Indicatori di qualità dell'isolamento: resistenza, coefficiente di assorbimento, indice di polarizzazione e altri

L'isolamento dielettrico è una parte isolante obbligatoria di qualsiasi cavo, che non solo separa i fili conduttori l'uno dall'altro, li isola fisicamente, ma protegge anche i fili dagli effetti dannosi di vari fattori ambientali. Un cavo può avere una o più guaine di questo tipo.

La condizione di questi proiettili è uno dei criteri determinanti in termini di sicurezza sia per il personale che per l'operatività delle attrezzature. Se per qualche motivo l'isolamento dielettrico dei fili si rompe, causerà un incidente, scosse elettriche alle persone o addirittura un incendio. E ci sono molte possibili ragioni per una violazione della qualità dell'isolamento:

• danni meccanici durante i lavori di installazione, riparazione o scavo;

• danni all'isolamento dovuti all'umidità o alla temperatura;

• connessione elettrica senza scrupoli di fili;

• superamento sistematico dei parametri di corrente consentiti per il cavo;

• finalmente il naturale invecchiamento dell'isolante...

È importante monitorare regolarmente gli indicatori della qualità dell'isolamento.

Ad ogni modo, la sostituzione completa del cablaggio è sempre molto materialmente costosa e richiede molto tempo per agire, per non parlare delle perdite e delle perdite subite dall'impresa a causa di interruzioni di corrente e tempi di fermo imprevisti delle apparecchiature. Per quanto riguarda gli ospedali e alcune strutture strategicamente importanti, per loro l'interruzione del normale regime di fornitura di energia elettrica è generalmente inaccettabile.

Ecco perché è molto più importante prevenire il problema, prevenire il deterioramento dell'isolamento, verificarne la qualità nel tempo e, quando necessario, riparare, sostituire tempestivamente ed evitare incidenti e le loro conseguenze. A tale scopo vengono eseguite misurazioni degli indicatori di qualità dell'isolamento: quattro parametri, ciascuno dei quali verrà descritto di seguito.

Anche se la sostanza isolante in realtà lo è dielettrico, e non dovrebbe condurre corrente elettrica, come un condensatore piatto ideale, tuttavia, in una piccola quantità, contiene cariche gratuite. E anche un piccolo spostamento dei dipoli provoca anche una scarsa conduttività elettrica (corrente di dispersione) dell'isolamento.

Inoltre, a causa della presenza di umidità o sporcizia, nell'isolante compare anche la conduttività elettrica superficiale. E l'accumulo di energia nello spessore del dielettrico dall'azione della corrente continua è completamente isolato come una specie di piccolo condensatore, che sembra essere caricato attraverso un resistore.

In linea di principio, l'isolamento di un cavo (o l'avvolgimento di una macchina elettrica) può essere rappresentato come un circuito costituito da tre circuiti collegati in parallelo: la capacità C, che rappresenta la capacità geometrica e provoca la polarizzazione dell'isolamento in tutto il volume , la capacità dei fili e l'intero volume di un dielettrico con una resistenza di assorbimento collegata in serie, come se il condensatore fosse caricato attraverso un resistore. Infine, c'è una resistenza di dispersione in tutto il volume dell'isolamento, che provoca una corrente di dispersione attraverso il dielettrico.

Parametri che caratterizzano la qualità dell'isolamento elettrico

Al fine di garantire che l'isolamento elettrico non causi violazioni delle modalità operative delle apparecchiature elettriche e la sicurezza del suo funzionamento, è necessario garantirne l'elevata qualità, determinata dal grado di conduttività elettrica (minore è la conducibilità elettrica, maggiore è è la qualità).

Quando l'isolamento è acceso sotto tensione, le correnti elettriche lo attraversano a causa della disomogeneità della struttura e della presenza di inclusioni conduttive, la cui entità è determinata dalla resistenza attiva e capacitiva dell'isolamento. La capacità dell'isolamento dipende dalle sue dimensioni geometriche, entro un breve periodo di tempo dopo l'accensione, questa capacità viene caricata, accompagnata dal passaggio di una corrente elettrica.

In generale, tre tipi di corrente attraversano l'isolamento: polarizzazione, assorbimento e corrente continua. Le correnti di polarizzazione causate dallo spostamento delle cariche associate nell'isolamento fino a quando non viene stabilito lo stato di equilibrio (polarizzazione veloce) sono così di breve durata che di solito non sono rilevabili.

Ciò porta al fatto che il passaggio di tali correnti non è associato a perdite di energia, pertanto, nel circuito equivalente della resistenza di isolamento, il ramo che tiene conto del passaggio di correnti di polarizzazione è rappresentato dalla pura capacità, senza resistenza attiva.

La corrente di discesa dovuta ai processi di polarizzazione ritardata è correlata alle perdite di energia nel dielettrico (ad esempio, per vincere la resistenza delle molecole quando i dipoli sono rivolti nella direzione del campo); pertanto, il corrispondente ramo della resistenza equivalente comprende anche una resistenza attiva.

Infine, la presenza di inclusioni conduttive nell'isolante (sotto forma di bolle di gas, umidità, ecc.) porta alla comparsa di canali passanti.

La conducibilità elettrica (resistenza) dell'isolamento è diversa quando è esposto a tensione continua e alternata, perché con tensione alternata le correnti di assorbimento attraversano l'isolamento durante tutto il tempo di esposizione alla tensione.

Quando esposto a tensione costante, la qualità dell'isolamento è caratterizzata da due parametri: resistenza attiva e capacità, indirettamente caratterizzati dal rapporto R60 / R15.

Quando viene applicata una tensione alternata all'isolamento, è impossibile separare la corrente di dispersione nei suoi componenti (attraverso corrente di conduzione e corrente di assorbimento), quindi la qualità dell'isolamento è giudicata dalla quantità di perdita di energia in esso (perdite dielettriche) .

La caratteristica quantitativa delle perdite è tangente di perdita dielettrica, cioè la tangente dell'angolo complementare all'angolo tra la corrente e la tensione nell'isolamento fino a 90°.Nel caso dell'isolamento ideale, può essere rappresentato come un condensatore in cui il vettore corrente è in anticipo di 90 ° rispetto al vettore tensione. Maggiore è la potenza dissipata nell'isolamento, maggiore è la tangente di perdita dielettrica e peggiore è la qualità dell'isolamento.

Al fine di mantenere il livello di isolamento elettrico che soddisfa i requisiti di sicurezza e la modalità di funzionamento degli impianti elettrici, PUE prevede la regolazione della resistenza di isolamento delle reti. I test periodici di isolamento sono standardizzati per i consumatori di energia elettrica.

La resistenza di isolamento tra ciascun conduttore e la terra, nonché tra tutti i conduttori nell'area tra due fusibili adiacenti in una rete di distribuzione con una tensione fino a 1000 V, deve essere di almeno 0,5 MΩ. Per misurare e testare la resistenza di isolamento negli impianti elettrici fino a 1000 V più spesso vengono utilizzati megametri.

Resistenza di isolamento Riso

Il principio di misurazione è il seguente. Quando viene applicata una tensione costante alle piastre del condensatore, appare prima un impulso di corrente di carica, il cui valore al primo momento dipende solo dalla resistenza del circuito, e solo allora è la capacità di assorbimento (capacità di polarizzazione) carica, mentre la corrente diminuisce esponenzialmente e qui puoi trovare sperimentalmente la costante di tempo RC. Pertanto, con l'aiuto di un misuratore di parametri di isolamento, viene misurata la resistenza di isolamento Riso.

Le misurazioni vengono eseguite a una temperatura non inferiore a + 5 ° C, poiché a una temperatura inferiore si riflette l'influenza del raffreddamento e dell'umidità gelida e l'immagine diventa lontana dall'obiettività.Dopo la rimozione della tensione di prova, la carica sul "condensatore di isolamento" inizia a diminuire man mano che si verifica l'assorbimento dielettrico della carica.

Tasso di assorbimento DAR

Il grado di contenuto di umidità attuale nell'isolante si riflette numericamente nel coefficiente di assorbimento, perché più l'isolante è bagnato, più intenso è l'assorbimento dielettrico della carica al suo interno. In base al valore del coefficiente di assorbimento, viene presa una decisione sulla necessità di asciugare l'isolamento di trasformatori, motori, ecc.

Calcolare il rapporto tra le resistenze di isolamento dopo 60 secondi e 15 secondi dopo l'inizio delle misurazioni della resistenza: questo è il coefficiente di assorbimento.

Maggiore è l'umidità nell'isolamento, maggiore è la corrente di dispersione, minore è il DAR (coefficiente di assorbimento dielettrico = R60 / R15). Nell'isolamento umido ci sono più impurità (le impurità sono nell'umidità), la resistenza dovuta alle impurità diminuisce, le perdite aumentano, la tensione di rottura termica diminuisce e l'invecchiamento termico dell'isolamento viene accelerato. Se il coefficiente di assorbimento è inferiore a 1,3, è necessario asciugare l'isolante.

Indice di polarizzazione PI

Il prossimo indicatore importante della qualità dell'isolamento è l'indice di polarizzazione. Riflette la mobilità delle particelle cariche all'interno di un dielettrico sotto l'influenza di un campo elettrico. Più nuovo, più intatto e migliore è l'isolamento, meno particelle cariche si muovono al suo interno, come in un dielettrico. Maggiore è l'indice di polarizzazione, più vecchio è l'isolamento.

Per trovare questo parametro, viene calcolato il rapporto tra i valori della resistenza di isolamento dopo 10 minuti e 1 minuto dopo l'inizio dei test. Questo coefficiente (indice di polarizzazione = R600 / R60) mostra praticamente la risorsa residua dell'isolamento come dielettrico di alta qualità che può ancora svolgere la sua funzione. L'indice di polarizzazione PI non deve essere inferiore a 2.

Coefficiente di scarica dielettrica DD

Infine, c'è il coefficiente di scarica dielettrica. Questo parametro aiuta a identificare uno strato difettoso e danneggiato tra gli strati di isolamento multistrato. La DD (scarica dielettrica) viene misurata come segue.

In primo luogo, l'isolamento viene caricato per misurarne la capacità, al termine del processo di carica rimane una corrente di dispersione attraverso il dielettrico. Ora l'isolamento viene cortocircuitato e un minuto dopo il cortocircuito viene misurata la corrente di scarica dielettrica residua in nanoampere. Questa corrente in nanoampere viene divisa per la tensione da misurare e la capacità di isolamento. DD deve essere minore di 2.