Isolationswiderstandsmessungen und regulatorische Dokumente: Eigenschaften von Dielektrika, Prüfung

Der Betrieb des Stromnetzes ist ohne den Einsatz von Kabeln nicht möglich. Die verwendeten Drähte zeichnen sich durch verschiedene Parameter aus, darunter die Isolierung. Im Laufe der Zeit verschlechtert sich dieser Parameter aufgrund des Einflusses der äußeren Umgebung und der Erwärmung durch den Stromfluss. Um das Auftreten eines Ausfalls zu vermeiden, ist es daher regelmäßig erforderlich, gemäß den behördlichen Dokumenten Messungen des Isolationswiderstands durchzuführen.

Die Essenz der Isolation

In der Elektrotechnik bezeichnet der Begriff "Isolation" den Teil einer Struktur, der dem Durchgang von elektrischem Strom widersteht. Es wird verwendet, um das Auftreten eines Kurzschlusses zwischen leitfähigen Materialien zu verhindern und einen lebenden Organismus vor einem elektrischen Schlag zu schützen. Je nach Einsatzort des Kabels und technischen Gegebenheiten werden unterschiedliche Isolationsarten gewählt. Die Hauptanforderungen daran sind Beständigkeit gegen mechanische Beschädigungen, Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und extreme Temperaturen.

Elektrischer Strom, der durch den Draht fließt, verliert seine Leistung. Dies ist auf die Struktur des Leiters zurückzuführen, nämlich auf die Art seines Kristallgitters, das Vorhandensein von Verunreinigungen und Defekten. Die Ladungsträger, die mit Inhomogenitäten kollidieren, setzen Energie frei, die in Wärme umgewandelt wird, was zu einer Erwärmung der Isolierung führt. Stellt sich heraus, dass die Verlustleistung groß genug ist, ändern sich die Parameter der Schutzschicht und es kann zu einem thermischen und dann einem elektrischen Durchbruch kommen. Dies wird auch durch die Umgebung erleichtert, die eine ausreichende Wärmeabfuhr von den Drähten nicht zulässt oder sogar zur Erwärmung von außen beiträgt.

Dielektrischer Durchschlag führt in der Regel zu einem Kurzschluss (Kurzschluss), begleitet von der Erzeugung und Abgabe der maximalen Leistung, die das Netzteil bereitstellen kann.

Der bei einem Kurzschluss entstehende enorme Strom setzt nicht nur elektrische Geräte in Sekundenbruchteilen außer Betrieb, sondern verursacht auch einen Brand. Daher sind Wärmebeständigkeit und Beständigkeit vielleicht die Haupteigenschaften eines Dielektrikums. Wichtig ist auch, dass die Isolierung bei anormalen Temperaturen die Verbrennung nicht unterstützt.

In der Natur absolute Dielektrika gibt es nicht. Jeder physische Körper kann elektrischen Strom leiten, da er aus Atomen und Molekülen besteht. Daher werden abhängig von der Leistung des elektrischen Stroms Isolatoren mit dem erforderlichen Innenwiderstand verwendet, um das Auftreten einer Leitung zu verhindern. Im Betrieb sollte dieser Wert die etablierten Standards nicht überschreiten. Diese Werte für verschiedene Bedingungen werden durch behördliche Dokumente bestimmt, während sie auch den Zeitpunkt der Messungen des Isolationswiderstands regeln.

Arten von Schutzmaterialien

Alle elektrischen Leitungen, und das gilt nicht nur für Leitungen, sondern auch für Teile von Elektromotoren, müssen sich über die gesamte Betriebsdauer durch eine hohe Elastizität und Festigkeit auszeichnen. Isolatoren mit diesen optimalen Eigenschaften sind die folgenden Materialien:

1. Gummi. Es besteht sowohl aus künstlichen als auch aus natürlichen Materialien. Zum Beispiel Butadien- und Butylkautschuke. Der Vorteil seiner Verwendung liegt in seiner einfachen Herstellung, Flexibilität und leichten Anbringung am Leiter. Der Nachteil ist Alterung und schneller Verschleiß. Bei Temperatureinwirkung trocknet die Substanz aus und zerfällt.
2. Kunststoff. Diese Art der Isolierung besteht aus vernetztem Polyethylen (EPS). Aufgrund seiner Eigenschaften ist es am besten für den Einsatz in Verbindung mit Hochspannungskabeln geeignet. Die Vorteile dieses Isolators sind Beständigkeit gegen alkalische und saure Umgebungen, hohe Luftfeuchtigkeit und Festigkeit. Speziell eingesetzte Additive machen den Isolator rissbeständig und erhöhen den Schmelzpunkt. Kunststoff nach Dichte und Elastizitätsgrad unterscheiden.
3. Polyvinylchlorid (PVC). Es hat eine hohe thermische Stabilität und die Fähigkeit, seine dielektrischen Parameter bei hohen Spannungen nicht zu ändern. Gleichzeitig wird dieses Material jedoch durch ultraviolette Strahlung zerstört und wird daher nur in Innenräumen verwendet. Der Herstellungsprozess ist im Vergleich zu anderen Arten von Isolatoren am billigsten.
4. Papier. Obwohl es an sich ein natürlicher Isolator ist, wird es aufgrund seiner geringen Durchbruchspannung selten verwendet. Meistens wird es zusätzlich mit speziellen Lacken imprägniert, die seine Isoliereigenschaften, Hygroskopizität erhöhen und die Dampfdurchlässigkeit verringern. Bei der Herstellung von Fasern werden Zellulose, Baumwolle, Rohr oder Asbest verwendet.
5. Fluorkunststoff. Es gilt als das zuverlässigste Material, unterscheidet sich jedoch in der Komplexität seiner Anwendung auf den Leiter. Es lässt sich nur schwer mechanisch beschädigen und ist gegenüber chemischen Angriffen völlig inert. Hält Temperaturen von -90 bis 250 Grad stand.

Dielektrische Eigenschaften

Beim Betrieb von Elektrogeräten wird die Isolation von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Dazu gehören elektrische Belastungen, mechanische und thermische Belastungen. Gleichspannung bezeichnet einen langanhaltenden Wert von höchstens 15 % für Netze bis 220 kV, 10 % für 330 kV und 5 % für Netze bis 500 kV und mehr. Hinzu kommen interne Überspannungen und atmosphärische Überspannungen. Ersteres tritt in Notsituationen oder Schaltvorgängen auf, gekennzeichnet durch eine kurze Belichtungszeit (bis zu 10 Sekunden) und eine große Amplitude.

Die zweite tritt bei Blitzeinschlägen auf und dauert Hundertstelsekunden, hat aber eine Amplitude in der Größenordnung von einer Million Volt.

Die Isolierung unterscheidet sich durch ihr Aussehen in interne und externe. Die erste zeichnet sich durch die Fähigkeit aus, sich selbst zu heilen. Das heißt, es stellt seine Eigenschaften nach einem elektrischen Ausfall vollständig wieder her. Der Außenschutz ist direkt dem Lufteinfluss ausgesetzt, nutzt aber gleichzeitig zusätzlich seine dielektrischen Eigenschaften.

Zu den wichtigsten Merkmalen der Isolierung, die zur Beurteilung ihrer Wirksamkeit erforderlich sind, gehören:

1. Widerstand. Dies ist der wichtigste Parameter, der bei der Überprüfung gemessen wird. Er bestimmt die Sicherheit des Betriebs elektrischer Anlagen und Leitungen. Seine Messung erfolgt bei einem konstanten Strom eines bestimmten Wertes.
2. Die Dielektrizitätskonstante. Bei Leitern ist das Vorhandensein von Kapazitäten äußerst unerwünscht, und die Isolierung sollte so gering wie möglich sein. Sie ist charakterisiert durch den Polarisationsgrad, also den Einfluss polarisierter Partikel auf die resultierende Intensität.
3. Dielektrischer Verlustwinkel. Bestimmt die Verlustleistung. Sie berechnet sich nach der Formel: Pa = U²* 2 * * f * C * tan φ, wobei: tan φ - abhängig von der angelegten Potentialdifferenz. Die Messung dieses Parameters und der Vergleich mit dem vorherigen Wert lassen Rückschlüsse auf den Alterungsgrad und die Alterung des Isolators zu.
4. Elektrische Stärke. Sie ist durch den Wert der Durchbruchspannung gekennzeichnet, dh den Wert, bei dem der Durchbruch auftritt.

Isolatoren haben neben elektrischen Parametern auch physikalische und chemische Eigenschaften: Viskosität, Wärmebeständigkeitsklasse, Erweichungs- und Tropfpunkt. Und auch Frost-, Ozon- und Stickstoffbeständigkeit.

Normative Dokumente

Die Sicherheit der Isolierung muss die dielektrischen Eigenschaften gewährleisten. Diese Anforderungen werden durch verschiedene Standards und GOST bereitgestellt. Nichtbeachtung führt zu möglichen Schäden und Gefahren. Die Anforderungen an die technischen Eigenschaften des Isolators sind sehr streng, Sie sind wie folgt:

• Gewährleistung der Arbeitssicherheit bei verschiedenen Arten von Überspannungen;
• Schaffung von Bedingungen für sichere menschliche Arbeit;
• Begrenzung der Exposition gegenüber Hochfrequenzstörungen;
• Vermeidung von Leistungsverlusten.

Die wichtigsten normativen Dokumente, die die Anforderungen und Nachweisbedingungen regeln, sind die aktuellen Ausgaben:

Diese Dokumente geben umfassende Informationen über die Häufigkeit von Messungen und die Akzeptanz ihrer Ergebnisse. Daher sollte gemäß PTEEP, insbesondere Abschnitt 2.12.17, der Isolationszustand mindestens alle drei Jahre überprüft werden. Gleichzeitig wurden die Bedingungen festgelegt, unter denen jährlich Messungen durchgeführt werden. Zum Beispiel in Räumen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder wo sich chemische Flüssigkeiten befinden.

Der Zeitpunkt der Messungen kann zusätzlich durch sektorübergreifende Arbeitsschutzvorschriften, Brandschutz, Anordnungen der Ressortministerien festgelegt werden. Gleichzeitig sollten sie jedoch den regulatorischen Dokumenten nicht widersprechen: GOST, PUE, PTEEP.

Alle Prüfergebnisse müssen dokumentiert und von den zuständigen technischen Diensten freigegeben werden. Bei der Überprüfung elektrischer Leitungen können neben Widerstandsmessungen auch Festigkeitsprüfungen zugeordnet werden. Außerdem werden häufig Härte und Entflammbarkeit untersucht.

Prüfmethodik

Laut PUE sollten nur zertifizierte Fachkräfte mit kalibrierten Geräten im GOST-Standard eine Isolationsprüfung auf elektrischen Widerstand durchführen.

Die Auswertung der gewonnenen Daten ist Personen des Elektrofachpersonals, die sich mit Isolationsproblemen befassen, mit spezieller Ausbildung erlaubt.

Als Messgerät werden Megohmmeter verwendet, die für verschiedene Gleichspannungen ausgelegt sind: 100 V, 500 V, 1 kV, 2,5 kV. In Geräten des alten Modells wird ein mechanischer Generator verwendet, dessen Arbeit auf dem Prinzip basiert Dynamos, während moderne Tester elektronische Wandler und autonome Netzteile.

Dieselbe Messung des Isolationswiderstands elektrischer Leitungen lautet wie folgt:

• Die Anschlussleitung und das Messgerät werden visuell geprüft.
• Die Messleitung ist von der Stromquelle, allen elektrischen Installationen, Instrumenten und anderen Stromkreisen getrennt.
• Eventuelle Restladungen werden durch Erdung für einige Minuten aus der Leitung entfernt.
• Das Megaohmmeter stellt den Messbereich entsprechend dem erwarteten Wert ein.
• Prüfung im Gange. Dazu werden zuerst die Messfühler geschlossen und der Testknopf gedrückt, dann öffnen sie und der Vorgang wird wiederholt. Im ersten Fall sollte das Gerät Null anzeigen und im zweiten Fall Unendlich.
• Tests werden an jeder Phase des Drahtes relativ zu anderen vorübergehend geerdeten oder zwischen Phase und Erde durchgeführt.
• Die Messwerte werden erst nach einer gewissen Zeit (ca. 1 Minute) aufgezeichnet, wenn alle Transienten vorbei sind und die Messnadel eine stabile Position einnimmt.
• Wurde die Messgrenze falsch gewählt, werden die Drähte wieder entladen und die Messung wiederholt.
• Nach Beendigung des Tests wird das Ergebnis in eine Tabelle mit Angabe der Testmethode eingetragen.

Sobald die Prüfung abgeschlossen ist, wird die Restladung durch temporäre Erdung von der geprüften Leitung oder Anlage entfernt. Die Person, die diesen Vorgang durchführt, muss sich auf einer isolierten Unterlage befinden und dielektrische Handschuhe tragen. Die Messungen werden bei einer Temperatur von 25 ± 10 °C und einer Luftfeuchtigkeit von ca. 80 % durchgeführt, sofern die technischen Bedingungen keine anderen Anforderungen stellen.

Nuancen von Tests

Der Zweck der Messungen besteht darin, die Möglichkeit des Durchbrechens der Isolierung durch Hochspannung festzustellen, jedoch ohne die Gefahr einer Beschädigung zum Zeitpunkt der Prüfung. Bei der Prüfung muss nach GOST 12.3.019.80 die Arbeitssicherheit gewährleistet sein. Die Isolationsdiagnostik bei Spannungen über 1 kV wird von zwei Personen mit einer Toleranzgruppe von mindestens Klasse 4 durchgeführt. Vor Beginn der Arbeiten ist sicherzustellen, dass kein Kontakt von Personen mit der Messleitung besteht, auch das Berühren des Testers mit spannungsführenden Teilen ist strengstens untersagt.

Jedes Kabel hat seinen eigenen Isolationswiderstandsstandard. Nach PTEEP p. 6.2 und PUE-Abschnitt 1.8.37 muss der Widerstand für Stromkabel mit einer Auslegung über 1 kV mindestens 10 MΩ betragen, unter 1 kV - 0,5 MΩ. Somit ist die Isolationsmessung ein sehr wichtiger und komplexer Prozess, der die Anforderungen verschiedener behördlicher Dokumente berücksichtigt. In diesem Fall müssen alle Ergebnisse korrekt dokumentiert und die Prüfung selbst von zertifizierten Fachkräften durchgeführt werden.