Принцип вимірювання опору ізоляції та фактори, що впливають на нього.

Вимір опору ізоляції базується на законі Ома. Подавши відому напругу постійного струму з рівнем нижче, ніж напруга випробування електричної міцності, а потім вимірявши значення струму, дуже просто виміряти значення опору. В принципі, значення опору ізоляції дуже велике, але не нескінченно, тому вимірюючи малий струм, що протікає, мегомметр вказує значення опору ізоляції в кОм, МОм, ГОм і навіть в ТОм (на деяких моделях). Цей опір характеризує якість ізоляції між двома провідниками та здатне вказати на ризик виникнення струму витоку.
На значення опору ізоляції і, отже, на значення струму, що протікає, коли до кола, що тестується, прикладена напруга постійного струму, впливає ряд факторів. До таких факторів відносяться, наприклад, температура або вологість, які здатні суттєво вплинути на результати вимірів. Для початку давайте проаналізуємо характер струмів, що протікають під час вимірювання ізоляції, використовуючи гіпотезу про те, що ці фактори не впливають на вимірювання.
Загальний струм, що протікає в ізоляційному матеріалі, є сумою трьох компонентів:

• Ємність. Для зарядки ємності ізоляції необхідний струм зарядки ємності. Це перехідний струм, який починається з відносно високого значення і падає експоненційно до значення, близького до нуля, коли коло, що тестується, електрично заряджається. Через кілька секунд або десятих часток секунди цей струм стає незначним порівняно з вимірюваним струмом.
• Поглинання. Струм поглинання, що відповідає додаткової енергії, яка необхідна для переорієнтації молекул ізоляційного матеріалу під впливом прикладеного електричного поля. Цей струм падає набагато повільніше, ніж струм заряджання ємності; іноді необхідно кілька хвилин, щоб досягти значення, близького до нуля.
• Струм витоку або струм провідності. Цей струм характеризує якість ізоляції та не змінюється з часом.

На наведеному нижче графіку ці три струми показані в залежності від часу. Шкала часу є умовною і може відрізнятися залежно від ізоляції, що тестується.
Для забезпечення належних результатів тестування великих електродвигунів або дуже довгих кабелів зведення до мінімуму ємнісних струмів і струмів поглинання може займати від 30 до 40 хвилин.

Коли в електричне коло подається постійна напруга, сумарний струм, що протікає в ізоляторі, що тестується, змінюється в залежності від часу. Це передбачає значну зміну опору ізоляції.
Перед детальним розглядом різних методів вимірювання було б корисно знову поглянути на фактори, що впливають на вимірювання опору ізоляції.
Вплив температури.
Температура викликає квазіекспоненційну зміну значення опору ізоляції. У контексті програми профілактичного технічного обслуговування вимірювання повинні виконуватися в однакових температурних умовах або, якщо це неможливо, коригуватися щодо еталонної температури. Наприклад, підвищення температури на 10°C зменшує опір ізоляції орієнтовно наполовину, тоді як зменшення температури на 10°C подвоює значення опору ізоляції.
Рівень вологості впливає на ізоляцію відповідно до ступеня забруднення її поверхні. Ніколи не слід вимірювати опір ізоляції, якщо температура нижча за точку роси.
Корекція опору ізоляції в залежності від температури (джерело IEEE-43-2000)

Методи тестування та інтерпретація результатів.
Короткочасний або точковий вимір.
Це найпростіший метод. Він має на увазі подачу випробувальної напруги на короткий час (30 або 60 секунд) та фіксацію значення опору ізоляції на цей момент. Як уже вказувалося вище, на такий прямий вимір опору ізоляції значний вплив має температура і вологість, тому вимірювання слід стандартизувати при контрольній температурі і для порівняння з попередніми вимірюваннями слід фіксувати рівень вологості. За допомогою цього методу можна проаналізувати якість ізоляції, порівнюючи поточне виміряне значення з результатами кількох попередніх тестів. Згодом це дозволить отримати більш достовірну інформацію про характеристики ізоляції установки або обладнання, що тестується, порівняно з одиночним випробуванням.
Якщо умови виміру залишаються ідентичними (та ж сама випробувальна напруга, той же час виміру і т.д.), то при періодичних вимірах шляхом моніторингу та інтерпретації будь-яких змін можна отримати чітку оцінку стану ізоляції. Після запису абсолютного значення необхідно проаналізувати зміну в часі. Таким чином, вимірювання, що показує відносно низьке значення ізоляції, яке, проте, стабільно в часі, теоретично має завдавати менше занепокоєння, ніж значне зниження опору ізоляції з часом, навіть якщо опір ізоляція вище, ніж рекомендоване мінімальне значення. Загалом будь-яке раптове падіння опору ізоляції свідчить про проблему, яка потребує вивчення.

Методи тестування, засновані на впливі часу застосування випробувальної напруги (PI та DAR)

Ці методи включають послідовне вимірювання значень опору ізоляції у вказаний час. Їх перевагою є несхильність до особливого впливу температури, тому їх можна застосовувати без корекції результатів, якщо тільки випробувальне обладнання не піддається під час тесту значним коливанням температури.

Дані методи ідеально підходять для профілактичного обслуговування машин, що обертаються, і для моніторингу ізоляції.

Якщо ізоляційний матеріал знаходиться в хорошому стані, струм витоку або струм провідності буде низьким, а на початковий замір сильно впливають струми зарядки та діелектричного поглинання ємності. При додатку випробувального напруження з часом виміряне значення опору ізоляції підвищується, оскільки ці струми перешкод зменшуються. Необхідний для вимірювання ізоляції у хорошому стані час стабілізації залежить від типу ізоляційного матеріалу.
Якщо ізоляційний матеріал знаходиться в поганому стані (пошкоджений, брудний і вологий), струм витоку буде постійним і дуже високим, що часто перевищує струм зарядки ємності та діелектричного поглинання. У разі вимірювання опору ізоляції дуже швидко стає постійним і стабілізується високому значенні напруги.
Вивчення зміни значення опору ізоляції залежно від часу застосування випробувального напруги, дає можливість оцінити якість ізоляції. Цей метод дозволяє зробити висновки навіть якщо не ведеться журнал вимірювання ізоляції. Проте, рекомендується записувати результати періодичних вимірів, які у контексті програми профілактичного обслуговування.

Показник поляризації (PI)
При використанні цього методу два показання знімаються через 1 хвилину та 10 хвилин відповідно. Відношення (без розмірностей) 10-хвилинного значення опору ізоляції до 1-хвилинного значення називається показником поляризації (PI). Цей показник можна використовуватиме оцінки якості ізоляції.
Метод вимірювання з використанням показника поляризації ідеально підходить для тестування ланцюгів із твердою ізоляцією. Даний метод не рекомендується використовувати на такому устаткуванні, як масляні трансформатори, оскільки він дає низькі результати, навіть якщо ізоляція знаходиться у хорошому стані.
Рекомендація IEEE 43-2000 «Рекомендовані методи тестування опору ізоляції машин, що обертаються» визначає мінімальне значення показника поляризації (PI) для обертових машин змінного і постійного струму в температурних класах B, F і H рівним 2.0. У випадку значення PI, перевищує 4, є ознакою чудової ізоляції, а значення нижче 2 вказує на потенційну проблему.

Результати інтерпретуються так:

Значення PI (норми)	Стан ізоляції
<2	Проблемне
От 2 до 4	Добре
> 4	Відмінне

 

Коефіцієнт діелектричної абсорбції (DAR)
Для встановлення або обладнання, що містять ізоляційні матеріали, в яких струм поглинання зменшується швидко, для оцінки стану ізоляції, можливо, достатньо провести вимірювання через 30 секунд і 60 секунд. Коефіцієнт DAR визначається так:
DAR = R (60-секундний вимір ізоляції) / R (30-секундний вимір ізоляції)
Результати інтерпретуються так:

Значення DAR (норми)	Стан ізоляції
<1,25	Незадовільне
<1,6	Нормальне
>1,6	Відмінне

Метод, заснований на вплив зміни випробувальної напруги (тестування за допомогою ступінчастої напруги)
Наявність забруднень (пил, бруд тощо) або вологи на поверхні ізоляції зазвичай чітко виявляється за допомогою вимірювання опору, що залежить від часу (PI, DAR і т.д.). Однак цей тип тестування, що проводиться з використанням низької напруги щодо діелектричної напруги ізолюючого матеріалу, що випробовується, може іноді пропускати ознаки старіння ізоляції або механічні пошкодження. Значне збільшення прикладеної випробувальної напруги, може зі свого боку, викликати пошкодження в цих слабких точках, що призведе до істотного зменшення виміряного значення опору ізоляції.
Для забезпечення ефективності співвідношення між кроками зміни напруги має бути 1 до 5, і кожен крок повинен бути однаковим за часом (зазвичай від 1 до 10 хвилин), залишаючись при цьому нижче за класичну напругу випробування електричної міцності (2Un + 1000 В). Отримані за допомогою даного методу результати повністю незалежні від типу ізоляції і температури, тому що він заснований не на внутрішньому значенні ізолятора, що вимірювається, а на ефективному скороченні значення, одержуваного після закінчення одного і того ж часу для двох різних випробувальних напруг.
Зниження значення опору ізоляції на 25% або більше між першим та другим кроками виміру є свідченням погіршення ізоляції, яке зазвичай пов’язане із наявністю забруднень.

Метод випробування розсіюванням у діелектриці (DD)
Тест розсіювання в діелектриці (DD), також відомий як вимірювання струму повторного поглинання, виконується шляхом вимірювання струму розсіювання в діелектриці на обладнанні.
Оскільки всі три складові струму (струм зарядки ємності, струм поляризації та струм витоку) присутні під час стандартного випробування ізоляції, визначення струму поляризації або поглинання може впливати наявність струму витоку. Замість спроби виміряти під час тестування ізоляції струм поляризації при тестуванні розсіювання в діелектриці (DD) вимірюється струм деполяризації та струм розряду ємності після тестування ізоляції.
Принцип виміру полягає в наступному. Спочатку тестоване обладнання заряджається протягом часу, достатнього для досягнення стабільного стану (зарядка ємності та поляризація завершена, і єдиним струмом, що протікає, є струм витоку). Потім обладнання розряджається через резистор усередині мегомметра і при цьому вимірюється струм, що протікає. Цей струм складається з зарядного струму ємності та повторного поглинання струму, які в сукупності дають загальний струм розсіювання в діелектриці. Цей струм вимірюється після закінчення стандартного часу за одну хвилину. Електричний струм залежить від загальної ємності та кінцевої випробувальної напруги. Значення DD розраховується за такою формулою:
DD = Струм через 1 хвилину / (Випробова напруга x Ємність)
Тест DD дозволяє ідентифікувати надлишкові струми розряду, коли пошкоджено або забруднено один із шарів багатошарової ізоляції. При точкових випробуваннях або тестах PI та DAR подібний дефект можна упустити. При заданій напрузі та ємності струм розряду буде вищим, якщо пошкоджено один із шарів ізоляції. Постійна часу цього окремого шару більше не співпадатиме з іншими шарами, що призведе до більш високого значення струму в порівнянні з неушкодженою ізоляцією. Однорідна ізоляція матиме значення DD, близьке до нуля, а допустима багатошарова ізоляція матиме значення DD до 2. У наведеній нижче таблиці вказано стан залежно від отриманого значення DD.

DD (норми)	Стан
> 7	Дуже погане
Від 4 до 7	Поганее
Від 2 до 4	Сумнівне
<2	Нормальне

Увага: Цей метод вимірювання залежить від температури, тому кожна спроба тестування повинна виконуватися за стандартної температури або принаймні температура повинна фіксуватися разом з результатом тесту.

Тестування ізоляції з високим опором: використання гнізда G на мегомметрі.

При вимірі значень опору ізоляції (вище 1 ГОм) на точність вимірювань можуть вплинути струми витоку, що протікають по поверхні ізоляційного матеріалу через вологу і забруднення, що є на ній. Значення опору більше не є високим, і тому зневажливо малим порівняно з опором ізоляції, що оцінюється. Для усунення ізоляції поверхневого витоку струму, що знижує точність вимірювання, на деяких мегомметрах є третє гніздо з позначенням G (Guard). Це гніздо шунтує вимірювальний ланцюг і повторно вводить поверхневий струм в одну з точок тестування, минаючи ланцюг вимірювання (дивіться малюнок нижче).

При виборі першої схеми, без використання гнізда G одночасно вимірюється струм витоку i і небажаний поверхневий струм I1, тому опір ізоляції вимірюється неправильно.
Однак при виборі другої схеми вимірюється лише струм витоку i. Підключення до гнізда G дозволяє відвести поверхневий струм I1, тому вимір опору ізоляції проводиться правильно.

Гніздо G необхідно з’єднати з поверхнею, по якій протікають поверхневі струми, і яка не стосується таких ізоляторів, як ізоляційні матеріали кабелів або трансформаторів. Знання можливих шляхів протікання випробувальних струмів через елемент, що тестується, має вирішальне значення для вибору місця з’єднання з гніздом G.

Норми випробувальної напруги для кабелів/обладнання.

Робоча напруга кабелю/обладнання	Норми випробувальної напруги постійного струму
Від 24 до 50 В	Від 50 до 100 В постійного струму
Від 50 до 100 В	Від 100 до 250 В постійного струму
Від 100 до 240 В	Від 250 до 500 В постійного струму
Від 440 до 550 В	Від 500 до 1000 В постійного струму
2400 В	Від 1000 до 2500 В постійного струму
4100 В	Від 1000 до 5000 В постійного струму
Від 5000 до 12 000 В	Від 2500 до 5000 В постійного струму
> 12 000 В	Від 5000 до 10 000 В постійного струму

У наведеній вище таблиці показані рекомендовані норми випробувальної напруги відповідно до робочої напруги установок та обладнання (значення взяті з керівництва IEEE 43-2000).
Крім того, ці значення задаються для електричних приладів у найрізноманітніших місцевих та міжнародних стандартах (IEC 60204, IEC 60439, IEC 60598 тощо).
У Франції, наприклад, стандарт NFC15-100 передбачає значення випробувальної напруги та мінімального опору ізоляції для електроустановок (500 В постійного струму та 0,5 МОм при номінальній напрузі від 50 до 500 В).
Однак вам настійно рекомендується звернутися до виробника кабелю/обладнання, щоб дізнатися про власні рекомендації щодо необхідної випробувальної напруги.