電気絶縁抵抗試験

電気回路の中で通常非常にゆっくりと劣化し、最終的に予期せぬ瞬間に故障する部分は絶縁として知られています。モーターの巻線、電力ケーブル、ブレーカーの内部バリアはいずれも分離機能を適切に果たすかどうかが問題です。ポイントは、絶縁に関して安全な設置と安全でない設置の違いは通常、いずれかの回路の絶縁抵抗の閾値によって測定されるということです。絶縁抵抗計は、設置がどれだけ劣化しているかを確認する機会を提供します。絶縁の各部分に小さな直流電圧を印加することで、絶縁がどれだけ保持できるかを測定できます。.

簡単な答え：絶縁抵抗試験は、絶縁層に直流電圧を印加し、漏れ電流の量をメガオームまたはギガオーム単位で測定することで行われます。標準的な試験電圧は、250 V（低電圧制御回路）、500 V（230/400 V定格の低電圧機器）、1,000 V（最大1 kV定格のケーブルおよびモーター）、2,500～5,000 V（中電圧定格の機器）です。測定を行う前に60秒間待つ必要があります。ほとんどの場合、低電圧回路では1 MΩが典型的です。回転機械の場合、IEEE 43に従い、40℃で定格機械電圧1 kVごとに1 MΩを追加した範囲で1 MΩから変動します。新しい機器の場合、絶縁抵抗は100 MΩ以上であるべきです。極化指数は2.0を超えるべきで（10分の結果を1分の結果で割って計算）、1.5未満の場合は湿気や汚染を示します。.

絶縁抵抗試験が実際に測定するもの

試験は理解しやすいですが、誤解されることも多いです。試験を行うには、既知の直流電圧を導体と接地間、または二つの導体間に印加し、絶縁材料を通して流れる微小電流を測定します。絶縁測定中の電流は非常に低く、良好な絶縁ではナノアンペアからマイクロアンペアの範囲であるため、得られる抵抗値は非常に高くなります。これが結果がオームではなくメガオームやギガオームで表される理由であり、通常のマルチメーターがこの試験を実施できない理由でもあります。通常のデジタルマルチメーター（DMM）は、回路に低電圧を印加して抵抗を測定しますが、絶縁システムについては何も判断できません。.

テストで判断すべきなのは、任意の値ではなく、期待される値との差異です。絶縁は湿気、熱、汚染、機械的損傷、部分放電プロセスによって損なわれることがあり、これらはすべて絶縁材料の抵抗を大幅に低下させます。したがって、絶縁が良好な場合は抵抗値が十分に高く、測定時点で絶縁が機能していることを証明します。しかし、前回の測定から抵抗が半分に低下している場合は、絶縁が劣化していることを意味し、これはこの場合非常に重要であり、このテストが単独のイベントではなく監視プロセスの一部であるべき理由です。.

なぜテストに直流が使われるのか、そして関係する3つの電流

絶縁は抵抗とは異なる動作をします。直流電圧が印加されると、3つの電流が存在し、これらの電流を理解することでテストプロセスのほぼすべての実務的側面が明らかになります。.

• 静電容量充電電流。. 絶縁システムはコンデンサのように動作します。つまり、初期容量は非常に高いですが、数秒で減衰します。.
• 誘電吸収電流。. 絶縁の分子は印加される電界に応じて動作します。この電流は数分で急速に減衰しますが、これが極化指数が有効である理由です。.
• 漏れ電流または導電電流, これは絶縁の抵抗内を流れる定常状態の電流です。.

最初の2つの電流は3つ目の電流に伴うため、電圧印加後しばらくしてから読み取りを行う必要があり、これは最初の2つのケースで発生する電流を反映します。したがって、少なくとも60秒後にデータを記録することが一般的な慣行となっています。.

機器クラス別の試験電圧

試験に使用される電圧は、弱点を検出するのに十分高く、かつ既に完璧な状態の絶縁を損傷しない程度に十分低くなければなりません。実際に使用される電圧は、テストを実施する機器に関連して異なる場合があります。.

どの仕様書においても覚えておくべき一般的な慣例の一つは、定格電圧が500 V以下の機器は通常、定格電圧の最大2倍の電圧で試験されるということです。この電圧を超える定格の機器の場合、試験電圧は通常、定格電圧にやや近い値となります。この種の計測器の主な規格はIEC 61557-2であり、機械試験の規格はIEEE 43です。仕様書に電圧が記載されていない場合、それは設置者の選択ではなく仕様の欠陥とみなされます — 同じ電圧と同じ時間を毎回使用しなければ、傾向が歪んでしまいます。.

何を試験すべきか、そしてどのくらいの頻度で

試験が必要なのはケーブルだけではありません。実際、2つの導体が絶縁体によって分離されている場合は常に試験が必要です。各種機器にはそれぞれ独自の試験サイクルがあります。ポンプ、ミキサー、グラインダー、ファン、コンプレッサー、すべての冷凍装置を駆動するモーターはよく知られた例であり、これらの装置は湿気や加熱・冷却サイクルによって故障します。巻線のいずれかに問題が発生すると、生産ライン全体が即座に停止します。ケーブル試験は設置時および必要に応じて行われ、特にケーブルが地下に埋設されている場合、湿っている場合、または屋外に露出している場合に重要です。開閉装置は受入試験時および修理後に絶縁試験を完了します。変圧器の試験には油試験と巻線絶縁の確認が同時に含まれます。最後に、遮断器、コンタクタ、ソケットなどの機器は型式試験時および工場で製造されたすべてのユニットとともに絶縁耐力試験を受ける必要があります。.

実際の実施計画において考慮される時間に関連する2つの側面があります。まず第一に、測定は機器が新しい（または更新された）時に実施されるべきであり、これにより機器の劣化の進行状況を評価できます。機器の計画的停止により試験が可能となります。試験には機械の電源を切り、隔離し、負荷を解除する必要があります。背景知識として 製造プラントの停止計画 は、なぜこれらの期間が一度に一つの資産ではなく全体の電気試験スケジュールに適しているのかを説明しています。.

試験手順、ステップバイステップ

絶縁抵抗試験は高電圧下で、通常は通電状態の機器に対して実施されます。この方法は最低限のものであり、多くの地域の規則や現場の指示がこれに追加されます。ここで述べたポイントはどれも省略できません。.

• 限界値と基準を定義します。. チェックすべきすべての部品を特定し、前回の結果と測定時の周囲温度を取得します。.
• 断線し、ロックします。. 電源を切り、ロックアウト/タグアウトを適用し、承認された電圧検出器を使用して設置が無電状態であることを確認します。.
• 試験しない項目を切り離します。. 電子機器、VFD、サージ保護装置、PLCモジュール、および電子リレーは、試験電圧によって損傷するため、切り離す必要があります。意図した測定値を得るために、並列回路の接続は避けてください。.
• アースの切断。. 長いケーブル配線や巻線に蓄積された静電容量性の電荷は致命的な場合があるため、導体をアースに接続し、長時間アース状態を保持する必要があります。.
• テスターを接続し、試験電圧を選択します。. まず導体からアースへの試験を行い、必要に応じて導体間の試験を行います。仕様の範囲内で電圧を設定してください。.
• 電圧を印加し、待機します。. 測定の場合は60秒間、偏極指数の場合は10分間実行します。.
• 記録を取り、事前にアースを行います。. 電圧、時間、周囲温度とともに値を書き留めます。機器のリード線をアースせずに外さないでください。.

個別の保護および開閉装置の場合、特定の測定ポイントと合格基準はケーブルや巻線とは異なります。絶縁試験は、接触抵抗、トリップ時間の検証、機械的動作と並んで、遮断器が合格しなければならない複数のチェックの一つであり、その全セットは 遮断器の試験 委託手順を組み立てる人向けのガイドに記載されています。.

良好な測定値とは何か

製品の特定の側面を表す単一の数値が存在すると述べるのは誤りです。特定の条件下で特定のタイプの機器の能力を示す複数の異なるパラメータのセットがあり、どのベンチマークを使用すべきかを正確に知ることが課題です。.

その表には2つの注意点があります。第一に、高い数値は絶縁が十分であることを意味しません。絶縁システムが寿命末期であっても乾燥状態では良好な測定値を示すことがありますが、1週間の雨の後に故障することがあります。これが湿気の調整と傾向分析が重要な理由です。第二に、低い測定値が必ずしも欠陥を示すわけではありません。ブッシングや絶縁体の表面の汚染、接続箱内の水分、または試験中に導体に接触したままの計測器が、健全な絶縁に対して低い測定値をもたらすことがあります。.

DARとPI：一つの数値では不十分な場合

誘電吸収率（DAR）は、60秒時の抵抗を30秒時の抵抗で割った値です。分極指数（PI）は、10分時の抵抗を1分時の抵抗で割った値です。どちらも、吸収電流が乾燥した清浄な絶縁体では遅く減衰し、湿気や堆積物で汚染された絶縁体では速く減衰するという事実を利用しています。.

良好な状態の機械は、1分時点から10分時点までの電流が減少するため、PIが2以上を示します。湿気や汚染物質で満たされた絶縁体は、ほぼ即座に定常状態の漏れ電流に達し、比率は平坦になり1未満になることもあります。広く認められている閾値は、2.0以上が良好な状態、1.5から2.0は調査が必要、1.5未満は問題を示し、乾燥や清掃で解決できる場合とできない場合があります。ここでの唯一の制限は、PIは約1 MΩ以下の絶縁抵抗では漏れ電流が吸収電流を支配するため意味をなさなくなることです。したがって、まず単純な抵抗値を確認し、その後に比率の使用を検討してください。.

温度、湿度、および測定値を比較可能にする補正

絶縁抵抗は温度の影響を強く受け、この式は単純な観察を誤った比較のように見せるほど強力です。基準温度より10°C上昇するごとに絶縁抵抗値はほぼ半分になり、基準温度より10°C低下するごとに絶縁抵抗値は逆に倍になります。したがって、15°Cで200 MΩの絶縁抵抗測定値が、夏の25°Cで100 MΩを示しても、それは劣化の兆候ではなく、依存曲線に従った純粋な変化を示しています。.

IEEE 43はこの問題に対処するため、絶縁抵抗測定を基準温度40°Cで行い補正することを要求しており、これにより季節を通じた測定値の比較が可能になります。実際には絶縁クラスに応じた補正曲線が適用され、補正曲線を適用した後の実測値が追跡されます。湿度もこの場合の要因ですが、制御はあまり行われません。.

誤解を招く結果を生む5つの誤り

• 測定前後に放電を行わないこと。 . 充電されたケーブルや巻線は、試験後に危険な電圧を保持します。これは技術者にとって危険であり、試験が通電回路で行われたためにデータエラーが発生します。.
• 機器を接続したままにすること。. VFD、サージプロテクター、PLC入力モジュール、電子リレーは試験電圧に耐えられず、損傷したり測定をショートさせて低い測定値をもたらします。.
• 短時間の試験。. 5秒間の測定は実際には充電電流を測定しており、これに関連付けられるものはなく、トレンドはノイズになります。.
• 温度を無視すること。. 図の取得時の温度を明示せずに数値を得ることは、良好な履歴系列とは言えません。そして履歴系列こそがテストの目的です。.
• 一回の測定値に依存すること。. 絶縁試験はトレンドを重視します。基準値や履歴のない単一の数値では、安定したシステムと故障したシステムを区別できません。.

メガオームメーターと耐電圧試験器：同じ機器ではありません。

メガオームメーターと耐電圧試験器は通常同一視されがちですが、実際には基本的に異なる二つのツールです。メガオームメーターは絶縁抵抗計とも呼ばれ、特定の直流電圧を印加して絶縁を試験し、漏れ電流の量を測定しメガオーム単位で読み取り値を提供します。メガオームメーターは適切に使用すれば害のない診断ツールであり、現場での試験、据付調整、トレンド性能分析に適しています。.

一方、耐電圧試験は高電圧を印加し絶縁の信頼性を確認する方法です。耐電圧試験器ははるかに高い電圧を印加します。IEC規格によれば、動作電圧の2倍に1,000Vを加えた電圧を通常1分間印加し、この電圧印加による漏れ電流が規格で定められた範囲内かを検証します。これにより絶縁が電圧ストレスに耐えられるかどうかを判断し、故障した絶縁は破壊される可能性があります。したがって耐電圧試験は適切に管理された環境で実施されるべきであり、現場での使用は推奨されません。.

単一測定からプログラムへ：基準値とトレンド管理

絶縁試験は測定値そのものより比較に価値があります。プログラムは4つの要素で構成されます：試験電圧と保持時間を記録する据付調整時の基準測定、すべての試験が過去の試験と比較可能な標準化された試験プロセス、電圧・時間・温度を記録する記録管理システム、そして絶対値ではなく絶縁状態の全体的なトレンドを監視することです。.

どの現場でも最も一般的な実用的警報ルールは、絶縁抵抗が基準値から50%以上低下した場合、または分極指数が1.5未満になった場合です。どちらも特定の修理を即座に必要とするものではありませんが、清掃、乾燥、再試験を含む絶縁状態の調査が必要です。このように定期的に試験された絶縁は確立されたスケジュールに従って修理されますが、試験されていない絶縁は予期せず故障します。.

生産における絶縁試験：サンプリングから全数検査へ

全体のプロセスの有効性は、既に設置された設備に関する同じ要因に依存します。生産ライン上では品質ゲートに変わり、問題は「何台を試験し、なぜか」という点になります。“

サンプリング検査は伝統的な解決策として機能し、ロット内のいくつかのサンプルがテストされ、残りも同じであると仮定されます。 この哲学はプロセスが安定している場合に機能し、欠陥が発生しても大きな損傷は起こらないと考えられます。, しかし、成形物の汚染、インサート、バリアの乱れなど、特定のポイントで定期的に発生する欠陥を無視するため、適用の重要な点で失敗します。.

サンプリング検査と100%テストの違い、およびそれぞれが正当化される条件は、

手動と自動テストの比較の主題であり、 安全性が重要な部品に関する結論は一貫しています：テストしなかった欠陥が顧客に届くということです。, 保護装置がサンプリングできない理由.

対象製品が保護装置である場合、耐電圧は必要な機能です。

絶縁試験に失敗した回路遮断器やRCDは故障を効果的に遮断できず、実際にテストされたのではなくサンプリングされたバッチのリコールが避けられません。 MCB自動生産ラインから始める, これが電気部品の大量生産者が製造工程中に耐電圧および絶縁抵抗試験を行い、各ユニットをテストする主な理由です。.

よくある質問

この動きの経済性は推測ではなく、手動サンプリングから100%自動テストへの移行の回収計算は、

まず、電源ケーブルをネットワークから切り離し、絶縁してください。通電している配線がないことを確認します。もし導体が家庭用電気機器に危険を及ぼす場合は、それらを切断してください。また、地下配線は地面に放電させます。絶縁抵抗計を地下の配線に接続し、正しい電圧を選択して設定します — 230/400 V回路の場合は500 V、低電圧制御回路の場合は250 Vです。測定値を取る前に数秒待ちます。テスターを抜く前にテストを繰り返してください。.

ワイヤーの良好なメガー読み取り値とは何ですか？

通常の1000ボルト以下で動作する配線に関しては、1メガオーム以上であれば一般的な基準を満たしていると言えますが、許容される配線では100 MΩをはるかに超えるレベルである必要があります。測定値が1 MΩ未満の場合は、湿気や損傷などの欠陥を示しており、清掃と乾燥の後に再テストが必要です。比較を行う際の最良の方法は、同じ温度で測定された同じ回路の以前の測定値と現在の測定値を比較することです。.

良好な絶縁抵抗試験結果とは何ですか？

答えは機器のクラスによります。低電圧回路では少なくとも1 MΩが必要であり、新設の低電圧機器の場合、絶縁抵抗測定値は通常100 MΩを超えます。回転機械の必要な絶縁抵抗は、電圧値（キロボルト）に1 MΩを加えた値（IEEE 43に準拠し、40度セルシウスで調整後）であり、P.I.が2.0を超える機械に適用されます。新規製造機器の典型的な絶縁抵抗値はメガオーム単位です。.

絶縁抵抗試験はメガーテストと同じですか？

実務的には同じですが、技術的な用語としては異なります。メガーは絶縁抵抗計の名称ですが、実際には両者は同じ種類の測定を指します。重要な定義として、ヒポット試験とメガーテストの違いを覚えておく必要があります。ヒポット試験は高電圧電気チャージを使用して電気絶縁を試験するのに対し、メガーは一定の電圧を用いて抵抗を測定します。.

絶縁抵抗はどのくらいの頻度で試験すべきですか？

重要なモーターや発電機は毎年、電気配電システムは定期的な停止時に試験が行われます。試験は無電状態と放電プロセスを必要とするため、計画された停止期間中に実施できます。最良の方法は設置時に基準値を作成し、同じ電圧と硬化時間で定期的に試験を行うことです。可能であれば、介入後にも同じ試験を実施してください。.

参考文献

• IEEE — IEEE 43：電気機械の絶縁抵抗試験に関する推奨実践
• 国際電気標準会議 — IEC 61557-2：絶縁抵抗測定装置
• 国際電気標準会議 — IEC 60243：絶縁材料の電気強度
• Fluke Corporation — 絶縁抵抗試験とデータトレンドのガイド
• Vitrek — 絶縁抵抗試験の基本
• Weschler Instruments — 絶縁試験：メガオームメーターまたは耐電圧試験器
• OSHA — 電気安全関連作業手順、29 CFR 1910 サブパート S

結論

電気保守における絶縁抵抗試験の重要性は、潜在的な故障を予測する費用対効果の高い方法である点にあります。このプロセスは、一定の直流電圧を印加し、充電および吸収電流が停止するのを待ち、漏れ値を測定し、独立した評価には使用せず、主に同じ条件下で以前に行われた同一試験との比較のために抵抗レベルを提供することから成ります。電圧にはクラスがあり、250 V、500 V、1,000 V以上の中から選択可能です。測定は60秒でスナップショット値を、10分で極化指数を測定し、40°Cを考慮した補正係数を適用します。この方法に準拠して、数値そのものだけでなく傾向を検証する必要があります。上記の方法を導入することで、プラントのポンプエンジンから、絶縁処理を施したすべてのスイッチを移動させる組立ラインまでスケールアップが可能です。方法を設定し、条件を登録し、時間経過に伴うデータを記録してください。.