POMIAR IZOLACJI Z UŻYCIEM ZACISKU GUARD
Artykuł opisuje problematykę związaną z pomiarami
rezystancji izolacji z wykorzystaniem zacisku ochronnego GUARD
chroniącego pomiar przed wpływem prądów upływu po powierzchni izolatora.
Wstęp
Obecnie są dostępne napięcia wyjściowe do 15kV w
celu dostosowania przyrządów do wszystkich przemysłowych wymagań. W przyrządach z wyższymi
napięciami próby (2,5 - 15kV), zapewniających bardzo szeroki zakres pomiaru
rezystancji izolacji,
stosowany jest zacisk GUARD, który przynosi dużą korzyść podczas badań
różnorodnych urządzeń mających duży obszar na którym mogą tworzyć się ścieżki upływność
powierzchniowej izolacji.
Jak jest funkcja zacisku GUARD?
Podczas pomiaru rezystancji izolacji jesteśmy często tak bardzo zaabsorbowani pomiarem rezystancji
aktualnego izolatora, że zapominamy o istnieniu ścieżki rezystancji na zewnętrznej
powierzchni materiału izolacji. Jednakże, ta ścieżka rezystancji jest często znaczącą
składową naszego pomiaru i może dramatycznie wpływać na uzyskiwane wyniki. Na
przykład, jeżeli jest obecne zabrudzenie na zewnętrznej powierzchni przepustu, wtedy
składowa prądu upływu powierzchniowego może być do dziesięciu razy większa, od
prądu płynącego wskroś aktualnie badanej izolacji.
Upływność powierzchniowa jest zasadniczo
rezystancją równoległą do prawdziwej (skrośnej) rezystancji izolacji badanego materiału.
Przez użycie zacisku ochrony (GUARD), wykonujemy tak zwany pomiar
trzy-zaciskowy, prąd upływu powierzchniowego jest ignorowany. Może to być
istotne, gdy spodziewane są duże wartości rezystancji, z jakimi mamy do
czynienia, gdy badamy
podzespoły wysokonapięciowe takie, jak: izolatory, przepusty i kable. Posiadają
one duże obszary powierzchni, które są wystawiona na zanieczyszczenia -
dające w wyniku duże prądy upływu powierzchniowego na całej szerokości.
Są to:
- Kable o dużej średnicy
- Przepusty porcelanowe
- Transformatory mocy
- Wyłączniki WN
Takie produkty odsłaniają długie ścieżki
upływności na powierzchni ich izolacji z natury swoich rozmiarów. Będzie to
powodowało istnienie niechcianych rezystancji upływności powierzchniowej wprowadzających błędy
i one są powodem używania zacisku GUARD w celu poprawienia dokładności pomiaru.
Całkowity prąd, który płynie podczas
pomiaru rezystancji izolacji jest tworzony przez trzy główne składowe:
- Prąd ładowania, który ładuje pojemność
obiektu
- Prąd absorpcji jest prądem, który
wpływa do izolacji przez polaryzację elektronów, początkowo duży, ale
opadający w czasie, ma mniejszą prędkością niż prąd ładowania.
- Prąd przewodności lub prąd upływu,
który jest mały i niezmienny i dzieli się na dwie części:
- Ścieżka przewodzenie poprzez materiał
izolacji (prąd skrośny)
- Prąd płynący po powierzchni izolacji*
* Upływność powierzchniowa jest składową
rezystancji
izolacji, której nie chcemy mierzyć, podczas pomiaru rezystancji izolacji
materiału. Przez użycie zacisku GUARD, który jest dostępny na większości WN
mierników izolacji, upływność powierzchniowa może być wykluczona z wyniku
pomiaru.
W zastosowaniach z mniejszymi wartościami
rezystancji izolacji (<100MΩ) takich, jak NN instalacje w budynkach, nie jest to
konieczne, ale przy wartościach powyżej 100MΩ, spotykanych w izolacjach stosowanych
przy WN, użycie zacisku ochrony GUARD jest bardzo ważne.
Jak to działa?
Poniżej pokazano typowe zastosowanie dla zacisku GUARD jakim jest pomiar przepustu WN.
Bez użycia zacisku GUARD prąd upływu płynący przez izolację i po powierzchni
izolacji są połączone i dlatego są mierzone łącznie przez przyrząd.
Poniżej z używanym zaciskiem GUARD
Drut został owinięty dookoła przepustu i
podłączony do zacisku GUARD, teraz upływność powierzchniowa płynie do zacisku
GUARD. Prąd wpływający do zacisku GUARD nie jest mierzony przez przyrząd i jest
ignorowany przy pomiarze rezystancji izolacji.
W celu lepszego zrozumienia co się aktualnie dzieje wewnątrz przyrządu możemy
zapoznać się z niżej podanym schematem. Schemat zastępczy przyrządu stanowią trzy
główne elementy; źródło prądu WN d.c., woltomierz WN oraz amperomierz. Pomiar
rezystancji izolacji wynika z prawa Ohma, zmierzone napięcie dzielone jest przez zmierzony prąd. Zacisk GUARD pozwala,
aby prąd upływu ominął amperomierz i w ten sposób
nie będzie zawarty w wyniku pomiaru.
Jednakże opis na tym się nie kończy, jak widać
wprowadziliśmy przykładowe wartości do powyższego schematu. W tych okolicznościach
przyrząd rezystancji izolacji będzie
zapewniał pomiar z dodatkowym błędem nie większym niż 2%. Informacja ta jest
istotną częścią
dostarczanych obszernych danych technicznych tego typu przyrządów.
Przyrządy mają specyfikowane
znamiona
zacisku GUARD, przykładowo, jako:
2% błędu ochrony przed upływnością 500kΩ przy
obciążeniu 100MΩ
Dlaczego podaje się dane techniczne GUARD?
Są podawane, ponieważ stanowią po prostu część niedokładności pomiaru. Im większa
jest składowa prądu upływu
omijającego amperomierz tym mniej prądu pozostaje do zmierzenia. Sytuacja taka
staje się rzeczywistym testem zdolności przyrządu do dokładnego pomiaru tego
pozostającego prądu i dającego w efekcie dokładny pomiar rezystancji izolacji.
Specyfikacja Meggera upewnia użytkownika o zdolności przyrządu do radzenia sobie w
takich warunkach oraz zapewnia rzetelne wyniki, a zatem prawidłową diagnozę
rzeczywistego stanu izolacji. Należy pamiętać, że skuteczne przewidywanie
terminu konserwacji
polega na rzetelnej analizie tendencji zmian wyników pomiarów w celu ujawnienia wczesnego
stadium zwiastującego nadchodzące uszkodzenie. Czas poświęcony na staranne skompensowania zmian
temperaturowych może łatwo być stracony na skutek błędnych wyników z powodu nieprawidłowo ochronionej upływności powierzchniowej.
Jak to pogodzić z innymi
parametrami
przyrządu?
Bezpieczeństwo?
Obecnie coraz bardziej doceniamy ważność
bezpieczeństwa przyrządów pomiarowych. Mierniki rezystancji izolacji nie są
wyjątkiem. Współczesne mierniki rezystancji izolacji
posiadają CAT IV 600V, aby zapewnić użytkownikowi maksymalne zaufanie. Więc,
jaki to ma związek z parametrami zacisku GUARD? Dobrze, aby móc spełnić
ostre wymagania CAT IV 600V podane w IEC1010-1: 2001 przyrząd musi być
zabezpieczony przed 8kV impulsami o dużej energii na wszystkich zaciskach.
Wyzwaniem jest utrzymanie jednocześnie ochrony przed impulsami i parametrów
przyrządu.
- IEC1010-1: 2001.
- Ochrona przed przepięciami między dowolnymi zaciskami
- CATIV 600V
- ochrona przed przepięciami 8kV
- Wyzwaniem jest utrzymanie ochrony i osiągów
zacisku GUARD
Prąd zwarcia przyrządu?
Mierniki
5kV, 10kV, 15kV rezystancji izolacji powinny mieć stosunkowo duży prąd zwarcia, przykładowo 3mA. Pozwala to przyrządom
na dość szybkie ładowanie pojemności obciążeń pojemnościowych jakimi są długie
kable. Oznacza to również, że przyrządy mają wystarczającą moc do utrzymania
napięcia na mniejszych rezystancjach.
Powyższy obwód szybko demonstruje, jak 600MΩ
rezystancja izolacji może wkrótce prezentować mniej niż 3MΩ obciążenie dla
przyrządu w obecności upływności powierzchniowej. Wysoka moc wyjściowa przyrządu
utrzymuje napięcie na izolacji i zapewnia wystarczający prąd pomiarowy dla
uzyskania dokładnego pomiaru.
Badania transformatorów?
Oba uzwojenia WN i NN dowolnej fazy, w transformatorze trójfazowym, mogą być
zmierzone każdy w stosunku do innego, zacisk ochronny eliminuje prąd upływu
płynący na zewnątrz po zabrudzeniach izolatora, stąd wartość rezystancji
wewnętrznego uzwojenia będzie odczytana dokładniej przez miernik rezystancji
izolacji.
Pomiar izolacji uzwojenia
transformatora przy użyciu GUARD "w celu eliminacji prądu upływu",
z powodu ścieżki po powierzchni - wzdłuż zabrudzonych porcelanowych izolatorów
Poniżej uzwojenie WN jest mierzone bez wpływów
powodowanych przez
prądu upływu pomiędzy uzwojeniami WN i NN dzięki użyciu zacisku ochronnego.
Pomiar izolacji uzwojeń
transformatora przy użyciu GUARD "w celu eliminacji prądu upływu",
pomiędzy uzwojeniami i na przepuście NN.
UWAGA: W praktyce oba uzwojenia na
transformatorze trójfazowym są nawinięte koncentrycznie na izolowanym karkasie
na tej samej kolumnie stalowego rdzenia, narażonemu na przebicia
wewnętrzne między uzwojeniami lub między uzwojeniem a rdzeniem, stąd konieczność
pomiaru tych dwóch rezystancji izolacji.
Badania kabli?
Zacisk ochronny jest również używany do usunięcia wpływów upływności
powierzchniowej na odsłoniętej izolacji na końcach kabla.
Na rysunku powyżej, zacisk ochronny jest
podłączony do gołego drutu owiniętego dookoła odsłoniętej izolacji w celu
przejęcia prądu upływu powierzchniowego.
W tym przypadku jedna żyła w kablu została użyta
do podłączenia ochrony do odsłoniętej izolacji z drugiej strony końca kabla.
Zacisk ochrony może być również użyty do
eliminacji prądu upływu pomiędzy innymi sąsiednimi żyłami w kablu.
Badanie przepustów na zewnętrznych
wyłącznikach olejowych?
Poniższe cztery ilustracje pokazują zwykłe metody
badania przepustów i przyłączonych części zewnętrznych wyłączników.
Test 1. Pomiar przepustu 1
Test 2. Pomiar przepustu 1 równolegle ze stykiem ruchomym
Test 3. Pomiar połączonych równolegle przepustów 1 i 2
Test 4. Pomiar przepustów 1 i 2 równolegle z wałem
napędu
Jakie są rzeczywiste zalety używania zacisku GUARD?
Oprócz znaczącej poprawy w pewności diagnozy stanu izolacji
i przewidywania terminu konserwacji, omawianych powyżej, jest jeszcze jeden duży zysk:
Zacisk GUARD jest ważnym narzędziem
diagnostycznym!
Przez wykonanie dwóch pomiarów, jednego z użyciem zacisku
GUARD i drugiego bez, możemy szybko zidentyfikować, kiedy
upływność powierzchniowa jest obecna i jak jest duża. Ustawienie przyrządu tak,
aby wyświetlał prąd upływu umożliwia odjęcie jego wartości od wyniku pomiaru
uzyskanego bez wykorzystania zacisku GUARD. Wynik mówi dokładnie jak duży
jest prąd upływu powierzchniowego. Zdarzyło się wiele przypadków błędnych pomiarów
rezystancji izolacji i przepustów wymienionych niepotrzebnie z ogromnymi
kosztami. Dopiero później wykryto, przez zastosowanie zacisku GUARD, że wymagały
one po prostu solidnego oczyszczenia.
- Łatwo identyfikuje zanieczyszczone
powierzchnie
- Nie wyrzucaj, użyj zacisku GUARD i wiesz kiedy oczyścić