Měření izolačního odporu a regulační dokumenty: charakteristiky dielektrik, zkoušení

Provoz elektrické sítě není možný bez použití kabelů. Použité dráty se vyznačují různými parametry, jedním z nich je izolace. Časem se tento parametr vlivem vnějšího prostředí a zahřívání průtokem proudu zhoršuje. Proto, aby se předešlo poruchám, je nutné pravidelně provádět v souladu s regulačními dokumenty měření izolačního odporu.

Podstata izolace

V elektrotechnice termín „izolace“ označuje část konstrukce, která odolává průchodu elektrického proudu. Slouží k zamezení vzniku zkratu mezi vodivými materiály a k ochraně živého organismu před úrazem elektrickým proudem. Existují různé typy izolací, které se volí v závislosti na místě použití kabelu a technických podmínkách. Hlavními požadavky na něj jsou odolnost proti mechanickému poškození, odolnost proti vlhkosti a teplotním extrémům.

Elektrický proud procházející drátem ztrácí svou sílu. To je způsobeno strukturou vodiče, konkrétně typem jeho krystalové mřížky, přítomností nečistot, defektů. Nosiče náboje při kolizi s nehomogenitami uvolňují energii, která se přeměňuje na teplo, což vede k ohřevu izolace. Pokud se ukáže, že rozptýlený výkon je dostatečně velký, změní se parametry ochranné vrstvy a může dojít k tepelnému a následně elektrickému průrazu. Tomu napomáhá i prostředí, které neumožňuje dostatečný odvod tepla z drátů nebo dokonce přispívá k vytápění venku.

Dielektrický průraz má obvykle za následek zkrat (zkrat), doprovázený generováním a uvolněním maximálního výkonu, který může napájecí zdroj poskytnout.

Obrovský proud vznikající při zkratu nejen vyřadí z provozu elektrické spotřebiče a zařízení během zlomků vteřiny, ale také způsobí požár. Proto tepelná odolnost a odpor jsou možná hlavní charakteristiky dielektrika. Je také důležité, aby izolace nepodporovala spalování v případě abnormálních teplot.

V přírodě absolutní dielektrika neexistují. Jakékoli fyzické tělo je schopno vést elektrický proud, protože se skládá z atomů a molekul. Proto se v závislosti na výkonu elektrického proudu používají izolátory s požadovaným vnitřním odporem, aby se zabránilo vzniku vedení. Během provozu by tato hodnota neměla překračovat stanovené normy. Tyto hodnoty pro různé podmínky jsou určeny regulačními dokumenty a zároveň regulují načasování měření izolačního odporu.

Druhy ochranných materiálů

Veškeré elektrické rozvody, a to nejen vodičů, ale i částí elektromotorů, se musí po celou dobu provozu vyznačovat vysokou elasticitou a pevností. Izolátory s těmito optimálními vlastnostmi jsou následující materiály:

1. Pryž. Vyrábí se z umělých i přírodních materiálů. Například butadienový a butylový kaučuk. Výhoda jeho použití spočívá v jednoduché výrobě, flexibilitě a snadné aplikaci na vodič. Nevýhodou je stárnutí a rychlé opotřebení. Vystavení teplotě způsobí vysušení a rozpadu látky.
2. Plastický. Tento typ izolace je vyroben ze síťovaného polyetylenu (EPS). Podle svých vlastností je nejvhodnější pro použití ve spojení s vysokonapěťovými kabely. Výhody tohoto izolantu jsou odolnost vůči alkalickému a kyselému prostředí, vysoká vlhkost, pevnost. Speciálně použité přísady činí izolant odolným proti praskání a zvyšují bod tání. Rozlišujte plast podle hustoty a stupně elasticity.
3. Polyvinylchlorid (PVC). Má vysokou tepelnou stabilitu a schopnost neměnit své dielektrické parametry při vysokých napětích. Zároveň je však tento materiál zničen vystavením ultrafialovému záření, proto se používá pouze v interiéru. Výrobní proces je nejlevnější ve srovnání s jinými typy izolátorů.
4. Papír. Přestože je sám o sobě přirozeným izolantem, používá se jen zřídka kvůli nízkému průraznému napětí. Nejčastěji se navíc impregnuje speciálními laky, které zvyšují jeho izolační vlastnosti, hygroskopičnost a snižují paropropustnost. Při výrobě vláken se používá celulóza, bavlna, třtina nebo azbest.
5. Fluoroplast. Je považován za nejspolehlivější materiál, ale liší se složitostí jeho aplikace na vodič. Je obtížné jej mechanicky poškodit a je zcela inertní vůči chemickému napadení. Odolává teplotám od -90 do 250 stupňů.

Dielektrické vlastnosti

Během provozu elektrických spotřebičů je izolace ovlivňována různými faktory. Patří mezi ně elektrické namáhání, mechanické a tepelné namáhání. Stejnosměrné napětí označuje dlouhodobě působící hodnotu nepřesahující 15 % pro sítě do 220 kV, 10 % pro 330 kV a 5 % pro sítě do 500 kV a více. Navíc existuje vnitřní přepětí a atmosférické přepětí. První se objevuje v nouzových situacích nebo spínacích procesech, vyznačujících se krátkou dobou expozice (do 10 sekund) a velkou amplitudou.

Druhý nastává při úderu blesku a trvá setiny sekundy, ale má amplitudu řádově milión voltů.

Izolace se odlišuje svým vzhledem na vnitřní a vnější. První se vyznačuje schopností se sám léčit. To znamená, že po elektrickém výpadku zcela obnoví své vlastnosti. Vnější ochrana je přímo vystavena vlivu vzduchu, ale zároveň navíc využívá jejích dielektrických vlastností.

Mezi hlavní charakteristiky izolace potřebné pro posouzení její účinnosti patří:

1. Odpor. Toto je nejdůležitější parametr, který se při jeho kontrole měří. Je to on, kdo určuje bezpečnost provozu elektrických instalací a vedení. Jeho měření se provádí při konstantním proudu o určité hodnotě.
2. Dielektrická konstanta. U vodičů je přítomnost kapacity extrémně nežádoucí a izolace by měla být co nejnižší. Je charakterizována stupněm polarizace, tedy vlivem polarizovaných částic na výslednou intenzitu.
3. Úhel dielektrické ztráty. Určuje ztrátu výkonu. Vypočítá se podle vzorce: Pa = U²* 2 * π * f * C * tan φ, kde: tan φ - závisí na použitém potenciálovém rozdílu. Měření tohoto parametru a jeho porovnání s předchozí hodnotou umožňuje učinit závěr o stupni a rychlosti stárnutí izolantu.
4. Elektrická pevnost. Je charakterizována hodnotou průrazného napětí, tedy hodnotou, při které k průrazu dojde.

Kromě elektrických parametrů mají izolanty také fyzikální a chemické vlastnosti: viskozitu, třídu tepelné odolnosti, body měknutí a skápnutí. A také odolnost vůči mrazu, ozónu a dusíku.

Normativní dokumenty

Bezpečnost poskytovaná izolací musí zaručovat dielektrické vlastnosti. Tyto požadavky jsou stanoveny různými normami a GOST. Jejich nedodržení vede k možným škodám a riziku. Požadavky na technické vlastnosti izolátoru jsou poměrně přísné, jsou následující:

• zajištění spolehlivosti práce v případě různých druhů přepětí;
• vytváření podmínek pro bezpečnou lidskou práci;
• omezení vystavení vysokofrekvenčnímu rušení;
• zamezení ztrátám energie.

Hlavní normativní dokumenty upravující požadavky a podmínky ověřování jsou aktuální vydání:

Tyto dokumenty poskytují komplexní informace o četnosti měření a přijatelnosti jejich výsledků. Takže v souladu s PTEEP, konkrétně s článkem 2.12.17, by měl být izolační stav kontrolován alespoň jednou za tři roky. Zároveň byly stanoveny podmínky, za kterých se měření každoročně provádí. Například v místnostech s vysokou vlhkostí nebo tam, kde jsou chemické kapaliny.

Načasování měření může být navíc stanoveno meziodvětvovými pravidly ochrany práce, požární bezpečnosti, nařízeními resortních ministerstev. Zároveň by však neměly být v rozporu s regulačními dokumenty: GOST, PUE, PTEEP.

Všechny výsledky kontrol musí být zdokumentovány a schváleny příslušnými technickými službami. Při kontrole elektrického vedení lze kromě měření odporu přiřadit pevnostní zkoušky. Kromě toho se často zkoumá tvrdost a hořlavost.

Metodika testování

Podle PUE by měli test izolace elektrického odporu provádět pouze certifikovaní specialisté s kalibrovanými zařízeními podle normy GOST.

Analýza získaných dat je umožněna osobám elektrotechnického personálu zabývajícího se problematikou izolace se speciálním vzděláním.

Jako měřicí zařízení se používají megaohmmetry určené pro různá stejnosměrná napětí: 100 V, 500 V, 1 kV, 2,5 kV. V zařízeních starého modelu se používá mechanický generátor, jehož práce je založena na principu dynama, zatímco moderní testery využívají elektronické měniče a autonomní zásoby energie.

Stejné měření izolačního odporu elektrického vedení je následující:

• Vizuálně se kontroluje spojovací vedení a měřící zařízení.
• Měřené vedení je odpojeno od zdroje energie, všech elektroinstalací, přístrojů a ostatních obvodů.
• Případný zbytkový náboj je z vedení na několik minut odstraněn uzemněním.
• Megaohmmetr nastavuje oblast měření podle očekávané hodnoty.
• Probíhá kontrola. K tomu se nejprve uzavře měřicí sondy a stiskne se testovací tlačítko, poté se otevřou a operace se opakuje. V prvním případě by zařízení mělo ukazovat nulu a ve druhém nekonečno.
• Testy se provádějí na každé fázi vodiče vzhledem k ostatním dočasně uzemněným nebo mezi fází a zemí.
• Odečty jsou zaznamenávány až po určité době (cca 1 minuta), kdy pominou všechny přechodné jevy a měřicí jehla zaujme stabilní polohu.
• Pokud byl limit měření zvolen nesprávně, náboj se z vodičů znovu odstraní a měření se opakují.
• Po skončení testu se výsledek zapíše do tabulky s uvedením zkušební metody.

Jakmile je testování dokončeno, zbytkový náboj je z testovaného vedení nebo zařízení odstraněn dočasným uzemněním. Osoba provádějící tuto operaci musí být na izolovaném podkladu a nosit dielektrické rukavice. Měření se provádí při teplotě 25 ± 10 °C a vlhkosti vzduchu cca 80 %, pokud technické podmínky nestanoví jiné požadavky.

Nuance testů

Účelem měření je zjistit možnost proražení izolace vysokým napětím, avšak bez rizika jejího poškození v době testování. Během testování musí být podle GOST 12.3.019.80 zajištěna bezpečnost práce. Diagnostiku izolace s napětím nad 1 kV provádějí dvě osoby s toleranční skupinou minimálně třídy 4. Před zahájením práce je nutné se ujistit, že nedochází ke kontaktu osob s měřeným vedením, přičemž je přísně zakázáno dotýkat se testeru živými částmi.

Každý kabel má svůj vlastní standard izolačního odporu. Podle PTEEP p. 6.2 a PUE článek 1.8.37, pro silové kabely navržené nad 1 kV musí být odpor alespoň 10 MΩ, pod 1 kV - 0,5 MΩ. Měření izolace je tedy velmi důležitý a složitý proces, který zohledňuje požadavky různých regulačních dokumentů. V tomto případě musí být všechny výsledky správně zdokumentovány a samotný test musí být proveden certifikovanými specialisty.