Pomiar rezystancji izolacji w instalacji elektrycznej

Izolowanie części czynnych to jeden z podstawowych środków ochrony przed dotykiem bezpośrednim w instalacjach elektrycznych, między innymi dzięki zastosowaniu materiałów dielektrycznych części niebezpieczne nie są dostępne dla użytkowników końcowych, a także są odpowiednio odizolowane od pozostałych części czynnych o innym potencjale elektrycznym. Materiały elektroizolacyjne i ich właściwości stanowią zatem ważny punkt ochrony przeciwporażeniowej. Niestety podczas okresu eksploatacji ulegają one procesowi starzenia – ich właściwości dielektryczne stają się coraz mniej efektywne, mogę również być degradowane przez niekorzystne czynniki zewnętrzne takie jak wysoka wilgotność, wysoka temperatura czy uszkodzenia mechaniczne – niech poniesie rękę ten, kto nie spotkał się z przewierconym przewodem elektrycznym w ścianie przy okazji drobnych prac domowych.

W związku z tym, że właściwości elektroizolacyjne materiałów pełnią istotną rolę w bezpieczeństwie elektrycznym należy te właściwości weryfikować przy okazji każdej kontroli technicznej instalacji elektrycznej. Taką kontrolę należy przeprowadzić bezpośrednio po wykonaniu instalacji, po ewentualnej modernizacji lub przebudowie, a także okresowo – zgodnie z Prawem Budowlanym co najmniej raz na 5 lat. Uzyskane wyniki mogą pomóc w dokładniejszej ocenie stanu izolacji i zapobiec potencjalnym awariom w przyszłości.

Miara właściwości dielektrycznych – rezystancja izolacji

Badanie rezystancji izolacji oraz weryfikację poprawnego odizolowania części czynnych dokonuje się na podstawie oględzin i pomiaru, w tym artykule zajmiemy się tym drugim. Wielkość, którą będziemy mierzyć w tym przypadku to rezystancja izolacji, powtarzając za słownikiem elektrotechnicznym, jest to rezystancja między dwoma elementami przewodzącymi oddzielonymi materiałami izolacyjnymi. Skoro rezystancja to jednostką naszej mierzonej wartości musi być Om (Ω), prawda? Prawda, ale musimy pamiętać, że rezystancja w przypadku izolacji będzie przyjmować raczej duże wartości, więc nie mówimy tu o pojedynczych Omach, a setkach tysięcy, czy milionach Omów. Przyzwyczajmy się zatem, że wyniki, które będziemy otrzymywać w przypadku pomiaru rezystancji izolacji, będą podawane w kilo Omach (kΩ), mega Omach (MΩ) czy nawet giga Omach (GΩ).

Zasada pomiaru rezystancji izolacji

Klasyczny pomiar rezystancji izolacji polega na przyłożeniu napięcia stałego (DC) pomiędzy dwie odizolowane od siebie części przewodzące i sprawdzeniu natężenia prądu przepływającego przy ustalonej wartości napięcia pomiarowego. Napięcie wykorzystywane do tego pomiaru nazywane jest też napięciem probierczym, a wynik końcowy wyliczany jest na podstawie prawa Ohma.

gdzie:

R – rezystancja izolacji w omach [Ω]

U – napięcie pomiarowe w woltach [V]

I – prąd upływu izolacji w amperach [A]

Przyrząd pomiarowy rezystancji izolacji - Megaoomomierz

Przyrząd pomiarowy do pomiaru rezystancji izolacji jest nazywany megaomomierzem, po przeczytaniu drugiego akapitu raczej nie powinniśmy mieć wątpliwości dlaczego. Dawniej mierniki wykorzystywane do pomiaru rezystancji izolacji były miernikami analogowymi zasilanymi ręcznie za pomocą korbki. Dziś najczęściej spotkamy się z miernikami cyfrowymi zasilanymi akumulatorowo.

Warto zaznaczyć, że każdy wielofunkcyjny miernik do pomiarów instalacji elektrycznych będzie posiadał funkcję do pomiaru rezystancji izolacji. Typowy zakres pomiarowy takich mierników wynosi 200 MΩ, 1 GΩ lub 20 GΩ, a wybieralne napięcie pomiarowe 250 V, 500 V, 1000 V lub 2500 V. Nowoczesne urządzenia pomiarowe powinny spełniać wymagania określone w normach europejskich, takich jak norma PN-EN 61557.

Jak wykonać pomiar rezystancji izolacji w instalacji elektrycznej?

Pomiar rezystancji izolacji w instalacji elektrycznej powinien być wykonywany w ramach okresowych badań instalacji elektrycznej zgodnie z zaleceniami normy PN-HD 60364-6. Ta część normy przedstawia wymagania dla sprawdzeń odbiorczych i okresowych instalacji elektrycznych niskiego napięcia.

Zgodnie z normą pomiar rezystancji izolacji należy wykonać pomiędzy:

• Poszczególnymi przewodami czynnymi
• Przewodami czynnymi oraz przewodem ochronnym połączonym z uziemieniem

Pomiar rezystancji izolacji wykonuje się w instalacji odizolowanej od napięcia zasilającego. Nowoczesne mierniki pozwalają na pomiar przy obecności niskich wartości napięcia na przykład do 30 V.

Uwaga! Jeśli w badanej instalacji są podłączone odbiorniki energii elektrycznej, pomiar pomiędzy poszczególnymi przewodami czynnymi (np. pomiędzy przewodem fazowym i neutralnym) może doprowadzić do uszkodzenia tych odbiorników, zwłaszcza jeżeli są to odbiorniki elektroniczne. Dzieje się tak ze względu na podanie napięcia probierczego na zaciski przyłączeniowe tych urządzeń, a napięcie to jest zazwyczaj wyższe niż napięcie znamionowe przy którym te urządzenia pracują.

Rozwiązaniem powyższego problemu może być odłączenie wszystkich odbiorników od instalacji na czas pomiaru. Niestety jest to rozwiązanie niezbyt wygodne ze względu na dużą ilość odbiorników podłączonych na stałe, zlokalizowanych w trudnodostępnych miejscach, np. zasilacze od oświetlenia ledowego schowane nad sufitem podwieszanym. W takich przypadkach norma dopuszcza wykonanie jedynie pomiaru pomiędzy zwartymi przewodami czynnymi a przewodem ochronnym – to rozwiązanie sprawia, że na podłączone w instalacji urządzenia nie będzie podana różnica potencjałów, a dzięki temu nie ulegną one uszkodzeniu.

Jednym ze sposobów zabezpieczających pomiarowca przed nieumyślnym uszkodzeniem odbiorników w instalacji jest wykorzystanie testu wstępnego - obniżonym, bezpiecznym napięciem przemiennym bezpośrednio przed dokonaniem docelowego pomiaru rezystancji izolacji. Takie rozwiązanie jest dostępne w wielofunkcyjnych miernikach instalacji elektrycznych marki Metrel z najnowszej generacji – Metrel MI 3152 i Metrel MI 3155. W przypadku wykrycia w mierzonym obwodzie impedancji mniejszej niż 50 kOm miernik wyświetli stosowny komunikat i pozwoli nam zadecydować czy chcemy realizować pomiar docelowy.

 Pomiar rezystancji izolacji w rozdzielnicy elektrycznej za pomocą miernika Metrel MI 3155 EurotestXD

W praktyce, w większości przypadków kompleksowy pomiar rezystancji izolacji wykonany pomiędzy wszystkimi przewodami może być zrealizowany tylko podczas montażu instalacji elektrycznej.

W trakcie pomiaru rezystancji izolacji w instalacjach w układzie TN należy odłączyć przewód neutralny od punktu podziału przewodu PEN, w innym wypadku pomiar pomiędzy przewodem neutralnym a przewodem ochronnym zwróci nam bardzo niską wartość, która będzie wynikała z galwanicznego połączenia pomiędzy tymi przewodami.

Jeśli w instalacji występują ograniczniki przepięć, należy na czas pomiaru odłączyć je od instalacji – w przypadku ograniczników stosowanych w rozdzielnicach, najłatwiej zrobić to przez wyjęcie wkładek lub odłączenie przewodu ochronnego od zacisku ogranicznika.

Napięcie probiercze i minimalna wartość rezystancji izolacji

Minimalna wartość izolacji to najmniejsza wartość rezystancji izolacji, dla której wynik badania jest interpretowany jako pozytywny.

Napięcie probiercze to napięcie podawane z przyrządu pomiarowego na badany obiekt w trakcie pomiaru rezystancji izolacji, wartość tego napięcia zależy od napięcia znamionowego, przy którym pracuje mierzony obiekt w warunkach normalnych i jest zazwyczaj od niego wyższe.

Dobór obu wartości w przypadku badania instalacji elektrycznej zgodnie z normą PN-HD 60364-6 przedstawia poniższa tabela.

Tabela 1. Tabela doboru napięcia probierczego i minimalnej wartości rezystancji izolacji

Czas trwania pomiaru

Czas trwania pomiaru to drugi po napięciu probierczym parametr pomiaru rezystancji izolacji. Wartość rezystancji izolacji w funkcji czasu nie jest stała, lecz rośnie, a po pewnym czasie zaczyna się stabilizować.

Aby zrozumieć naturę tego zjawiska, musimy wiedzieć, że prąd upływu w pomiarze rezystancji izolacji dzieli się na kilka rodzajów:

Prąd upływności – prąd płynący przez izolację (IRiso) i po jej powierzchni (IRiss). Prąd płynący po powierzchni wynika przede wszystkim z zanieczyszczenia izolacji oraz wilgotności, można go wyeliminować za pomocą miernika rezystancji izolacji wyposażonego w złącze GUARD, podłącza się do niego trzeci przewód pomiarowy, który łączy się z powierzchnią izolatora w badanym obwodzie, możliwie najbliżej podłączonego przewodu pomiarowego o polaryzacji ujemnej. Eliminowanie upływności powierzchniowej jest szczególnie ważne w przypadku pomiaru bardzo dużych wartości rezystancji izolacji.

Prąd pojemności – prąd ładowania pojemności badanego obiektu (ICiso). Badany obiekt w pomiarze rezystancji izolacji to dwa przewodniki oddzielone od siebie izolatorem co stanowi definicje kondensatora, naturalnie więc obiekt ten będzie wykazywał pewną pojemność, która będzie ładowana podczas pomiaru. Po skończonym pomiarze, przyrządy pomiarowe zgodne z normą PN-EN 61557-2 powinny samoczynnie rozładować badany obiekt.

Prąd absorpcji - prąd związany z ustawieniem się dipoli wewnątrz izolatora zgodnie z przyłożonym polem elektrycznym (IRCpi).

Typowy wykres zależności prądu od czasu w pomiarze rezystancji izolacji dla rzeczywistego źródła napięcia

Na powyższym wykresie widzimy, że prąd upływności izolacji, zarówno ten przepływający na wskroś materiału, jak i ten, który płynie po jego powierzchni bardzo szybko rośnie i stabilizuje się na poziomie docelowym. Prąd związany z pojemnością obiektu jest najwyższy na początku badania w momencie kiedy obiekt jest nienaładowany i zmniejsza się w miarę jego ładowania. Prąd absorpcji zaczyna z niższego poziomu niż prąd pojemności, ale stabilizuje się wyraźnie dłużej, dążąc ze swoją wartością do zera.

Początkowy wzrost prądu upływności i prądu absorpcji, który można zaobserwować na wykresie, jest związany z tym, że w początkowej fazie pomiaru, przez krótki moment większość mocy źródła napięcia stałego przyrządu jest wykorzystywana do naładowania pojemności obiektu, dopiero po obniżeniu się prądu związanego z ładowaniem pojemności, pozostała część dostępnej mocy może być wykorzystana w inny sposób. To zjawisko związane jest z faktem, że źródło napięcia w przyrządzie pomiarowym nie jest źródłem idealnym.

Na wykresie sumę wszystkich wymienionych wcześniej prądów reprezentuje krzywa Itot. Wartość tego prądu zmniejsza się wraz z czasem, a z tego wynika, że wartość rezystancji izolacji będzie tym większa, im dłużej trwa pomiar, aż do momentu, w którym prądy składowe się ustabilizują, wtedy ustabilizuje się również wynik rezystancji izolacji.

Czy warto zatem wykonywać pomiar rezystancji izolacji przez czas potrzebny do ustabilizowania się wyniku?

To zależy. Jeżeli rozpatrujemy pomiar rezystancji izolacji w instalacji elektrycznej i po kilku sekundach pomiaru otrzymamy wynik, który nie budzi w nas żadnych wątpliwości czy zastrzeżeń, to wykonywanie tego pomiaru przez dłuższy czas staje się mało sensowne.

Odwrotnie jest jeżeli wynik po kilku sekundach jest dla nas wątpliwie niski, w takiej sytuacji warto chwilę poczekać i zweryfikować jak bardzo wartość mierzona zwiększy się wraz z upływem czasu.