Co je izolace a proč dochází k její degradaci?
Co je izolace a proč dochází k její degradaci?
Elektrická izolace během času degraduje v důsledku různých namáhání, která na ni působí během její běžné životnosti. Izolace byla navržena tak, aby tomuto namáhání odolávala po dobu několika let, což se považuje za dobu její použitelnosti. Často se jedná o desetiletí.
Nadměrné namáhání může způsobit, že se tento přirozený proces stárnutí izolace urychlí a výrazně se její životnost zkrátí. Z tohoto důvodu je vhodné provádět pravidelné zkoušky, aby se zjistilo, zda nedochází ke zrychlenému stárnutí a případně zjistit, zda mohou být tyto dopady vratné či nikoliv.
Účelem diagnostických zkoušek izolace je:
- Rozpoznání zrychleného stárnutí
- Rozpoznání příčiny tohoto stárnutí.
- Identifikovat, pokud je to možné, nejvhodnější opatření k nápravě situace.
Nejjednodušší diagnostické testování má podobu „bodové zkoušky“. Většina odborníků na údržbu elektrických zařízení provádí bodové zkoušky, při kterých se na izolaci přivede napětí a změří se odpor. Výsledek diagnostiky je v tomto případě omezen na konstatování „izolace je dobrá“, nebo „izolace je špatná“. Ale co s výsledkem diagnostiky uděláme? Je to trochu jako jít k lékaři se silným kašlem, abyste se od něj dozvěděli, že máte silný kašel. Asi byste nebyli nadšení, kdybyste odcházeli pouze s touto informací. Očekáváte, že vás lékař vyšetří, provede pár testů a řekne vám, proč máte silný kašel a co máte dělat, abyste se ho zbavili.
Při zkouškách izolace je bodová zkouška to samé, jako sdělení lékaře, jestli jste zdraví, nebo ne. Je to jenom základní informace. Tento druh zkoušky se obvykle používá u nízkonapěťových obvodů, kde jsou náklady při závadě nízké a zařízení lze snadno a levně vyměnit. Vzhledem k tomu, že zkoušené zařízení je nízkonapěťové, provádějí se tyto zkoušky obvykle se zkušebním napětím 500 nebo 1000 V, a pracovníci elektroúdržby je dobře znají.
Pokud ale lékař zaznamená výsledky vyšetření a porovná je s výsledky z předchozích návštěv, může být patrný trend, který následně může vést k předepsání léků. Podobně, pokud jsou zaznamenány hodnoty izolačního odporu
a jsou porovnány s dříve získanými hodnotami, je možné pozorovat trend a v případě potřeby určit nápravná opatření.
CO JE IZOLACE?
Každý elektrický drát v zařízení, ať už v motoru, generátoru, kabelu, spínači, transformátoru nebo čemkoli jiném, je obalený nějakou formou elektrické izolace. Přestože je samotný drát dobrým vodičem (obvykle z mědi nebo hliníku)
elektrického proudu, který napájí elektrická zařízení, musí izolace tomuto proudu odolávat a udržovat jeho tok ve vodiči. Klíčem k porozumění, jak fungují zkoušky izolace, je pochopení Ohmova zákona, který se vyjadřuje následující rovnicí:
U = I × R
kde,
U = napětí ve voltech
I = proud v ampérech
R = odpor v ohmech
Pro daný odpor platí, že čím vyšší je napětí, tím větší je proud. Případně, čím nižší je odpor drátu, tím víc proudu jím poteče při stejném napětí.
Žádná izolace není dokonalá (aby měla nekonečný odpor), takže nějaký proud podél izolace nebo skrz izolaci do země vždy poteče. Takový proud může být pro většinu praktických účelů zanedbatelně malý, ale jsou na něm založena zařízení na měření izolace.
Co je tedy „dobrá“ izolace? „Dobrá“ znamená relativně vysoký odpor bránící toku proudu. Při popisu izolačního materiálu znamená „dobrá“ také „schopnost udržet si vysoký odpor“. Měření odporu vám může říct, jak „dobrá“ izolace je.
Co způsobuje degradaci izolace?
Degradace izolace má pět základních příčin. Ty se vzájemně ovlivňují a způsobují postupnou spirálu snižování kvality izolace.
Elektrické namáhání
Izolace je určena pro konkrétní použití. Přepětí a podpětí způsobují v izolaci nadměrné namáhání, což může vést k jejímu praskání nebo oddělování jejích vrstev.
Mechanické namáhání
Mechanické poškození, například překopnutí kabelu při hloubení výkopu, je poměrně zřejmé, ale mechanické namáhání může být způsobeno i nevyvážeností stroje nebo častým zastavováním a spouštěním.
Vibrace vznikající při provozu stroje mohou způsobit vady izolace.
Chemické narušení
Narušení izolace korozivními výpary byste asi očekávali, ale účinnost izolace mohou snížit také nečistoty a olej.
Tepelné namáhání
Provozování strojního zařízení v příliš horkých nebo chladných podmínkách způsobí nadměrné roztahování nebo smršťování izolace, což může vést k prasklinám a závadám. Tepelné namáhání ovšem vzniká i při každém spuštění nebo zastavení stroje. Pokud stroj není navržen na přerušovaný provoz, každé zastavení a spuštění nepříznivě ovlivní proces stárnutí izolace.
Vlivy prostředí
Vlivy prostředí zahrnují mnoho faktorů, od vlhkosti z procesů, přes vlhkost v parném dni, až po poškození hlodavci, kteří izolaci ohryzávají.
Izolace začíná degradovat ihned poté, co se začne používat. Izolace v dané aplikaci je navržena tak, aby za běžných provozních podmínek poskytovala dobrou službu po mnoho let. Abnormální podmínky ovšem mohou mít škodlivý účinek, který, pokud není kontrolován, zvýší rychlost degradace a nakonec způsobí poruchu izolace. Izolace je považována za nefunkční, pokud dostatečně nezabraňuje průchodu elektrického proudu nežádoucími cestami. To zahrnuje
proud tekoucí po vnějším nebo vnitřním povrchu izolace (povrchový svodový proud), skrz izolaci (vodivostní proud) nebo různé jiné důvody.
V izolaci se mohou například vytvořit otvory nebo trhliny nebo může jejím povrchem pronikat vlhkost a jiné látky. Tyto znečisťující látky snadno ionizují pod vlivem přiváděného napětí, čímž vytvářejí cestu s nízkým odporem pro povrchový svodový proud, který se ve srovnání se suchými nekontaminovanými povrchy zvyšuje. Vyčištění a vysušení izolace ale situaci snadno napraví. Další nepřátelé izolace mohou způsobit poškození, které se tak snadno napravit nedá. Jakmile však degradace izolace začne, různé spouštěcí činitele mají tendenci si vzájemně pomáhat a zvyšují rychlost rozkladu.
Obrázek: Dr. Stan Zurek
