Indikatoren für die Isolationsqualität – Widerstand, Absorptionskoeffizient, Polarisationsindex und andere

Die dielektrische Isolierung ist ein obligatorischer isolierender Bestandteil jedes Kabels, der nicht nur die leitenden Drähte voneinander trennt und physikalisch isoliert, sondern die Drähte auch vor den schädlichen Auswirkungen verschiedener Umweltfaktoren schützt. Ein Kabel kann einen oder mehrere solcher Mäntel haben.

Der Zustand dieser Projektile ist eines der bestimmenden Kriterien für die Sicherheit sowohl des Personals als auch der Bedienbarkeit der Ausrüstung. Wenn aus irgendeinem Grund die dielektrische Isolierung der Drähte bricht, kann es zu einem Unfall, einem Stromschlag oder sogar einem Brand kommen. Und es gibt viele mögliche Gründe für eine Verletzung der Dämmqualität:

• mechanische Schäden bei Installations-, Reparatur- oder Aushubarbeiten;

• Isolationsschäden durch Feuchtigkeit oder Temperatur;

• skrupellose elektrische Verbindung von Drähten;

• systematische Überschreitung der zulässigen Stromparameter für das Kabel;

• Endlich die natürliche Alterung der Isolierung...

Es ist wichtig, die Indikatoren für die Qualität der Isolierung regelmäßig zu überwachen.

Auf jeden Fall ist der komplette Austausch der Verkabelung immer sehr materiell teuer und zeitintensiv, ganz zu schweigen von den Verlusten und Verlusten, die dem Unternehmen durch Stromausfälle und ungeplante Ausfallzeiten der Geräte entstehen. Für Krankenhäuser und einige strategisch wichtige Einrichtungen ist eine Störung der regulären Stromversorgung grundsätzlich inakzeptabel.

Deshalb ist es viel wichtiger, dem Problem vorzubeugen, einer Verschlechterung der Isolierung vorzubeugen, ihre Qualität rechtzeitig zu überprüfen und bei Bedarf rechtzeitig zu reparieren, auszutauschen und Unfälle und deren Folgen zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden Messungen der Isolationsqualitätsindikatoren durchgeführt – vier Parameter, die im Folgenden jeweils beschrieben werden.

Obwohl es sich tatsächlich um einen isolierenden Stoff handelt Dielektrikum, und sollte keinen elektrischen Strom leiten, wie ein idealer Flachkondensator, jedoch sind in ihm in geringer Menge freie Ladungen vorhanden. Und selbst eine kleine Verschiebung der Dipole führt zu einer schlechten elektrischen Leitfähigkeit (Leckstrom) der Isolierung.

Darüber hinaus tritt aufgrund von Feuchtigkeit oder Schmutz auch eine elektrische Oberflächenleitfähigkeit in der Isolierung auf. Und die Ansammlung von Energie in der Dicke des Dielektrikums ist durch die Einwirkung von Gleichstrom vollständig isoliert wie eine Art kleiner Kondensator, der über einen Widerstand aufgeladen zu werden scheint.

Im Prinzip lässt sich die Isolierung eines Kabels (oder der Wicklung einer elektrischen Maschine) als Stromkreis darstellen, der aus drei parallel geschalteten Stromkreisen besteht: der Kapazität C, die die geometrische Kapazität darstellt und die Polarisation der Isolierung im gesamten Volumen bewirkt , die Kapazität der Drähte und das gesamte Volumen eines Dielektrikums mit einem in Reihe geschalteten Absorptionswiderstand, als ob der Kondensator über einen Widerstand aufgeladen würde. Schließlich gibt es im gesamten Volumen der Isolierung einen Leckwiderstand, der einen Leckstrom durch das Dielektrikum verursacht.

Parameter, die die Qualität der elektrischen Isolierung charakterisieren

Um sicherzustellen, dass die elektrische Isolierung nicht zu Störungen der Betriebsarten elektrischer Geräte und deren Betriebssicherheit führt, ist es notwendig, ihre hohe Qualität sicherzustellen, die durch den Grad der elektrischen Leitfähigkeit bestimmt wird (je niedriger die elektrische Leitfähigkeit, desto höher). ist die Qualität).

Wenn die Isolierung unter Spannung eingeschaltet wird, fließen aufgrund der Inhomogenität der Struktur und des Vorhandenseins leitfähiger Einschlüsse elektrische Ströme durch sie, deren Größe durch den aktiven und kapazitiven Widerstand der Isolierung bestimmt wird. Die Kapazität der Isolierung hängt von ihren geometrischen Abmessungen ab. Innerhalb kurzer Zeit nach dem Einschalten wird diese Kapazität aufgeladen, begleitet von einem elektrischen Stromfluss.

Im Großen und Ganzen fließen drei Arten von Strom durch die Isolierung: Polarisation, Absorption und Dauerstrom. Die Polarisationsströme, die durch die Verschiebung der zugehörigen Ladungen in der Isolierung bis zur Einstellung des Gleichgewichtszustandes (schnelle Polarisation) entstehen, sind so kurzlebig, dass sie meist nicht nachweisbar sind.

Dies führt dazu, dass der Durchgang solcher Ströme nicht mit Energieverlusten verbunden ist, daher wird im Ersatzschaltbild des Isolationswiderstands der Zweig, der den Durchgang von Polarisationsströmen berücksichtigt, durch reine Kapazität ohne aktiven Widerstand dargestellt.

Der Senkenstrom aufgrund verzögerter Polarisationsprozesse hängt mit Energieverlusten im Dielektrikum zusammen (z. B. um den Widerstand der Moleküle zu überwinden, wenn die Dipole in Feldrichtung zeigen); Daher umfasst der entsprechende Zweig des Ersatzwiderstands auch einen aktiven Widerstand.

Schließlich führt das Vorhandensein leitfähiger Einschlüsse in der Isolierung (in Form von Gasblasen, Feuchtigkeit usw.) zum Auftreten von Durchgangskanälen.

Die elektrische Leitfähigkeit (Widerstand) einer Isolierung ist bei Gleich- und Wechselspannung unterschiedlich, da bei Wechselspannung während der gesamten Zeit der Spannungseinwirkung Absorptionsströme durch die Isolierung fließen.

Bei konstanter Spannung wird die Qualität der Isolierung durch zwei Parameter charakterisiert: Wirkwiderstand und Kapazität, indirekt charakterisiert durch das Verhältnis R60 / R15.

Wenn an die Isolierung eine Wechselspannung angelegt wird, ist es unmöglich, den Leckstrom in seine Komponenten (durch Leitungsstrom und Absorptionsstrom) zu zerlegen. Daher wird die Qualität der Isolierung anhand der Menge des darin enthaltenen Energieverlusts (dielektrische Verluste) beurteilt. .

Das quantitative Merkmal von Verlusten ist dielektrischer Verlustfaktor, also der Tangens des Winkels, der zum Winkel zwischen Strom und Spannung in der Isolierung bis zu 90° komplementär ist.Bei idealer Isolierung lässt es sich als Kondensator darstellen, bei dem der Stromvektor dem Spannungsvektor um 90° vorauseilt. Je mehr Verlustleistung in der Isolierung entsteht, desto höher ist der Tangens des dielektrischen Verlusts und desto schlechter ist die Qualität der Isolierung.

Um ein den Sicherheitsanforderungen und der Funktionsweise elektrischer Anlagen entsprechendes Maß an elektrischer Isolierung aufrechtzuerhalten, sieht PUE eine Regelung des Isolationswiderstands von Netzen vor. Für Verbraucher elektrischer Energie sind regelmäßige Isolationsprüfungen genormt.

Der Isolationswiderstand zwischen jedem Leiter und Erde sowie zwischen allen Leitern im Bereich zwischen zwei benachbarten Sicherungen in einem Verteilungsnetz mit einer Spannung bis 1000 V muss mindestens 0,5 MΩ betragen. Zur Messung und Prüfung des Isolationswiderstandes in Elektroinstallationen bis 1000 V am häufigsten Megameter werden verwendet.

Isolationswiderstand Riso

Das Messprinzip ist wie folgt. Wenn an die Platten des Kondensators eine konstante Spannung angelegt wird, entsteht zunächst ein Ladestromimpuls, dessen Wert im ersten Moment nur vom Widerstand des Stromkreises und erst dann von der Absorptionsfähigkeit (Polarisationsfähigkeit) abhängt. geladen, während der Strom exponentiell abnimmt und hier kann man experimentell die Zeitkonstante RC ermitteln. So wird mit Hilfe eines Isolationsparametermessgerätes der Isolationswiderstand Riso gemessen.

Die Messungen werden bei einer Temperatur von nicht weniger als + 5 °C durchgeführt, da sich bei einer niedrigeren Temperatur der Einfluss von abkühlender und gefrierender Feuchtigkeit widerspiegelt und das Bild weit von der Objektivität entfernt ist.Nach Wegnahme der Prüfspannung beginnt die Ladung am „Isolationskondensator“ abzunehmen, da es zu einer dielektrischen Ladungsaufnahme kommt.

DAR-Absorptionsrate

Der Grad des aktuellen Feuchtigkeitsgehalts in der Isolierung wird numerisch wiedergegeben im AbsorptionskoeffizientenDenn je stärker die Isolierung benetzt wird, desto intensiver ist die dielektrische Absorption der darin enthaltenen Ladung. Anhand des Absorptionskoeffizienten wird entschieden, ob die Isolierung von Transformatoren, Motoren usw. getrocknet werden muss.

Berechnen Sie das Verhältnis der Isolationswiderstände nach 60 Sekunden und 15 Sekunden nach Beginn der Widerstandsmessungen – das ist der Absorptionskoeffizient.

Je mehr Feuchtigkeit in der Isolierung ist, desto größer ist der Leckstrom, desto niedriger ist der DAR (dielektrischer Absorptionskoeffizient = R60 / R15). Bei nasser Isolierung gibt es mehr Verunreinigungen (die Verunreinigungen befinden sich in der Feuchtigkeit), der Widerstand durch Verunreinigungen nimmt ab, die Verluste nehmen zu, die thermische Durchbruchspannung sinkt und die thermische Alterung der Isolierung wird beschleunigt. Liegt der Absorptionskoeffizient unter 1,3, ist eine Trocknung der Dämmung erforderlich.

Polarisationsindex PI

Der nächste wichtige Indikator für die Qualität der Isolierung ist der Polarisationsindex. Es spiegelt die Beweglichkeit geladener Teilchen innerhalb eines Dielektrikums unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes wider. Je neuer, intakter und besser die Isolierung ist, desto weniger geladene Teilchen bewegen sich darin, wie in einem Dielektrikum. Je höher der Polarisationsindex, desto älter ist die Isolierung.

Um diesen Parameter zu ermitteln, wird das Verhältnis der Isolationswiderstandswerte nach 10 Minuten und 1 Minute nach Beginn der Tests berechnet. Dieser Koeffizient (Polarisationsindex = R600 / R60) zeigt praktisch den Restwert der Isolierung als hochwertiges Dielektrikum an, das seine Funktion noch erfüllen kann. Der Polarisationsindex PI darf nicht kleiner als 2 sein.

Dielektrischer Entladungskoeffizient DD

Schließlich gibt es noch den Koeffizienten der dielektrischen Entladung. Dieser Parameter hilft, eine defekte, beschädigte Schicht unter den Schichten einer mehrschichtigen Isolierung zu identifizieren. DD (dielektrische Entladung) wird wie folgt gemessen.

Zunächst wird die Isolierung aufgeladen, um ihre Kapazität zu messen. Nach Beendigung des Ladevorgangs verbleibt ein Leckstrom durch das Dielektrikum. Nun wird die Isolierung kurzgeschlossen und eine Minute nach dem Kurzschluss wird der verbleibende dielektrische Entladungsstrom in Nanoampere gemessen. Dieser Strom in Nanoampere wird durch die zu messende Spannung und die Isolationskapazität geteilt. DD muss kleiner als 2 sein.