Эксплуатация электрической сети невозможна без использования кабелей. Применяемые провода характеризуются различными параметрами, одним из которых является изоляция. Со временем этот параметр ухудшается из-за воздействия внешней среды и нагревания при протекании тока. Поэтому для избежания возникновения пробоя, периодически необходимо выполнять, согласно нормативным документам, замеры сопротивления изоляции.
Суть изоляции
В электротехнике под термином «изоляция» подразумевается часть конструкции, оказывающая сопротивление прохождению электрического тока. Используется она для предотвращения возникновения короткого замыкания между токопроводящими материалами и в качестве защиты живого организма от поражения током. Существуют различные типы изоляции, подбираемые в зависимости от места использования кабеля и технических условий. Главными требованиями, предъявляемыми к ней, являются устойчивость к механическим повреждениям, невосприимчивость к влаге и перепадам температур.
Электроток, проходя по проводу, теряет свою мощность. Связано это со строением проводника, а именно видом его кристаллической решётки, наличия примесей, дефектов. Носители заряда, сталкиваясь, с неоднородностями выделяют энергию, которая трансформируется в тепло, приводящее к нагреву изоляции. Если рассеиваемой мощности оказывается достаточно много, то параметры защитного слоя изменяются, и может произойти тепловой, а затем и электрический пробой. Этому также способствует окружающая среда, не позволяющая достаточно эффективно отводить от проводов тепло или даже способствуя нагреву снаружи.
Пробой диэлектрика обычно приводит к возникновению короткого замыкания (КЗ), сопровождающемуся образованием и высвобождением максимальной мощности, которую может обеспечить источник питания.
Возникшая при КЗ огромная сила тока не только в считаные доли секунды выводит из строя электроприборы и оборудование, но и вызывает пожар. Поэтому нагревостойкость и сопротивление является, пожалуй, основной характеристикой диэлектрика. При этом также важно, чтобы при возникновении аномальных температур изоляции не поддерживала горение.
В природе абсолютных диэлектриков не существует. Любое физическое тело способно проводить электрический ток, так как состоит из атомов и молекул. Поэтому в зависимости от мощности электротока для предотвращения возникновения проводимости используются изоляторы с необходимым внутренним сопротивлением. В процессе эксплуатации эта величина не должна выходить из установленных норм. Эти значения для различных условий определяются нормативными документами, при этом они также регламентируют и сроки проведения замеров сопротивления изоляции.
Виды защитных материалов
Вся электропроводка, а это касается не только проводов, но и частей электродвигателей, должна отличаться высокой эластичностью и прочностью на всём протяжении эксплуатации. Изоляторами с такими оптимальными свойствами являются следующие материалы:
Резина. Изготавливается как из искусственных, так и природных материалов. Например, бутадиеновых и бутиловых каучуков. Преимущество её использования заключается в простом изготовлении, гибкости и удобстве нанесения на проводник. Недостаток заключается в старении и быстром изнашивании. Воздействие температуры приводит к пересыханию вещества и его рассыпанию.- Пластмасса. Такого рода изоляция выполняется из сшитого полиэтилена (СЭП). По своим характеристикам она лучше всего подходит для использования совместно с высоковольтными кабелями. Достоинствами этого изолятора являются стойкость к щелочной и кислотной среде, повышенной влажности, прочности. Специально использующиеся добавки делают изолятор стойким к растрескиванию и повышают температуру плавления. Различают пластмассу по плотности и степени эластичности.
Полихлорвинил (ПВХ). Обладает высокой термической стойкостью и способностью не изменять свои диэлектрические параметры при больших величинах напряжения. Но при этом этот материал разрушается от воздействия ультрафиолета, поэтому используется только внутри помещений. Процесс изготовления является самым дешёвым по сравнению с другими видами изоляторов.- Бумага. Хотя она сама по себе и является природным изолятором, но используется крайне редко из-за низкого значения пробивного напряжения. Чаще всего она дополнительно пропитывается специальными лаками, повышающими её изоляционные свойства, гигроскопичность и снижающими паропроницаемость. При изготовлении используют волокна целлюлозы, хлопка, тростника или асбеста.
- Фторопласт. Считается самым надёжным материалом, но отличается сложностью нанесения на проводник. Его сложно повредить механически, и он совершенно инертен к химическому воздействию. Выдерживает температуры от -90 до 250 градусов.
Характеристики диэлектриков
В процессе работы электроприборов изоляция подвергается влиянию различных факторов. К ним относится электрическое напряжение, механическое и температурное воздействие. Постоянное напряжение обозначает действующее в течение длительного срока значение, не превышающее 15% для сетей до 220 кВ, 10% - для 330 кВ, и 5% - до 500 кВ и более. Кроме этого, существует внутреннее перенапряжение и атмосферное. Первое появляется при аварийных ситуациях или коммутационных процессах, характеризуется малым временем воздействия (до 10 секунд) и большой амплитудой.
Второе же возникает при ударах молнии и длится сотые доли секунды, но имеет амплитуду порядка миллиона вольт.
По своему виду изоляция различается на внутреннюю и внешнюю. Первая характеризуется способностью к самовосстановлению. То есть полностью восстанавливает свои свойства после электрического пробоя. Внешняя же защита непосредственно подвергается влиянию воздуха, но при этом дополнительно использует его диэлектрические свойства.
К основным характеристикам изоляции, необходимым для оценки её эффективности, относят:
- Сопротивление. Это самый важный параметр, который измеряется при её проверке. Именно он определяет безопасность эксплуатации электроустановок и линий. Его измерение проводится при постоянном токе определённой величины.
Диэлектрическая проницаемость. В проводниках присутствие ёмкости крайне нежелательно, и изоляция должна иметь как можно ниже её значение. Характеризуется же она степенью поляризации, то есть влиянием поляризованных частиц на результирующую напряжённость.- Угол диэлектрических потерь. Определяет потери мощности. Рассчитывается он по формуле: Pa = U2*2*π*f*C*tg φ, где: tg φ – зависит от приложенной разности потенциалов. Измерение этого параметра и сравнение его с предыдущим значением позволяет сделать вывод о степени и скорости старения изолятора.
- Электрическая прочность. Характеризуется величиной пробивного напряжения, то есть тем значением, при котором наступает пробой.
Кроме электрических параметров, изоляторы обладают и физико-химическими характеристиками: вязкостью, классом нагревостойкости, температурами размягчения и каплепадения. А также стойкостью к морозу, воздействию озона и азота.
Нормативная документация
Безопасность, обеспечивающаяся изоляцией, должна гарантировать диэлектрические свойства. Эти требования предусмотрены различными стандартами и ГОСТ. Несоблюдение их приводит к возможному возникновению ущерба и риска. Требования, предъявляемые к техническим характеристикам изолятора, довольно жёсткие, они заключаются в следующем:
- обеспечение надёжности работы при возникновении различного рода перенапряжений;
- создание условий для безопасной работы человека;
- ограничение воздействия радиочастотных помех;
- недопущения потерь мощности.
Основными нормативными документами, регламентирующими требования и сроки проверки, являются действующие издания:
Эти документы дают исчерпывающую информацию о периодичности проведения замеров и допустимости их результатов. Так, в соответствии с ПТЭЭП, а именно пункта 2.12.17 проверка состояния изоляции должна проводиться не менее одного раза в три года. При этом определены и условия, при которых измерения выполняются ежегодно. Например, в помещениях с высокой влажностью, или там, где находятся химические жидкости.
Сроки проведения замеров дополнительно могут устанавливаться межотраслевыми правилами охраны труда, пожарной безопасностью, приказами ведомственных министерств. Но при этом они не должны противоречить нормативным документам: ГОСТ, ПУЭ, ПТЭЭП.
Все результаты проверки должны документально регистрироваться и утверждаться соответствующими техническими службами. При проверке электропроводки дополнительно к измерениям сопротивления могут назначаться испытания на прочность. Кроме этого, часто исследуются жёсткость и горючесть.
Методика тестирования
Согласно ПУЭ, проводить проверку изоляции на электрическое сопротивление должны только сертифицированные специалисты с поверенными приборами в ГОСТ стандарте.
К анализу полученных данных допускаются лица электротехнического персонала, занимающегося вопросами изоляции со специальным образованием.
В качестве измерительного устройства используются мегомметры, рассчитанные на различное постоянное напряжение: 100 В, 500 В, 1 кВ, 2,5 кВ. В устройствах старого образца применяется механический генератор, работа которого построена на принципе динамо-машины, в то же время современные тестеры используют в работе электронные преобразователи и автономные источники питания.
Сам же замер сопротивления изоляции электропроводки происходит следующим образом:
- Визуально осматривается соединительная линия и прибор для измерения.
- Измеряемая линия отключается от источника питания, всех электроустановок, приборов и других цепей.
На несколько минут с помощью заземления с линии убирается возможный остаточный заряд.- На мегомметре устанавливается область измерения согласно ожидаемой величине.
- Выполняется проверка. Для этого сначала щупы измерителя замыкаются, и нажимается кнопка тест, а после размыкаются и операция повторяется. В первом случае прибор должен показать ноль, а во втором бесконечность.
- Испытания происходят каждой фазы провода относительно других, временно заземлённых, или между фазой и землёй.
- Показания регистрируются только через некоторое время (примерно 1 минута), когда закончатся все переходные процессы и измерительная стрелка примет устойчивое положение.
- В случае если предел замера был выбран неправильно, то повторно с проводов снимается заряд, а измерения повторяются.
- После окончания теста результат заносится в таблицу с указанием способа испытания.
Как только тестирование будет окончено, с проверяемой линии или оборудования снимается остаточный заряд путём временного заземления. Специалист, выполняющий эту операцию, должен находиться на изолированном основании и иметь диэлектрические перчатки. Замеры проводятся при температуре 25±10 °С и влажностью воздуха около 80%, если техническими условиями не предусмотрены другие требования.
Нюансы испытаний
Целью проведения замеров является установление возможности пробития изоляции высоким напряжением, но без риска её повреждения в момент испытания. При тестировании, согласно ГОСТ 12.3.019.80, должна быть обеспечена безопасность работы. Диагностика изоляции напряжением свыше 1 кВ выполняется двумя лицами, с группой допуска не ниже 4 класса. Перед тем как приступить к работе, необходимо убедиться в отсутствии контакта людей с измеряемой линией, при этом касаться испытателю токоведущих частей также строжайше запрещено.
У каждого кабеля существует своя норма сопротивления изоляции. Согласно ПТЭЭП п. 6.2 и ПУЭ п.1.8.37, у силовых кабелей, рассчитанных свыше 1 кВ, сопротивление должно быть не менее 10 МОм, ниже 1 кВ – 0, 5 МОм. Таким образом, измерение изоляции – очень важный и сложный процесс, при котором учитываются требования различных нормативных документов. При этом все результаты должны быть правильно оформлены, а само испытание выполнено сертифицированными специалистами.
