Pomiary rezystancji izolacji i dokumenty regulacyjne: charakterystyka dielektryków, badania

Praca sieci elektrycznej jest niemożliwa bez użycia kabli. Zastosowane przewody charakteryzują się różnymi parametrami, jednym z nich jest izolacja. Z biegiem czasu parametr ten pogarsza się pod wpływem środowiska zewnętrznego i nagrzewania się przepływem prądu. Dlatego, aby uniknąć wystąpienia awarii, należy okresowo przeprowadzać, zgodnie z dokumentami regulacyjnymi, pomiary rezystancji izolacji.

Istota izolacji

W elektrotechnice termin „izolacja” odnosi się do części konstrukcji, która opiera się przepływowi prądu elektrycznego. Służy do zapobiegania zwarciom pomiędzy materiałami przewodzącymi oraz do ochrony żywego organizmu przed porażeniem prądem. Istnieją różne rodzaje izolacji, dobierane w zależności od miejsca zastosowania kabla i warunków technicznych. Głównymi wymaganiami dla niego są odporność na uszkodzenia mechaniczne, odporność na wilgoć i ekstremalne temperatury.

Prąd elektryczny przepływający przez przewód traci moc. Wynika to ze struktury przewodnika, a mianowicie rodzaju jego sieci krystalicznej, obecności zanieczyszczeń, defektów. Nośniki ładunku, zderzając się z niejednorodnościami, uwalniają energię, która zamienia się w ciepło, prowadząc do nagrzewania się izolacji. Jeśli rozproszona moc okaże się wystarczająco duża, wówczas zmieniają się parametry warstwy ochronnej i może nastąpić przebicie termiczne, a następnie elektryczne. Sprzyja temu również otoczenie, które nie pozwala na odprowadzenie wystarczającej ilości ciepła z przewodów, a nawet przyczynia się do ogrzewania na zewnątrz.

Przebicie dielektryka zwykle powoduje zwarcie (zwarcie), któremu towarzyszy generowanie i uwalnianie maksymalnej mocy, jaką może dostarczyć zasilacz.

Ogromny prąd generowany podczas zwarcia nie tylko wyłącza urządzenia elektryczne i sprzęt w ciągu ułamków sekundy, ale także powoduje pożar. Dlatego odporność na ciepło i rezystancja są być może głównymi cechami dielektryka. Ważne jest również, aby izolacja nie wspierała spalania w przypadku nieprawidłowych temperatur.

W naturze dielektryki absolutne nie istnieją. Każde ciało fizyczne jest zdolne do przewodzenia prądu elektrycznego, ponieważ składa się z atomów i cząsteczek. Dlatego w zależności od mocy prądu elektrycznego stosuje się izolatory o wymaganej rezystancji wewnętrznej, aby zapobiec występowaniu przewodzenia. Podczas pracy wartość ta nie powinna wykraczać poza ustalone normy. Wartości te dla różnych warunków są określane przez dokumenty regulacyjne, a także regulują czas pomiarów rezystancji izolacji.

Rodzaje materiałów ochronnych

Całe okablowanie elektryczne, a dotyczy to nie tylko przewodów, ale również części silników elektrycznych, musi wyróżniać się dużą elastycznością i wytrzymałością przez cały okres eksploatacji. Izolatory o tych optymalnych właściwościach to następujące materiały:

1. Guma. Wykonany jest zarówno z materiałów sztucznych, jak i naturalnych. Na przykład kauczuki butadienowe i butylowe. Zaletą jego zastosowania jest prostota wykonania, elastyczność i łatwość nakładania na przewodnik. Wadą jest starzenie się i szybkie zużycie. Ekspozycja na temperaturę powoduje wysychanie i rozpad substancji.
2. Plastikowy. Ten rodzaj izolacji jest wykonany z usieciowanego polietylenu (EPS). Zgodnie z jego właściwościami najlepiej nadaje się do stosowania w połączeniu z kablami wysokiego napięcia. Zaletami tego izolatora są odporność na środowisko alkaliczne i kwaśne, wysoka wilgotność, wytrzymałość. Specjalnie zastosowane dodatki sprawiają, że izolator jest odporny na pękanie i podwyższa temperaturę topnienia. Rozróżnij plastik według gęstości i stopnia elastyczności.
3. Polichlorek winylu (PVC). Charakteryzuje się wysoką stabilnością termiczną i zdolnością do niezmieniania swoich parametrów dielektrycznych przy wysokich napięciach. Ale jednocześnie materiał ten ulega zniszczeniu pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, dlatego jest używany tylko w pomieszczeniach. Proces produkcji jest najtańszy w porównaniu z innymi rodzajami izolatorów.
4. Papier. Chociaż sam w sobie jest naturalnym izolatorem, jest rzadko używany ze względu na niskie napięcie przebicia. Najczęściej jest dodatkowo impregnowany specjalnymi lakierami, które zwiększają jego właściwości izolacyjne, higroskopijność i zmniejszają paroprzepuszczalność. Do produkcji włókien stosuje się celulozę, bawełnę, trzcinę lub azbest.
5. Fluoroplast. Jest uważany za najbardziej niezawodny materiał, ale różni się złożonością jego zastosowania do przewodnika. Trudno go uszkodzić mechanicznie i jest całkowicie obojętny na działanie chemikaliów. Wytrzymuje temperatury od -90 do 250 stopni.

Charakterystyka dielektryczna

Podczas pracy urządzeń elektrycznych na izolację wpływają różne czynniki. Należą do nich naprężenia elektryczne, naprężenia mechaniczne i termiczne. Napięcie stałe oznacza wartość działającą przez długi czas nieprzekraczającą 15% dla sieci do 220 kV, 10% dla 330 kV i 5% dla sieci do 500 kV i więcej. Ponadto występuje przepięcie wewnętrzne i przepięcie atmosferyczne. Pierwszy pojawia się w sytuacjach awaryjnych lub procesach łączeniowych, charakteryzując się krótkim czasem ekspozycji (do 10 sekund) i dużą amplitudą.

Drugi pojawia się podczas uderzenia pioruna i trwa setne sekundy, ale ma amplitudę rzędu miliona woltów.

Izolację wyróżnia wygląd na wewnętrzne i zewnętrzne. Pierwszy charakteryzuje się zdolnością do samoleczenia. Oznacza to, że całkowicie przywraca swoje właściwości po awarii elektrycznej. Ochrona zewnętrzna jest bezpośrednio narażona na działanie powietrza, ale jednocześnie dodatkowo wykorzystuje jego właściwości dielektryczne.

Główne cechy izolacji wymagane do oceny jej skuteczności to:

1. Opór. To najważniejszy parametr, który jest mierzony podczas sprawdzania. To on decyduje o bezpieczeństwie eksploatacji instalacji i linii elektrycznych. Jego pomiar odbywa się przy stałym prądzie o określonej wartości.
2. Stała dielektryczna. W przewodnikach obecność pojemności jest wyjątkowo niepożądana, a izolacja powinna być jak najniższa. Charakteryzuje się stopniem polaryzacji, czyli wpływem spolaryzowanych cząstek na uzyskaną intensywność.
3. Kąt strat dielektrycznych. Określa utratę mocy. Oblicza się go ze wzoru: Pa = U²* 2 * π * f * C * tan φ, gdzie: tan φ - zależy od zastosowanej różnicy potencjałów. Pomiar tego parametru i porównanie go z poprzednią wartością pozwala wnioskować o stopniu i szybkości starzenia się izolatora.
4. Siła elektryczna. Charakteryzuje się wartością napięcia przebicia, czyli wartością, przy której następuje przebicie.

Poza parametrami elektrycznymi izolatory posiadają również właściwości fizykochemiczne: lepkość, klasę odporności cieplnej, temperaturę mięknienia i kroplenia. A także odporność na mróz, ozon i azot.

Dokumenty normatywne

Bezpieczeństwo zapewniane przez izolację musi gwarantować właściwości dielektryczne. Wymagania te są przewidziane przez różne standardy i GOST. Nieprzestrzeganie ich prowadzi do ewentualnych szkód i ryzyka. Wymagania dotyczące parametrów technicznych izolatora są dość surowe, są one następujące:

• zapewnienie niezawodności pracy w przypadku różnego rodzaju przepięć;
• tworzenie warunków do bezpiecznej pracy człowieka;
• ograniczenie narażenia na zakłócenia częstotliwości radiowych;
• unikanie strat mocy.

Głównymi dokumentami normatywnymi regulującymi wymagania i warunki weryfikacji są aktualne wydania:

Dokumenty te dostarczają wyczerpujących informacji na temat częstotliwości pomiarów i akceptowalności ich wyników. Tak więc zgodnie z PTEEP, a mianowicie paragrafem 2.12.17, stan izolacji powinien być sprawdzany co najmniej raz na trzy lata. Jednocześnie określono warunki, w jakich corocznie przeprowadzane są pomiary. Na przykład w pomieszczeniach o dużej wilgotności lub tam, gdzie znajdują się płyny chemiczne.

Czas pomiarów można dodatkowo ustalić na podstawie międzysektorowych zasad ochrony pracy, bezpieczeństwa przeciwpożarowego, nakazów ministerstw resortowych. Ale jednocześnie nie powinny być sprzeczne z dokumentami regulacyjnymi: GOST, PUE, PTEEP.

Wszystkie wyniki kontroli muszą być udokumentowane i zatwierdzone przez odpowiednie służby techniczne. Podczas sprawdzania okablowania elektrycznego, oprócz pomiarów rezystancji, można przypisać testy wytrzymałości. Ponadto często bada się twardość i palność.

Metodologia testowania

Według PUE tylko certyfikowani specjaliści posiadający skalibrowane urządzenia w standardzie GOST powinni przeprowadzać test izolacji pod kątem rezystancji elektrycznej.

Analiza uzyskanych danych jest możliwa dla osób personelu elektrycznego zajmującego się problematyką izolacji z wykształceniem specjalnym.

Jako urządzenie pomiarowe stosuje się megaomomierze przeznaczone do różnych napięć stałych: 100 V, 500 V, 1 kV, 2,5 kV. W urządzeniach starego modelu zastosowano generator mechaniczny, którego praca opiera się na zasadzie dynama, natomiast nowoczesne testery wykorzystują przetworniki elektroniczne i autonomiczne zasilacze.

Ten sam pomiar rezystancji izolacji przewodów elektrycznych wygląda następująco:

• Linia łącząca i urządzenie pomiarowe są kontrolowane wizualnie.
• Mierzona linia jest odłączona od źródła zasilania, wszystkich instalacji elektrycznych, przyrządów i innych obwodów.
• Ewentualny ładunek resztkowy jest usuwany z linii na kilka minut za pomocą uziemienia.
• Megaomomierz ustawia obszar pomiarowy zgodnie z oczekiwaną wartością.
• Sprawdzanie w toku. W tym celu należy najpierw zamknąć sondy miernika i nacisnąć przycisk testu, a następnie otworzyć i powtórzyć operację. W pierwszym przypadku urządzenie powinno pokazywać zero, aw drugim nieskończoność.
• Testy są przeprowadzane na każdej fazie przewodu względem innych tymczasowo uziemionych lub między fazą a ziemią.
• Odczyty są rejestrowane dopiero po pewnym czasie (około 1 minuty), kiedy wszystkie transjenty się skończyły i igła pomiarowa zajmuje stabilną pozycję.
• Jeśli granica pomiaru została wybrana nieprawidłowo, ładunek jest ponownie usuwany z przewodów, a pomiary są powtarzane.
• Po zakończeniu badania wynik wpisywany jest do tabeli wskazującej metodę badania.

Natychmiast po zakończeniu testów ładunek resztkowy jest usuwany z testowanej linii lub sprzętu poprzez tymczasowe uziemienie. Osoba wykonująca tę operację musi znajdować się na izolowanej podstawie i nosić rękawice dielektryczne. Pomiary wykonuje się w temperaturze 25 ± 10°C i wilgotności powietrza ok. 80%, chyba że warunki techniczne stanowią inne wymagania.

Niuanse testów

Celem pomiarów jest ustalenie możliwości przebicia izolacji przez wysokie napięcie, ale bez ryzyka jej uszkodzenia w czasie badania. Podczas testów, zgodnie z GOST 12.3.019.80, należy zapewnić bezpieczeństwo pracy. Diagnostykę izolacji napięciem powyżej 1 kV wykonują dwie osoby z grupą tolerancji co najmniej klasy 4. Przed rozpoczęciem pracy należy upewnić się, że nie ma kontaktu osób z mierzoną linią, a dotykanie testera częściami pod napięciem jest również surowo zabronione.

Każdy kabel ma swój własny standard rezystancji izolacji. Według PTEEP s. 6.2 i PUE klauzula 1.8.37, dla kabli elektroenergetycznych zaprojektowanych powyżej 1 kV rezystancja musi wynosić co najmniej 10 MΩ, poniżej 1 kV - 0,5 MΩ. Dlatego pomiar izolacji jest bardzo ważnym i złożonym procesem, który uwzględnia wymagania różnych dokumentów regulacyjnych. W takim przypadku wszystkie wyniki muszą być prawidłowo udokumentowane, a sam test musi być wykonany przez certyfikowanych specjalistów.