Тест сопротивления электрической изоляции

Часть электрической цепи, которая обычно ухудшается очень медленно и в конечном итоге выходит из строя в неожиданный момент, известна как изоляция. Обмотка двигателя, силовой кабель и внутренний барьер выключателя либо выполняют функцию разделения должным образом, либо нет. Суть в том, что разница между безопасной и небезопасной установкой с точки зрения изоляции обычно измеряется порогом сопротивления изоляции любой из цепей. Измеритель изоляции предоставляет вам возможность проверить, насколько сильно установка пришла в негодность. При приложении небольшого постоянного напряжения к участкам изоляции можно измерить, насколько хорошо изоляция способна удерживать это напряжение.

Простой ответ: Тестирование сопротивления изоляции использует постоянное напряжение, которое прикладывается через слой изоляции для оценки величины тока утечки, измеряемого в мега- или гигаомах. Номинальные испытательные напряжения: 250 В (низковольтные управляющие цепи), 500 В (низковольтное оборудование с номиналом 230/400 В), 1000 В (кабели и двигатели с номиналом до 1 кВ), и 2500 – 5000 В (оборудование с номиналом среднего напряжения). Необходимо подождать 60 секунд перед проведением измерения. В большинстве случаев 1 МОм является типичным для низковольтных цепей. Для вращающегося оборудования значение варьируется от 1 МОм до дополнительного 1 МОм на каждый кВ номинального напряжения машины при 40°C согласно IEEE 43; в случае нового оборудования сопротивление изоляции должно превышать 100 МОм. Поляризационный индекс должен быть выше 2.0 (рассчитывается как результат за 10 минут, делённый на результат за 1 минуту). Если результат ниже 1.5, это указывает на наличие влаги или загрязнений.

Что на самом деле измеряет тест сопротивления изоляции

Тест легко понять, но его часто неправильно интерпретируют. Для проведения теста известное постоянное напряжение прикладывается либо между проводником и землёй, либо между двумя проводниками, и изоляционный материал позволяет измерить протекающий через него небольшой ток. Из-за очень малого тока, присутствующего при измерении изоляции — от наноампер до микроампер для хорошей изоляции — получаемое сопротивление очень высоко, поэтому результаты выражаются в мегаомах или гигаомах, а не в омах, и почему обычные мультиметры не могут выполнить этот тест. Обычный цифровой мультиметр измеряет сопротивление, подавая низкое напряжение в цепь, что не позволяет оценить состояние изоляционной системы.

То, что должен определять тест, — это не какое-то произвольное значение, а разница от ожидаемого значения. Изоляция может быть испорчена влагой, теплом, загрязнением, механическими повреждениями и процессом частичных разрядов, все из которых значительно снижают сопротивление изоляционного материала. Поэтому, когда изоляция хорошая, значение сопротивления достаточно высоко, что доказывает, что изоляция работает в момент измерения; но когда сопротивление упало вдвое с момента последнего измерения, это означает, что изоляция ухудшилась, что в данном случае гораздо важнее и является причиной, почему этот тест должен быть частью процесса мониторинга, а не изолированным событием.

Почему тест использует постоянный ток и три вида токов, участвующих в процессе

Изоляция ведет себя иначе, чем сопротивление. Когда применяется постоянное напряжение, присутствуют три тока — знание о них проливает свет на почти все практические аспекты процесса тестирования.

• Ток емкостной зарядки. Система изоляции ведет себя как конденсатор; это означает, что начальная емкость очень высока, но она затухает через несколько секунд.
• Ток диэлектрического поглощения. Молекулы изоляции ведут себя в соответствии с приложенным электрическим полем. Этот ток быстро затухает за несколько минут, но именно он делает эффективным показатель поляризационного индекса.
• Ток утечки или ток проводимости, который является током установившегося состояния, протекающим через сопротивление изоляции.

Поскольку первые два тока сопровождают третий, показания можно снимать только спустя некоторое время после подачи напряжения, что означает, что они отражают токи, происходящие в первых двух случаях. Поэтому стало обычной практикой фиксировать данные не менее чем через 60 секунд.

Испытательные напряжения по классам оборудования

Напряжение, используемое для испытаний, должно быть достаточно высоким, чтобы обнаружить любые слабые места, но достаточно низким, чтобы не повредить изоляцию, которая уже находится в идеальном состоянии. Фактическое используемое напряжение может отличаться в зависимости от различных доступных вариантов, так как это связано с оборудованием, используемым для проведения испытаний.

Одним из распространённых правил, которое следует помнить в любой спецификации, является то, что оборудование с номинальным напряжением 500 В и ниже обычно испытывается при напряжении, вдвое превышающем номинальное. В случае оборудования с номинальным напряжением выше этого значения, испытательное напряжение обычно ближе к номинальному. Основным стандартом для такого типа приборов является IEC 61557-2, а стандартом для испытаний машин — IEEE 43. Если в спецификации не указано напряжение, это считается дефектом спецификации, а не выбором монтажника — используется одно и то же напряжение каждый раз вместе с одинаковым временем испытания, иначе тренд будет искажен.

Что стоит тестировать и как часто

Тестированию подлежат не только кабели; на самом деле, всякий раз, когда два проводника разделены диэлектриком, требуется тестирование. Каждый тип оборудования имеет свой уникальный цикл тестирования. Моторы, приводящие в движение насосы, миксеры, шлифовальные машины, вентиляторы, компрессоры и все холодильные установки, являются хорошо известными примерами, поскольку эти типы аппаратов выходят из строя из-за влаги и циклов нагрева/охлаждения. Любая проблема в одной из обмоток мгновенно останавливает всю производственную линию. Тестирование кабелей проводится при установке и затем по мере необходимости, особенно если кабель проложен под землёй, находится во влажной среде или на открытом воздухе. Распределительное оборудование проходит испытания изоляции при приёмке и после любого ремонта. Испытания трансформаторов включают тестирование масла и проверку изоляции обмоток одновременно. И, наконец, такие устройства, как автоматические выключатели, контакторы и розетки, должны проходить испытания диэлектрической прочности как при типовых испытаниях, так и вместе со всеми единицами, произведёнными на заводе.

В любой практической схеме реализации учитываются два временных аспекта. Во-первых, измерения должны проводиться либо при новом (или обновлённом) оборудовании, чтобы оценить степень деградации оборудования. Запланированная остановка устройств делает тестирование возможным, поскольку для тестирования машины должны быть выключены, изолированы и разгружены. Чтение материала о планировании остановки производственного предприятия объясняет, почему именно эти окна времени являются правильным местом для всего графика электрических испытаний, а не для одного объекта за раз.

Процедура испытания, шаг за шагом

Испытание сопротивления изоляции проводится под высоким напряжением и на оборудовании, которое обычно находится под напряжением. Этот метод является абсолютным минимумом; многие местные нормы и инструкции на площадке добавляют к нему свои требования, и ни один из упомянутых пунктов не может быть исключён.

• Определите предел и эталон. Определите все компоненты, которые необходимо проверить, и получите предыдущие результаты вместе с температурой окружающей среды во время измерений.
• Отключите и заблокируйте. Выключите питание, примените блокировку/маркировку и убедитесь, что установка обесточена с помощью утверждённого индикатора напряжения.
• Отключите элементы, которые не подлежат испытанию. Электронные устройства, преобразователи частоты (VFD), устройства защиты от перенапряжений, модули ПЛК и электронные реле должны быть отключены, так как испытательное напряжение может их повредить. Избегайте подключения параллельных цепей, чтобы получить именно те измерения, которые вы намерены получить.
• Отключение заземления. Емкостной заряд, накопленный в длинных кабельных линиях и обмотках, может быть смертельно опасен; поэтому необходимо заземлить проводники и удерживать их на земле длительное время.
• Подключите тестер и выберите испытательное напряжение. Сначала проверьте проводник на землю, затем, при необходимости, проводник к проводнику. Установите напряжение в рамках спецификации.
• Примените напряжение и подождите. Выполняйте измерение в течение шестидесяти секунд или десяти минут в случае индекса поляризации.
• Сделайте записи и предварительно заземлите. Запишите значение вместе с напряжением, временем и температурой окружающей среды. Не снимайте провода без заземления оборудования.

Для отдельных защитных и коммутационных устройств конкретные точки измерения и критерии приемки отличаются от таковых для кабеля или обмотки. Испытание изоляции является одной из нескольких проверок, которые должен пройти автоматический выключатель, наряду с измерением сопротивления контактов, проверкой времени срабатывания и механической работоспособности; полный набор описан в руководстве по испытанию автоматического выключателя для всех, кто составляет процедуру ввода в эксплуатацию.

Что считается хорошим показателем

Неверно утверждать, что существует одно число, описывающее конкретный аспект продукта. Существует набор различных параметров, которые информируют нас о возможностях определенного типа приборов при точных условиях, и задача заключается в том, чтобы знать, какой именно эталон следует использовать.

К таблице есть два замечания. Во-первых, высокий показатель не означает, что изоляция адекватна; система изоляции в конце срока службы может показывать хорошие результаты в сухих условиях, но выйти из строя после недели дождей. Поэтому важны кондиционирование влажности и анализ тенденций. Во-вторых, низкое значение не всегда свидетельствует о дефекте. Загрязнение поверхности втулок и изоляторов, вода в распределительной коробке или прибор, оставленный в контакте с проводником во время теста, могут привести к низкому показателю при исправной изоляции.

DAR и PI: когда одного числа недостаточно

Коэффициент диэлектрического поглощения (DAR) — это сопротивление через 60 секунд, делённое на сопротивление через 30 секунд. Поляризационный индекс (PI) — это сопротивление через 10 минут, делённое на сопротивление через 1 минуту. Оба показателя используют тот факт, что ток поглощения рассеивается медленнее в сухой, чистой изоляции по сравнению с изоляцией, загрязнённой влагой и отложениями.

Машины в хорошем состоянии показывают PI равный 2 или выше, поскольку ток уменьшается между отметками в одну минуту и десять минут, что приводит к росту коэффициента. Изоляция, заполненная влагой или загрязнениями, достигает своего установившегося тока утечки почти сразу, делая коэффициент плоским и даже ниже 1. Широко признанные пороговые значения: выше 2,0 — хорошее состояние; от 1,5 до 2,0 — требует проверки; ниже 1,5 указывает на проблему, которую можно или нельзя решить сушкой и очисткой. Единственное ограничение здесь — PI теряет смысл при сопротивлении изоляции ниже примерно 1 МОм из-за доминирования тока утечки над током поглощения; поэтому сначала проверьте простое сопротивление, а затем рассматривайте использование коэффициента.

Температура, влажность и коррекции, делающие показания сопоставимыми

Сопротивление изоляции сильно зависит от температуры, и формула, связанная с этим, достаточно сильна, чтобы наивное наблюдение казалось неправильным сравнением. При каждом повышении температуры на 10°C выше базовой температуры сопротивление изоляции примерно уменьшается вдвое, а при каждом снижении на 10°C ниже базовой температуры сопротивление изоляции, наоборот, удваивается. Таким образом, если измерение сопротивления изоляции показывает 200 МОм при 15°C, а затем 100 МОм летом при 25°C, это не признак деградации, а указание на чистое следование кривой зависимости.

IEEE 43 решает эту проблему, требуя проводить измерения сопротивления изоляции и корректировать их на эталонной температуре 40°C, что создаёт возможность сравнивать измерения в разные сезоны и т.д. На практике применяется корректирующая кривая для класса изоляции, и отслеживаются фактические значения после применения корректирующей кривой. Влажность также является фактором в этом случае, но она менее контролируема.

Пять ошибок, приводящих к вводящим в заблуждение результатам

• Не разряжать перед и после снятия показаний. . Заряженный кабель или обмотка имеют опасное напряжение после теста. Опасность представляет собой риск для техника, а ошибка данных возникает из-за проведения теста на живой цепи.
• Оставлять оборудование подключённым. Частотные преобразователи (VFD), устройства защиты от перенапряжений, входные модули ПЛК и электронные реле не предназначены для выдерживания тестовых напряжений и могут быть повреждены или шунтировать измерение, что приводит к низким показаниям.
• Тестирование в течение короткого времени. Пятисекундное измерение фактически измеряет ток заряда. Таким образом, нет ничего, что можно было бы с этим как-то коррелировать, и тренд будет шумом.
• Игнорирование температуры. Получение показателя без указания температуры, при которой этот показатель был получен, не делает его хорошей исторической серией; а историческая серия — это причина проведения теста.
• Полагаться на одно измерение. Испытание изоляции связано с тенденциями. Один показатель без базовой линии или истории не способен отличить стабильную систему от неисправной.

Мегомметр или испытатель высокого напряжения (hipot): это не одно и то же устройство.

Мегомметры и испытатели высокого напряжения обычно ошибочно принимают за одно и то же, однако это два разных инструмента с фундаментальными отличиями. Мегомметр, также называемый тестером сопротивления изоляции, проверяет изоляцию путем приложения определенного постоянного напряжения, измеряя величину тока утечки и предоставляя показания в мегомах. Мегомметр — это диагностический инструмент, который не вреден при правильном использовании и подходит для полевых испытаний, ввода в эксплуатацию и анализа тенденций производительности.

Испытание высокого напряжения (hipot), с другой стороны, — это метод приложения высокого напряжения и обеспечения надежности изоляции. Испытатель высокого напряжения подает значительно более высокое напряжение — согласно стандартам IEC, оно должно быть равно двойному рабочему напряжению плюс 1000 В — в течение определенного времени, обычно одной минуты, и проверяет, приведет ли применение этого напряжения к току утечки в пределах, установленных стандартами. Это помогает определить, способна ли изоляция выдерживать напряжение, и может разрушить неисправную изоляцию. Поэтому испытание высокого напряжения должно проводиться в контролируемой среде, а не в полевых условиях.

От одного измерения к программе: базовые линии и тенденции

Испытание изоляции ценно скорее для сравнения, чем для измерения. Программа состоит из четырех компонентов: базового измерения при вводе в эксплуатацию, в котором фиксируются тестовое напряжение и время выдержки; стандартизированного процесса тестирования, чтобы каждое испытание было сопоставимо с предыдущими; системы ведения записей, фиксирующей напряжение, время и температуры; и факта, что отслеживается общая тенденция состояния изоляции, а не абсолютное значение.

Наиболее распространенное практическое правило тревоги на любом объекте — это снижение изоляции более чем на 50% от ее базового значения или снижение индекса поляризации ниже 1,5. Ни одно из этих условий не является достаточным для немедленного ремонта, но оба требуют проверки состояния изоляции, включая очистку, сушку и повторное тестирование, если ситуация этого требует. Таким образом, изоляция, регулярно проверяемая таким образом, ремонтируется согласно установленному графику, тогда как не проверяемая изоляция выходит из строя неожиданно.

Испытание изоляции в производстве: от выборочного контроля к проверке каждой единицы

Эффективность всего процесса зависит от тех же факторов, что и оборудование, уже установленное. На производственной линии это превращается в контроль качества, и возникает вопрос: “Сколько изделий тестировать и почему?”

Выборочный контроль служит традиционным решением, при котором тестируются несколько образцов из партии, и делается предположение, что остальные такие же. Эта философия работает, когда процесс стабилен, и при появлении дефекта не произойдет серьезного повреждения. Однако она терпит неудачу в критической точке своего применения, поскольку игнорирует дефекты, которые регулярно возникают только в определенной точке — такие как проблемы с загрязнением формовки, вставки и нарушениями барьера. Различие между выборочным и 100% тестированием, а также условия, при которых каждое из них оправдано, является предметом сравнения ручного и автоматизированного тестирования, и вывод для компонентов, критичных с точки зрения безопасности, однозначен: дефект, который вы не протестировали, — это тот, который попадет к клиенту.

Почему защитное устройство нельзя проверять выборочно

Если рассматриваемый продукт — защитное устройство, диэлектрическая прочность является необходимой характеристикой. Автоматический выключатель или УЗО, не прошедшие тест изоляции, не смогут эффективно изолировать неисправность, что приведет к неизбежной необходимости отзыва партии, которая была проверена выборочно, а не полностью. Это основная причина, по которой массовые производители электрических компонентов проводят диэлектрические и тесты сопротивления изоляции в процессе производства, тестируя каждое изделие в ходе производства. Экономика такого решения не является спекулятивной; расчет окупаемости перехода от ручного выборочного тестирования к 100% автоматизированному тестированию миниатюрных автоматических выключателей рассмотрен в анализе окупаемости автоматизированного и ручного тестирования МАВ, и он сводится к трем цифрам: стоимости самого теста, стоимости отказа в эксплуатации и снижению затрат на доработку в дальнейшем при выявлении дефектов на раннем этапе.

Как автоматизированная линия связана с данными тестирования

Изменение этого аспекта влияет гораздо больше, чем просто на тестовую станцию. Данные, собранные с каждого изделия, должны быть записаны, связаны с его уникальностью и сохранены для целей отслеживания. Параметры также должны быть подтверждены, чтобы оператор не мог их изменить, чтобы дефектное изделие прошло тест. Кроме того, должна быть проведена граница, позволяющая проводить диэлектрические испытания после сборки и перед упаковкой изделия для более раннего выявления отказов. Как выглядит полностью интегрированная линия на практике — сборка, калибровка, диэлектрический тест и финальная функциональная проверка, выполняемые как одна последовательность с регистрацией результатов по каждому изделию — иллюстрируется конфигурацией Начать с полностью автоматизированной, которая является категорией оборудования, которое компания benlongkj производит для производителей электрических компонентов. Существует связь, независимо от того, тестирует ли завод двигатели в полевых условиях или автоматические выключатели на линии — используйте один и тот же принцип; исправляйте метод, собирайте информацию и оценивайте результаты.

Часто задаваемые вопросы

Как проверить сопротивление изоляции электрической цепи?

Сначала отключите и изолируйте кабель питания от сети. Убедитесь, что нет под напряжением проводов — если какой-либо провод представляет опасность для бытовых приборов, отключите его. Также разрядите подземные провода в землю. Настройте тестер сопротивления изоляции, подключив его к проводу под землей, убедившись, что выбрано правильное напряжение — 500 В для цепи 230/400 В или 250 В для цепи низковольтного управления. Подождите несколько секунд перед снятием показаний. Повторите тест перед отключением тестера.

Какое значение Megger считается хорошим для провода?

Когда речь идет о проводке, работающей ниже обычных 1000 вольт, можно сказать, что любое значение выше 1 мегома соответствует общим стандартам, однако для приемлемой проводки этот уровень должен быть значительно выше 100 МОм. Если измерение показывает значения ниже 1 МОм, это указывает на дефект, такой как влага или повреждение, что означает необходимость очистки и сушки с последующим повторным тестом. При сравнении лучшей практикой является сравнивать текущие показания с предыдущими для той же цепи, измеренными при той же температуре.

Каков хороший результат теста сопротивления изоляции?

Ответ зависит от класса оборудования. Для низковольтных цепей требуется не менее 1 МОм, в то время как для недавно установленного низковольтного оборудования измерение сопротивления изоляции обычно будет выше 100 МОм. Требуемое сопротивление изоляции для вращающихся машин равно значению напряжения в киловольтах плюс 1 МОм (согласно IEEE 43 и с учетом корректировки на 40 градусов Цельсия) для машин с индексом P.I. более 2,0. Типичные значения сопротивления изоляции для нового оборудования измеряются в мегомах.

Является ли тест сопротивления изоляции тем же, что и тест Megger?

На практике ответ — да, но с технической точки зрения — нет. Megger — это название тестера сопротивления изоляции, но на самом деле оба термина относятся к одному и тому же типу измерения. Важно помнить разницу между тестом hipot и тестом megger. Тест hipot использует высокое напряжение для проверки электрической изоляции, в то время как megger использует заданное напряжение для измерения сопротивления.

Как часто следует проводить тест сопротивления изоляции?

Каждый год для критически важных двигателей и генераторов, а также при каждом плановом отключении системы распределения электроэнергии проводится этот тест. Поскольку тест требует обесточивания и процесса разряда, его можно выполнять во время плановых простоев. Лучшая практика — создать базовую линию при установке и проводить тесты с регулярными интервалами с одинаковым уровнем напряжения и временем выдержки. Тот же тест следует проводить после проведения вмешательств, если это возможно.

Ссылки

• IEEE — IEEE 43: Рекомендуемая практика тестирования сопротивления изоляции электрических машин
• Международная электротехническая комиссия — IEC 61557-2: Оборудование для измерения сопротивления изоляции
• Международная электротехническая комиссия — IEC 60243: Электрическая прочность изоляционных материалов
• Fluke Corporation — Руководство по испытанию сопротивления изоляции и анализу данных
• Vitrek — Основы испытания сопротивления изоляции
• Weschler Instruments — Испытание изоляции: мегаомметр или испытатель высокого напряжения
• OSHA — Практики работы, связанные с электрической безопасностью, 29 CFR 1910 Подраздел S

Заключение

Значение испытания сопротивления изоляции в электрическом обслуживании заключается в том, что это экономически эффективный метод прогнозирования потенциальных отказов. Процесс состоит в применении определённого постоянного напряжения, ожидании прекращения зарядных и поглощающих токов, измерении значения утечки и предоставлении уровня сопротивления при условии, что оно не используется для независимой оценки, а главным образом для сравнения с тем же испытанием, проведённым ранее в тех же условиях. Напряжение имеет класс, следовательно, может быть выбрано из 250 В, 500 В, 1000 В или выше; считывание производится через 60 секунд для получения моментального значения и через 10 минут для индекса поляризации с поправочным коэффициентом, учитывающим 40°C; в соответствии с этим подходом следует анализировать тенденцию, а не только само число. При внедрении вышеописанного метода его можно масштабировать от двигателя насосной установки до сборочной линии, перемещающей каждый производимый переключатель через диэлектрическую обработку: установите метод, зарегистрируйте условия и фиксируйте данные с течением времени.