KRYTERIA DOBORU MEGAOMOMIERZA
Spis
treści:
Ze względu na występujące modele od ręcznych do ledwo
przenośnych, kosztujących od kilkuset złotych do kilkudziesięciu tysięcy
złotych, zadanie wyboru właściwego miernika rezystancji izolacji może wydawać się
zniechęcające. Dzięki ocenie hierarchii priorytetów, proces ten może być znacznie
ułatwiony.
Napięcia próby
Wybór napięcia jest prawie zawsze najbardziej decydującym kryterium wyboru
miernika rezystancji izolacji. Mierniki rezystancji izolacji są urządzeniami
wysokiego napięcia DC. Ponieważ celem przyrządu jest ocena zdolności do
przewodzenia prądu przez materiał, który jest zdecydowanie przeznaczony do nie
przewodzenia prądu, kilka szczególnych funkcji jest wymaganych od tego typu
miernika.
Wysokie napięcie jest konieczne do wymuszenia przepływu
prądu o wystarczającej wielkości (nazywanego zwykle "upływnością"), aby móc go
zmierzyć, typowo jest to poziom nA. W skutek tego, obwód pomiarowy musi posiadać
wysoką czułość, natomiast źródło napięcia próby musi być wysoko stabilne.
Źródło, o ograniczanym prądzie DC, dostarcza wymagane stabilne napięcie nie
powodując jednocześnie uszkodzenia badanego obiektu.
W zależności od modelu, miernik rezystancji izolacji dysponuje
jednym lub kilkoma napięciami próby, które są wybierane przełącznikiem.
Zastosowanie właściwego przyrządu, dla danego zastosowania, wymaga znajomości znamionowego
napięcia badanego obiektu i następnie określenia, czy pożądany jest pomiar
napięciem znamionowym, czy wyższym. Badanie przy napięciu, które jest bliskie
napięciu pracy badanego obiektu daje pomiar, który jest rozsądną oceną
możliwości przyrządu, gdy przyrząd pracuje. Pomiary z wyższymi napięciami, które
są zazwyczaj wykonywane przy dwukrotnej wartości napięcia znamionowego, mogą
ujawniać wartości graniczne izolacji, kiedy wady w strukturze materiału zaczną
przewodzić prądy przy wyższych napięciach, co pozwala na ocenę możliwości
obiektu do wytrzymywania narażeń zakłóceniowych.
Jeżeli badania są wykonywane na szerokim spektrum aparatów,
pożądanych jest wiele napięć. Typowo, mierniki rezystancji izolacji dzielą się
na dwie grupy do 1kV i powyżej 1kV. Ogólnie, 1kV modele mogą służyć do badań sprzętu
pracującego przy napięciach 120, 230 i 480Vac. Jednakże, aparatura przemysłowa
wymaga 5kV (obecnie nawet 10kV) urządzeń pomiarowych. Aparaty pracujące przy napięciu
na przykład
13,2kV nie wymagają badania napięciem o takiej wartości. Mierniki 5kV mogą uzyskiwać wystarczającą ilość danych do napraw i przeglądów aparatów pracujących
nawet
przy najwyższych napięciach.
Pomiar napięciem narastającym krokowo jest standardową
procedurą przemysłową, która wymaga zwiększania napięcia próby w regularnych
odcinkach czasu w celu potwierdzenia wzrostu rezystancji izolacji. Malenie
rezystancji izolacji ujawnia
mechaniczne wady materiału takie, jak ścieżki pęknięć i mikro-jamy. Im wyższe napięcie
zostanie przyłożone, tym więcej tych niedoskonałości bierze udział w przewodzeniu prąd upływności.
Standardem przemysłowym jest pięć poziomów napięć przykładanych w okresach
jednominutowych, ale pomiar może być adaptowany do możliwości miernika.
Zakres pomiarowy
Cele pomiarów określają, czy podstawowy pomiar jest wszystkim czego
potrzebujemy, czy zalecany jest rozszerzony zakres pomiarowy. Proste
zastosowanie, jakim jest okresowe sprawdzanie izolacji, może być spełnione przy
podstawowym zakresie rzędu kilku tysięcy megaomów. Nowy sprzęt, jeżeli nie jest
wadliwy lub nie został uszkodzony podczas instalacji, będzie często przekraczał
zakres pomiarowy wielu mierników. W takich
sytuacjach, operator nie szuka rzeczywistego wyniku pomiaru, ale raczej chce zobaczyć
wskazanie nieskończoności. Jest ważne, żeby zdawać sobie sprawę, że nieskończoność nie jest
pomiarem, tylko wskazaniem, że badana izolacja ma rezystancję, której wartość przekracza
możliwości pomiarowe miernika. W takich zastosowaniach nie ma potrzeby
posiadania miernika o szerszym zakresie pomiarowym.
Pomiar krzywych życia izolacji różnymi miernikami
Podczas przeglądów głównego sprzętu, miernik z
ograniczonym zakresem pomiarowym może wprowadzić w błąd operatora. Dla
profilaktyki i przewidywania napraw, odczyt nieskończoności nie reprezentuje
prawdziwych wyników. Operator wie, że badany obiekt jest "dobry", ale nie wie
nic więcej. Punkt, na krzywej cyklu życia sprzętu, w którym wyniki zaczynają
spadać do zakresu mierzalnego, mogą pozostawić osobie wykonującej przeglądy
bardzo krótki czas do naprawy wymagającej wyłączenia z pracy
badanego sprzętu. Przyrządy z rozszerzonym zakresem pomiarowym dają rzeczywiste
wyniki od chwili instalacji aparatu, ustalając dłuższą linię przebiegu, która daje
personelowi dużo więcej czasu na reakcję. Podczas wyboru miernika, należy
wiedzieć jakie są rzeczywiste spodziewane wyniki, nawet dla nowych instalacji.
Źródła zasilania
Zbadać opcje zasilania. Wbudowane generatory, napędzane ręczną korbką, pozostają
ogromnie popularne, ale nie zawsze z racjonalnych powodów. Doświadczony personel
skłania się do preferowania zasilania korbką i chociaż, podobnie, jak "korba"
samochodu, ten czynnik nie może być obiektywnie oceniany, jest wystarczająco
mocny, że sam się broni. Z drugiej strony, nie ma żadnych podstaw do
stwierdzenia, że przyrządy zasilane ręczną korbką dają "lepszy" pomiar niż
przyrządy zasilane z baterii.
Prawdziwą, obiektywną zaletą zasilania ręczną
korbką jest to, że nigdy nie zawiedzie. Standardowe baterie mogą się wyczerpać,
akumulatory mogą się rozładować, natomiast przyrządy zasilane z korbki mogą być
ciągle zdolne do pracy. Jeżeli mają być wykonywane długotrwałe pomiary, przyrząd
zasilany z baterii jest faktyczną koniecznością.
Wskazanie analogowe
kontra cyfrowe
Sposób ruchu wskazówki na mechanicznej, analogowej skali daje doświadczonemu operatorowi
wartościowe informacje. Czy wskazówka przemieszcza się płynnie, czy skacze? Czy
stabilnie narasta, czy chwilami opada? Ten rodzaj szczegółów jest trudny lub
niemożliwy do zauważenia gołym okiem na elektronicznym, cyfrowym wyświetlaczu. O ile
zjawisko ruchu wskazówki jest pożądane to, gdy się ona zatrzyma, operator jest
zmuszony do interpolacji odczytów pomiędzy znakami na skali. Wprowadza to element szacowania, który może być źródłem błędu.
Obecne, cyfrowe modele nie maja tego typu
niedogodności, ponieważ informują one operatora dokładnie (w zakresie specyfikowanej
dokładności przyrządu) jaki jest wynik wykonanego pomiaru. Niektóre przyrządy
elektroniczne oferują wyświetlacze, które łączą obie cechy: cyfrową dokładność i
ruch wskaźnika, który przemieszcza się wzdłuż skali w kształcie łuku tak, jak
wskazówka mechaniczna. Cecha ta łączy zalety obu wyświetlaczy cyfrowego i
analogowego.
Należy sprawdzić dokładnie rodzaj wyświetlacza przed wyborem przyrządu. Tańsze wersje
mogą oferować linijkę wielosegmentową w kształcie łuku, zamiast autentycznej
skali logarytmicznej w której przedział niskich wartości skali jest rozszerzony
w stosunku do końca skali. Skala wielosegmentowa symulująca ruch wskazówki może
nie być tak samo czytelna, jak znany ruch wskazówki i może nie imitować
mechanicznego ruchu w oczekiwanym stopniu. Autentyczna skala logarytmiczna w
kształcie łuku, na której pozycje na skali odpowiadają oznaczeniom na skali
mechanicznej, jest bardziej użyteczna.
Dokładność
Jeżeli dokładność jest bardzo istotnym kryterium, należy zwrócić szczególna uwagę
na deklarowaną dokładność danego przyrządu. Nie należy akceptować zwykłej
plus/minus wartości procentowej dla mierników cyfrowych. Specyfikacja musi
również zawierać plus/minus pewną liczbę cyfr, ponieważ żaden cyfrowy
przetwornik nie może mieć stabilnej ostatniej cyfry (najmniej znaczącej cyfry).
Dokładność specyfikowana, jako procent wartości odczytanej wskazuje ten sam błąd
dla wszystkich punktów skali.
Określenie dla skali analogowej, jako procent skali lub
pełnej skali może być również zwodnicze. Przedział dokładności oparty na
procencie długości całej skali, przekłada
się ona na rosnący błąd procentowy, ponieważ wyniki silnie rosną na skali
logarytmicznej. Z tego powodu, gdy chcemy zapewnić wymaganą dokładność, nie
należy zadowolić się określeniem procentowym, ale również przeanalizować
pozostałe warunki.
Zdolność pomiaru
napięcia
Wiele mierników rezystancji izolacji pełni funkcję woltomierza. Jest to dużo
więcej niż tylko wygoda. Chociaż elektryk może doceniać możliwość wykonania
szybkiego sprawdzenia napięcia bez konieczności uciekania się do drugiego
miernika, rzeczywistym celem wbudowania tej funkcji jest ochrona przed oraz po
pomiarze.
Woltomierz wbudowany w miernik rezystancji
izolacji nie powinien być aktywowany poprzez wybór oddzielnej pozycji
przełącznika. Powinien być włączany automatycznie przy kontakcie miernika z
jakimkolwiek napięciem zewnętrznym (tzw. woltomierz domyślny). Przy wskazywaniu
napięcia podczas pomiaru rezystancji izolacji, przede wszystkim chroni on
miernik. Jeżeli badany obiekt nie został w sposób prawidłowy pozbawiony energii,
woltomierz powinien wykryć obecność napięcia i ostrzec operatora. Operator,
dysponując wiedzą o obecności zewnętrznego napięcia, nie rozpocznie pomiaru,
który mógłby uszkodzić przyrząd.
Zaawansowane modele zawierają funkcję, która
samoczynnie wstrzymuje pomiary, jeżeli obecne jest znaczące napięcie zewnętrzne.
Jeżeli niedoświadczony operator nie zareaguje na sygnalizację wykrycia
znaczącego napięcia i mimo tego naciśnie przycisk testu, żadna szkoda nie
zostanie wyrządzona.
Ale co jest daleko ważniejsze, na zakończenie
pomiaru, woltomierz będzie wskazywał napięcie pozostające na
badanym obiekcie. Energia tego napięcia może być zabójcza! Aparaty elektryczne z
dużymi uzwojeniami lub kable o dużej długości gromadzą dużo ładunku podczas
pomiaru napięciem DC. Poziom zmagazynowanego ładunku może być znaczący i
stanowić zagrożenie na dostępnych odłączonych przewodach pomiarowych. Wbudowana
funkcja woltomierza natychmiast ostrzeże operatora o tym stanie, a następnie
monitoruje spadek napięcia w miarę, jak obwód rozładowania odprowadza ładunek.
Zakresy Ω i kΩ,
Zakresy pomiaru Ω i kΩ zwiększają funkcje pomiarowe wielu mierników,
rozszerzając możliwość pomiaru ciągłości od ułamków oma do megaomów. Ze
względu na mniejszą wartość rezystancji, pomiary te są wykonywane przy niskim
napięciu (typowo 3V) oraz wymagają większych prądów. Zakres omowy (zwykle
nazywany ciągłością) jest wykorzystywany przez elektryków lub w serwisie w celu
określenia, czy obwód jest ciągły lub, czy miejsca połączeń spawanych,
lutowanych oraz inne elektryczne połączenia mają wystarczająco dobry styk.
Zakres kilo-omowy jest użyteczny do rozwiązywania
problemów oraz podczas napraw, w celu identyfikacji miejsc uszkodzeń. Jeżeli
pomiar wysokim napięciem daje w wyniku "zero", wtedy jest bardzo przydatne
potwierdzenie tego wyniku poprzez przełączenie na zakres kilo-omowy i obserwację
faktycznej wartości pomiaru, która jest poniżej rozdzielczości zakresu przy
pomiarze wysokonapięciowym.
Podczas czyszczenia i suszenia zalanego sprzętu,
zakres kilo-omowy jest używany, jako pierwszy w celu sprawdzenia postępów
procesu suszenia. Zastosowanie pomiaru wysokonapięciowego na zakresie megaomów
do mocno nasiąkniętej izolacji może spowodować rozwój mechanicznych wad takich,
jak mikro-jamy. Jeżeli izolacja poddana wilgoci, jest mierzona najpierw przy
niskim napięciu, a następnie jest osuszana i wykonany jest drugi pomiar, wtedy
efektywność osuszania może być czytelnie oceniona i zaplanowana.
Jeżeli osuszanie zwiększa rezystancję do zakresu
izolacji, może być użyty wysokonapięciowy zakres pomiaru. Zakres kilo-omowy jest
również użyteczny do badania elementów i podzespołów, które są
częściami dużego aparatu. Muszą tylko spełnić wymogi funkcjonalności, natomiast wysoka rezystancja izolacji
musi zapewnić bezpieczeństwo w stosunku do ziemi. Podczas
wyboru przyrządu, należy być ostrożnym, nie koncentrować się całkowicie na
możliwościach wysokonapięciowych, aby niechcący nie przeoczyć wszystkich pozostałych
funkcji.
Zacisk ochronny
Niektóre mierniki izolacji maja dwa zaciski, inne mają trzy. Ponieważ są to
mierniki DC, dwa z zacisków są "+" i "-". Trzeci zacisk (jeżeli jest obecny)
jest zaciskiem ochronnym. Nie musi on być używany. Jest wiele sytuacji
zadawalająco użycia mierników
rezystancji izolacji, bez używania zacisku ochrony.
Używanie zacisku ochrony oferuje dodatkowe
funkcje diagnostyki problemów ze sprzętem. Zacisk ochrony jest obwodem
bocznika, który oddziela prąd upływności powierzchniowej. Jeżeli występują
równoległe ścieżki upływności (powierzchniowa i skrośna) zacisk ochrony
eliminuje prąd upływności powierzchniowej z wyniku pomiaru, pozwalając na
bardziej precyzyjny odczyt upływności skrośnej.
Podłączenie zacisku ochronnego
Na przykład, zanieczyszczenia i wilgoć na
powierzchni przepustu transformatora umożliwiają przepływ prądu upływności
pomiędzy zaciskami "+" i "-", co powoduje obniżenie wartości odczytu rezystancji
izolacji. Daje możliwość powstania fałszywego wrażenia, że izolacja przepustu jest
uszkodzona. Podłączenie zacisku ochronnego do gołego drutu nawiniętego dookoła
przepustu powoduje przejęcie tego prądu, dając w wyniku pomiar wyłącznie prądu
upływności płynącego poprzez defekty w ceramice izolatora.
Jest bardzo istotne, aby nie mylić zacisku
ochrony z zaciskiem uziemienia. Podłączenie zacisku ochrony i przewodu
powrotnego do tego samego punktu badanego obiektu powoduje tylko bocznikowanie
prądu, który miał być zmierzony, powodując zwarcie obwodu pomiarowego. Jeżeli
chodzi o podłączenia zacisku ochronnego, rozważanie wyboru miernika rezystancji
izolacji powinno zawierać:
- Cel pomiarów (sprawdzanie podstawowych
instalacji ogólnie nie wymaga zacisku ochronnego)
- Elektryczne części składowe aparatów,
które maja być badane (silniki i transformatory mogą być badane pod kątem
upływności pomiędzy uzwojeniami, z eliminacją upływności do ziemi)
- Możliwe wpływy upływności powierzchniowej
(przewody i kable mogą przewodzić prąd po powierzchni poprzez zanieczyszczenia
i wilgoć, jak również poprzez materiał izolatora).
- Stopień do którego wyniki muszą być
analizowane (są "złe" obiekty do wymiany lub odrzucenia, albo będzie to
konieczność lokalizowania uszkodzeń możliwych do naprawy?)
Mierniki z zaciskiem ochronnym kosztują zazwyczaj
trochę więcej niż modele z dwoma zaciskami, więc nie należy płacić za funkcję,
która nigdy nie będzie używana. Z drugiej strony, w wielu zastosowaniach, modele
z dwoma zaciskami nie będą dawały pełnej informacji, która może być uzyskana
podczas badania izolacji. Szczegółowe informacje odnośnie stosowania zacisku
ochrony podano w artykule "Pomiary rezystancji izolacji w
teorii i praktyce"
Dalsze rozważania
Gromadzenia wyników i transmisja. Współczesne modele mierników zawierają
różnorodne możliwości gromadzenia wyników i transmisji. Wyniki pomiarów mogą być
magazynowane i organizowane tak, aby wynik dla danej tablicy rozdzielczej i obwodu,
mógł być wywołany
do porównania w stosunku do obecnego wyniku. Powinien być możliwy wydruk w formie wykresów i
protokołów z badań. Zdolność do drukowania raportów pomiarów, poza oczywistą
wygodą, ma dodatkową zaletę eliminacji błędów ludzkich możliwych do popełnienia podczas
przepisywania.
Funkcja multimetru. Niektóre małe, ręczne
modele oferują pełen zakres funkcji multimetrów. Pomiar prądu może być wykonany
bezpośrednio, do poziomu miliamperów lub można rozszerzyć zakres poprzez
opcjonalne przystawki prądowe. Niektóre zaawansowane przyrządy wyświetlają
również częstotliwość i/lub prąd upływności. Nie należy tego mylić z pomiarem
prądu. Wyświetlanie prądu upływności pokazuje operatorowi prąd, który przepływa
poprzez izolację - nie jest to prąd płynący w obwodzie.
Ocena bezpieczeństwa. Międzynarodowe
organizacje normalizacyjne ustanowiły klasyfikacje bezpieczeństwa. Klasyfikacja
bezpieczeństwa podaje różne warianty konstrukcji, które zapewniają, że
przyrząd jest odpowiedni przy zagrożeniach od środowiska w którym jest używany. Źle
skonstruowany przyrząd lub zakwalifikowanie go do niewłaściwej klasy
bezpieczeństwa, może spowodować przebicie łukowe lub nawet wydmuch łuku, co może
być zabójcze dla operatora.
Podczas oceny miernika rezystancji izolacji
według klasyfikacji PN-EN 61010-1:2004 (Wymagania bezpieczeństwa dotyczące
elektrycznych przyrządów pomiarowych, automatyki i urządzeń laboratoryjnych.
Część 1: Wymagania ogólne), im wyższy jest numer tym bezpieczniejszy jest
przyrząd. Klasyfikacja składa się z dwóch oznaczeń: kategorii (CAT) i napięcia
znamionowego. Należy upewnić się, czy oba oznaczenia są wyspecyfikowane.
Klasyfikacja kategorii wskazuje, w którym miejscu patrząc od zasilania sieciowego dany przyrząd może
być bezpiecznie używany. Oznaczenie napięcia wskazuje maksymalna wartość
napięcia Faza-Ziemia, na jaką może być specyfikowany badany obiekt. Należy ustalić
najwyższe napięcia znamionowego środowiska w którym przyrząd będzie używany i
wybrać model, który spełnia lub przekracza te wymogi. Jeżeli nie jest dostępny
wymagany zakres, nie wolno kupować takiego przyrządu.
Klasyfikacja IP
Klasyfikacja definiowana w normie PN-EN 60529:2003 (Stopnie ochrony zapewnianej
przez obudowy) wskazuje ochronę przed przedostawaniem się zanieczyszczeń.
Specyfikuje ona jednoznacznie stopień do jakiego obudowa ochronna przyrządu może
powstrzymywać zanieczyszczenia i wilgoć. Notka reklamowa może nazwać przyrząd
"wodoodporny", ale dopiero klasyfikacja IP nadaje rzeczywiste, obiektywne
znaczenie. Im wyższy jest numer IP tym lepsza jest klasyfikacja. Klasyfikacja
składa się z dwóch cyfr. Pierwsza dotyczy przedostawania się drobin (ciał
stałych), klasyfikowanych przez średnicę największego obiektu, który może
przeniknąć. Druga cyfra dotyczy wilgoci, klasyfikuje stopień odporności na
działanie czynników atmosferycznych. Najwyższym stopniem ochrony przed drobinami
jest "pyłoszczelność", wskazywany przez klasę 6. Najwyższym stopniem odporności
na wilgoć jest "odporność na zanurzenie", klasyfikowana jako 8. Podczas wyboru
miernika, należy rozważyć środowisko w którym będzie pracował i wyznaczyć
wartość pod kątem klasy IP.
Charakterystyka obciążenia
Miernik rezystancji izolacji powinien być również zaopatrzony w wykres
obciążenia, który wskazuje charakterystykę napięcia wyjściowego w funkcji
rezystancji obciążenia. Przyrząd nie potrzebuje dużego prądu do pomiarów
materiałów specjalnie przeznaczonych do powstrzymywania przepływu prądu. Z tego
powodu, mierniki izolacji mają ograniczane prądy wyjściowe. W konsekwencji, przy
przeciążeniu następuje obniżenie napięcia wyjściowego, gdy badany obiekt
reprezentuje niewystarczającą rezystancję, aby być rozważany, jako izolator.
Dobrej jakości miernik rezystancji izolacji,
będzie prezentował krzywą obciążenia, która pokazuje stromy spadek napięcia od
strony niskich rezystancji, ale patrząc z drugiej strony, ostry wzrost napięcia
do poziomu proporcjonalnego dla dobrego izolatora. Napięcie powinno rosnąć
ostro od około 1,5MΩ, zależnie od wybranego napięcia i utrzymywać to napięcie
przy wszystkich wyższych rezystancjach.
Miernik dobrej jakości ze stromą charakterystyką
wyjściową
Miernik kiepskiej jakości z łagodną charakterystyką
wyjściową
Wykres, który wspina się powoli do wybranego
napięcia może dawać wyniki przy dużo niższym niż wybrane napięcie, w dużym
krytycznym przedziale swojego zakresu. Nie jest to dobre dla celów porównawczych
przy rejestracji wyników, zgodności z normami lub specyfikacją klienta. Niektóre
mierniki zaledwie specyfikują przedział pomiaru rezystancji w zakresie którego
modele pokazują pełne napięcie wyjściowe. To jest zaledwie różnica w
sformułowaniu, ale jeżeli nie ma wykresu obciążenia lub równoważna definicja nie
jest dostępna, mówi to dużo o jakości danego przyrządu.
Należy sporządzić listę do sprawdzenia co jest
krytyczne i następnie co jest pożądane. Dzięki ocenie dostępnych modeli w
sposób uporządkowany i uszeregowany, nie będziemy rozczarowani końcowym wyborem.