Eliminacja wpływu zanieczyszczeń powierzchniowych na wyniki pomiarów rezystancji izolacji

Firma SONEL S.A. ze Świdnicy oferuje bogatą gamę przyrządów do pomiaru rezystancji izolacji. Ultranowoczesne modele, oferowane najbardziej wymagającym klientom branży energetycznej, to Sonel MIC-10k1 lub Sonel MIC-10s1 z napięciem pomiarowych do 10kV i zakresem do 40 TΩ mierzonej rezystancji. Wszystkie produkowane przez Sonel'a modele posiadają 3 gniazda pomiarowe, opisane jako R_ISO+, G – strażnik (en. Guard) oraz R_ISO- .

Przy pomiarze rezystancji izolacji, z zastosowaniem wyłącznie zacisku dodatniego R_ISO+ oraz ujemnego R_ISO-, do układu pomiarowego miernika wpływa, zarówno prąd płynący całym przekrojem poprzecznym materiału izolacyjnego tzw. prąd skrośny, jak i prąd płynący po powierzchni tegoż materiału, zwany prądem powierzchniowym. W tym miejscu należy wspomnieć, że na całkowity prąd składa się prąd ładowania pojemności, absorbcji oraz wspomniany prąd upływu, na którym się skupimy. Prąd płynący wewnątrz izolacji zależny jest przede wszystkim od materiału, z którego wykonano dielektryk. Prąd płynący wierzchnią stroną materiału izolacyjnego zależy od stopnia zanieczyszczenia i zawilgocenia bądź degradacji tejże izolacji. Na poniższych zdjęciach zobrazowano to zjawisko. Przedstawiono izolator porcelanowy, na powierzchnię którego naniesiono warstwę solanki, celem zasymulowania zanieczyszczenia oraz wilgoci. Po załączeniu napięcia pomiarowego o wartości 10 kV oraz na nastawie funkcji „dopalenia” na mierniku Sonel MIC-10s1, na powierzchni izolatora można było zaobserwować powierzchniowe wyładowania niezupełne, tzw. wyładowania pełzające. Niebiesko-fioletowe i żółte rozbłyski oraz charakterystyczne trzaski dowodzą, że po powierzchni izolatora płynął prąd powierzchniowy.

Fot. 1. Prąd przepływający w i po izolacji

Przy identyfikacji miejsca ich występowania, ze znacznych odległości, np. na izolatorach linii napowietrznych NN, można posłużyć się wysokoczułą kamerą wyładowań koronowych Sonel UV-260, która jest w stanie zarejestrować wyładowania niezupełne nawet, gdy brak jest emisji świetlnej i dźwiękowej, kiedy to gradient potencjału nie przekroczy wartości, powalającej na przebicie i powstanie łuku elektrycznego lub wspomnianych wyładowań pełzających. 

 Fot. 2. Zdjęcie wykonane aparatem cyfrowym

Fot. 3.  Zdjęcie wykonane kamerą  Sonel UV-260

W przypadku zastosowania klasycznej metody pomiaru 2-przewodowego, wartość całkowitego prądu upływu, zmierzonego przez miernik, wyniosła I_L= 21,9 μA, zaś rezystancja R_ISO= 467 MΩ. Po owinięciu w połowie izolatora miedzianego drutu oraz zapięciu do niego trzeciego przewodu pomiarowego
tzw. „strażnika”, prąd powierzchniowy został w dużej mierze wyeliminowany z pomiaru, spływając poza układ pomiarowy amperomierza miernika. Zmierzona rezystancja wyniosła wówczas R_ISO= 907 GΩ, a całkowity prąd upływu powierzchniowego został ograniczony do wartości I_L= 9,08 nA.

Fot. 4. Pomiar 2-przewodowy na zabrudzonym izolatorze

Fot. 5. Pomiar 3-przewodowy na zabrudzonym izolatorze

Wartość prądu, który płynął po powierzchni izolatora można było w łatwy sposób wyznaczyć: 

I _powierzch. = I _{L(całkowity)} - I _wew. = 21,900 μA - 0,009 μA = 21,891 μA

To proste doświadczenie ukazuje, jak prąd powierzchniowy, zależny od wilgoci i zabrudzenia izolacji, może fałszować wyniki mierzonej rezystancji, a w konsekwencji być powodem niezasadnej, nierzadko kosztownej,  decyzji o wymianie elementu elektroizolacyjnego.  

Po wyczyszczeniu izolatora ponowiono pomiary z wykorzystaniem 2 oraz 3 przewodów pomiarowych. 

Fot. 6. Pomiar 2-przewodowy po oczyszczeniu izolatora

Fot. 7. Pomiar 3-przewodowy po oczyszczeniu izolatora

Po oczyszczeniu izolatora wartość rezystancji dla pomiaru 2-przewodowego wyniosła R_ISO= 290 GΩ, a prąd upływu osiągnął wartość I_L= 36,5 nA. Po podłączeniu przewodu „strażnika” R_ISO > 40 TΩ przy wartości prądu upływu I_L< 0,01 nA, co udowodniło, że rezystancja wewnętrzna izolatora jest większa niż
pierwotnie zmierzono. W pierwszym teście nie udało się wyeliminować w całości całego prądu powierzchniowego. Może to także oznaczać, że pomimo oczyszczenia powierzchni izolatora przewodzi ona dalej prąd, co sugeruje, że jest ona nieznacznie zdegradowana lub po prostu ma takie właściwości.
Decyzja o sprawności testowanego izolatora powinna być oparta na dwóch pomiarach. Pomiar z przewodem „strażnikiem” określa nam stan dielektryka wewnątrz. Natomiast pomiar 2-przewodowy mówi, jak wygląda całkowity stan izolacji (w tym powierzchni). Decyzja o wymianie powinna być oparta na obu pomiarach. Wykonując pomiary rezystancji izolacji warto zastosować kilka praktycznych porad, mających bezpośredni wpływ na rzetelność otrzymywanych
wyników:

• zachowaj polaryzację ujemną do żyły roboczej, aby zmniejszyć wpływ zakłóceń zewnętrznych oraz uwzględnić zjawisko elektroendoosmozy,
• podłącz sondę ST-1 i zapisz wartość temperatury, która będzie potrzebna do wyznaczenia współczynnika kompensacji temperaturowej uzyskanych wyników, tj. do 20°C dla izolatorów, kabli, transformatorów oraz do 40°C dla maszyn wirujących,
• stosuj przewód strażnika (guard), by wykluczyć prąd upływności powierzchniowej, zależny od stopni zanieczyszczenia i zawilgocenia powierzchni izolacji, ale nie zaniedbuj pomiaru 2-przewodowego, który mówi o ogólnej kondycji izolacji,
• w środowiskach silnie zakłóconych elektromagnetycznie wykorzystaj dostępne w mierniku filtracje,
• ustaw przewody pomiarowe w pewnej odległości od siebie i bez kontaktu z jakimikolwiek przedmiotami lub ziemią, aby ograniczyć możliwość wystąpienia prądów upływowych w przewodach,
• kupując tester izolacji upewnij się, że napięcie pomiarowe zawsze ma przynajmniej taką wartość, jaka została nastawiona i nie jest mniejsza podczas pomiaru. Dobrze jest także zweryfikować, czy prąd pomiarowy podczas ładowania jest stały i zgodny z tym, który został nastawiony w testerze,
• po zakończeniu testu upewnij się, że obwód jest rozładowany.

Miernik wyłączy żółtą diodę, ostrzegającą o obecności napięcia, oraz wyświetli informację o rozładowaniu obiektu.
Regularna kontrola stanu izolacji urządzeń to środek ochrony przed porażeniem elektrycznym. Warto o tym pamiętać, gdyż to od jej wyników zależy ludzkie zdrowe i życie.

 

Autorzy:
Grzegorz Chrzanowski
Wojciech Siergiej
SONEL S.A.