SONEL - удобно, точно, надежно!
Наша библиотека
Измерение параметров петли «фаза-нуль»
Измерение параметров УЗО
Измерение параметров изоляции
Измерение параметров заземляющих устройств и удельного сопротивления грунта

Измерение параметров изоляции

Главная // Наша библиотека // Испытания // Измерение параметров изоляции

Сопротивление изоляции — это параллельно включенное с токоведущей частью (жилой кабеля) сопротивление. Абсолютной разницы между диэлектрическим и резистивным состояниями нет, потому что в зависимости от условий одно и то же вещество может быть и диэлектриком и резистором. Основное условие, разграничивающее поведение вещества на резистивное и диэлектрическое основано на понятии максвелловского времени диэлектрической релаксации и простейшая схема замещения диэлектрика представляет собой конденсатор с параллельным сопротивлением:

Простейшая схема замещения диэлектрика

Реальные электроизоляционные конструкции далеко не всегда состоят из однородных диэлектриков. Они могут содержать композицию из разных диэлектриков или просто иметь границу раздела. Даже в этом случае появляются новые особенности электропроводности, в частности, следует учитывать не только проводимость самих диэлектриков, но и границ раздела. Само по себе наличие границы не меняет проводимость конструкции, однако поверхность неизбежно содержит химически активные элементы. В контакте с воздухом поверхность обогащается веществами, содержащимися в воздухе. Известно, что даже в контакте с чистым воздухом на поверхности адсорбируется вода, например, на поверхности окислов может содержаться до 100 молекулярных слоев воды. Возникает поверхностная проводимость, т.е. проводимость, связанная с появлением и движением носителей заряда по поверхности.

Схема замещения диэлектрика с поверхностной проводимостью

Для учета сопротивления поверхностной проводимости в мегомметрах MIC-1000, MIC-2500, MIC-5000 и MIC-3 используется метод тройного зажима — высоковольтный разъем имеет вывод «средней точки» — «E». При его использовании происходит корректировка результата с учетом токов поверхностной проводимости. Наглядным примером является измерение сопротивления изоляции между экраном и одной из жил кабеля.

Измерение сопротивления изоляции методом тройного зажима

Черным цветом показана металлическая фольга вокруг изоляции измеряемой жилы. В случае неравенства токов утечки IR-E и IE-COM имеем случай с поверхностной проводимостью по границе раздела.

Сопротивление изоляции RISO характеризует сквозной ток утечки Iскв (RISO=Uприл/Iскв). Сквозной ток Iскв (ток утечки) протекает по диэлектрику под воздействием постоянного напряжения и обусловлен наличием в диэлектриках свободных носителей заряда различной природы.

В момент включения постоянного электрического поля через диэлектрик электрического конденсатора протекает ток смещения — Iсм, обусловленный быстрыми видами поляризаций.

В неполярных однородных диэлектриках затем устанавливается ток сквозной проводимости — Iскв. В полярных и неоднородных диэлектриках протекает также ток абсорбции — Iабс, вызываемый активными составляющими токов, связанных с установлением замедленных (релаксационных) поляризаций.

Изменение тока в зависимости от времени приложения постоянного напряжения

Для исключения протекания больших токов на начальном этапе измерения, мегомметры Sonel ограничивают величину протекающего тока, тем самым исключая возможные повреждения изоляции. Выходной ток ограничивается на уровне 1 мА.

Действительное измерительное напряжение при измерении сопротивлении изоляции

По мере заряда емкости измеряемого объекта (постоянным током), напряжение на зажимах мегомметра увеличивается (линейно). Затем устанавливается рабочая точка — напряжение достигает заданного значения и ток стабилизируется (данный ток является сквозным током диэлектрика Iскв).

Накопленный в процессе измерения заряд является источником потенциальной угрозы, и по окончании измерений приборами Sonel, автоматически разряжается (через внутренний резистор). Измерения проводятся под постоянным напряжением, чтобы минимизировать влияние емкости на результат измерения. Способ выполнения измерений сопротивления изоляции, а также требуемые измерительные напряжения описаны в ГОСТ Р 50571.16-99 и IEC 60364-6-61.

С точки зрения эксплуатации, состояние изоляционного материала характеризуется двумя коэффициентами — коэффициент абсорбции (Dielectric Absorption Ratio — DAR) и коэффициент поляризации (Polarization Index — PI).

Коэффициент абсорбции кабс характеризует влажность изоляционного материала. Коэффициент абсорбции — это отношение сопротивлений, измеренных мегомметром через 60 секунд с момента приложения напряжения (R60) и через 15 секунд после начала приложения испытательного напряжения от мегомметра (R15): Кабс = R60/R15

Если изоляция сухая, то коэффициент абсорбции значительно превышает единицу, в то время как у влажной изоляции коэффициент абсорбции близок к единице:

  • Если Кабс < 1,25 Изоляция является несоответствующей;
  • Если Кабс = 1,25 .. 1,6 Изоляция является хорошей;
  • Если Кабс > 1,6 Изоляция является превосходной;
  • Для оценки состояния изоляции и остаточного ресурса используют коэффициент поляризации (Кпол), который характеризует ток сильно замедленных поляризаций (связанных с изменением структуры диэлектрика). Коэффициент поляризации — это отношение сопротивлений, измеренных мегомметром через 600 сек с момента приложения напряжения (R600) и 60 секунд после начала приложения испытательного напряжения от мегомметра (R60):

    Кпол= R600/R60

    Для коэффициента поляризации обычно используют следующие показатели:

  • Если Кпол < 1 Изоляция является опасной;
  • Если Кпол = 1.. 2 Изоляция является сомнительной;
  • Если Кпол = 2.. 4 Изоляция является хорошей;
  • Если Кпол > 4 Изоляция является превосходной.
  • Мегомметры MIC-1000, MIC-2500, MIC-5000 автоматически рассчитывают и отображают на дисплее коэффициенты абсорбции и поляризации на основании сопротивлений, измеренных по окончании интервалов времени T1, T2 и T3 от момента начала измерений. По умолчанию, в приборах отсчитываются временные интервалы: T1=15с, T2=60с и T3=600с. Для того чтобы получить коэффициенты для отрезков времени, отличных от установленных, можно задать нужные значения из диапазона 1...600 секунд, соблюдая правило: T1 < T2 < T3.

    Кроме этого, во всех мегомметрах Sonel присутствует функция измерения переменно и постоянного напряжения, и перед измерением можно легко убедиться в отсутствии высокого напряжения на исследуемом объекте.

    В измерителях MIC-1000, MIC-2500, MIC-3 предусмотрена функция низкоомного измерения сопротивления (с диапазоном до 400 Ом), которая позволяет быстро идентифицировать пробой изоляции. Измеритель MIC-3 обладает функцией измерения низкоомного сопротивления повышенным током (не менее 200мА с разрешением 0,01 Ом), что позволяет его использовать для проверки металосвязи различных соединений (проводников присоединения к земле и выравнивания потенциалов).

    Схемы включения измерителя

    Измерение сопротивления изоляции (прибор включается к двум токопроводящим жилам кабеля)

    Напряжение измерения выбирается из диапазона от 50 В до 1000 В (прибор MIC-2500 до 2500 В) с шагом 10 В или принимается одно из значений, установленных Изготовителем: 100, 250, 500, 1000, 2500 В.

    Измерение сопротивления изоляции трансформатора 
методом тройного зажима

    Для устранения влияния поверхностных токов в трансформаторах, кабелях и т.д. применяется измерение методом тройного зажима: при измерении межвиткового сопротивления трансформатора гнездо E прибора соединяется с корпусом трансформатора.

    Измерение напряжения переменного и постоянного тока

    Измерение сопротивлений при низком напряжении

    Напряжение на замеряемом сопротивлении U < 9,6 В, ток замера порядка 100 мA. Если значение RX <10 Ω (Rпорог = 35 Ω ± 25 Ω), прибор издает непрерывный звуковой сигнал (функция тестирования короткого замыкания).

    Температурная погрешность

    В приборах серии MIC используются высокоточные преобразователи, температурная нестабильность которых определяет температурную нестабильность прибора в целом. Тем не менее, зависимость от температуры остается довольно низкой для приборов такого класса: для MIC-1000/2500, MIC-3, а также MPI-51X в режиме измерения сопротивления изоляции температурная нестабильность не выше 0,1%/°C, для MIC5000 — не более 0,2%/°C.

    Помехи

    Измерение сопротивления изоляции возможно, если напряжение в объекте находится в диапазоне с 2 до 20 В в случае напряжения переменного тока, и не превышает 2 В при постоянном, но его точность не гарантируется.

    Ваша безопасность

    Следует помнить, что при измерении сопротивления изоляции на наконечниках измерительных проводов прибора присутствует опасное напряжение: до 1 кВ на MIC-1000, MIC-3 и до 2,5 кВ на MIC-2500. Не допускается отсоединение измерительных проводов до окончания процесса измерения.

    Режим отсечки и длина кабеля

    Исходный ток преобразователя ограничивается на уровне 1,2 ± 0,2 мА. Ограничение тока исключает течение необратимых процессов разрушения изоляции и характерно на начальной фазе измерений в результате зарядки емкости измеряемого объекта. Включение ограничения сигнализируется продолжительным звуковым сигналом. Измеренный результат в этом случае правилен, но на измерительных зажимах появляется напряжение измерения более низкое, чем заданное до измерений.

    Если спустя 60 секунд с момента нажатия клавиши START напряжение измерений не достигнет заданного значения (большая емкость объекта либо слишком мало сопротивление изоляции и прибор не выходит из режима отсечки тока), измерение прекращается и в основном поле дисплея высвечивается надпись, сигнализирующая о большом токе утечки. Эта же надпись высвечивается, если во время измерений происходит пробой изоляции.

    Используя соотношение Заряд емкости и учитывая что Ic = const = 1 мА минимальное значение), напряжение на зажимах изменяется линейно. Используя указанное соотношение, можно найти значение емкости, которая полностью зарядится при задании тока 1мА в течении 60 сек. Например, при заряде до напряжения U=1000В значение емкости составит:Значение емкости. Данная оценка носит ориентировочный характер (поскольку током 1,4 мА до 1000В за 60 секунд зарядится емкость 84 мкФ, а при пониженном напряжении ток может достигать до 2 мА).

    Полученный результат говорит о том, что при значении емкости кабели менее 60 мкФ, напряжение на зажимах достигнет 1 кВ в течении 60 сек, и дальнейшее измерение происходит до окончания интервала T3 (до 10 мин). В противном случае, через 60 сек прибор заканчивает цикл измерений, и значения измеряемых параметров показаны при измерительном напряжении, меньшем 1кВ. Емкость кабеля является функцией от его длины (для каждого кабеля существует характеристика — удельная емкость кабеля). Из этого можно спрогнозировать поведение прибора при измерении сопротивления изоляции различных типов кабеля.

    Допустимая относительная погрешность приборов серии MIC составляет 3% измеряемой величины и не находится в зависимости от длины измеряемого кабеля. На длину кабеля в зависимости от различных условий накладываются нормы по величине сопротивления изоляции:

    На телефонных линиях, сопротивление изоляции новых кабелей без нагрузки и длиной менее двух километров должно составлять, по крайней мере, 1000 МΩ (2000 МΩ/км для кабелей длиной свыше двух километров). Для проложенных кабелей соответствующие величины равны 750 МΩ и 1500 МΩ.

    Цикл измерений

    Цикл измерений заканчивается по завершению временного интервала времени (0..T3). Окончание измерений сигнализируется тремя короткими звуковыми сигналами и затуханием символа Предупреждение на дисплее (символ Предупреждение исчезает при напряжении меньшем 2В). После автоматического или ручного прекращения измерений происходит замыкание трех измерительных зажимов через сопротивление 100 кΩ, что обеспечивает разряжение емкости измеряемого объекта. При преждевременном отключении измерительных проводов объемный заряд диэлектрика остается в проводе и при подаче номинального напряжения существует высокая вероятность пробоя).

    Емкость аккумулятора

    Количество возможных измерений приборами MIC-1000/2500 зависит от сопротивления нагрузки (изоляции). Приборы соответствуют стандарту EN 61557-2 п.6.7, в соответствии с которым прибор работает в рабочем режиме UН 1000 Ω/B в течении 5 сек, и в последующей паузе 25 сек. В соответствии с данным стандартом приборы MIC-1000/2500 могут производить 1500 измерений (MIC-5000 — 600 измерений).

    То есть, фактически, стандартом регламентирован ток утечки (1 мА) при гарантии проведения 1500 измерений. Рассмотрим на примерах рабочий режим. Для напряжения 500В допустимой нагрузкой будет сопротивление 500В⋅1000 Ω/В = 500 КΩ. Для напряжения 2500В допустимой нагрузкой будет сопротивление 2500В⋅1000 Ω/В = 2,5 МΩ.

    Очевидно, при измерении на 10 -минутных интервалах количество измерений существенно сокращается. В случае крайне интенсивного использования приборов MIC при необходимости можно прибрести необходимые аккумуляторы для MIC1000/2500/5000 отдельно (аккумулятор находится под крышкой с неопломбированными винтами).