления по времени

Этот метод практически не зависит от влияний температуры и зачастую помогает получить окончательную информацию без учёта прошлых тестов. Проверка сопротивления по времени основана на эффекте поглощения качественного изолирующего материала.

Достаточно снять последовательно измерения в определённое время (30 сек – 60 сек) и отметить разницу в показаниях. Испытания электрической изолирующей основы методом проверки сопротивления по времени также характеризуются другим термином – «испытания на абсорбцию».

 

Качественная изоляция показывает постоянное увеличение сопротивления (меньший ток) в течение определённого периода времени (5-10 минут). Это вызвано током поглощения. Качественная электрическая изолирующая структура показывает этот эффект заряда в течение периода времени, намного большего, чем время, необходимое для зарядки ёмкости материала.

Если налицо много влаги или загрязнений, эффект поглощения маскируется высоким током утечки. Значение тока остаётся на довольно постоянном уровне, сохраняя низкое значение сопротивления (R = E / I).

Испытание на временное сопротивление имеет ценность ещё и по той причине, что не зависит от размера электрооборудования. Увеличение сопротивления чистой и сухой изоляционной структуры происходит одинаково, независимо от габаритов, например, того же электродвигателя.

Преимущество этого теста — более чёткое видение ситуации, даже когда точечное считывание показывает, что оборудование выглядит нормально. Например, точечное показание синхронного двигателя составляет 10 МОм. Проверка сопротивления по времени показывает, что сопротивление обмоток стабильно составляет 10 Мом, но за время до 60 секунд. Такая ситуация может показывать наличие загрязнений или влаги в обмотках, что требует дальнейшего отслеживания.


При помощи информации: Megger