Na rynku aparatury pomiarowej znajduje się bardzo dużo mierników do rezystancji izolacji. Wielu przyszłych użytkowników zastanawia się, na co zwracać uwagę przy doborze aparatury do pomiarów izolacji odpowiedniej dla swoich aplikacji?

Podstawowym parametrem określającym pomiar izolacji jest napięcie pomiarowe. Najpopularniejsze przyrządy służące do pomiarów bezpieczeństwa instalacji elektrycznych pozwalają na wykonywanie pomiaru rezystancji izolacji napięciem do 1kV. Funkcja ta bardzo często obecna jest w przyrządach wielofunkcyjnych, np. serii Metrel Eurotest. Wartość ta jest odpowiednia do weryfikacji bezpieczeństwa instalacji niskiego napięcia, ale w przypadku pomiarów kabli może okazać się niewystarczająca. Dla takich zastosowań powstały mierniki dysponujące napięciem pomiarowym wynoszącym 2,5kV i więcej.

W przypadku przyrządów o napięciu pomiarowym 2,5kV i większym bardzo istotną jest funkcja automatycznego rozładowania obiektów po badaniu. Parametr ten często nie rzuca się w oczy i rzadko stanowi podstawę do wyboru urządzenia, a jest on niebagatelny dla bezpieczeństwa operatora wykonującego pomiary.

Tańsze mierniki produkcji chińskiej z reguły nie posiadają tej funkcji natomiast w przyrządach renomowanych producentów europejskich (Metrel, Sonel, Megger itp.) jest to już standard. W przypadku nierozładowania badanego obiektu o charakterze indukcyjnym po pomiarze może wystąpić na nim wysokie napięcie powodując ryzyko porażenia oraz uszkodzenia przyrządu pomiarowego.

Kolejną istotną funkcjonalnością jaką wyróżniają się mierniki rezystancji izolacji wyższych napięć są testy diagnostyczne i obliczanie wskaźników diagnostycznych. Z uwagi na specyfikę materiałów izolacyjnych, pomiar wartości chwilowych rezystancji może nie być miarodajnym wskaźnikiem jej stanu. W oparciu o wiedzę dotyczącą zjawisk zachodzących w izolacji opracowano następujące wskaźniki i metody diagnostyczne.

Pomiary w funkcji czasu - wskaźniki diagnostyczne:

Wskaźnik polaryzacji (PI)

Celem badania tego wskaźnika jest ocena wpływu polaryzacji na parametry izolacji (Rpi, Cpi). Po przyłożeniu wysokiego napięcia, dipole elektryczne wewnątrz izolatora ustawiają się zgodnie z kierunkiem przyłożonego pola elektrycznego. Zjawisko to nosi nazwę polaryzacji. W wyniku zmiany położenia molekuł, przez materiał przepływa prąd polaryzacyjny (absorpcyjny), który powoduje spadek wypadkowej wartości rezystancji izolacji. Prąd absorpcyjny (IPI) zanika zwykle po czasie około kilku minut od przyłożenia napięcia pomiarowego.

Jeśli po tym czasie nie następuje wzrost mierzonej rezystancji, oznacza to, że inne rodzaje prądów mają dominujący wpływ na wartość rezystancji izolacji (np. prądy związane z upływnościami powierzchniowymi). Wskaźnik polaryzacji PI jest stosunkiem wartości rezystancji izolacji mierzonych w różnych punktach czasowych. Typowo przyjmuje się stosunek wartości rezystancji 10 minutowej do 1 minutowej, ale nie jest to absolutnie obowiązującą regułą. Test ten jest wykonywany zwykle przy tej samej wartości napięcia, przy której przeprowadzano pomiar rezystancji izolacji. Jeśli wartość 1 minutowej rezystancji jest większa niż 5000 MΩ, pomiar ten może nie być miarodajny (np. w przypadku nowoczesnych materiałów izolacyjnych).

Przeprowadzenie testu polaryzacji jest konieczne dla materiału izolacyjnego w postaci warstw papierowych nasączonych tłuszczem (np. w transformatorach lub silnikach). Zasadniczo, dobre izolatory wykazują stosunkowo dużą wartość wskaźnika polaryzacji. Natomiast izolatory uszkodzone będą się charakteryzować stosunkowo niską wartością tego wskaźnika. Należy jednak zwrócić uwagę, że nie jest to zawsze regułą.

Współczynnik absorpcji dielektryka (DAR) jest podobny do indeksu polaryzacji. Jedyna różnica to długość okresu pomiarowego, który przeważnie = 30 s (lub 15 s) i 1 minutę.

Wskaźnik rozładowania dielektryka – DD

Dodatkowy efekt polaryzacji związany jest z odzyskanym ładunkiem (z pojemności Cpi) po zakończeniu pomiaru i rozładowaniu dielektryka. Pomiar współczynnika rozładowania dielektryka jest wykonywany dodatkowo dla oceny jakości materiału izolacyjnego. Ma on znaczenie zwłaszcza dla izolacji o dużej wartości pojemności Ciso. Efekt polaryzacji (Opisany dla “Wskaźnika polaryzacji”) powoduje powstanie pojemności (Cpi). W idealnej sytuacji ładunek ten uległby rozproszeniu natychmiast po odłączeniu napięcia od badanego materiału. W praktyce jednak tak się nie dzieje.

Podobnie jak określenie wskaźnika polaryzacji (PI), badanie współczynnika rozładowania dielektryka (DD) jest kolejną metodą do sprawdzania jakości i stanu materiału izolacyjnego. Materiał, który ulega szybkiemu rozładowaniu dostarczy niską wartość, podczas gdy materiał, który rozładowuje się powoli dostarczy wartość wyższą.

Pomiar w funkcji napięcia – napięcie narastające schodkowo

Pomiar ten występujący, np. w miernikach serii TeraOhm firmy Metrel pozwala określić, czy badana izolacja była poddawana narażeniom elektrycznym lub mechanicznym. W tym przypadku ilość i wielkość anomalii izolacji takich jak zarysowania, lokalne pęknięcia, mostki przewodzące itp. zwiększa się powodując zmniejszenie całkowitego napięcia przebicia. Nadmierna wilgotność i zanieczyszczenie odgrywają ważną rolę w przypadku narażeń mechanicznych.

• Krok napięciowy jest zazwyczaj związany z wartościami wymaganymi przy stałoprądowych pomiarach wytrzymałości napięciowej.
• Czasami zaleca się, aby maksymalna wartość napięcia nie przekraczała 60 % wytrzymałości napięciowej.

Jeśli wyniki kolejnych pomiarów wskazują na obniżoną wartość rezystancji, izolacja powinna zostać wymieniona.

Złącze Guard

Jest to kolejny bardzo istotny aspekt związany z pomiarami izolacji, zastosowanie gniazda „GUARD” ma na celu wyeliminowanie ewentualnych powierzchniowych prądów upływowych, które nie zależą od jakości badanego materiału lecz od zanieczyszczenia powierzchni i jej wilgotności. Prądy te mają wpływ na mierzoną wartość rezystancji izolacji. Zacisk pomiarowy „GUARD” jest wewnętrznie podłączony do tego samego potencjału co gniazdo pomiarowe o polaryzacji ujemnej. Badany obiekt powinien być podłączony do gniazda „GUARD” za pomocą zacisku krokodylowego w taki sposób, aby zbierać jak najwięcej powierzchniowego prądu upływowego.
Zaleca się odprowadzanie prądów powierzchniowych do gniazda „GUARD” przy pomiarze bardzo dużych rezystancji izolacji w zakresie powyżej 10 G. 

Test wytrzymałości napięciowej

Niektóre normy dotyczące pomiarów izolacji dopuszczają użycie napięcia stałego w zastępstwie napięcia przemiennego. W tym celu napięcie pomiarowe jest przykładane do badanej izolacji przez pewien okres. Jeśli nie nastąpiło przebicie lub przepalenie materiału, to test zakończył się wynikiem pozytywnym. Normy zalecają, aby początkowa wartość napięcia pomiarowego była niska i stopniowo zwiększała się w taki sposób, aby wartość prądu ładowania była mniejsza od wartości granicznej. Czas trwania pomiaru wynosi typowo 1 minutę.

Test wytrzymałości napięciowej izolacji jest zwykle wykonywany w przypadku:

• Zatwierdzania typu, gdy nowy produkt jest przygotowywany do produkcji;
• Rutynowego testu produkcyjnego, dla sprawdzenia czy dany wyrób spełnia wymagania dotyczące bezpieczeństwa;
• Pomiarów konserwacyjnych i kontrolnych po wykonanej naprawie, dotyczących dowolnego sprzętu, w którym izolacja mogła zostać osłabiona.

W przypadku mierników serii TeraOhmXA funkcja ta pozwala określić wytrzymałość napięciową izolacji i obejmuje dwa pomiary:

• Napięcia przebicia urządzenia wysokonapięciowego, np. ogranicznika przepięć;
• Wytrzymałości napięciowej DC dla oceny właściwości kierunkowych izolacji;
• Oba pomiary wymagają detekcji wartości prądu przebicia.

Napięcie pomiarowe wzrasta od wartości początkowej do wartości końcowej przez określony czas (ustawienia w sekcji parametrów). Po osiągnięciu napięcia końcowego, napięcie utrzymuje swoją wartość przez czas określony w parametrach.

Opcja uśredniania

Przyrządy do pomiarów izolacji wysokiej klasy posiadają dodatkowe filtry i opcje uśredniania, które pozwalają na zredukowanie wpływu zakłóceń na wyniki pomiarowe. Opcja ta pozwala na otrzymanie bardziej stabilnych wyników, zwłaszcza dla wysokich wartości rezystancji izolacji. W prostych słowach, uśrednianie wygładza wyniki pomiarowe.

Istnieją różne źródła zakłóceń:

• Prądy AC o częstotliwości sieciowej lub harmonicznej, stany nieustalone (przełączenia) itp. Powodują, że wyniki mogą stać się niestabilne. Prądy te są z reguły przesłuchem przez pojemność izolacji blisko elementów pod napięciem.
• Inne prądu indukowane lub sprzężone w środowisku elektromagnetycznym badanej izolacji.
• Tętnienia prądu z wewnętrznego źródła wysokiego napięcia.
• Efekty ładowania obciążeń o dużej pojemności i / lub długich kabli.

Efekt uśredniania na przykładzie pomiaru miernikami TeraOhmXA firmy Metrel dla obiektu o charakterze pojemnościowym, 200nF:

 

Opcja uśredniania

Pozostałe czynniki wpływające na wybór przyrządu do pomiaru izolacji.

Poza parametrami technicznymi, które powinny stanowić zawsze punkt wyjścia do wyboru danego modelu i producenta przyrządu pomiarowego, należy także uwzględnić inne czynniki mające wpływ na jakość, komfort i koszty utrzymania takiego przyrządu w czasie.

Często może okazać się, że miernik, którego początkowa cena jest korzystniejsza w trakcie użytkowania ujawni braki w funkcjonalności, akcesoriach lub ujawni wysokie koszty serwisowania, co ostatecznie spowoduje zwiększenie realnych kosztów posiadania takiego przyrządu.

Warto zwrócić uwagę na poniższe aspekty:

Serwis, Wzorcowanie i Lokalizacja
Tanie mierniki do pomiarów rezystancji izolacji o azjatyckim rodowodzie posiadają często 1 roczną gwarancję, po upływie której nie ma często możliwości ich naprawy. Sprawia to, że są one przyrządami użytecznymi do pierwszej awarii. Często wynika to z kosztów pracy i dostępności podzespołów do naprawy, których łączna wartość w ich przypadku często przekracza koszt zakupu całego nowego przyrządu. Modele te nie są także w większości przypadków wyposażone w świadectwo wzorcowania, koniecznie w przypadku profesjonalnych pomiarów. Ma to wpływ na wzrost realnych kosztów zakupu takich przyrządów.

Sytuacja wygląda znacznie lepiej w przypadku producentów europejskich (Metrel, Megger, Sonel). Przyrządy te standardowo posiadają dłuższą gwarancję oraz dostarczane są ze świadectwem wzorcowania. Z pewnością też oferowany jest serwis, który będzie w stanie wykonać naprawę takiego przyrządu w okresie gwarancji i po jego upływie. Tutaj jednak warto zasięgnąć opinii czy serwis ten działa na terenie kraju czy przyrządy wysyłane są bezpośrednio do producenta, co może mieć wpływ na długość czasu trwania naprawy.

Niektóre firmy oferują także odpłatne wypożyczenie przyrządu zastępczego na czas takiej naprawy co z pewnością może być atrakcyjnym rozwiązaniem w przypadku wystąpienia awarii w trakcie wykonywanych prac.

W przypadku rozbudowanego menu z dodatkowymi funkcjami, które występują w nowych wersjach przyrządów, warto zweryfikować czy menu miernika, oprogramowanie dla PC oraz instrukcja obsługi dostępne są w języku polskim. Pomimo, że znajomość technicznego języka angielskiego jest coraz wyższa, zlokalizowana wersja miernika czyni go bardziej przystępnym dla szerszej grupy użytkowników.

Wsparcie merytoryczne i szkolenie

Pomimo, że pomiary rezystancji izolacji wydają się relatywnie prostymi i najczęściej spotykanymi pomiarami, towarzyszy im wiele aspektów technicznych (w szczególności dotyczy to pomiarów wysokim napięciem) o których użytkownicy zapominają lub jeszcze nie posiadają na ten temat odpowiedniej wiedzy.

Niezwykle istotne jest, aby mieć możliwość rozmowy z osobami posiadającymi odpowiednią wiedzę techniczną i doświadczenie, które mogą okazać się nieocenionym wsparciem w przypadku wątpliwości lub natrafienia na problemy w trakcie pomiarów.

Nowe wersje przyrządów posiadają coraz częściej szereg funkcji dodatkowych, jak komunikacja z komputem PC przez USB, Bluetooth, wbudowana drukarka, a także oprogramowanie dla PC do obróbki danych. Z pozoru jednofunkcyjny przyrząd zostaje wzbogacony o szereg funkcji, których stosowanie może być problematyczne dla części użytkowników.

Dlatego warto upewnić się, że nasz dostawca przyrządu pomiarowego może zaproponować nam szkolenie wyjaśniające sposób używania przyrządu, a także część teoretyczną i praktyczną wykonywania pomiarów. W razie wszelkich pytań czy też wątpliwości zachęcamy do kontaktu, gdzie zespół inżynierów w naszej firmie z przyjemnością udzieli wszelkich porad dotyczących oferowanego asortymentu.