Artykuły techniczne

Podczas pomiaru izolacji szybkość ładowania zależy od pojemności badanego obiektu, wielkości absorpcji, prądu upływności oraz prądu wyjściowego miernika izolacji.

 
Rysunek 1. Prądy przy pomiarze izolacji w czasie ładowania

Materiał dielektryka ładuje się w ten sam sposób, jak dielektryk w kondensatorze. Ładowanie to zależy od wartości pojemności i rezystancji źródła. Zjawisko to zwykle zanika w ciągu kilku sekund.

Prąd absorpcji

Oprócz ładowania pojemności, dipole ustawiają się w linii pola elektrycznego wewnątrz materiału i część ładunków może się nieznacznie poruszać. Ten efekt ładowania wywołuje prąd absorpcji, który charakteryzuje się długą stałą czasową. Dipole powrócą do swoich pozycji spoczynkowych, stanu nieuporządkowanego, powoli gdy napięcie probiercze zostanie odłączone (wywołując prąd reabsorpcji). Efekty te wydłużają się w czasie, gdy izolator został zanieczyszczony przez zabrudzenia lub wilgoć. Zależnie od typu izolatora czas tego zjawiska może trwać do 30 minut.

Prąd upływności

Prąd upływności jest zdominowany przez upływność powierzchniową, ale zawiera również upływność skrośną. Jest to prąd rezystywny, który powinien być mierzony, kiedy izolator jest w pełni naładowany i ustały zjawiska absorpcji. Prąd upływności może być usunięty przez użycie zacisku ochrony (“Guard”).

Całkowity prąd

Całkowity prąd jest mierzony przez miernik izolacji w celu obliczenia rezystancji izolacji. W celu analizy izolacji, charakterystyka “rezystancja – czas” może być użyta do oceny sposobu zmian prądów ładowania.

Rysunek 2. Typowe prądy pomiaru izolacji

Charakterystyka ładowania może być używana do oceny jakości izolacji przez pomiary wskaźnika polaryzacji (10minut:1minuta) lub absorpcji dielektryka (60sekund:30sekund). Wskaźniki te mogą być używane do wyznaczenia poziomu zanieczyszczenia badanego obiektu, ponieważ mierzona jest różnica pomiędzy absorpcją i prądem upływności. Nadmierny prąd upływności zdominuje prąd absorpcji, prowadząc do spłaszczenia krzywej “rezystancja - czas”.

 
Rysunek 3. Schemat zastępczy izolatora.

Ładunek, który jest zgromadzony podczas pomiaru izolacji jest automatycznie rozładowywany na zakończenie pomiaru, kiedy rezystor rozładowujący miernika jest dołączony pomiędzy zaciski przyrządu. Szybkość rozładowania zależy tylko od rezystora i ilości ładunku zgromadzonego w izolatorze. Kiedy napięcie na izolatorze jest zredukowane prawie do zera efekt upływności powierzchniowej jest pomijalnie mały.

Rysunek 4. Prądy pomiaru izolacji podczas rozładowania.

Prądy rozładowania zmieniają się w podobny sposób do prądów ładowania, prąd pojemnościowy zanika szybko z powodu małej stałej czasowej pojemności i rezystora rozładowującego, prąd absorpcji zanika powoli ponieważ mają miejsce efekty reabsorpcji.

Rysunek 5. Typowe prądy rozładowania izolatora

Prąd reabsorpcji

Prąd pojemnościowy zanika szybko od dużej wartości z relatywnie krótką stałą czasową (kilka sekund). Prąd absorpcji (lub reabsorpcji podczas rozładowania) startuje z niskiego poziomu, ale ma dużo większą stałą czasową (do kilku minut). Jest powodowany przez jony, których dipole wracające do chaotycznego położenia wewnątrz izolatora. Kiedy dołożone jest pole elektryczne część jonów ma możliwość ruchu i część dipoli ustawia się zgodnie z polem elektrycznym. Uporządkowanie to zanika samoczynnie po usunięciu napięcia probierczego, dipole wracają do ich naturalnego nieuporządkowanego stanu. Zjawisko to może powodować przepływ prądu, jeżeli obwód rozładowujący jest dołączony w sposób ciągły lub odbudowanie napięcia na badanym izolatorze, jeżeli pozostawiony zostanie obwód otwarty.

W pomiarze DD mierzony jest prąd rozładowania po 1 minucie, po zakończeniu pomiaru. Po tym czasie prąd pojemnościowy jest już zazwyczaj pomijalnie mały w porównaniu z prądem reabsorpcji. Poziom reabsorpcji, po tym czasie, ujawnia stan materiału izolatora, wcześniej izolator powinien być wprowadzony w stan pełnego naładowania (stan pełnej absorpcji) co zajmuje zazwyczaj 10 do 30 minut. Wysoki prąd reabsorpcji pokazuje, że izolator został zanieczyszczony, zazwyczaj przez wilgoć. Niski prąd pokazuje, że izolator jest czysty i nie wchłonął dużo wody.

Definicja wskaźnika rozładowania dielektryka (DD)

W próbie rozładowania dielektryka mierzony jest prąd rozładowania po 60 sekundach od zakończnia pomiaru izolacji. Wskaźnik DD jest wielkością charakteryzującą jakości izolacji, niezależną od napięcia próby. Wskaźnik ten jest zależny od temperatury, więc ważne jest, aby pomiarów dokonywać w temperaturze odniesienia lub notować wartość temperatury.

Wartość wskaźnika DD jest definiowana przez równanie (w mAV^-1F^-1):

Prąd po 1 minucie (nA)                         I_1min
------------------------------------------------ = --------------
Napięcie próby(V) x Pojemność(mF)        V x C

Izolacje wielowarstwowe

Izolacje w sprzęcie WN często składają się z kilku warstw, każda mająca swoją własną pojemność i skojarzoną rezystancję upływności. Kiedy izolacja jest budowana w ten sposób, celem jest wykonanie każdej warstwy tak, aby narażenie napięciowe było dzielone jednakowo pomiędzy warstwy. Kiedy izolator jest rozładowywany, ładunek każdej warstwy będzie zmniejszał się jednakowo dopóki nie zaniknie napięcie szczątkowe.

Wynik pomiaru DD może również pokazać na ile podobne są do siebie warstwy izolacji. W przypadku uszkodzenia izolacji, rezystancja upływności pojedynczej warstwy będzie zmniejszała się, ale pojemność prawdopodobnie pozostanie taka sama. Ten typ uszkodzenia nie jest możliwy do wykrycia przy standardowych próbach izolacji, ponieważ całkowita rezystancja będzie pozostawała dużą z powodu pozostałych, posiadających dużą rezystancję, warstw. Podobnie, inne pomiary takie, jak pomiary rezystancji w funkcji czasu, pomiar napięciem schodkowym lub pomiar pojemności nie koniecznie wykryją ten szczególny problem osłabienia izolacji. Co prawda badanie prądu rozładowania może ujawnić, kiedy charakterystyka pojemność-rezystancja jest nieprawidłowa, ale efekt ten jest mniejszy niż efekt absorpcji omawiany wcześniej.

Analiza wyników pomiaru DD