Izolační odpor je nejzákladnějším izolačním indexem pro elektrická zařízení a elektrické obvody. Aplikujte stejnosměrné napětí na dielektrikum, po určité době, kdy je polarizační proces u konce, se odpor odpovídající úniku proudu protékající dielektrikou nazývá izolační odpor.
Požadavky na měření izolačního odporu
Izolační odpor se musí měřit mezi živými vodiči navzájem a živými vodiči a ochranným vodičem spojeným se zemničem. Kde je to vhodné, je dovoleno živé vodiče spolu navzájem spojit. V praxi může být nutné provádět toto měření během montáže instalace před připojením vybavení.
Nové pojetí vyžaduje měření mezi každým pracovním vodičem a ochranným vodičem nebo zemí (v síti TN-C se vodič PEN považuje za součást země). I když se izolační odpor bez ohledu na prostředí, ve kterém je instalace situována, doporučuje ověřit i mezi pracovními vodiči navzájem, povoluje norma pro účely této zkoušky pracovní vodiče (fázové vodiče a nulový vodič) spolu navzájem spojit. Měření izolačního odporu mezi pracovními vodiči se považuje za nutné v místech s nebezpečím požáru. Jinak bude rozhodnutí záviset na okolnostech: složitosti odpojení instalace, spotřebiče nebo svítidla a důvodu měření.
Kde obvod obsahuje zařízení, které je náchylné k tomu, aby ovlivňovalo výsledky nebo aby bylo měřením poškozeno, musí být provedeno pouze měření mezi spolu vzájemně spojenými živými vodiči a zemí. Izolační odpory se musí měřit i u zařízení, kde je uplatněna ochrana malým napětím SELV a PELV nebo ochrana elektrickým oddělením.
Tabulka 1: Zkušební napětí a minimální hodnoty izolačního odporu
| Jmenovité napětí obvodu (V) | Zkušební napětí DC (V) | Minimální izolační odpor (MΩ) |
|---|---|---|
| SELV, PELV | 250 | ≥ 0,5 |
| Do 500 V, včetně FELV | 500 | ≥ 1,0 |
| Nad 500 V | 1000 | ≥ 1,0 |
Izolační odpor měřený zkušebním napětím uvedeným v tabulce 1 se považuje za vyhovující, jestliže bude hlavní rozváděč a každý distribuční obvod zkoušen zvlášť, se všemi svými koncovými obvody připojenými, ale s odpojenými spotřebiči, bude vykazovat izolační odpor, který není nižší než příslušná hodnota uvedená v tabulce. Tabulka 1 musí být použita také pro ověření izolačního odporu mezi neuzemněnými ochrannými vodiči a zemí.
Čtěte také: Izolace s asfaltovým lakem: Jak na to?
Specifické situace a výjimky při měření
Přestože normativní část normy nerozlišuje požadavky na naměřené hodnoty u zařízení nového a zařízení provozovaného ani požadavky na izolační stav z hlediska prostředí, v němž je zařízení instalováno, umožňuje příloha normy akceptovat i nižší hodnoty izolačního odporu instalace v prostorech mokrých a prosáklých. Podmínkou ovšem je splnění dalších požadavků z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem v těchto prostorech.
Pro instalace, které je nutno provozovat za nepříznivých podmínek okolí, u zařízení provozovaných ve venkovním prostředí, instalací ve vlhkých a mokrých prostorách, kdy není možné hodnoty uvedené v tabulce 1 dodržet, se uplatní jiná opatření. Těmi jsou např. uzemnění neživých upevňovacích částí, které jsou součástí impedance smyčky poruchového proudu, umístění hořlavých hmot v dostatečné vzdálenosti od vodičů obvodu, opatření, aby unikající proud nevedl ke vzniku nebezpečných dotykových napětí nebo požáru.
Měření s přepěťovými ochranami (SPD)
Přestože jsou v tabulce 1 předepsány izolační odpory a zkušební napětí, jsou v instalaci z důvodu ochrany připojených předmětů a zařízení před přepětím stále častěji zařazovány přepěťové ochrany, které předepsané zkušební napětí, které je pro připojené zařízení přepětím, nevydrží. Přepěťové ochrany (SPD) při zvýšení napětí nad provozní hodnotu začnou propouštět proud, který s tím, jak se napětí zvyšuje, roste. To je princip ochrany před přepětím. Měření izolace pomocí napětí, které již vyvolá funkci této ochrany, není možné. Upřednostňuje se při měření izolačního odporu SPD odpojit nebo podle pokynů výrobce vyjmout moduly z SPD.
Pokud však odpojení SPD není prakticky proveditelné (např. v případě pevných zásuvek obsahujících přepěťové ochrany), je možno zkušební napětí pro takové obvody snížit na DC 250 V. Přitom však izolační odpor musí vykazovat hodnotu nejméně 1 MΩ. Některé SPD obsahují indikační obvody, které mohou zkreslit měření izolačního odporu mezi pracovními vodiči.
Měření s připojenými spotřebiči
Stejně jako v některých případech není prakticky proveditelné odpojit přepěťové ochrany, nemusí být vždy, pro účely revize, prakticky proveditelné odpojit některé pevně připojené spotřebiče (jako jsou např. ventilátory, svítidla, stroje). Pokud instalace vykáže dostatečný izolační odpor i s těmito pevně připojenými spotřebiči, je vše v pořádku. Při nižším izolačním odporu je pak nutno vyhledat spotřebiče se sníženou hodnotou izolačního odporu a toto měření opakovat. Pokud jsou při tomto měření k instalaci připojené některé spotřebiče, je třeba ověřit, že tyto spotřebiče neobsahují komponenty nebo obvody, které by měřením mohly být poškozeny.
Čtěte také: Cihly s tepelnou izolací
Měření u zařízení s elektronickými obvody
U elektrických zařízení, jejichž součástí jsou elektronické obvody, se stává měření izolačního stavu často problematické a občas se stává méně zkušeným pracovníkům nebo pracovníkům, kteří nemají k dispozici potřebné informace nebo podklady (dokumentaci), že zkušebním napětím elektronickou část zařízení znehodnotí. Přepěťové ochrany by se měly před měřením odpojit. Pokud to není prakticky proveditelné, lze takové obvody měřit sníženým napětím (např. 250V DC s minimální hodnotou 1MΩ).
Z praxe známe, že v určitých případech a to především u řídících a ovládacích obvodů elektronických systémů můžeme změřit izolační odpor pouze u kabelových vedení před zapojením do těchto systémů (binární vstupy, binární výstupy, signalizační obvody, obvody proudových smyček atd.). Tato zařízení jsou výrobky, které jsou vzájemně propojeny a z hlediska bezpečnosti jsou ověřeny ve smyslu zákona č. 22/1997 Sb., o technických požadavcích na výrobky. Při výchozí revizi provedeme kontrolu správného zapojení a dodržení požadavků výrobce na napájecí zdroje a způsob provedení instalace těchto obvodů a připojených zařízení jako například průtokoměry, snímače polohy, teploty, tlaku, otáček atd. To znamená dodržení požadavků výrobce nainstalovaného zařízení a projektové dokumentace, která řeší způsob ochrany před úrazem elektrickým proudem.
V případě provádění pravidelné revize je ve většině případů v podstatě technicky nemožné měření izolačního stavu provést bez zásahu do zapojení. Tato situace je mnohdy neřešitelná i z provozních důvodů - řídící systém prostě zákazník nedovolí vypnout. A naše dobře míněné zásahy do stávajícího zapojení za účelem měření izolačního stavu mohou způsobit poškození nebo poruchu řídícího systému.
Pokud už tato situace nastane je dle mého lepší v závěru revize uvést tzv. „pravdu skutečného provedení“ - dále uvádím možný popis této situace, který lze uvést např. v závěru revizní zprávy:
- Některá měření na řídícím systému SŘTP a určitých částech silového zařízení nebyla z důvodu možného poškození zařízení měřícím napětím (měření izolačních odporů) nebo proudem (měření impedance vypínací smyčky) provedena. Tato měření jsou u některých provozovaných elektronických zařízení v podstatě technicky neproveditelná bez zásahu do zapojení. U části zařízení nebylo možné zasahovat do obvodů i z hlediska technologického. U elektronických zařízení je možné určitá měření provést pouze v době montáže - např. měření izolačního odporu signalizačních a řídících obvodů systému SŘTP.
- U těchto zařízení byla ověřena bezpečnost z hlediska ochrany před úrazem elektrickým proudem kontrolou a měřením přechodových odporů a připojovacích svorek ochranných vodičů, tj. ověření připojení k ochranné soustavě napájecí sítě. U zařízení třídy ochrany II (dvojitá izolace ČSN 33 2000-4-41 ed.2 čl.412) byla provedena fyzická kontrola přístrojů a zařízení, tj. prověření skutečného stavu prohlídkou. U obvodů SELV a PELV (ochranné opatření - ochrana malým napětím) byla provedena kontrola zdrojové části ve smyslu ČSN 33 2000-4-41 ed.2 čl.414.3, včetně ověření požadavků na tyto obvody - ČSN 33 2000-4-41 ed.2 čl.414.4. Pokud jsou v revidované elektroinstalaci obvody FELV (funkční malé napětí) je provedena kontrola požadavků ČSN 33 2000-4-41 ed.2 čl.411.7.
Zkušební norma izolačního odporu
Pokud se nejedná o informativní měření, musí měřicí přístroj odpovídat ČSN EN 61557-2 a mít platnou kalibraci.
Čtěte také: Jaké jsou druhy a vlastnosti izolačních betonů?
1. Zkouška izolačního odporu vysokonapěťových rozvodů energie
- Izolační odpor pohyblivé části, zkoušený třepačem 2500V, není menší než 1MΩ.
- Izolační odpor vysokonapěťového hlavního obvodu není menší než 250MΩ.
2. Zkouška izolace střídavého motoru
- Pokud je jmenovité napětí statoru vyšší než 1000V, použijte k měření třepačku 2500V, stator není menší než 1MΩ a odpor rotoru není menší než 0,5 MΩ.
- Je-li jmenovité napětí statoru nižší než 1000V, změřte pomocí třepače 1000V a hodnota izolace nesmí být menší než 0,5 MΩ.
- Je-li jmenovité napětí statoru nižší než 500V, změřte pomocí třepače 500V a hodnota izolace nesmí být menší než 0,5 MΩ.
Co se týče měření izolačního odporu u elektromotorů, je nutné dodržet požadavky výrobce. Každý výrobce ve svém návodu k obsluze uvádí, že před uvedením do chodu nebo spuštěním déle nepoužívaného elektromotoru je nutné zkontrolovat, zda se nezhoršil izolační stav a zda tím nehrozí nebezpečí poškození vinutí nebo úrazu elektrickým proudem. Izolační stav nutno rovněž kontrolovat při prohlídkách v souladu s ustanovením ČSN 34 3205 a ČSN 35 0010. Velikost izolačního odporu za studena před připojením musí být nejméně 5MΩ.
Co se týká měření za studena, je nutné ho brát jako orientační pro účely zjištění, zda je nebo není proražená izolace a dále zda mají všechny cívky přibližně stejný izolační odpor. Se změnou teploty dochází ke změně hodnoty izolačního odporu. Hodnota izolačního odporu klesá se zvyšující se teplotou. V odborné literatuře se uvádí, že při nízkých teplotách (pod 30°C) stroj začíná absorbovat vlhkost a izolační odpor začíná klesat.
3. Zkouška izolačního odporu po opravě střídavého motoru
- Po opravě motor měří izolační odpor mezi fázemi vinutí a fázemi a zemí. U motorů pod 500V není izolační odpor po opravě menší než 1 MΩ a u motorů nad 500 V není izolační odpor vinutí po opravě menší než 5 MΩ.
4. Zkouška odolnosti proti izolaci kabelů
- Izolační odpor nově instalované kabelu nesmí být menší než 50 MΩ.
- V provozu nesmí být izolační odpor vysokonapěťových kabelů menší než 2 MΩ a kabely nízkého napětí nesmí být menší než 0,5 MΩ.
- Při měření izolačního odporu kabelu je třeba odpojit napájecí zdroj a stranu zatížení.
Další požadavky na izolační odpor
- Pro zkoušku předání nízkonapěťových elektrických zařízení by izolační odpor motorů, rozvodů energie a rozvodů elektrické energie při pokojové teplotě neměl být menší než 0,5 MΩ (u zařízení a vedení v provozu by izolační odpor neměl být menší než 1MΩ/kV).
- Izolační odpor nízkonapěťových elektrických spotřebičů a jejich připojovací kabely a sekundární obvody by obecně neměly být nižší než 1MΩ; v relativně vlhkém prostředí by izolační odpor neměl být nižší než 0,5 MΩ; izolační odpor malého sběrnice sekundárního obvodu by neměl být nižší než 10MΩ.
- Izolační odpor ručních elektrického nářadí třídy I nesmí být nižší než 2MΩ.
Hodnocení stavu izolace a polarizační index
Otázkou je, zda minimální hodnoty izolačního odporu uvedené v ČSN 33 2000-6 ed. 2 zaručují, že izolace je naprosto v pořádku. Ve skutečnosti ani tyto hodnoty bezvadný stav izolace nezaručují. Ve většině případů totiž měřicí rozsah přístroje ani nestačí na to, aby ukázal skutečnou hodnotu izolačního odporu. U nových instalací je dnes již možno předpokládat, že hodnota jejich izolačního odporu se bude pohybovat řádově v gigaohmech. To znamená, že hodnota izolačního odporu naměřená řádově v hodnotách, které jako minimální přípustné předepisuje tabulka 1, již může naznačovat, že izolace má některá slabá místa.
Jeden z parametrů používaných při hodnocení stavu izolace je tzv. polarizační index PI. U dobré izolace se po připojení měřícího napětí postupně zvyšuje izolační odpor. Při testování PI se měří izolační odpor ve dvou po sobě jdoucích časových intervalech a to obvykle po jedné minutě od okamžiku přiložení měřícího napětí a po deseti minutách. Polarizační index PI je dán podílem obou změřených izolačních odporů. Pokud je hodnota PI 4 a vyšší, jedná se o výbornou izolaci. Čím nižší je hodnota PI, tím je horší stav izolace. Tento fakt je nutné vědět, protože v některých případech měříme kabelové vývody i s elektromotory a naměřené hodnoty nemusí v některých případech být v souladu s požadavky, které jsou uvedeny v tabulce. Nesmíme zapomínat na rozsah platnosti normy ČSN 33 2000-6 - tj. stanovení požadavků pro výchozí a pravidelnou revizi elektrické instalace.
Vliv vybíjecí doby a teplotní závislosti
Po přiložení napětí na měřený objekt dojde k nabití určitých jeho částí. Před dalším měřením v jiném zapojení je nutné měřený obvod vybít. Jak je všeobecně známo, izolační odpor se nejčastěji odečítá v časech 15 sec - R15 a 60 sec - R60 od počátku měření, nejčastěji při 2,5 kVss. Je nutné konstatovat, že delší doby přiložení stejnosměrného napětí jsou doprovázeny efektem „elektrostatického čištění“ oleje, které způsobuje přesun částic do míst, kde mohou způsobit problémy. Význam tohoto jevu roste se stoupajícím napětím, kdy se také začíná více uplatňovat napěťová závislost izolačního odporu. Vybíjecí doba používaná v praxi nemusí postačovat k dokonalému vybití. V literatuře [1] se uvádí, že chyba měření izolačního odporu R60 při době vybíjení 1 min je asi 10 až 15% a při době 2 min kolem 5%. Při prodloužení doby vybíjení na 5 min by chyba zbytkovým nábojem měla být zanedbatelná.
Při době vybíjení např. 3 min je čistá doba měření třívinuťového stroje 28 min a při 5 min vybíjení již činí 42 min. Při takto dlouhé době měření se u strojů, které vlivem předchozího provozu mají vysokou teplotu, může z důvodu chladnutí rušivě projevit teplotní závislost izolačního odporu. Potom hodnoty vstupující do výpočtu dílčích odporů nejsou měřeny při stejné teplotě a je tak díky nevhodné metodice měření snížena vypovídací hodnota metody. V těchto případech není vhodné urychlovat před měřením chladnutí stroje olejovými čerpadly, protože se zvětší teplotní spád mezi kapalnou a pevnou částí dielektrika a vlivem mezivrstvové polarizace může být měřená hodnota nižší.
Reprodukovatelnost měření v dobách, kdy se používaly přístroje s ručním pohonem, byla velmi nízká a pravidelné sledování zařízení mohlo zachytit prakticky jen hrubé závady v izolačním systému. Vedle obecného problému s teplotní závislostí izolačního odporu se ještě uplatňoval vliv nestability měřícího napětí. V současné době elektronické přístroje a to zvláště digitální, umožňují jednoznačnost odečtu měřené hodnoty (nová je však otázka vztahu odečtené a skutečné hodnoty vzhledem k vnitřnímu intervalu čítače přístroje).
Optimalizace měření u transformátorů
S rostoucí přesností měření vzrůstá význam způsobu zapojování měřených vinutí transformátoru. Tato podmínka je bez problému splněna při měření ztrátového činitele a kapacity v zapojeních UST a GTSg. Jiná je však situace u měření izolačního odporu. Pro co největší lokalizaci daného úseku dielektrického systému, předepisují se pořadí měření a zapojení vyvedených vinutí. Předepisuje se také uzemnění kladného pólu měřiče - mají se tedy udávat hodnoty zjištěné při měření záporným potenciálem proti kladné kostře resp. záporný pól je přikládán na úsek s vyšším jmenovitým potenciálem, než má kostra.
Vliv přepólování dielektrika působí spolu s teplotou nejvíce na změřené hodnoty a tím i na reprodukovatelnost měření. Při nedostatečném vybití je z obrázku patrné, že proti skutečnosti budou úseky proti zemi (R1,R4,R5) vykazovat vyšší hodnoty, a úseky mezi vinutími (R2, R3, R6) u kterých dochází k přepólování hodnoty nižší. Přepólování dielektrika je podle autorova názoru nepříznivější stav, neboť v systému jsou části, které mohou mít opačné polarity - tedy kromě jiného, jakoby bylo přiloženo vyšší měřící napětí, resp. přesněji, přiložené napětí není na reálném úseku vinutí stejné. Proto se domnívá, že vhodnější by byla taková zapojení, ve kterých by k tomu nedocházelo. Z hlediska diagnostiky se kromě toho jeví jako účelné dílčí (základní) úseky (odpory) měřit přímo, než je dopočítávat. Zkreslení může nastat vlivem chyb měření a event.
Na obrázku 10 je schematické znázornění měřiče izolačního odporu se stínícím vývodem. Využitím tohoto vývodu je možné dílčí odpory změřit přímo neboť rozdíl ve velikosti napětí na stínícím a měřícím vývodu měřiče je dán vnitřním odporem „čidla“ měřícího přístroje, který je běžně o několik řádů nižší, než odpor který překlenuje. Pokud bude měření provedeno v pořadí uvedeném na obrázcích 11 až 16 a tabulce 2, dojde sice k přepólování některých úseků, avšak ty již budou před tím změřeny. Kromě toho bude každý následující úsek již zkratován (event. vybíjen) již při předcházejícím měření. Tím při dodržení vybíjecí doby již dvě minuty bude možné splnit podmínku pro vybíjení >= 5 min (kromě doby měření jsou při vhodné manipulaci s vodiči všechny úseky trvale zkratovány). Podle dosud užívaného zapojení není také možné dodržet předjímanou podmínku, že udávaná hodnota vypočteného dílčího odporu byla jednoznačně měřena (mezi vinutími) při záporném potenciálu proti kostře, resp. od vyššího jmenovitého napětí proti nižšímu. Do výpočtu totiž vstupují hodnoty u kterých některé úseky iz. Analogické zapojení a pořadí měření pro dvouvinuťové transformátory ukazují obr. Způsob zapojení a pořadí měření dvouvinuťového transformátoru je ukázané na obr. 20 až 22.
tags: #co #je #jmenovita #izolacni #hladina