PergolyVše o izolačním odporu elektrických zařízení
Měření izolačního odporu patří mezi nejstarší diagnostické metody v profylaktice výkonových transformátorů a ostatního zařízení, jako jsou například točivé stroje. S rozvojem vědy a techniky se zlepšuje úroveň přístrojového vybavení. Reprodukovatelnost měření v dobách, kdy se používaly přístroje s ručním pohonem, byla velmi nízká a pravidelné sledování zařízení mohlo zachytit prakticky jen hrubé závady v izolačním systému. Vedle obecného problému s teplotní závislostí izolačního odporu se ještě uplatňoval vliv nestability měřicího napětí. V současné době elektronické přístroje, a to zvláště digitální, umožňují jednoznačnost odečtu měřené hodnoty. Izolační odpor je stejnosměrný proudový odpor izolačního materiálu za stanovených podmínek, to znamená množství unikajícího proudu protékajícího dielektrikem po určité době polarizačního procesu, které odráží velikost hodnoty izolačního odporu.
Základní principy a měření izolačního odporu
Izolační odpor je integrovaný moderní průmyslový obvod a výroba se zaměřením na inteligentní design. Kombinací Ohmova zákona R=U/I vypočítá svodový proud na médiu izolační vrstvy přivedením určitého množství stejnosměrného napětí na testovaný objekt. Obecně je napájen stejnosměrným napájecím zdrojem a postupně zesilován stejnosměrným konverzním obvodem. Běžně používaná výstupní napětí pro izolační odpor zahrnují čtyři úrovně: 500V, 1000V, 2500V a 5000V. Používají se především v různých oblastech, jako jsou domácí spotřebiče, energetické systémy, nová energetika, železniční a petrochemický průmysl. Lze je použít pro testování izolačního výkonu zařízení nebo nosičů, jako jsou kabely, transformátory, motory, generátory, rozvaděče, kondenzátory atd. Kromě toho použití izolačního odporu k měření izolačního výkonu zahrnuje také "poměr absorpce izolačního odporu" a "index polarizace izolačního odporu".
Elektrické izolační materiály, jako např. pryskyřice, mají dipólové molekuly. Tyto molekuly vykazují polarizaci +/-. Při přivedení vysokého stejnosměrného napětí se tyto molekuly vyrovnají podle elektrického pole. Polarizace vyžaduje určitý čas. Pomocí Ohmova zákona se izolační odpor. Nabíjení kondenzátoru probíhá rychle a je většinou dokončeno po několika sekundách. Cílem je nabít kondenzátor do max. 30 sekund. Nabíjení polarizační kapacity trvá podstatně déle. V nejhorším případě to u elektromotoru může trvat 10 minut.
Měření izolačního odporu se provádí přivedením stejnosměrného měřicího napětí, obvykle 500 V DC, mezi vodiče vedoucí proud a zem, případně mezi vodiče a dotykové vodivé části. Často se při tom vodiče vedoucí proud propojí, aby se tak zjistil celkový odpor izolačních úseků zapojených paralelně. Jelikož se zkouška provádí stejnosměrným napětím, izolační kapacity nemají na výsledek měření žádný vliv. U zařízení s větší izolační kapacitou může být doba testu delší, aby se zajistilo úplné nabití izolační kapacity na začátku zkoušky. Zkoušky izolačního odporu se provádějí ručně pomocí bezpečnostních měřicích pistolí, které se přikládají k několika měřicím bodům. Většinou se však používají plně automatická měřicí zařízení s rozsáhlými maticovými nebo přepínacími systémy. Díky tomu dochází k automatizovanému měření na několika měřicích bodech za sebou.
Při zkoušce izolačního odporu se kapacita testovaného zařízení nabije. Po vypnutí testovacího napětí tento náboj zůstává, takže na testovaném zařízení může zůstat nebezpečné zbytkové napětí. Z tohoto důvodu je bezpodmínečně nutné po dokončení zkoušky testované zařízení kontrolovaně vybít. Moderní měřiče izolačního odporu jsou k tomuto účelu vybaveny integrovanými vybíjecími zařízeními, která testované zařízení bezpečně vybíjí na bezpečnou úroveň napětí.
Čtěte také: Využití OSB desek s izolační výplní ve stavebnictví
Izolace má kapacitní charakter. Skládá se z takzvané geometrické kapacity C, jejíž nabití na přiložené napětí je omezeno pouze vnitřním odporem zdroje, dále je to svodový odpor R, který má čistě ohmický charakter a následuje n-členů RC, které nahrazují různé druhy polarizačních dějů, které se v obvodu uplatňují po přiložení napětí. Časové konstanty RC členů mohou být od nejkratších časů limitujících nabití obvodu blízkých době nabití C, až naopak v reálně měřitelných případech víc jak desítky hodin. Pokles proudu v závislosti na čase v RC členech způsobuje vzrůstající hodnotu izolačního odporu.
Normativní požadavky na měření izolačního odporu
S dřívějším požadavkem ČSN 34 1010 na minimální hodnotu 1 000 Ω/1V v prostorách normálních a 50 Ω/1V v prostorách mokrých nebo venkovních se ČSN 33 2000-6, která řeší i požadavky na pravidelné revize, zatím rozloučila. Rovněž striktní požadavek na měření fázových vodičů navzájem při výchozích revizích už tak jednoznačně definován není.
Nové pojetí vyžaduje měření mezi každým pracovním vodičem a ochranným vodičem nebo zemí (v síti TN-C se vodič PEN považuje za součást země). I když se izolační odpor bez ohledu na prostředí, ve kterém je instalace situována, doporučuje ověřit i mezi pracovními vodiči navzájem, povoluje norma pro účely této zkoušky pracovní vodiče (fázové vodiče a nulový vodič) spolu navzájem spojit. Měření izolačního odporu mezi pracovními vodiči se považuje za nutné v místech s nebezpečím požáru. Jinak bude rozhodnutí záviset na okolnostech: složitosti odpojení instalace, spotřebiče nebo svítidla a důvodu měření.
Normativní část normy nerozlišuje požadavky na naměřené hodnoty u zařízení nového a zařízení provozovaného ani požadavky na izolační stav z hlediska prostředí, v němž je zařízení instalováno. Přesto však příloha normy umožňuje akceptovat i nižší hodnoty izolačního odporu instalace v prostorech mokrých a prosáklých. Podmínkou ovšem je splnění dalších požadavků z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem v těchto prostorech. Pokud se nejedná o informativní měření, musí měřicí přístroj odpovídat ČSN EN 61557-2 a mít platnou kalibraci.
Izolační odpor se musí měřit mezi živými vodiči navzájem, a živými vodiči a ochranným vodičem spojeným se zemničem. Kde je to vhodné, je dovoleno živé vodiče spolu navzájem spojit. V praxi může být nutné provádět toto měření během montáže instalace před připojením vybavení. Tam, kde obvod obsahuje zařízení, které je náchylné k tomu, aby ovlivňovalo výsledky nebo aby bylo měřením poškozeno, musí být provedeno pouze měření mezi spolu vzájemně spojenými živými vodiči a zemí.
Čtěte také: Kročejová izolace a její použití
Izolační odpor měřený zkušebním napětím uvedeným v Tabulce 1 se považuje za vyhovující, jestliže bude hlavní rozváděč a každý distribuční obvod zkoušen zvlášť, se všemi svými koncovými obvody připojenými, ale s odpojenými spotřebiči, bude vykazovat izolační odpor, který není nižší než příslušná hodnota uvedená v tabulce. Tabulka 1 musí být použita také pro ověření izolačního odporu mezi neuzemněnými ochrannými vodiči a zemí.
Tabulka 1: Minimální izolační odpor a zkušební napětí dle ČSN (hypotetické hodnoty pro demonstraci)
| Jmenovité napětí obvodu (V) | Zkušební napětí DC (V) | Minimální izolační odpor (MΩ) |
|---|---|---|
| SELV a PELV | 250 | ≥ 0,5 |
| Do 500 (včetně FELV) | 500 | ≥ 1,0 |
| Nad 500 | 1000 | ≥ 1,0 |
Přestože jsou v tab. 1 předepsány izolační odpory a zkušební napětí, jsou v instalaci z důvodu ochrany připojených předmětů a zařízení před přepětím stále častěji zařazovány přepěťové ochrany, které předepsané zkušební napětí, které je pro připojené zařízení přepětím, nevydrží. Přepěťové ochrany (SPD) při zvýšení napětí nad provozní hodnotu začnou propouštět proud, který s tím, jak se napětí zvyšuje, roste. To je princip ochrany před přepětím. Měření izolace pomocí napětí, které již vyvolá funkci této ochrany, není možné. Upřednostňuje se při měření izolačního odporu SPD odpojit nebo podle pokynů výrobce vyjmout moduly z SPD. Pokud však odpojení SPD není prakticky proveditelné (např. v případě pevných zásuvek obsahujících přepěťové ochrany), je možno zkušební napětí pro takové obvody snížit na DC 250 V. Přitom však izolační odpor musí vykazovat hodnotu nejméně 1 MΩ.
Některé SPD obsahují indikační obvody, které mohou zkreslit měření izolačního odporu mezi pracovními vodiči. Stejně jako v některých případech není prakticky proveditelné odpojit přepěťové ochrany, nemusí být vždy, pro účely revize, prakticky proveditelné odpojit některé pevně připojené spotřebiče (jako jsou např. ventilátory, svítidla, stroje). Pokud instalace vykáže dostatečný izolační odpor i s těmito pevně připojenými spotřebiči, je vše v pořádku. Při nižším izolačním odporu je pak nutno vyhledat spotřebiče se sníženou hodnotou izolačního odporu a toto měření opakovat. Pokud jsou při tomto měření k instalaci připojené některé spotřebiče, je třeba ověřit, že tyto spotřebiče neobsahují komponenty nebo obvody, které by měřením mohly být poškozeny.
U elektrických zařízení, jejichž součástí jsou elektronické obvody, se stává měření izolačního stavu často problematické a občas se stává méně zkušeným pracovníkům nebo pracovníkům, kteří nemají k dispozici potřebné informace nebo podklady (dokumentaci), že zkušebním napětím elektronickou část zařízení znehodnotí. Přepěťové ochrany by se měly před měřením odpojit. Pokud to není prakticky proveditelné, lze takové obvody měřit sníženým napětím.
Izolační odpor a bezpečnost
Příliš nízký izolační odpor - zejména v kombinaci s poruchou na ochranném vodiči - může vést k tomu, že na vodivých částech, kterých se lze dotknout, vzniknou nepřípustně vysoké dotykové napětí. Z právních důvodů nelze v mnoha případech učinit závazné prohlášení o zkušebních podmínkách, neboť norma se může lišit v závislosti na geografickém místě použití produktu.
Čtěte také: Vlastnosti OSB desek v izolaci
Otázkou je, zda minimální hodnoty izolačního odporu uvedené v ČSN 33 2000-6 ed. 2 zaručují, že izolace je naprosto v pořádku. Ve skutečnosti ani tyto hodnoty bezvadný stav izolace nezaručují. Ve většině případů totiž měřicí rozsah přístroje ani nestačí na to, aby ukázal skutečnou hodnotu izolačního odporu. U nových instalací je dnes již možno předpokládat, že hodnota jejich izolačního odporu se bude pohybovat řádově v gigaohmech. To znamená, že hodnota izolačního odporu naměřená řádově v hodnotách, které jako minimální přípustné předepisuje tab. 1, již může naznačovat, že izolace má některá slabá místa.
Pro instalace, které je nutno provozovat za nepříznivých podmínek okolí, u zařízení provozovaných ve venkovním prostředí, instalací ve vlhkých a mokrých prostorách, kdy není možné hodnoty uvedené v tab. 1 dodržet, se uplatní jiná opatření. Těmi jsou např. uzemnění neživých upevňovacích částí, které jsou součástí impedance smyčky poruchového proudu, umístění hořlavých hmot v dostatečné vzdálenosti od vodičů obvodu, opatření, aby unikající proud nevedl ke vzniku nebezpečných dotykových napětí nebo požáru.
Specifické aspekty měření u transformátorů a spotřebičů
Aby byla možná co největší lokalizace daného úseku dielektrického systému, předepisují se pořadí měření a zapojení vyvedených vinutí. Předepisuje se také uzemnění kladného pólu měřiče - mají se tedy udávat hodnoty zjištěné při měření záporným potenciálem proti kladné kostře, resp. záporný pól je přikládán na úsek s vyšším jmenovitým potenciálem, než má kostra. Po přiložení napětí na měřený objekt dojde k nabití určitých jeho částí. Před dalším měřením v jiném zapojení je nutné měřený obvod vybít.
Jak je všeobecně známo, izolační odpor se nejčastěji odečítá v časech 15 sec - R15 a 60 sec - R60 od počátku měření, nejčastěji při 2,5 kVss. Je nutné konstatovat, že delší doby přiložení stejnosměrného napětí jsou doprovázeny efektem „elektrostatického čištění“ oleje, které způsobuje přesun částic do míst, kde mohou způsobit problémy. Význam tohoto jevu roste se stoupajícím napětím, kdy se také začíná více uplatňovat napěťová závislost izolačního odporu. Vybíjecí doba používaná v praxi nemusí postačovat k dokonalému vybití. V literatuře [1] se uvádí, že chyba měření izolačního odporu R60 při době vybíjení 1 min je asi 10 až 15% a při době 2 min kolem 5%. Při prodloužení doby vybíjení na 5 min by chyba zbytkovým nábojem měla být zanedbatelná.
Při nedostatečném vybití je patrné, že proti skutečnosti budou úseky proti zemi vykazovat vyšší hodnoty, a úseky mezi vinutími, u kterých dochází k přepólování, hodnoty nižší. Přepólování dielektrika je podle autorova názoru nepříznivější stav, neboť v systému jsou části, které mohou mít opačné polarity - tedy kromě jiného, jakoby bylo přiloženo vyšší měřící napětí, resp. přesněji, přiložené napětí není na reálném úseku vinutí stejné. Proto se domnívá, že vhodnější by byla taková zapojení, ve kterých by k tomu nedocházelo. Z hlediska diagnostiky se kromě toho jeví jako účelné dílčí (základní) úseky (odpory) měřit přímo, než je dopočítávat. Zkreslení může nastat vlivem chyb měření.
Článek 6.5.4.b normy ČSN 33 1610 uvádí k měření izolačního odporu: "Izolační R se měří u spotřebičů třídy ochrany II mezi živými částmi a přístupnými vodivými částmi." Tato norma nevyžaduje měřit u spotřebičů tř. II samostatně izolační R základní a samostatně izolační R přídavné izolace, jak to požaduje norma ČSN 33 1600. Mohlo by se stát, že při měření spotřebiče (např. vysavač standard a podobné) je jedna z izolací nevyhovující. Při měření podle ČSN 33 1610 se tato skutečnost nezjistí a spotřebič se bude dále provozovat jako bez závad.
Na obrázku je schematické znázornění měřiče izolačního odporu se stínícím vývodem. Využitím tohoto vývodu je možné dílčí odpory změřit přímo neboť rozdíl ve velikosti napětí na stínícím a měřícím vývodu měřiče je dán vnitřním odporem „čidla“ měřícího přístroje, který je běžně o několik řádů nižší, než odpor, který překlenuje. Pokud bude měření provedeno v pořadí uvedeném na obrázcích a v tabulce, dojde sice k přepólování některých úseků, avšak ty již budou předtím změřeny. Kromě toho bude každý následující úsek již zkratován (event. vybíjen) již při předcházejícím měření. Tím při dodržení vybíjecí doby již dvě minuty bude možné splnit podmínku pro vybíjení >= 5 min (kromě doby měření jsou při vhodné manipulaci s vodiči všechny úseky trvale zkratovány). Podle dosud užívaného zapojení není také možné dodržet předjímanou podmínku, že udávaná hodnota vypočteného dílčího odporu byla jednoznačně měřena (mezi vinutími) při záporném potenciálu proti kostře, resp. od vyššího jmenovitého napětí proti nižšímu. Do výpočtu totiž vstupují hodnoty, u kterých některé úseky izolace. Při přímém měření je situace odlišná.
Při době vybíjení např. 3 min je čistá doba měření třívinuťového stroje 28 min. a při 5 min. vybíjení již činí 42 min. Při takto dlouhé době měření se u strojů, které vlivem předchozího provozu mají vysokou teplotu, může z důvodu chladnutí rušivě projevit teplotní závislost izolačního odporu. Potom hodnoty vstupující do výpočtu dílčích odporů nejsou měřeny při stejné teplotě a je tak díky nevhodné metodice měření snížena vypovídací hodnota metody. V těchto případech není vhodné urychlovat před měřením chladnutí stroje olejovými čerpadly, protože se zvětší teplotní spád mezi kapalnou a pevnou částí dielektrika a vlivem mezivrstvové polarizace může být měřená hodnota nižší.
Kontaktní odpor vs. izolační odpor
Kontaktní odpor a izolační odpor jsou dvě důležité elektrické vlastnosti, které však slouží různým účelům. Kontaktní odpor je o zajištění dobrého elektrického spojení, zatímco izolační odpor je o zamezení nežádoucích elektrických cest. Kontakty připojují tok elektřiny mezi více zařízeními. Lze je nalézt na spínačích, vypínačích, relé a mnoha dalších. Velikost odporu se může lišit v závislosti na podmínkách povrchu kontaktů, jako je vliv nečistot, prachu nebo koroze. Špatně udržované nebo poškozené kontakty mohou vést k vyklenutí. To je, když se obvod přetíží a elektrický proud proudí vzduchem z jednoho vodivého bodu do druhého. Je důležité znát odpor kontaktů, aby se kontakty udržely a zajistily správné použití, zejména pokud jde o vysoké proudové zatížení.
Izolační odpor je odpor vůči proudění izolačních materiálů mezi kontakty. Tento termín se vztahuje na naměřenou hodnotu v ohmech izolačního materiálu obklopujícího elektrické vodiče, jako jsou kontakty spínače. Vysoký izolační odpor je nezbytný pro zamezení svodových proudů a zkratů. Elektrický proud může protékat buď přímo okolním materiálem izolantu nebo kolem jeho povrchu. Velikost toku proudu bude záviset na velikosti a povaze použitého napětí. Nadměrný tok nežádoucího proudu z vodiče přes izolátor může způsobit mnoho problémů, jako jsou zkraty, jiskření, přehřívání, požár a úraz elektrickým proudem. Ohmův zákon říká, že napětí na vodiči je přímo úměrné proudu, který jím protéká, pokud fyzikální podmínky a teploty zůstanou stejné. Důležitá je hodnota naměřeného izolačního odporu.
Obecně platí, že izolační odpor izolačních materiálů není konstantní. Když izolační materiál absorbuje vlhkost nebo povrchové znečištění, svodový proud se zvyšuje a hodnota izolačního odporu klesá. Na povrchu vodičů se mohou usazovat elektricky vodivé prachy a/nebo se srážet vzdušná vlhkost, což vede k povrchovému odporu.
tags: #vše #o #izolacni #odpor #el #zarizeni
