Тестери за изолационно съпротивление

Тестери за изолационно съпротивление

На състоянието на електрическите инсталации невинаги се обръща достатъчно внимание. Мнозина са склонни да приемат, че добрите професионални умения на изграждащия нова инсталация са достатъчни, за да гарантират качествата й. А за съществуващите инсталации не всеки се замисля, че параметрите им могат да се променят поради въздействие на околната среда и с времето. Реалистичният подход изисква провеждане на необходимите измервания при въвеждане на инсталацията в експлоатация и периодично при използването й. Това е важно не само за нейното сигурно действие, но най-вече за безопасността на ползващите я и на свързаните към нея уреди. В статията се разглеждат факторите, определящи изолационното съпротивление на проводниците, и аспектите на неговото измерване.

Нормативна база

Според Наредба №3 от 18 септември 2007 г. на Министерството на регионалното развитие и благоустройството една от задължителните процедури при приемането на електрическата инсталация в новопостроени сгради е проверката на изолационното съпротивление. То трябва да е над минимално допустимите стойности, указани в проекта на инсталацията или в нормативен акт, и се извършва преди първото й свързване към мрежовото напрежение. Процедурата на измерването е подробно описана в Наредбата, като е подчертано задължителното изготвяне на протокол с резултатите. Според стандарта IEC60634.6.61 на Международната електротехническа комисия, приет и у нас, изолационното съпротивление между фазите на електрическата мрежа (т. нар. живи проводници) и между всеки от тях и нулата трябва да е над 0,25 MW

при измерване с постоянно напрежение 250 V, над 0,5 MW

при напрежение 500 V и над 1 MW

за напрежение 1000 V. Разделянето на което и да е от напреженията със съответстващото му изолационно съпротивление показва, че в действителност се нормира нежеланият ток на утечка през изолацията със стойност под 1 mA. Чрез него може да се изчисли границата на съпротивлението при произволно напрежение на измерване. Например при 100 V съпротивлението трябва да е над 100V:1mA=100 kW. Този принцип се помни от специалистите като “изолационно съпротивление 1 MW на киловолт”.

Особености на изолационното съпротивление

С течение на времето в материала на изолацията настъпват промени, които се задълбочават при значително нагряване и охлаждане на проводниците, при овлажняването и зацапването им, при наличие на вибрации. Всичко това налага периодична проверка на работещите инсталации и при намаляване на изолационното съпротивление взимане на мерки за предотвратяване на повреди.

При прилагане на задължителното за провеждане на измерването постоянно напрежение между два изолирани проводника протичат три различни тока. Единият се нарича капацитивен ток и се дължи на неизбежно съществуващия капацитет между тях. Токът е най-голям е в момента на прилагане на напрежението и намалява до нула при зареждане на капацитета до изпитателното напрежение. Колкото по-голям е капацитетът (по-дълги и по-близки един до друг проводници) толкова повече време протича токът.

Изпитателното напрежение създава електрическо поле в изолацията, което предизвиква натрупване на електрически заряд върху молекулите й (те се поляризират) и подреждането им в посоката на полето. И този ток е най-голям при подаване на напрежението, когато молекулите са без заряд и “разбъркани” и намалява до нула при завършване на поляризацията - молекулите са се превърнали в диполи и са подредени. В изолацията неизбежно се съдържа някакво количество влага и молекулите на водата се поляризират по подобен начин, но по-бързо. Времето за поляризация нараства с увеличаване на капацитета между проводниците и когато изолацията и влажна и зацапана.

Третият ток е на утечката и именно той определя действителното изолационно съпротивление и затова понякога то се нарича съпротивление на утечката. Трите тока се събират и докато първите два не се нулират, изолационното съпротивление е по-малко от действителното. Поради това при измерване трябва да се изчаква да спре увеличаването на съпротивлението и тогава да се отчете стойността му, като средното време за установяване на вярното показание е около 1 минута. Съпротивлението на утечка е обратно пропорционално на влажността на изолацията във вътрешността й и на нейната повърхност. И докато при вградените в стени инсталации и липса на повреди във BиK промяната на влажността е малка, то зависимостта от температурата задължително трябва да се взима предвид - всяко нейно увеличаване с 10°С води до двойно намаляване на съпротивлението. Тези зависимости налагат да се измерват и записват температурата и влажността, за да може при бъдеща проверка на състоянието на инсталацията (в идеален случай правена при същите условия) резултатите от измерването да се сравнят с предишните стойности. Периодичните проверки са необходими, тъй като изолационното съпротивление намалява с времето.

Подготовка за измерване

На първо място инсталацията не трябва да е под напрежение и е необходимо всички лампи, електроуреди и други товари да се изключат заедно с автоматичните предпазители. Особено важно е да няма съдържащи електроника товари като димери, таймери, луминесцентни и енергоспестяващи лампи, тъй като те могат да бъдат повредени при измерването. Върху проводниците на инсталацията, както и върху ключовете и контактите не трябва да има кондензирана влага, нито нагар, тъй като те силно намаляват изолационното съпротивление и измерваните му стойности не са реални.

Видове измервания на съпротивлението

Първият вид се нарича тест за годност и се провежда преди първоначалното пускане на инсталацията в действие. Между фазата и нулата на еднофазна мрежа се подава изпитателното напрежение, измерва се изолационното съпротивление, сравнява се с минимално допустимото и стойността му се записва. Същото се прави и при трифазни мрежи, но измерванията са между всяка двойка фази и между всяка от фазите и нулата.

Вторият вид е периодичната проверка на действащи инсталации. Тя е особено важна, тъй като значителна част от електроинсталациите в жилищните сгради у нас са на най-малко 30-40 години и е твърде вероятно изолацията да е започнала да влошава качествата си. Подготовката за проверката е както при теста за годност, но изпитателното напрежение се оставя приложено поне 10 минути, като се допуска да е до 100 минути. Измерва се изолационното съпротивление в 30-та секунда, в първата и във всяка следваща минута до десетата. Интервалите от време след нея се избират произволно, а всяко от съпротивленията трябва да е по-голямо от минимално допустимото. Резултатите също се записват и служат за определяне на два параметъра на инсталацията. Първият е коефициентът на изолационно абсорбиране, представляващ отношението на съпротивленията в първата минута и в 30-тата секунда след прилагане на напрежението. Той отчита поляризацията на молекулите на влагата и на евентуални замърсявания и стойността му е обратно пропорционална на тяхното наличие - по-голям коефициент означава по-малка влага и замърсявания. Използва се главно за съществуващи инсталации. Вторият параметър е индексът на поляризация, който е отношението на съпротивленията в десетата минута и първата минута и е мярка за качеството на самата изолация. Оценката на състоянието на инсталацията се прави с помощта на тези два параметъра и табл.1. Препоръчително е при нова инсталация да се определи индексът на поляризация, за да може чрез стойностите му при следващи периодични проверки да се следи за промени в състоянието й. При съмнителна и особено при опасна инсталация трябва да се предприемат съответните мерки за предотвратяване на авария.

Третият тип измерване също е за периодична проверка, но се извършва със стъпално увеличаващо се напрежение и по-рядко с плавно нарастващо напрежение. При добра изолация на проводниците съпротивлението не трябва да се променя с повече от 25% при десетократно увеличение на напрежението. Когато изолацията е остаряла, с появили се пукнатини в нея или замърсена, съпротивлението й намалява с нарастване на напрежението. Самото измерване може да се проведе чрез измерител с ръчно превключване на напрежението при продължителност до 1 минута, но има и уреди за автоматичното му провеждане.

Прибори за измерване

Освен тестери за изолационно съпротивление те се наричат мегаомметри, тераомметри и мегери, без да има принципна разлика в наименованията. При най-стария тип тестери постоянното напрежение се създава от генератор, задвижван чрез въртене на ръчка. Като правило съвременните тестери са с вграден източник на стабилизирано постоянно напрежение, получавано от подходяща електронна схема. В част от тестерите то е с 3 или 5 стойности, избирани чрез превключвател, най-често 250, 500 и 1000 V, а по-рядко 50 и 100 V. Първите три са задължителни за инсталации от електрическата мрежа, а последните две имат допълнително приложение за измерване на комуникационни мрежи. За електрически мрежи средно напрежение има тестери с максимална стойност на напрежението 2,5 kV, 5 kV и 10 kV. Все повече стават тестерите, осигуряващи изменение на напрежението със стъпка 10 V, 25 V или 50 V между минималната и максималната стойност.

Минималният обхват за измерване на изолационното съпротивление е между 1 kW

и 100 kW, а максималният е не по-малък от няколко десетки MW. Най-често той е няколко хиляди МW (което е няколко GW). Има тестери с най-голям обхват няколко TW (тераом = 1000 GW), а наскоро се появи и прибор с обхват 1 PW (петаом = 1 000 000 GW).

Изборът на обхвата се прави чрез превключвател както при обикновен мултиметър, но има тестери с автоматично установяване на обхват, в който грешката на измерването е най-малка. Установеното постоянно напрежение се получава между двете клеми на тестера, означени с “+” и “-”, чрез два кабела се подава на измерваните проводници и след като измине необходимото време се отчита изолационното съпротивление. Голямото и опасно напрежение между кабелите налага повишено внимание при работа и своевременната им замяна само с оригинални при появата на най-малък дефект. Грешката при измерването е между ±2% и ±5%, което реално не променя достоверността на резултатите.

При измерване на нова инсталация е напълно възможно някъде да има късо съединение. Затова някои тестери могат да ограничават тока при наличието му до стойност между няколко десети от mA и няколко mA. Постоянното напрежение на тестера неизбежно зарежда капацитета на инсталацията, което означава опасност от докосване на оголен проводник. За избягване на това някои модели автоматично разреждат капацитета след завършване на измерването.

Тестерите за много големи съпротивления имат трета клема “Guard”, чрез която се намалява грешката при измерването. Нейното свързване се изяснява в документацията на тестера, но по принцип при измерване на съпротивления под около 1 GW тя не се използва и се оставя свободна.

Реална е вероятността по невнимание тестерът да се свърже към инсталация под напрежение, което може да го повреди. Поради това не са малко тестерите, които при напрежение в инсталацията над 30 V автоматично се превключват за работа като волтметър. Същевременно те могат да разреждат свързани към инсталацията кондензатори.

Поради важността на коефициента на изолационно абсорбиране и индекса на поляризация значителна част от съвременните тестери чрез вградената си електроника автоматично изчисляват тези два параметъра. Обхватът им започва от 0 и може да достигне до 100. Нерядко тестерите съдържат памет за съхраняване между 100 и 500 резултата от измервания. Като допълнение към това може автоматично да се провежда серия от измервания - задава се изпитателното напрежение, времето между две съседни измервания чрез вграден таймер (то може да е от части от секундата до 99 s) и в паметта се запомнят всички резултати. Някои тестери могат да прехвърлят резултатите в компютър, като за целта производителите предлагат съответния програмен продукт. Прехвърлянето може да се направи и в други устройства, например принтер, някои от масово разпространените интерфейси като RS-232, IEEE-488 и USB. Съществуват модели, позволяващи също чрез компютър да се управляват измерванията.

Голямата част от тестерите са с течнокристален дисплей за показване на резултатите в цифров вид, но се предлагат и модели с аналогово отчитане чрез стрелка. Има тестери, които могат да покажат на дисплея графика на промяната на съпротивлението във времето (при автоматично измерване). Така бързо и без използване на табл. 1 може да се направи оценка на качеството на инсталацията. Удобството на работа е гарантирано от захранването на тестерите с вградени батерии, но има модели с допълнително захранване и от електрическата мрежа.

Комбинирани тестери

Те измерват и други електрически величини освен изолационното съпротивление. Най-често това са постоянно и променливо напрежение с обхват 600 V или 1000 V, но могат да се измерват и малки токове (например в границите от 1 рА до 1 mA). Тъй като изолационното съпротивление не е единственият параметър на електрическите инсталации, не малко тестери могат да измерват и други техни параметри, например съпротивлението на заземления, както и да се използват като веригопроверители. Едно от наименованията на подобни уреди е “многофункционални тестери за инсталации”.

Тестери за комуникационни мрежи

Принципът на действие и начинът на измерване на изолационното съпротивление е същият, както при тестерите за електрически инсталации. Единствените разлики са по-малкото изпитателно напрежение, обикновено между 50 и 500 V и сравнително неголемите стойности на максималния обхват, който е между няколко стотици MW и няколко десетки GW.