Wskaźniki jakości izolacji — rezystancja, współczynnik absorpcji, wskaźnik polaryzacji i inne

Izolacja dielektryczna jest obowiązkowym elementem izolacyjnym każdego kabla, który nie tylko oddziela od siebie żyły przewodzące, fizycznie je izoluje, ale także chroni żyły przed szkodliwym wpływem różnych czynników środowiskowych. Kabel może mieć jedną lub więcej takich osłon.

Stan tych pocisków jest jednym z kryteriów definiujących bezpieczeństwo zarówno personelu, jak i sprawności sprzętu. Jeśli z jakiegoś powodu izolacja dielektryczna przewodów pęknie, spowoduje to wypadek, porażenie prądem elektrycznym ludzi, a nawet pożar. Istnieje wiele możliwych przyczyn naruszenia jakości izolacji:

• uszkodzenia mechaniczne podczas prac instalacyjnych, naprawczych lub wykopowych;

• uszkodzenie izolacji spowodowane wilgocią lub temperaturą;

• pozbawione skrupułów elektryczne połączenie przewodów;

• systematyczne przekraczanie dopuszczalnych parametrów prądowych dla kabla;

• wreszcie naturalne starzenie się izolacji...

Ważne jest regularne monitorowanie wskaźników jakości izolacji.

Tak czy inaczej, kompletna wymiana okablowania jest zawsze bardzo kosztowna materialnie i zajmuje dużo czasu, nie mówiąc już o stratach i stratach ponoszonych przez przedsiębiorstwo z powodu przerw w dostawie prądu i nieplanowanych przestojów sprzętu. Jeśli chodzi o szpitale i niektóre obiekty o znaczeniu strategicznym, dla nich zakłócenie regularnego reżimu zasilania jest generalnie nie do zaakceptowania.

Dlatego o wiele ważniejsze jest zapobieganie problemowi, zapobieganie degradacji izolacji, w porę sprawdzanie jej jakości, a w razie potrzeby – szybka naprawa, wymiana oraz unikanie wypadków i ich skutków. W tym celu przeprowadza się pomiary wskaźników jakości izolacji — czterech parametrów, z których każdy zostanie opisany poniżej.

Chociaż substancja izolacyjna faktycznie jest dielektryk, i nie powinien przewodzić prądu elektrycznego, jak idealny płaski kondensator, jednak w niewielkiej ilości występują w nim wolne ładunki. A nawet niewielkie przesunięcie dipoli powoduje również słabą przewodność elektryczną (prąd upływowy) izolacji.

Dodatkowo, w wyniku obecności wilgoci lub zabrudzeń, w izolacji pojawia się również powierzchniowe przewodnictwo elektryczne. A nagromadzenie energii w grubości dielektryka z działania prądu stałego jest całkowicie odizolowane jako rodzaj małego kondensatora, który wydaje się być ładowany przez jakiś rezystor.

Zasadniczo izolację kabla (lub uzwojenia maszyny elektrycznej) można przedstawić jako obwód składający się z trzech połączonych równolegle obwodów: pojemność C, która reprezentuje pojemność geometryczną i powoduje polaryzację izolacji w całej objętości , pojemność drutów i cała objętość dielektryka o rezystancji absorpcyjnej połączonej szeregowo, tak jakby kondensator był ładowany przez rezystor. Wreszcie, istnieje rezystancja upływu w całej objętości izolacji, co powoduje przepływ prądu upływu przez dielektryk.

Parametry charakteryzujące jakość izolacji elektrycznej

Aby izolacja elektryczna nie powodowała naruszeń trybów pracy sprzętu elektrycznego i bezpieczeństwa jego działania, konieczne jest zapewnienie jego wysokiej jakości, określonej stopniem przewodności elektrycznej (im niższa przewodność elektryczna, tym wyższa jest jakość).

Gdy izolacja jest włączana pod napięciem, przepływają przez nią prądy elektryczne z powodu niejednorodności struktury i obecności wtrąceń przewodzących, których wielkość zależy od czynnej i pojemnościowej rezystancji izolacji. Pojemność izolacji zależy od jej wymiarów geometrycznych iw krótkim czasie po włączeniu następuje jej naładowanie, któremu towarzyszy przepływ prądu elektrycznego.

Ogólnie rzecz biorąc, przez izolację przepływają trzy rodzaje prądu: polaryzacja, absorpcja i prąd ciągły. Prądy polaryzacyjne spowodowane przemieszczaniem się związanych z nimi ładunków w izolacji do momentu ustalenia się stanu równowagi (szybka polaryzacja) są tak krótkotrwałe, że zwykle są niewykrywalne.

Prowadzi to do tego, że przepływ takich prądów nie wiąże się ze stratami energetycznymi, dlatego w obwodzie zastępczym rezystancji izolacji gałąź uwzględniająca przepływ prądów polaryzacyjnych jest reprezentowana przez czystą pojemność, bez rezystancji czynnej.

Prąd ujścia spowodowany opóźnionymi procesami polaryzacji jest związany ze stratami energii w dielektryku (na przykład w celu pokonania oporu cząsteczek, gdy dipole są zwrócone w kierunku pola); dlatego odpowiednia gałąź rezystancji równoważnej obejmuje również rezystancję czynną.

Wreszcie obecność przewodzących wtrąceń w izolacji (w postaci pęcherzyków gazu, wilgoci itp.) prowadzi do pojawienia się kanałów przelotowych.

Przewodność elektryczna (rezystancja) izolacji jest inna, gdy jest ona poddana działaniu napięcia stałego i przemiennego, ponieważ przy napięciu przemiennym prądy absorpcyjne przepływają przez izolację przez cały czas ekspozycji na napięcie.

Pod wpływem stałego napięcia jakość izolacji charakteryzuje się dwoma parametrami: rezystancją czynną i pojemnością, pośrednio charakteryzowaną stosunkiem R60 / R15.

W przypadku przyłożenia do izolacji napięcia przemiennego niemożliwe jest rozdzielenie prądu upływu na jego składowe (poprzez prąd przewodzenia i prąd absorpcji), dlatego jakość izolacji ocenia się na podstawie wielkości strat energii w niej (strat dielektrycznych) .

Charakterystyka ilościowa strat jest tangens strat dielektrycznych, czyli tangens kąta komplementarnego do kąta między prądem a napięciem w izolacji do 90°.W przypadku idealnej izolacji można ją przedstawić jako kondensator, w którym wektor prądu wyprzedza wektor napięcia o 90 °. Im więcej mocy rozprasza się w izolacji, tym wyższa tangens strat dielektrycznych i tym gorsza jakość izolacji.

W celu utrzymania poziomu izolacji elektrycznej odpowiadającego wymaganiom bezpieczeństwa i trybowi pracy instalacji elektrycznych, PUE przewiduje regulację rezystancji izolacji sieci. Okresowe testy izolacji są znormalizowane dla odbiorców energii elektrycznej.

Rezystancja izolacji między każdym przewodem a ziemią, a także między wszystkimi przewodami w obszarze między dwoma sąsiednimi bezpiecznikami w sieci rozdzielczej o napięciu do 1000 V, musi wynosić co najmniej 0,5 MΩ. Do pomiaru i badania rezystancji izolacji w instalacjach elektrycznych najczęściej do 1000 V używane są megametry.

Rezystancja izolacji Riso

Zasada pomiaru jest następująca. Po przyłożeniu stałego napięcia do okładek kondensatora najpierw pojawia się impuls prądu ładowania, którego wartość w pierwszej chwili zależy tylko od rezystancji obwodu, a dopiero potem jest pojemność absorpcyjna (pojemność polaryzacyjna) naładowany, podczas gdy prąd maleje wykładniczo i tutaj można eksperymentalnie znaleźć stałą czasową RC. W ten sposób za pomocą miernika parametrów izolacji mierzy się rezystancję izolacji Riso.

Pomiary przeprowadza się w temperaturze nie niższej niż +5°C, ponieważ w niższej temperaturze odbija się wpływ wychłodzenia i zamarznięcia wilgoci i obraz staje się daleki od obiektywizmu.Po usunięciu napięcia testowego ładunek na „kondensatorze izolującym” zaczyna się zmniejszać, gdy zachodzi absorpcja ładunku przez dielektryk.

Szybkość wchłaniania DAR

Stopień aktualnej wilgotności izolacji jest odzwierciedlony liczbowo we współczynniku absorpcji, ponieważ im bardziej izolacja jest zwilżona, tym bardziej intensywna jest absorpcja dielektryczna znajdującego się w niej ładunku. Na podstawie wartości współczynnika absorpcji podejmuje się decyzję o konieczności osuszenia izolacji transformatorów, silników itp.

Oblicz stosunek rezystancji izolacji po 60 sekundach i 15 sekundach po rozpoczęciu pomiarów rezystancji – jest to współczynnik absorpcji.

Im więcej wilgoci w izolacji, tym większy prąd upływu, tym niższy DAR (współczynnik absorpcji dielektrycznej = R60/R15). W mokrej izolacji jest więcej zanieczyszczeń (zanieczyszczenia są w wilgoci), zmniejsza się oporność na zanieczyszczenia, rosną straty, spada napięcie przebicia termicznego, a starzenie termiczne izolacji jest przyspieszone. Jeśli współczynnik absorpcji jest mniejszy niż 1,3, konieczne jest osuszenie izolacji.

Wskaźnik polaryzacji PI

Kolejnym ważnym wskaźnikiem jakości izolacji jest wskaźnik polaryzacji. Odzwierciedla ruchliwość naładowanych cząstek wewnątrz dielektryka pod wpływem pola elektrycznego. Im nowsza, bardziej nienaruszona i lepsza izolacja, tym mniej naładowanych cząstek porusza się w jej wnętrzu, jak w dielektryku. Im wyższy wskaźnik polaryzacji, tym starsza izolacja.

Aby znaleźć ten parametr, obliczany jest stosunek wartości rezystancji izolacji po 10 minutach i 1 minucie po rozpoczęciu testów. Współczynnik ten (wskaźnik polaryzacji = R600 / R60) praktycznie pokazuje szczątkowy zasób izolacji jako wysokiej jakości dielektryka, który może nadal pełnić swoją funkcję. Wskaźnik polaryzacji PI nie może być mniejszy niż 2.

Współczynnik wyładowania dielektrycznego DD

Wreszcie istnieje współczynnik wyładowania dielektrycznego. Parametr ten pomaga zidentyfikować wadliwą, uszkodzoną warstwę wśród warstw izolacji wielowarstwowej. DD (wyładowanie dielektryczne) mierzy się w następujący sposób.

Najpierw ładuje się izolację do pomiaru jej pojemności, po zakończeniu procesu ładowania przez dielektryk pozostaje prąd upływu. Teraz izolacja jest zwarta i minutę po zwarciu mierzony jest szczątkowy prąd wyładowania dielektryka w nanoamperach. Ten prąd w nanoamperach jest dzielony przez mierzone napięcie i pojemność izolacji. DD musi być mniejsze niż 2.